上海市各地区2023年高考物理模拟（二模）题按题型分类汇编-04解答题1

上海市各地区2023年高考物理模拟（二模）题按题型分类汇编-04解答题1

一、解答题

1．（2023届上海市奉贤区高三下学期等级考模拟质量调研（二模）物理试题）航拍无人机已被广泛使用。操作遥控器使无人机竖直上升或竖直下降，假设无人机受到竖直向上或竖直向下的推动力大小都为重力的1.5倍。一次试飞中，让无人机由静止从地面竖直向上起飞，2s末关闭发动机。（忽略空气阻力，重力加速度g=10m/s2）求：

（1）无人机在加速上升过程中的加速度；

（2）无人机上升到距地面的最大高度；

（3）无人机上升到最高点后，为安全着陆（落地速度为零），用的最短时间。

2．（2023届上海市奉贤区高三下学期等级考模拟质量调研（二模）物理试题）如图甲所示，P、Q为水平面内平行放置的金属长直导轨，间距为d，处在大小为B、方向竖直向下的匀强磁场中。一根质量为m、电阻为r的导体棒ef垂直于P、Q放在导轨上，导体棒ef与P、Q导轨之间的动摩擦因素为。质量为M的正方形金属框abcd，边长为L，每条边的电阻均为r，用绝缘细线悬挂在竖直平面内，ab边水平，金属框的a、b两点通过细导线与导轨相连，金属框处于大小也为B、方向垂直框面向里的匀强磁场中，不计其余电阻和细导线对a、b点的作用力。现用一电动机以恒定功率沿导轨方向水平牵引导体棒ef向左运动，从导体棒开始运动计时，悬挂线框的细线拉力FT随时间t的变化如图乙所示，g为重力加速度。

（1）写出导体棒ef运动过程中感应电流的方向；

（2）求t0时间以后通过ab边的电流大小；

（3）求t0时间以后导体棒ef运动的速度大小；

（4）求电动机的牵引力功率P。

3．（2023届上海市青浦区高三下学期二模物理试题）如图所示，用大小为 10N、方向与水平地面成37°角的拉力 F，使静止物体从 A 点沿水平地面运动到相距 15m 的 B 点，到达B 点时的速度为 6m/s。此时立即撤去 F，物体沿光滑弧形轨道滑到 C 点，然后返回水平地面，停在离 B 点 4.5m的 D 点。（取 g=10m/s2, sin37°=0.6，cos37°=0.8）求：

（1）C点的离地高度；

（2）物体从A向B运动时的加速度及物体的质量；

（3）若要使物体返回后越过 D 点停下，物体的质量应满足什么条件？

4．（2023届上海市青浦区高三下学期二模物理试题）如图，两根质量、电阻均相同的金属棒MN、PQ分别置于光滑的金属导轨上，导轨的水平部分和倾斜部分均处在垂直于导轨、强度相同的匀强磁场中，倾斜导轨与水平方向的夹角α=37°，不计导轨的电阻，MN与固定在水平导轨上的力传感器连接。现对PQ施加平行于倾斜导轨且随时间均匀变化作用力F1（t=0时，F1=0），使PQ棒在距导轨底端x=2m处由静止开始运动，棒与导轨始终垂直且接触良好，电脑显示MN受到力传感器水平向右的拉力F2与时间成正比，且F2=0.8t。MN始终保持静止状态，重力加速度g取10m/s2。

（1）分析并说明PQ棒的运动方向。

（2）请证明PQ棒的在倾斜导轨上的运动是匀加速直线运动。

（3）求PQ运动到导轨底端时，速度v的大小。

（4）若PQ运动到底端的过程中，F1做功W=1.2J，则MN产生的焦耳热Q为多少？

5．（2023届上海市松江区高三下学期二模测试物理试题）如图，半径R＝0.25m的光滑圆弧轨道的左端A与圆心O等高，B为圆弧轨道的最低点，圆弧轨道的右端C与一倾角θ＝37°的粗糙斜面相切。一质量m＝1kg的小滑块从A点正上方h＝1m处的P点由静止自由下落。已知滑块与粗糙斜面间的动摩擦因数μ＝0.75，不计空气阻力，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，重力加速度g＝10m/s2。求：

