卷子答案网-一个不只有答案的网站山东省枣庄市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·山东枣庄·统考二模）某物理实验小组，为了测量当地的大气压强，设计了如图所示的实验装置。U形管竖直放置，B管的横截面积为A管的2倍，底部用细管相连，稳定时，A管中封闭有长为H1=32cm的空气柱，B管开口，A、B两管水银面高度差为h=16cm。现将该装置从图示位置绕轴OO′缓慢转动180°，A管中气柱长度缩短到H2=16cm，实验中空气不会进入细管，U形管导热良好，环境温度保持不变。计算结果均保留2位有效数字，气体压强单位用cmHg表示。那么：
（1）当地的大气压强是多少；
（2）该将该装置从图示位置绕轴OO′缓慢转动90°时，A管中气柱的长度为多少？
2．（2023·山东枣庄·统考二模）如图所示，深为h=8m的枯井中有一质量为m=40kg的重物A，通过轻绳跨过光滑的定滑轮与地面上质量为M=80kg的重物B相连。某人用与水平方向成θ=53°的力F拉重物B，恰好使其匀速运动。若该人用同样大小的力F水平拉重物B，并将井中的重物A由井底拉到井口。取重力加速度g=10m/s2。重物B与地面之间的动摩擦因数为μ=0.25。sin53°=0.8，cos53°=0.6，求：
（1）拉力F的大小；
（2）水平拉重物B时，B的加速度大小；
（3）为使重物A能到达井口，水平力F作用的最短时间。
3．（2023·山东枣庄·统考二模）制造芯片，要精准控制粒子的注入。如图甲所示，是控制粒子运动的装置示意图，两块边长均为d的正方形金属板M、N上、下正对水平放置，极板间距也为d。以该装置的立方体中心O点为原点建立直角坐标系，并在极板间加沿y轴负方向的匀强磁场（磁感应强度大小未知），两极板接到电压为U的电源上。现有一束带正电粒子以速度v0沿x轴正方向从左侧持续注入极板间，恰好沿x轴做匀速直线运动。不考虑电磁场的边缘效应，粒子的重力忽略不计，粒子之间的静电力忽略不计。
（1）求磁感应强度B的大小；
（2）若仅撤去磁场，该带电粒子束恰好击中点（，0，），求粒子的比荷；
（3）若仅撤去电场，求带电粒子束离开立方体空间的位置坐标；
（4）若将磁场方向改为沿z轴正方向，并将两极板接到电压按如图乙所示变化的电源上，t=0时刻让粒子从中心O点沿x轴正方向以速度v0注入，试通过计算说明从粒子注入后到击中极板前会经过z轴几次。
4．（2023·山东枣庄·统考二模）如图所示，光滑水平轨道上放置质量为m的长板A，质量为3m的滑块B（视为质点）置于A的左端，A与B之间的动摩擦因数为μ；在水平轨道上放着很多个滑块（视为质点），滑块的质量均为2m，编号依次为1、2、3、4、…、n、…。开始时长板A和滑块B均静止。现使滑块B瞬间获得向右的初速度v0，当A、B刚达到共速时，长板A恰好与滑块1发生第1次弹性碰撞。经过一段时间，A，B再次刚达到共速时，长板A恰好与滑块1发生第2次弹性碰撞，依次类推…；最终滑块B恰好没从长板A上滑落。重力加速度为g，滑块间的碰撞均为弹性碰撞，且每次碰撞极短，求：
（1）开始时，长板A的右端与滑块1之间的距离d1；
（2）滑块1与滑块2之间的距离d2；
（3）长板A与滑块1第1次碰撞后，长板A的右端与滑块1的最大距离；
（4）长板A的长度。
5．（2021·山东枣庄·统考二模）近年来，科学家发现，距离地球12.5光年的位置有一颗类地行星——带加登C星。它的地表有辽阔的湖面，不过湖里不是液态的水，而是液态二氧化碳。假设该液态二氧化碳的密度为，湖面下方的压强为、下方处的压强为。求：
（1）该行星表面的重力加速度的大小；
（2）假设在该行星表面有一个开口向下、竖直静止放置的导热良好的均匀汽缸，汽缸深为。其中活塞横截面积为，活塞质量可忽略不计.当活塞下面悬挂一个质量为的重物时，活塞恰好位于汽缸口处；取下重物，将汽缸缓慢旋转到竖直开口向上，然后把相同的重物放在活塞上，待稳定后，活塞到汽缸口的距离是多少.假设行星表面处的气温不变。（结果保留三位有效数字）
