天津市和平区高考物理三年（2021-2023）模拟题（三模）按题型分类汇编-03解答题

这是一份天津市和平区高考物理三年（2021-2023）模拟题（三模）按题型分类汇编-03解答题，共16页。试卷主要包含了解答题等内容，欢迎下载使用。

一、解答题
1．（天津市重点校2022-2023学年高二下学期期中联考物理试题）如图所示，光滑轨道的左端为半径为R=1.8m的圆弧形，右端为水平面，二者相切，水平面比水平地面高H=0.8m，一质量为m1=0.2kg的小球A从距离水平面高h=0.45m处由静止开始滑下，与静止于水平面上的质量为m2的小球B发生弹性正碰，碰后小球B做平抛运动，落地时发生的水平位移为x=1.6m，重力加速度g=10m/s2。求：
（1）A球刚滑到圆弧最低点时受到轨道支持力的大小；
（2）碰后瞬间B球的速度大小；
（3）B球的质量。
2．（2023届天津市和平区高三下学期第三次质量检测物理试题）如图所示，间距为L、电阻不计的足够长的双斜面型平行导轨，左导轨光滑，右导轨粗糙，左、右导轨分别与水平面成α、β角，分别有垂直于导轨斜面向上的磁感应强度为B1、B2的匀强磁场，两处的磁场互不影响。质量均为m、电阻均为r的导体ab、cd与两平行导轨垂直放置且接触良好。ab棒由静止释放，cd棒始终静止不动。求：
（1）ab棒匀速运动时速度大小vm；
（2）ab棒匀速运动时cd棒消耗的电功率；
（3）ab棒速度大小为v时cd棒受到的摩擦力大小。
3．（2023届天津市和平区高三下学期第三次质量检测物理试题）如图甲所示，粒子源靠近水平极板M、N的M板，N板下方有一对长为L，间距为d=1.5L的竖直极板P、Q，在下方区域存在着垂直于纸面的匀强磁场，磁场上边界的部分放有感光胶片，水平极板M、N中间开有小孔，两小孔的连线为竖直极板P、Q的中线，与磁场上边界的交点为O，水平极板M、N之间的电压为U0；竖直极板P、Q之间的电压U随时间t变化的图像如图乙所示，磁场的磁感强度B=，粒子源连续释放初速不计、质量为m、带电量为+q的粒子，这些粒子经加速电场获得速度进入竖直极板P、Q之间的电场后再进入磁场区域，都会打到感光胶片上，已知粒子在偏转电场中运动的时间远小于电场变化的周期，粒子重力不计。求：
（1）带电粒子进入偏转电场时的动能Ek；
（2）已知带电粒子若在U=0时进入竖直极板P、Q之间的电场，在磁场中能够产生竖直方向的最大距离，求该最大距离；
（3）带电粒子打到磁场上边界感光胶片的落点范围。
4．（2022届天津市和平区高三（下）第三次模拟考试物理试题）2022 北京冬奥会上，隋文静、韩聪获得花样滑冰双人自由滑比赛冠军。设运动员在滑行过程中受到冰面的阻力为重力的k倍，运动员可以通过控制冰刀的角度改变k的大小，在做某个技巧动作时，两个运动员相隔一定距离都以v0=6m/s的初速度相向滑行，滑行过程中，女运动员k1=0.2，男运动员的k2=0.1，经过t=2s后，男运动员在极短时间内将女运动员接住，之后调整冰刀角度进行制动，两人一起滑行了0.5m后速度减为0。已知女运动员的质量m1=50kg，男运动员的质量m2=70kg，忽略空气阻力，求：
（1）在接住女运动员后的瞬间二人的速度；
（2）被男运动员接住过程女运动员受到的冲量大小；
（3）二人共同滑行阶段的阻力是重力的多少倍？