（1）滑块运动到B点时速度和向心加速度；

（2）滑块在粗糙斜面上向上滑行的最大距离；

（3）分析说明滑块能否再次通过B点。

6．（2023届上海市松江区高三下学期二模测试物理试题）如图（a）所示，足够长的光滑平行导轨倾角，宽L = 0.6m，处于垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，磁感应强度B = 1T。上端接有的滑动变阻器和电阻性元件，的伏安特性曲线如图（b）所示，一根内阻不计、质量m=0.033kg的金属棒MN跨接在导轨上。现将调至某阻值，然后金属棒由静止释放，最终沿导轨匀速下滑，在金属棒匀速下滑的过程中（sin37°=0.6，cos37°=0.8，g=10m/s2），求：

（1）金属棒MN中电流的大小和方向；

（2）若流经的电流之比为，求金属棒匀速下滑的速度大小；

（3）若调至不同阻值，回路消耗的电功率能否为0.7W，说明理由。

7．（2023届上海市金山区高三下学期二模测试物理试题）如图，固定光滑斜面的长为2.4m、倾角为37°。质量为1kg的物体在沿斜面向上的恒力F作用下从斜面底端由静止开始向上运动，至斜面中点时撤去力F，之后冲过斜面最高点落至地面。不计空气阻力，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，取g＝10m/s2。

（1）若物体落地前的瞬间动能为20J，求物体在斜面中点时的动能；

（2）若物体上升到斜面顶端时速度为零，求恒力F的大小。

8．（2023届上海市金山区高三下学期二模测试物理试题）如图所示，两根固定的光滑金属轨道间距为L，与水平面夹角为θ，轨道间存在垂直轨道平面向上的磁场，磁感应强度大小为B。质量均为m、电阻均为R的金属杆ab、cd同时从轨道上由静止释放。ab杆释放位置与轨道底部的挡板相距为d，撞击挡板后立即停止。轨道足够长且电阻忽略不计，重力加速度为g。

（1）求ab杆释放瞬间时的加速度大小；

（2）分析并写出ab杆下滑过程中速度随时间变化的关系式；

（3）分析d取不同值时，cd杆在ab停止后继续下滑过程中可能的速度变化情况。

9．（2023届上海市浦东新区高三下学期等级考模拟质量调研（二模）物理试题）运动员从飞机上跳伞后的运动轨迹简化为图示中的ABC。已知运动员（含伞包）的质量。在B点时打开伞包后运动员沿着直线段BC滑行，BC段与地面之间的夹角，此时运动员受到的空气升力与飞行方向垂直，空气阻力与飞行方向相反，两者大小与滑行速度满足：，，其中、为可调节的系数。，，取。

（1）若运动员在A点起跳的初速度大小为，下落高度时的速度大小为，求这段过程中机械能的损失量；

（2）若运动员在BC段的某时刻调节的值为4.8，的值为1.2，求此时运动员加速度a的大小；

（3）若在BC末段通过调节最终达到匀速滑行，求此时的值。

10．（2023届上海市浦东新区高三下学期等级考模拟质量调研（二模）物理试题）如图（a），两根足够长、光滑平行金属直导轨MN、PQ相距为L，导轨平面与水平面的夹角为，导轨电阻不计，其上端连接右侧电路，定值电阻R1阻值为3r，变阻器R的最大阻值为6r。磁感应强度为B的匀强磁场垂直导轨平面向上，一根质量为m、电阻为r、长为L的金属棒ab垂直于MN、PQ放置在导轨上。现调节变阻器R取某一阻值（不为零），棒ab由静止释放，且在运动中始终与导轨接触良好，重力加速度为g，则：

（1）判定金属棒ab中的电流方向；

（2）若R取1.5r，分析并在图（b）中作出金属棒ab由静止释放后，加速度a随速度v变化的图像；

（3）R取何值，在金属棒运动稳定时R消耗的功率最大？求出其最大功率；

（4）若导轨MN、PQ不光滑，棒ab释放后始终与导轨接触良好，为了确保棒运动过程中无摩擦损耗，可以在棒的中点施加一个拉力，请给出这个拉力的最小值和方向（此问无需分析过程）。

