浙江省嘉兴市2021届-2023届高考物理三年模拟（二模）按题型分类汇编-02解答题

浙江省嘉兴市2021届-2023届高考物理三年模拟（二模）按题型分类汇编-02解答题

一、解答题

1．（2023·浙江嘉兴·统考二模）如图1所示，上端封闭、下端开口且粗细均匀的玻璃管长度，将其从水银面上方竖直向下缓慢插入水银中。发现管内水银面与管壁接触的位置向下弯曲，致玻璃管内水银面形成凸液面，如图2所示。当玻璃管恰好全部插入水银时，管内、外水银面的高度差为h，此时作用于管的竖直向下压力大小为。已知大气压强，玻璃管横截面积大小，玻璃管质量，环境温度为常温且恒定。

（1）图2所示水银面说明水银能否浸润玻璃？插入过程中，管内气体吸热还是放热？

（2）求高度差h：

（3）求撤去压力F的瞬间，玻璃管的加速度大小。

2．（2023·浙江嘉兴·统考二模）如图所示是一个游戏装置的示意图，固定于地面的水平轨道AB、竖直半圆形轨道BC和竖直圆形管道CD平滑连接，B和C分别是BC和CD的最低点。水平平台EF可在竖直平面内自由移动。锁定的压缩弹簧左右两端分别放置滑块a和b，解除锁定后，a沿轨道ABCD运动并从D点抛出。若a恰好从E点沿水平方向滑上EF且不滑高平台，则游戏成功。已知BC半径R1=0.2m；CD半径R2=0.1m且管道内径远小于R2，对应的圆心角=127°；EF长度L=1.08m；滑块与EF间动摩擦因数μ=0.25，其它阻力均不计；滑块质量ma=0.1kg，mb=0.2kg，且皆可视为质点；，。

（1）若弹簧释放的能量Ep=3.0.J，求在B点时圆形轨道对a的支持力大小；

（2）若要游戏成功，a在C点的最小速度是多少？

（3）若固定b，推导并写出游戏成功时a最终位置到D点的水平距离x与弹簧释放的弹性势能Ep的关系式。

3．（2023·浙江嘉兴·统考二模）如图所示，两根竖直放置的足够长金属导轨MN、PQ间距为l，底部是“△”型刚性导电支架，导轨区域布满了垂直于平面MNQP的磁感应强度为B的匀强磁场。长为l的金属棒ab垂直导轨放置，与导轨接触良好。半径为r的轻质圆盘与导轨在同一竖直平面内，可绕通过圆盘中心的固定转轴O匀速转动。圆盘与导轨间有一T型架，T型架下端与金属棒ab固定连接，在约束槽制约下只能上下运动。固定在圆盘边缘的小圆柱体嵌入在T型架的中空横梁中。当圆盘转动时，小圆柱体带动T型架进而驱动金属棒ab上下运动。已知ab质量为m，电阻为R。“△”型导电支架共六条边，每条边的电阻均为R。MN、PQ电阻不计且不考虑所有接触电阻，圆盘、T型架质量不计。圆盘以角速度沿逆时针方向匀速转动，以中空横梁处于图中虚线位置处为初始时刻，求：

（1）初始时刻ab所受的安培力；

（2）圆盘从初始时刻开始转过90°的过程中，通过ab的电荷量；

（3）圆盘从初始时刻开始转过90°的过程中，T型架对ab的冲量I；

（4）圆盘从初始时刻开始转过90°的过程中，T型架对ab做的功。

4．（2023·浙江嘉兴·统考二模）如图1所示是一个电子检测装置的示意图，两块长度为d且平行正对的金属板M、N相距为d，板间加有如图2所示的交变电压。M、N右侧区域存在垂直纸面向里且范围足够大的匀强磁场。N右侧边缘。O点正下方存在着长度足够长的收集板，收集板通过电流表与大地相连。M、N左端连线中点处有一粒子源S，它沿两板间中轴线方向持续均匀射出速度为、质量为m、电荷量为的电子。已知交变电压最大值，匀强磁场磁感应强度，S在单位时间内发射的电子数为n，交变电压周期，电子打到两极板即被吸收，不计电子重力。求：