5．（【全国区级联考】天津市和平区2018届高三下学期二模物理试题）如图所示，边长为L的正方形单匝线圈abcd，质量为m，每边电阻均为R，以一定的初速度竖直向上运动，线框正上方空间有一有界匀强磁场，磁场区域的上、下边界水平平行，间距为2L，磁感线方向垂直于线框所在平面向里，磁感应强度大小B。线框在运动过程中始终保持在同一竖直面内，ab边保持水平。向上运动过程中，线框ab边与磁场下边界重合时速度大小为v0，经历时间t后，线框完全进入磁场（cd边与磁场下边界重合）；框架向上穿出磁场后，继续向上运动并返回，当cd边回到磁场上边界时恰好能够匀速进入磁场区域，重力加速度为g，不计空气阻力，求：
(1)线框向下运动时，刚进入磁场时匀速运动的速度大小v1；
(2)线框向上运动时，从刚要进入磁场到完全离开磁场过程中，ab边产生的热量Qab；
(3)线框向上运动时，刚完全进入磁场时的速度大小v2。
6．（2022届天津市和平区高三（下）第三次模拟考试物理试题）在科学研究中，常用电磁场来控制带电粒子的轨迹。如图所示，真空中有一半径为r 的圆形磁场区域，与x轴相切于坐标原点O，磁场磁感应强度为B，方向垂直于纸面向外，在圆形磁场区域的右侧有两水平放置的正对的平行金属板M、N，板间距离也为r， 板长为L，板间中心线O2O3的反向延长线恰好过磁场圆的圆心O1，在O点处有一粒子源， 能向磁场中各个方向（纸面内）源源不断地发射速率相同、质量为m、比荷为k且带正电的粒子，单位时间内发射的粒子数为n，沿y轴正方向射入磁场的粒子，恰能沿直线O2O3的方向射入平行板间。不计重力、阻力及粒子间的相互作用。求
（1）粒子入射的速度v0的大小；
（2）若已知两平行金属板间电场强度，在平行板的右端适当位置固定一平行于 y轴方向的探测板（图中未画出），使从M、N板右端射出平行板间的粒子全部打在探测板上，则板长至少为多少？
（3）在满足第（2）问的前提下，若打到探测板上的粒子被全部吸收，求粒子束对探测板 的平均作用力的大小。
7．（【全国百强校】河南省南阳市第一中学2017-2018学年高二上学期第四次月考（1月）物理试题）汤姆逊用来测定电子的比荷（电子的电荷量与质量之比）的实验装置如图所示，真空管内的阴极K发出的电子（不计初速度．重力和电子间的相互作用）经加速电压加速后，穿过A．A′中心的小孔沿中心轴O1O的方向进入到两块水平正对放置的平行极板P和P'间的区域．当极板间不加偏转电压时，电子束打在荧光屏的中心O点处，形成了一个亮点；加上偏转电压U后，亮点偏离到O′点，（O′与O点的竖直间距为d，水平间距可忽略不计．此时，在P和P′间的区域，再加上一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场．调节磁场的强弱，当磁感应强度的大小为B时，亮点重新回到O点．已知极板水平方向的长度为L1，极板间距为b，极板右端到荧光屏的距离为L2（如图所示）．
(1)求打在荧光屏O点的电子速度的大小．
(2)推导出电子的比荷的表达式
8．（2021届天津市和平区高三（下）第三次质量调研物理试题）如图，质量为M=4kg的木板AB静止放在光滑水平面上，木板右端B点固定一根轻质弹簧，弹簧自由端在C点，C到木板左端的距离L=0.5m，质量为m=1kg的小木块（可视为质点）静止放在木板的左端，木块与木板间的动摩擦因数为，木板AB受到水平向左的恒力F=14N，作用一段时间后撤去，恒力F撤去时木块恰好到达弹簧自由端C处，此后运动过程中弹簧最大压缩量x=5cm，且将物块向左弹回后能恢复原长，g=10m/s2。求：