参考答案：

1．（1），方向竖直向上；（2）；（3）

【详解】（1）无人机在加速上升过程中，根据牛顿第二定律可得

解得

方向竖直向上。

（2）2s末关闭发动机，此时无人机的速度为

无人机加速上升的高度为

关闭发动机后，无人机减速上升的高度为

无人机上升到距地面的最大高度为

（3）设无人机上升到最高点后先以最大加速度加速下降时间，再以最大加速度减速下降，此过程用时最短，则有

根据逆向思维，将减速过程看成初速度为零的匀加速运动，

联立解得

，

则最短时间为

2．（1）导体棒中感应电流的方向由e指向f；（2）；（3）；（4）

【详解】（1）由右手定则可知，当导体棒ef向左运动，导体棒中感应电流的方向由e指向f；

（2）由图乙可知，时刻开始，拉力恒定，故回路中电流恒定，设边的电流为，边的电流为，则由平衡条件可得

由图像知

、、三边电阻串联后再与边电阻并联，所以由并联电路的特点可得

联立以上各式可得

（3）根据导体框的受力情况可知，时刻以后导体棒ef将做匀速直线运动，设导体棒ef和导体框组成的闭合电路的干路电流为，则由（2）中可得

设导体棒ef运动的速度大小为，产生的感应电动势为，则有

由闭合电路的欧姆定律有

联立以上各式可得

（4）导体棒ef做匀速运动，设电动机的牵引力为，则由平衡条件可得

电动机牵引力的功率为

联立解得

3．（1）；（2），；（3）

【详解】（1）物体从B到C过程，根据机械能守恒定律可得

解得C点的离地高度为

（2）物体从B到D的过程，根据速度与位移的关系

解得加速度大小为

根据牛顿第二定律可得

解得

物体从A向B的过程，根据速度与位移的关系

解得

根据牛顿第二定律可得

解得

（3）结合上述计算结果得知：物块返回恰好停在D点；若要越过D点，需要减小物体的质量，即减小摩擦力作用，增大物体在AB运动过程中的加速度，增大运动到B点速度，所以质量应满足

其次，物体需要沿水平地面运动，所以在AB运动过程中不能离开地面，则需要满足

解得

综上所述，物块质量需要满足

4．（1）见解析；（2）见解析；（3）；（4）

【详解】（1）因MN水平方向受两个力处于平衡，故磁场对MN的作用力F安水平向左，感应电流I由N指向M，PQ中的电流由P指向Q。由右手定则，可以判断PQ沿导轨向下运动。                               

（2）设两根金属棒的质量和电阻分别为m、R，又因为

联立解得

因B、L、R为恒量，故PQ的速度与时间成正比，即PQ由静止开始沿导轨向下做匀加速直线运动。

（3）对PQ受力分析如下图，PQ受到重力、支持力、F安、F1四个力作用，其中支持力不变，则仅有F安、F1随时间而变化，但加速度恒定，合外力恒定，故F1必须与F安平衡，故PQ受四个力的合力为