（1）时刻进入极板间的电子打在收集板的位置离收集板顶端O点的距离；

（2）收集板上能被电子打到的区域长度

（3）若题给条件下电流表有确定示数，求通过电流表的电流I；

（4）若电子射入的速度范围为，试推导通过电流表的电流i与v的关系式。

5．（2021·浙江嘉兴·统考二模）如图所示的巨型装置具有“世界第一跳楼机”之称。该跳楼机可以用30s时间将座舱中的乘客送入120m的高空。假设座舱沿竖直方向从地面由静止开始匀加速上升，达到最大速度后开始做匀减速运动，到达最高点时速度恰好为零，匀加速运动的加速度大小是匀减速运动加速度大小的2倍。忽略空气阻力和风力的影响。求：

（1）上升过程中座舱的最大速度；

（2）减速过程中座舱的加速度；

（3）质量为60kg的乘客在加速过程中受到座舱的作用力大小。

6．（2021·浙江嘉兴·统考二模）如图所示，在同一整直平面内有斜面、圆轨道和缓冲装置固定在水平地面上，斜面、圆轨道均与水平地面平滑连接，缓冲装置中的轻质弹簧右端固定于竖直墙面上，弹簧原长时左、右两端点对应于地面上的点D、E，滑块压缩弹簧的距离不超过2r时，缓冲装置可正常工作。一质量为m的滑块从足够长光滑斜面上离地处的A点由静止开始下滑，经最低点B进入竖直圆轨道，离开圆轨道后沿水平面继续向前运动并撞击弹簧，直至滑块速度减为0时弹簧的压缩量。已知圆轨道最低点至竖直墙面间总长度，弹簧原长，轨道的BE段粗糙，其余均光滑，滑块与轨道BE段之间的动摩擦因数恒为，滑块受到的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，弹簧的弹性势能E与其劲度系数k和形变量x之间满足（题中k未知）。

（1）求滑块从处下滑时，经过圆轨道最高点C时对轨道的压力大小；

（2）要保证缓冲装置正常工作，求滑块开始下滑的最大离地高度；

（3）在保证缓冲装置正常工作的同时，滑块又不脱离轨道且停留在BE段，h应满足什么条件？

7．（2021·浙江嘉兴·统考二模）某兴趣小组设计了“摇绳发电”的方案。如图所示，“∧”形等腰金属架两个端点M、N位于同一水平面上，通过导线与固定在水平面上的两根平行金属导轨相连，导轨间接有的电阻。金属棒ab垂直搁置在导轨上，ab中点通过轻质绝缘弹簧连接一个滑块。金属架和金属棒所在区域均存在竖直向下的匀强磁场。让滑块运动且金属架绕轴线MN以的角速度匀速转动，金属棒始终保持静止。已知金属架腰长，总电阻，两腰夹角；金属棒长度为1m，阻值；导轨间距；，，忽略一切摩擦。

（1）以金属架到达图示位置时开始计时，在图乙中画出感应电动势随时间变化的图像；

（2）在金属架由图中位置垂直纸面向外转动30%的过程中，求通过电阻R的电量；

（3）求金属架转动一周的过程中，金属棒产生的焦耳热；

（4）已知弹簧振子原长、劲度系数，当金属架与竖直方向成60°夹角时，滑块距离金属棒多远？

8．（2021·浙江嘉兴·统考二模）如图所示，两种同位素的原子核M、N从容器A下方的小孔S1不断飘入S1与S2间的加速电场中，其初速度几乎为零。然后经过小孔S3恰好沿圆弧通过静电分析器，从小孔S4离开后，由正方体右侧面中心位置处小孔O2（即图中坐标系原点）水平向左沿z轴正方向垂直右侧面进入正方体空腔内。已知静电分析器内有均匀辐向分布的电场，粒子运动轨迹处电场强度大小为E，圆弧半径和正方体边长均为L；M、N的质量分别为m、3m，带电量均为q，重力不计；不考虑粒子之间的相互作用，打在正方体腔壁上的粒子被全部吸收，且不影响腔内场强的分布。

