山东省滨州市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

山东省滨州市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．（2021·山东滨州·统考二模）“嫦娥五号”由上升器、着陆器、轨道器、返回器四个部分组成，先后经历发射入轨、地月转移、近月制动、环月飞行、月面下降、月面采样、月面上升、交会对接、环月等待、月地转移和再入回收等飞行阶段，最终在内蒙古四子王旗着陆，然后将约2kg月球样品送至地面实验室开展精细研究。嫦娥五号探测器着陆器和上升器组合体质量M，从距离月面15km处，开始实施动力下降，在飞到月球表面附近某高度时悬停，之后移动向选定的着陆点。采集样品完成各项试验后，质量为m（含2kg月球样品）的上升器离开了着陆器表面，成功突破月球第一宇宙速度，进入环月轨道。已知地球的质量为月球质量的a倍，地球的半径为月球半径的b倍，地球的第一宇宙速度大小为v如地球表面的重力加速度为g，其中M、m、a、b、g、v均为已知量。

（1）求上升器达到月球的第一宇宙速度时具有的动能；

（2）若着陆器和上升器组合体悬停时，单位时间内竖直向下喷出推进剂的质量为，求喷出推进剂相对于月球的速度大小。（不考虑喷出推进剂而导致陆器和上升器组合体的质量变化）。

2．（2021·山东滨州·统考二模）一直角金属框架abc此放置在光滑水平面上，b为顶点，ab垂直于bc，且ab、bc长度足够大。以b点所在位置为坐标原点O，沿abc框架的对称轴向右建立x轴。一足够长的导体棒MN被两个小圆柱固定在金属框架的上方，导体棒MN过坐标原点O，且与x轴垂直，导体棒MN单位长度的电阻为R0，整个装置处在垂直水平面向下匀强磁场中，磁感应强度的大小为B，其俯视图如图所示。框架在沿x轴正方向的水平力F的作用下，以大小为v0的速度沿Ox方向做匀速直线运动。从框架开始运动的时刻开始计时，不计导体棒与框架的摩擦以及框架的电阻，导体棒与框架接触良好。

（1）求金属框架位移为x时，F的大小；

（2）若R0=1Ω、B=1T、v0=2m/s，画出F-x的图像，并求出0~2s内电路中产生的焦耳热Q和通过的电荷量q。

3．（2021·山东滨州·统考二模）如图所示，轻绳一端连接质量为mA=m的物体A，跨过两个轻质定滑轮后，另一端连接在劲度系数为为的轻质弹簧上端。轻弹簧的下端与一质量为mB=4m的物体B相连，A、B均处于静止状态，轻弹簧沿竖直方向。现在物体A的下面用轻绳连一质量为mC=m的物体C（图中未画出）。让物体C从靠着物体A处由静止释放，一段时间后细绳绷直，绷直时间很短，物体A、C以大小相等的速度一起运动，恰好能使B离开地面但不继续上升。若弹簧形变量为x，弹簧劲度系数为k则弹簧弹性势能为，当地 重力加速度为g。求：

（1）物体A下降的最大高度；

（2）连接物体A和C的轻绳长度。

4．（2021·山东滨州·统考二模）如图所示，轻绳的一端挂一小球，另一端连接一轻质小环，小环套在水平放置的足够长的直杆上，M为直杆上的一点，MN为垂直于直杆的分界线，MN的左侧存在水平向右的匀强电场。直杆在M左侧部分光滑，M右侧部分环与杆的动摩擦因数。将小环用一插销固定在直杆的O点，小球静止时轻绳与竖直方向的夹角。已知，小球质量为m，带电荷量的大小为q，绳长为l，O点到MN的距离为，最大静摩擦力等于滑动摩擦力（sin37°=0.6，cos37°=0.8，重力加速度为g）。求：

（1）电场的电场强度E大小；

（2）拔下插销后，轻绳第一次竖直前瞬间小球速度v1大小；

（3）小球第一次离开电场的速度v2大小；

（4）小球第一次离开电场后摆动到最大高度时，轻绳与竖直方向的夹角。

5．（2022·山东滨州·统考二模）如图所示一U形玻璃管竖直放置，右端开口，左管用光滑活塞和水银封闭一段空气柱。外界大气压为，封闭气体的温度，玻璃管的横截面积为S=5.0cm2，管内水银柱及空气柱长度如图所示。已知水银的密度为，重力加速度g=10m/s2；封闭气体的温度缓慢降至。求：