F合=mgsinα

由牛顿第二定律得

mgsinα=ma

解出

a=gsinα=6m/s2

由匀变速运动公式可得

解得

（4）在PQ运动到底端的过程中，由能量守恒定律得

代入数据可得

又因为两个金属棒电阻串联，正比分配总焦耳热，故MN中产生焦耳热为

5．（1），方向过B点的切线向右，，方向由B指向O；（2）1m；（3）不能，理由见解析

【详解】（1）滑块由P到B过程中，根据机械能守恒定律有

，

方向过B点的切线向右。

滑块在B点的向心加速度为

方向由B指向O

（2）滑块由B到C过程中，根据机械能守恒定律有

滑块沿斜面上滑的加速度为a，则

滑块在斜面上向上滑行的最大距离为

另解：设滑块在斜面上向上滑行的最大距离为，滑块由B滑到斜面上最高点的过程中，根据动能定理有

解得

（3）滑块滑至最高点时，重力沿斜面方向的分力为

在斜面上滑块受到的滑动摩擦力为

又最大静摩擦力略大于滑动摩擦力，即 ，所以因此滑块将停在斜面上，不能再次通过B点。

6．（1）0.33A，方向NM；（2）；（3）不能，理由见解析

【详解】(1) 金属棒匀速下滑，受力如图，根据物体的平衡条件

方向NM。

(2) 流经的电流之比为

又

由图（b）可知

感应电动势为

又

E=BLv

 所以金属棒匀速下滑的速度为

(3) 调至不同阻值，金属棒匀速下滑时，总电流还是

设流经的电流为I，两端的电压为U，则

在图（b）中画出图线，图线在I轴上的截距为，斜率的绝对值为，当时，斜率最小，与的伏安特性曲线交点的U值最大，如图所示，这时

回路消耗的最大电功率为

故回路消耗的电功率不可能为

7．（1）12.8J；（2）12N

【详解】（1）小车从斜面中点到落地的过程中，只有重力做功，所以小车机械能守恒。以地面为零势能面，则

Ek末＝Ek中＋mgh

代入数据，得物体在斜面中点时的动能

Ek中＝12.8J

（2）物体先由静止开始匀加速，后匀减速至速度为零，位移大小相等，由此可得两个阶段的加速度大小相等。物体在斜面上受力分别如图所示

由牛顿第二定律可得

F－mgsin37o＝ma加

mgsin37o＝ma减

解得

F＝2mgsin37o＝12N

8．（1）a＝gsinθ；（2）v＝gtsinθ；（3）见解析

【详解】（1）ab杆释放瞬间时受力如图所示

根据牛顿第二定律有

可得

a＝gsinθ

（2）回路中没有感应电流，两杆保持相同的速度下滑，ab的加速度保持不变，做初速为零的匀加速直线运动，则有

（3）ab杆撞击挡板时，cd杆的速度大小为v，且

v2＝2dgsinθ

ab杆撞击后立即停止运动，回路中开始产生感应电流，cd棒受力如图所示。因

FA＝BIL＝

若FA＝mgsinθ，则

mgsinθ＝

可得

d＝

可知d＝时，cd杆将匀速运动。

d＞时，两棒的初始间距未知，cd杆可能先减速下滑，再匀速运动；也可能一直减速下滑。

d＜时，cd杆可能先加速下滑，再匀速运动；也可能一直加速下滑。

9．（1）；（2）；（3）

【详解】（1）根据题意可知，这段过程中机械能的损失量为

代入数据解得

（2）根据题意，由平衡条件有

由牛顿第二定律有

解得

代入数据解得

（3）若在BC末段通过调节最终达到匀速滑行，则有，即

解得

10．（1）由b到a；（2）见解析；（3），；（4），方向垂直斜面向上

【详解】（1）根据右手定则可知，导体棒中电流方向为由b到a。

（2）若R取1.5r，则电路中总电阻为

当金属棒ab沿斜面向下运动时，回路中将产生感应电流，金属棒将受到沿斜面向上的安培力的作用，设某一时刻，金属棒的速度为v，则此时金属棒ab产生的感应电动势大小为

通过金属棒ab的感应电流大小为

金属棒ab受到的安培力大小为

对金属棒ab受力分析可知，沿斜面方向有

解得

可见，金属棒的加速度a与速度v成线性关系，由静止释放时，速度为零，加速度具有最大值

当加速度为零时，速度达到最大值

则加速度a随速度v变化的图像如下

（3）设金属棒运动稳定时，回路中的总电流为Im，此时金属棒受力平衡，则有

解得

R与R1并联分流，则此时通过电阻R的电流为

R上消耗的功率为

当时，金属棒运动稳定时R消耗的功率最大，解得

功率最大值为

（4）不施加拉力时，导轨与金属棒间的压力大小为

若导轨MN、PQ不光滑，那么金属棒在运动过程中将受到摩擦力的作用。为了确保金属棒在运动过程中无摩擦损耗，那么在棒的中点施加的拉力，应该使得金属棒与导轨间压力为零，当拉力方向垂直于斜面向上时，其值最小

此时，金属棒与导轨间压力为零，无摩擦损耗。