（1）求加速电场两极板之间的电压U；

（2）若在空腔内加沿+x方向、大小为E的匀强电场，求粒子M、N打在正方体平面上的位置坐标；

（3）若在空腔内加沿+y方向、大小为的匀强磁场，求粒子N打在正方体平面上的位置坐标：

（4）若（2）、（3）中的电场和磁场同时存在，单位时间内有k个M粒子进入腔内，求平面B1C1C2B2受到M粒子的冲击力大小？

9．（2022·浙江嘉兴·统考二模）如图甲所示是2022年北京冬奥会的冰壶比赛场景，比赛过程如图乙所示，在左端发球区的运动员从投掷线MN中点P将冰壶掷出，冰壶沿水平冰道中心线PO向右端的圆形营垒区滑行。若冰壶以m/s的速度被掷出后，恰好停在营垒区中心O，PO间距离为。已知冰壶的质量为，冰壶自身大小可忽略，冰壶在冰道上的运动可视为匀减速直线运动。

（1）求冰壶与冰面间的动摩擦因数；

（2）实际比赛中，运动员可以用毛刷擦拭冰壶运行前方的冰面，使冰壶与冰面间的动摩擦因数减小。某次比赛中冰壶投掷速度=3m/s，从MN前方10m处开始不停擦拭冰面，直至冰壶正好停在0。若擦拭后冰壶与冰面间动摩擦因数减小至某一确定值，求此次比赛中冰壶运动总时间；

（3）若冰壶从P处以=3m/s投出后立即开始不停擦拭冰面，擦拭距离为20m，其他条件不变，则冰壶能否停在O点，请通过计算说明理由。

10．（2022·浙江嘉兴·统考二模）如图所示，固定斜面AB平滑连接固定光滑圆弧BCD，C为圆弧最低点，圆弧最高点D与光滑半圆管DE相切，E与长度的传送带相连，传送带右侧为足够长的粗糙水平面。一个质量=0.1kg的小物块从斜面顶端A下滑。已知斜面高，倾角，与物体间动摩擦因数；圆弧BCD和半圆管DE半径分别为R=0.5m，r=0.1m；传送带以速度逆时针转动，与物体间动摩擦因数。管的内径可忽略，物体可视为质点。

（1）若小物块初速度为零开始下滑，经过C点时对轨道的压力是多大；

（2）若给小物块合适的沿斜面向下的初速度，它就可到达E点，则与此初速度对应的初动能最小值是多少；

（3）若给小物块沿斜面向下的初速度，使其运动过程中不脱离轨道，则与此初速度对应的初动能应满足什么条件。

11．（2022·浙江嘉兴·统考二模）如图所示是水平面内一款游戏装置，GH、JP是以O为圆心的圆弧形金属导轨，GJ之间通过开关S连接电容C=0.5F的电容器，右侧平行金属导轨MN、PQ分别连接圆心O及JP，OK垂直于MN；在GH和JP之间、OK的左侧区域存在着磁感应强度B1=1T的环形匀强磁场，在ABCD及EFZY内均存在着磁感应强度=2T的匀强磁场；a、b、c为材质、粗细相同的金属棒，b靠近EF置于磁场中，c靠近AD置于磁场外。先以水平外力使b、c保持静止，让a以O为圆心且=50rad/s逆时针匀速转动；当a经过OK瞬间，撤去b、c所受外力，b受磁场力作用在极短时间内即以速度=4m/s滑出磁场。此后断开S，使a停在KP间某位置。b撞击c后两者粘合在一起。已知GH、JP半径分别为=0.1m，=0.3m；a长度=0.3m；b、c完全相同且长度均为l=0.2m，质量均为10g，电阻均为；ABCD区域长度各区域磁场方向如图。除金属棒外所有电阻忽略不计，所有导轨均光滑，MN、PQ足够长且间距为0.2m。求：