（1）水平恒力F作用的时间t；
（2）撤去F后，弹簧的最大弹性势能Ep；
（3）整个运动过程中系统产生的热量Q。
9．（2021届江苏省扬州市扬州中学高三（上）12月物理试题）如图所示，两平行光滑的金属导轨MN、PQ固定在水平面上，相距为L，处于竖直向下的磁场中，整个磁场由n个宽度皆为x0的条形匀强磁场区域1、2……n组成，从左向右依次排列，磁感应强度的大小分别为B、2B、3B……nB，两导轨左端MP间接入电阻R，一质量为m的金属棒AB垂直于MN、PQ放在水平导轨上，与导轨电接触良好，不计导轨和金属棒的电阻。
(1)对导体棒AB施加水平向右的力，使其从图示位置开始运动并穿过n个磁场区，求导体棒穿越磁场区1的过程中通过电阻R的电量q；
(2)对导体棒AB施加水平向右的恒力F0，让它从磁场区1左侧边界处开始运动，当向右运动距离时做匀速运动，求棒通过磁场区1所用的时间t；
(3)对导体棒AB施加水平向右的拉力，让它从距离磁场区1左侧x=x0的位置由静止开始做匀加速运动，当棒AB进入磁场区1时开始做匀速运动，此后在不同的磁场区施加不同的拉力，使棒AB保持做匀速运动穿过整个磁场区，求棒AB在穿过整个磁场区过程中回路产生的电热Q。
参考答案：
1．（1）；（2）4m/s；（3）0.1kg
【详解】（1）A球下滑到圆弧最低点过程有
在最低点有
解得
（2）碰后B球作平抛运动有
，
解得
（3）发生弹性碰撞
，
解得
2．（1）；（2）；（3）见解析
【详解】（1）设导体棒ab匀速运动时导体棒ab产生的感应电动势为
流过导体棒的电流大小为
导体棒ab所受安培力为
导体棒ab匀速运动，满足
解得
（2）导体棒ab匀速运动时，cd棒消耗的电功率为
（3）当导体棒ab的速度为v时，其感应电动势大小为
导体棒ab、cd串联，根据闭合电路欧姆定律有
导体棒cd所受安培力为
若mgsinβ>F2，则摩擦力大小为
若mgsinβ≤F2，则摩擦力大小为
3．（1）；（2）L；（3）见解析
【详解】（1）粒子从粒子源发出进入加速电场做匀加速直线运动，根据动能定理可得
（2）加速后的带电粒子以v1的速度进入竖直极板P、Q之间，若在U=0时进入竖直极板P、Q之间的电场，则不发生偏转，沿中心线进入磁场，所以
解得
（3）粒子运动轨迹如图所示
若t=0时进入偏转电场，在电场中匀速直线运动进入磁场时R=L，打在感光胶片上距离中心线最近为
任意电压时出偏转电场时的速度为vn，根据几何关系有
打在感光胶片上的位置和射入磁场位置间的间距（轨迹弦长）
可见该间距与偏转电压无关，在感光胶片上的落点范围宽度等于粒子在电场中的偏转距离，设带电粒子在电场中最大偏转距离y，则
所以粒子在感光胶片上落点距O点的长度范围是2L到之间。
4．（1），方向与男运动员初速度方向相同；（2）；（3）
【详解】（1）根据牛顿第二定律可知女、男运动员在相向滑行过程中的加速度大小分别为
女、男运动员接触前瞬间的速度大小分别为
取男运动员初速度方向为正方向，在男运动员接住女运动员的过程，根据动量守恒定律有
解得
方向与男运动员初速度方向相同。
（2）根据动量定理可知，被男运动员接住过程女运动员受到的冲量大小为
（3）根据运动学公式可得二人共同滑行阶段的加速度大小为
设二人共同滑行阶段的阻力是重力的k倍，根据牛顿第二定律可得
解得