（1）温度时空气柱的长度L；

（2）已知该过程中气体向外界放出5.0J的热量，气体内能的增量。（结果保留两位有效数字）

6．（2022·山东滨州·统考二模）2022年2月20日，北京冬奥会所有比赛结束。中国队9金4银2铜收官，位列金牌榜第三，金牌数和奖牌数均创历史新高。冬奥会雪橇比赛地形示意图如图甲所示，雪橇比赛完成出发起跑后，运动员改为躺姿无动力滑行，轨道截面图如图乙所示，全部赛道均在倾角为θ的斜面上，运动员与雪橇总质量为m，且可视为质点。U型急弯、S型急弯轨道均视为半径为R的圆弧，雪橇拐弯时的向心力由侧壁弹力和重力的分力提供。U型急弯最高点与S型急弯的最低点高度落差为h，当地重力加速度为g。

（1）已知运动员和雪橇对U型急弯最高点外侧壁和S型急弯最低点外侧壁的压力大小相等，从U型急弯最高点到S型急弯最低点的过程中，求运动员和雪橇损失的机械能；

（2）雪橇刚拐进A点到终点的直轨道，由于操作失误，雪橇以与直轨道成α角的速度v飞起，在空中运动过程与直轨道在同一竖直面内，已知直轨道与水平面成β角。求运动员和雪橇离直轨道的最大距离。

7．（2022·山东滨州·统考二模）如图甲所示建立立体空间坐标系，P为与xoy平面平行放置的竖直屏，与z轴垂直相交于z = 0.45m处。如图乙所示，粒子源位于xoy平面内的第二象限内，粒子源飘出初速度为零的正粒子，加速电场负极板与yoz平面重合，加速电压。粒子加速后从y轴上小孔M进入第一象限，M点对应坐标y1 = 0.04m。在x轴上方I区域（）内存在沿z轴负方向的匀强磁场，磁感应强度B1 = 2T，在x轴上方II区域（）内存在沿z轴正方向的匀强磁场B2，在II区域和x轴下方存在沿z轴正方向的匀强电场E（未画出）。已知粒子质量，电荷量，坐标、，电场强度，不计粒子的重力和空气的影响，粒子恰好不从II区域右边界射出。取。求：

（1）粒子经过I、II区域边界N点到x轴的距离y2；

（2）II区域内的磁感应强度B2的大小；

（3）粒子打在P屏上位置的y坐标。

8．（2022·山东滨州·统考二模）如图甲所示，在水平面上沿一条直线并排着四个物体（均可视为质点），彼此相距为L，以物体1所在位置为坐标原点，向右为x轴正方向，建立如图甲所示坐标系。物体与水平面之间的动摩擦因数如图乙所示，在，，之间动摩擦因数与x轴所成μ—x图像正好为半圆，其他地方地面可视为光滑。物体1、2、3、4的质量分别为m、2m、3m、4m。现给物体1以一定初速度，物体1与物体2发生碰撞后粘在一起向右运动。此后，发生的其他碰撞皆为弹性碰撞。已知当地重力加速度为g，所求答案用题目中给定的符号m、L、g、π表示，本题中所有单位均为国际单位制单位。求：

（1）物体1在运动第1个位移L过程中，地面对物体1所做的功；

（2）物体1与物体2相撞后瞬间的速度；

（3）物体3最终的位置坐标。

9．（2023·山东滨州·统考二模）图1是很多机械结构中都会用到的气弹簧装置．其简化模型如图2所示，装有氮气的封闭气缸竖直固定在水平地面上，一光滑活塞将气缸分成A、B两部分，活塞上有一个透气的小孔将气缸中两部分气体连通在一起，活塞上固定一个圈柱形的连杆．已知活塞与连杆的总质量为m，活塞横截面积为S，连杆横截面积为．初始时刻活塞停在气缸内某处，此时A部分气体高，B部分气体高．已知大气压强为，重力加速度为g，气体可看作理想气体，汽缸与连杆之间无摩擦且密封良好，气体温度始终保持不变．

（1）求初始时刻缸内气体压强；

（2）若对连杆施加向下的压力，使得活塞缓慢向下移动距离，求此时缸内气体压强．

10．（2023·山东滨州·统考二模）如图所示，快递公司分拣快递用的直线交叉带分拣线，可简化为在同一水平面内两个相互垂直的、绷紧的传送带模型．两传送带A、B始终保持的恒定速率运行．可看作质点的快递C被无初速地放在传送带A上，经加速后以的速率滑上传送带B．快递C最后以的速率随传送带B一起匀速运动．已知快递C质量为，与传送带A、B间的动摩擦因数均为，重力加速度g取．求：