（1）a转到OK位置前，使b、c保持静止的水平外力大小；

（2）b在磁场中获得4m/s速度过程中流过b的电荷量；

（3）b、c碰撞以后b和c产生的焦耳热Q。

12．（2022·浙江嘉兴·统考二模）如图所示是一个粒子打靶装置的示意图。在平面直角坐标系xoy中和范围内存在磁感应强度相等、方向均垂直Oxy平面向里的匀强磁场，在－d≤y≤0范围内存在沿+x方向的匀强电场。在x轴正半轴适当区域沿x轴放置一块足够长的粒子收集板，其左墙为N点。一个质量为m、电荷量为q的带正电粒子，从静止经电压U加速后第1次到达x轴并从坐标原点O沿-y方向进入电场，且从坐标为（0.5d，－d）的点离开电场、再从坐标为（d，－d）的点进入电场。此粒子第4次到达x轴时恰好打到N点并被收集，不计粒子的重力。

（1）求该装置中电场强度E与磁感应强度B的大小；

（2）求此粒子从O到N过程中，在第四象限中离x轴的最大距离；

（3）若将加速电压调整为原来的k倍，粒子仍能打到N点被收集。请写出k应满足的关系式。

参考答案：

1．（1）水银不浸润玻璃，放热；（2）；（3）

【详解】（1）根据题意，由图2可知，水银不浸润玻璃，插入过程中，温度不变，气体内能不变，把玻璃管压入水面过程中，气体压强变大，体积减小，外界对气体做功，由热力学第一定律可知，气体放热。