5．(1) ；(2) ；(3)
【详解】（1）cd边进入磁场时，产生的电动势
框架中电流
cd边受到的安培力
对快框架受力平衡
联立解得
（2）上升过程中，能量守恒，损失的机械能都转化为框架中的热量
ab边生热为
（3）线框向上运动进入磁场的过程，由动量定理得
而
解得
6．（1）；（2）；（3）
【详解】（1）由题意可知粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为
①
根据牛顿第二定律有
②
由题意可知
③
联立①②③解得
④
（2）如图所示，设某粒子从O射出时与y轴夹角为θ，根据几何关系可知四边形OO1PO′为菱形，由此可推知所有粒子从磁场射出时的速度方向都平行于x轴。
粒子在两金属板间做类平抛运动的加速度大小为
⑤
运动时间为
⑥
侧移量为
⑦
由题意可知
⑧
联立④⑤⑥⑦⑧解得
⑨
所以紧贴极板入射的粒子将从O3射出，沿O2O3入射的粒子将从极板右边缘射出，若使从M、N板右端射出平行板间的粒子全部打在探测板上，探测板紧贴M、N右端时长度最小，为。
（3）在满足第（2）问的前提下，假设粒子在两金属板间向下偏转，设紧贴N板射入的粒子从O点射出时的速度方向与y轴夹角为θ，根据几何关系有
⑩
解得
⑪
而沿y轴正方向射出的粒子恰好沿O2O3射入，所以与y轴速度夹角在0~30°范围内的粒子可以最终打到探测板上。所以射入平行板间的粒子与射入磁场的粒子数之比为
⑫
Δt时间内打在探测板上的粒子数为
⑬
粒子打在探测板上时，根据动量定理，在水平方向上有
⑭
在竖直方向上有
⑮
根据运动学公式有
⑯
探测板对粒子束的平均作用力大小为
⑰
联立⑤⑥⑬⑭⑮⑯⑰解得
⑱
根据牛顿第三定律可知粒子束对探测板的平均作用力的大小为。
根据对称性可知，若粒子在金属板间向上偏转，则可得到相同的结论。
7．(1) (2)
【详解】（1）当电子受到的电场力与洛沦兹力平衡时，电子做匀速直线运动，亮点重新回复到中心O点，设电子的速度为v，则
，得即；
（2）当极板间仅有偏转电场 时，电子以速度v进入后，竖直方向做匀加速运动，
加速度为
电子在水平方向作匀速运动，在电场内的运动时间为
这样，电子在电场中，竖直向上偏转的距离为
离开电场时竖直向上的分速度为
电子离开电场后做匀速直线运动，经t2时间到达荧光屏
t2时间内向上运动的距离为
这样，电子向上的总偏转距离为
，
可解得
8．（1）1s；（2）0.3J；（3）1.4J
【详解】（1）在水平恒力作用下，对M分析有
解得
对m分析有
解得
恒力F撤去时木块恰好到达弹簧自由端C处，则有
解得
（2）撤去F时，木板与木块的速度分别为
撤去外力F后，两者组成的系统动量守恒，则两者具有共同速度时，弹簧的弹性势能最大，有
联立解得
（3）在水平恒力作用下，产生的热量为
撤去外力F后，假设物块向左弹回后能恢复原长时，有
联立解得
由于
整个运动过程中系统产生的热量
9．(1)；(2)；(3)
【详解】(1)电路中产生的感应电动势为
通过电阻R的电荷量为
导体棒通过I区过程
解得
(2)设导体棒运动时速度为v0，则产生的感应电流为
导体棒受到的安培力与水平向右的恒力F0平衡，则
解得
设棒通过磁场I区在时间内速度的变化为，对应的位移为，则
则
解得
(3)设进入I区时拉力为F1，速度v，则有
解得
进入i区的拉力
导体棒以后通过每区域都以速度v做匀速运动，由功能关系有
解得