（1）要使快递C在到达传送带B前加速到与传送带A共速，快递C在传送带A上运动的最小位移；

（2）快递C在传送带B上所受摩擦力的大小和方向；

（3）快递C在传送带B上做曲线运动的时间．

11．（2023·山东滨州·统考二模）如图，圆柱形区域与平面相切于y轴，该区域内存在平行y轴的匀强磁场．在和位置，紧靠y轴放置两平行金属板，金属板与平面平行，沿z轴方向长为L，沿x轴方向宽度足够大，两板间加恒定电压．在金属板右侧垂直z轴固定一足够大的荧光屏，荧光屏与金属板右端距离为，荧光屏与z轴交点记为．平面内有一与z轴平行且宽度等于磁场区域直径的线状粒子源，粒子源各位置处均匀向外无初速度释放带电粒子，已知单位时间内粒子源释放的总粒子数为N．粒子源释放的粒子经加速电压加速后，全部射向磁场区域，通过磁场后均过O点离开磁场，进入偏转电场后，粒子向y轴正方向偏转，最终部分粒子打在荧光屏上．已知粒子进入磁场前的加速电压与离开磁场后的偏转电压大小相等，不计粒子重力．求：

（1）如图所示，沿与z轴正方向夹角离开磁场的粒子，最终打在荧光屏上的x轴坐标值；

（2）荧光屏上显示的粒子落点形成的图线的方程；

（3）单位时间打在荧光屏上的粒子数．

12．（2023·山东滨州·统考二模）如图所示是游乐园某种电动小火车的结构示意图，小火车由车头和n节车厢组成，车头与每节车厢的质量均为m，各车厢间用长为l的轻绳连接，静止在水平直轨道上，各车厢紧靠在一起，车头启动后发动机提供恒定的动力，大小为，车头和每节车厢所受轨道阻力均为，绳子拉紧后，被拉车厢在非常短的时间内与车头达到共速，重力加速度为g，求：