（2）根据题意可知，插入过程等温变化，则有

又有

解得

（3）根据题意，撤去瞬间，由牛顿第二定律有

解得

2．（1）；（2）；（3）

【详解】（1）滑块、相互作用动量守恒，弹性势能转化为、动能

（2）滑块要到达点，在点速度要大于0，则点的速度至少满足：

过半圆环轨道的最小速度大小为

物体在点的最小速度为    

（3）设物体到达点的速度为

斜抛运动满足

水平位移

得到

轨道位移

距离点的水平位移

3．（1）；（2）；（3）；（4）

【详解】（1）初始时刻，导体棒的速度

则导体棒切割磁感线产生的电动势为

整个回路的电阻

则导体棒受到的安培力大小为为

（2）运动到最底端过程，导体棒的电荷量

（3）由动量定理可得

（4）设运动到最底端过程中，导体棒对做功为，则由功能关系可得

4．（1）；（2）；（3）；（4）见解析

【详解】（1）时刻，电子在电场中不偏转，直接进入磁场

电子打在收集板的位置离收集板顶端的距离处位置        

（2）射入磁场的粒子速度为，它在磁场中圆弧对应的弦长为

即只要射出磁场，粒子向下打到的点的距离恒等于，收集板上能被电子打到的区域长度也等于；

（3）粒子竖直方向的偏移量表达式为

电压为

则恰好射出对应时候，对应的电压值

即

所以电流值为

（4）设不同速度对应偏移量时候对应的电压为

得出

5．（1）8m/s；（2）0.4m/s2，加速度方向竖直向下；（3）648N

【详解】（1）设最大速度为vm，则：

解得：

（2）设加速和减速阶段加速度大小分别为a1、a2，加速时间为t1，则：

加速度方向竖直向下

（3）设座舱对乘客的作用力为F，则：

6．（1）mg；（2）6.5r；（3）

【详解】（1）滑块从A运动到C的过程中机械能守恒，设C点速度大小为v，则

设在C点轨道对滑块的作用力为F，则

联立方程得：

根据牛顿第三定律，滑块对轨道的压力大小为mg

（2）滑块从h高处下滑时，根据能量守恒

设开始下滑的最大高地高度为H，则

又

联立方程可得：

（3）在保证缓冲装置正常工作的同时，滑块又不脱离轨道且停留在BE段，则

①滑块恰好能过C点时，则：

解得：

②滑块被弹簧反弹后恰好到达与圆心等高点，设弹簧压缩量为x，则：

解得：

解得：

联立①②可知，h应满足的条件是

7．（1） ；（2）；（3）；（4）6.8cm，3.2cm

【详解】（1）感应电动势的最大值

变化周期

感应电动势随时间变化的图像如图所示

（2）磁通量变化量

通过电路的总电量

通过电阻R的电量

（3）通过金属棒的电流有效值

一个周期内产生的热量

一个周期内产生的热量

（4）此时感应电动势大小

通过金属棒的电流，安培力大小

弹力大小

弹簧形变量

①当电流方向从a到b时，弹簧距离金属棒的距离为6.8cm

②当电流方向从b到a时，弹簧距离金属棒的距离为3.2cm

8．（1）；（2）；（3）；（4）

【详解】（1）设粒子经加速获得的速度为v，则

解得

（2）设粒子打在平面上，则

，

，

联立方程得

粒子从M、N打在正方体平面上的位置坐标均为

（3）根据

，

联立方程得，粒子在磁场中圆周运动半径

若粒子恰好打在上，则半径，所以粒子打在平面上。粒子N打在正方体平面上的位置坐标均为

（4）粒子M沿直线匀速运动并垂直撞击平面，设粒子受到平面的作用力为F，则在时间内

平面受到M粒子的冲击力大小为

9．（1）；（2）；（3）还是停在O点

【详解】（1）匀减速过程

由牛顿第二定律

解得

（2）开始的10m做加速度为a的匀减速运动，则

解得

擦冰后

解得擦冰后的加速度

则运动的总时间

解得

（3）根据动能定理，设擦冰前后的阻力分别为f1、f2，则

f1、f2不变，当时，当x2=20m不变时x1的值也不变，所以还是停在O点。

10．（1）1.8N；（2）1.05J；（3）J或J

【详解】（1）小物块从A到C过程由动能定理

小物块在C点根据牛顿第二定律

解得

根据牛顿第三定律，支持力和压力大小相等，方向相反，所以C点对轨道的压力是1.8N。

（2）小物块过E点最小速度为零，从E到D，由机械能守恒定律得

解得

小球能通过D点，速度最小时，由重力提供向心力，则有

解得

由上分析，可知必须在D点速度等于m/s，对应的动能最小

解得

=1.05J

（3）不脱离轨道2种情况

情况1：过F点，满足

由动能定理得

解得

=1.2J

情况2：过圆弧BCD与O点等高处，由动能定理得

解得

=0.3J

综上所述，符合条件的动能J或J

11．（1）0.1N；0；（2）C；（3）0.0075J

【详解】（1）a转动产生的感应电动势为

解得

=2V

根据电阻的决定式得

根据闭合电路欧姆定律得

=0.25A

b、c受到安培力大小为

=0.1N

（2）动量定理

C

（3）碰撞动量守恒

假定粘合以后能穿过磁场

bc粘合以后的电阻为

故b、c杆产生的焦耳热

12．（1），；（2）；（3），

【详解】（1）电荷加速过程

类平抛运动

，

解得

第1次进入下方磁场时，由几何关系得

，

由公式

得

解得

（2）O到N过程中，粒子在磁场中偏转的弦长

即弦长相等，在弦长相等，半径增大，角度减小情况下，第1次进入下方磁场距离x轴的距离最大。最大值

解得

（3）粒子第4次经过x轴N点，电场方向加速了4次

则

，

N点的坐标（8.5d，0），加速电压调整为原来的k倍，粒子仍能打到N点被收集，满足：

且

解得

，