（1）车头与车厢1之间的轻绳绷紧后瞬间火车的速度大小；

（2）整个火车启动过程中，克服轨道阻力做的总功；

（3）第n节车厢启动后瞬间火车的速度大小。（已知）

参考答案：

1．（1）；（2）

【详解】（1）据公式

已知地球第一宇宙速度为v，所以月球的第一宇宙速度为

所以上升器的动能为

（2）根据公式

可以求出

组合体悬停时二力平衡，根据公式

根据动量定理可得

可得

2．（1）；（2）见解析，32J，4C

【详解】（1）当金属框架位移为x时，切割磁感线的有效长度为2x，则感应电动势大小为

则回路中的电流为

框架所受安培力大小为

根据平衡条件可得

联立方程，解得

（2）若R0=1Ω、B=1T、v0=2m/s，则有

则F-x图像如图

0~2s内，金属框架的位移为

由于金属框架匀速运动，根据能量守恒定律可知，电路中产生的焦耳热等于F做的功W，由F-x图像可知，图线与x轴所围图形的面积表示W，则回路中产生的焦耳热为

通过回路的电荷量为

联立解得

3．（1）；（2）

【详解】（1）开始时，A静止，设弹簧伸长量为x1，有

挂C并释放后，A、C向下运动，设B刚要离地时弹簧伸长量为x2，有

物体A、C下降的最大高度

联立解得

（2）C从释放到细绳刚绷直前做自由落体运动，设细绳绷直前瞬间C速度大小为vc，有

细绳绷直瞬间，细绳张力远大于C的重力，A、C相互作用，由动量守恒得

细绳绷直后，A、C一起运动，到最低点时A。C的速度为零，这一过程中A、C、弹簧组成的系统机械能守恒，有

代人数据解得

4．（1）；（2）；（3）；（4）

【详解】（1）对带电小球列平衡方程

解得电场的电场强度

（2）拔下插销后，对小球列牛顿第二定律

由几何关系可知拔下插销后，当轻绳第一次竖直前，小球的位移

对小球沿绳方向的匀变速直线运动列运动学方程

联立解得轻绳第一次竖 直前瞬间小球速度

（3）轻绳恰好竖直时刻，小球及小环离分界线距离为

之后绳子对小球有拉力，轻绳恰好竖直时刻，小球对小球速度分解可求得小球在水平方向的分速度

此时对小球列牛顿第二定律

得

之后小球和小环一起向右做匀加速直线运动，位移为，由可得，

（4）小环滑动到MN分界线后，若某时刻细绳与竖直方向夹角为φ，对小环受力分析，列平衡方程

、

轻质环不滑动的条件是

联立解得轻环不滑动的条件是轻绳与竖直方向的夹角

φ≤37°

轻环经过MN后，处于静止状态，小球做圆周运动，对小球列动能定理

解得小球第一次离开电场后的摆动到最大高度时，轻绳与竖直方向的夹角

5．（1）；（2）-2.5J

【详解】（1）气体做等压变化，由盖—吕萨克定律得

解得

（2）封闭气体的压强

外界对气体做功

由热力学第一定律

得

即内能减少了2.5J。

6．（1）；（2）

【详解】（1）在最高点由牛顿第二定律得

同理在最低点

从最高点到最低点的过程中由动能定理得

损失的机械能

（2）把速度和加速度沿直轨道和垂直直轨道分解

垂直直轨道方向，由运动学公式得

解得离开轨道的最大距离

7．（1）；（2）；（3）

【详解】（1）粒子经加速区加速

在I区域内洛仑兹力提供向心力

设粒子打出I区域时速度偏角为θ，则

N点到x轴的距离

解得

（2）粒子在II区域内垂直电磁场方向做匀速圆周运动，半径为r2，由几何关系得

画出运动轨迹如下图所示

洛仑兹力提供向心力

解得

（3）粒子从xoy平面到屏运动时间为t，则

设粒子经xoz平面时平行xoy方向速度与xoz平面夹角为α

则

粒子在II区域内运动时间

打在屏上的y坐标

即打在屏上的坐标为

8．（1）；（2）；（3）

【详解】（1）物体1在水平地面上滑动过程中，受到滑动摩擦力作用，摩擦力大小为

F滑 = μmg

滑动摩擦力所做的功

解得

（2）物体1以初速度v0经过位移L的过程中，根据动能定理得

物体1与物体2发生完全非弹性碰撞，根据动量守恒定律得

解得

（3）物体1、2整体经过位移L后和物体3发生弹性碰撞，因为质量相同，所以发生速度交换。物体1、2停在物体3位置，物体3经过位移L后与物体4发生弹性碰撞。

1、2碰撞后到3与4碰撞前，根据动能定理得

物体3与物体4发生弹性碰撞，根据动量守恒和机械能守恒得

物体3碰撞后反弹，假设在水平面上运动的距离为y，且，对应的圆心角为，如图所示

则滑动摩擦力所做的功为

根据动能定理得

位置坐标为

解得

9．（1）；（2）

【详解】（1）对活塞与连杆整体

解得

（2）气体初态

气体末态

根据玻意耳定律

联立解得

10．（1）2m；（2），方向与传送带B的运动方向夹角为45°；（3）

【详解】（1）根据匀变速直线运动规律有

代入数据解得

（2）快递C在传送带B上所受摩擦力的大小为

设方向与传送带B的运动方向夹角为，则

解得

（3）快递C在传送带B上做曲线运动的时间为

11．（1）；（2）见解析；（3）

【详解】（1）带电粒子打到荧光屏前，沿轴方向

沿轴方向

最终射荧光屏上的轴坐标

（2）对带电粒子加速过程根据动能定理

在偏转电场中

粒子离开电场时，偏转角为，则

粒子离开电场后，沿轴方向偏转位移

粒子打在荧光屏上的轴坐标

联立解得

荧光屏上显示的粒子落点图线方程

粒子能手射到荧光屏的条件

可得

即

图线方程的定义域为

（3）如图所示

设圆柱形磁场圆直径为，由几何关系可知，沿与轴正方向夹角离开圆柱形磁场的粒子恰好可以打在荧光屏上，改粒子进入磁场时与中心线距离

可知满足条件的粒子源长度

单位时间打在荧光屏上的粒子数

12．（1）；（2）；（3）

【详解】（1）对车头有

第1根轻绳绷紧过程有

解得

（2）车厢1被拉动前，车头克服阻力做

车厢2被拉动前，车头与车厢1克服阻力做功

车厢3被拉动前，车头与车厢1、车厢2克服阻力做功

车厢n被拉动前，车头与前面所有车厢克服阻力做功

整个火车启动过程中，克服轨道阻力做的总功

解得

（3）第1根轻绳绷紧后瞬间车厢1的速度，则

对车头和车厢1

第2根轻绳绷紧过程

解得

同理，第3根轻绳绷紧瞬间速度为

则车厢n-1与车厢n间轻绳绷紧后瞬间，车厢n的速度为

其中

则

解得