6．（2021·山东枣庄·统考二模）某型号的网红“水帘秋千”如图所示，它与平常秋千的不同之处是钢铁做成的秋千架上装有273个独立竖直向下的出水孔，在系统控制下能够间断性出水，从而形成一个有孔洞的水帘。假设秋千摆长。人坐在座板上，头顶到座板的距离为，鞋底到座板的距离为，忽略绳的重力和空气阻力，人与座板整体的重心在座板上。假设秋千的摆动周期与同摆长的单摆做简谐运动的周期相同；出水孔打开时，水的初速度为零。以秋千座板从最高点刚要向下摆动时作为计时起点，此刻，比座板略宽的范围内的所有出水孔都是关闭的。取，，，，。计算结果均保留到小数点后面两位。求：
（1）在秋千第一次从最高点运动到最低点的过程中，哪个时刻打开出水孔，水刚好不能淋湿人的头顶；
（2）在秋千第二次到达最低点之前最迟哪个时刻关闭出水孔，水刚好不能淋湿人体的任何部位；
（3）接第（2）问，当秋千第二次到达最低点时，水又刚好不能淋湿人的头顶，那么，出水孔关闭了多长时间。
7．（2021·山东枣庄·统考二模）如图所示，在平面直角坐标系中，直线距x轴为d，直线距x轴为，直线下方区域存在沿y轴正方向的匀强电场，之间存在垂直于坐标系平面向外的匀强磁场。从时刻，一个质量为m，带电荷量为的粒子以初速度由坐标原点O处，沿x轴正方向射入电场，在上的P点进入磁场，P点坐标为.不计粒子受到的重力。求：
（1）电场强度E的大小；
（2）若粒子恰好不从直线处离开磁场，则磁感应强度的大小；
（3）在第（2）问条件下，粒子经过x轴的时刻。
8．（2021·山东枣庄·统考二模）如图所示，水平轨道长度，左端连接半径为的光滑圆弧轨道，右端连接水平传送带，与传送带的上表面等高，三段之间都平滑连接。一个质量的物块（可视为质点），从圆弧上方距平面H高处由静止释放，恰好切入圆弧轨道，经过冲上静止的传送带，物块恰好停在C端。已知物块与段的动摩擦因数分别为、，长度，取，不计空气阻力。求：
（1）H的大小；
（2）物块第一次经过圆弧轨道最低点A时对轨道的压力；
（3）如果传送带以速度v（v的大小可调）逆时针转动，那么，物块最后停止的位置到A点的距离。（用v表示）
9．（2022·山东枣庄·统考二模）为防止文物展出时因氧化而受损，需抽出存放文物的展柜中的空气，充入惰性气体，形成低氧环境。如图所示，为用活塞式抽气筒从存放青铜鼎的展柜内抽出空气的示意图。已知展柜容积为，开始时展柜内空气压强为，抽气筒每次抽出空气的体积为；抽气一次后，展柜内压强传感器显示内部压强为；不考虑抽气引起的温度变化。求：
（1）青铜鼎材料的总体积；
（2）抽气两次后，展柜内剩余空气与开始时空气的质量之比。
10．（2022·山东枣庄·统考二模）如图所示，水池的底面与水平面所成夹角为，一尺寸很小的遥控船模某时刻从A点沿以的速度匀速向岸边O点行驶，此时太阳位于船模的正后上方，太阳光线方向与水平面的夹角。已知水的折射率，。
（1）求该时刻太阳光线在水中的折射角；
（2）如图所示，B点为连线上的一点，在遥控船模从A点驶向B点的过程中，其在水池底面的影子从C点移向D点。请在答题纸图中作图确定并标出C点和D点；
（3）求遥控船模在水池底面的影子沿水池底面向O点运动速度的大小；
（4）若图中太阳光线方向与水平面的夹角变大（），则遥控船模在水池底面的影子沿水池底面向O点运动的速度将如何变化（不要求推导过程，仅回答“增大”“减小”或“不变”）？
11．（2022·山东枣庄·统考二模）某离子发动机简化结构如图甲所示，其横截面半径为R的圆柱腔分为I、Ⅱ两个工作区：I区为电离区，其内有沿轴向分布的匀强磁场，磁感应强度的大小，其中，m为电子质量，e为电子电荷量。Ⅱ区为加速区，其内电极P、Q间加有恒定电压U，形成沿轴向分布的匀强电场。在Ⅰ区内离轴线处的C点垂直于轴线持续射出一定速率范围的电子，过C点的圆柱腔横截面如图乙所示（从左向右看），电子的初速度方向与的连线成角。
（1）向Ⅰ区注入某种稀薄气体，电子要电离该气体，电子的速率至少应为。电子在Ⅰ区内不与器壁相碰且能到达的区域越大，其电离气体的效果越好。为取得好的电离效果，请判断Ⅰ区中的磁场方向（按图乙说明是“垂直于纸面向外”或“垂直于纸面向里”）；
（2）不考虑电子间的碰撞及相互作用，电子碰到器壁即被吸收。在取得好的电离效果下，当时，求从C点射出的电子速率v的最大值；
（3）Ⅰ区产生的离子以接近0的初速飘入Ⅱ区，被速后形成离子束，从右侧喷出。已知气体被电离成质量为M的1价正离子，且单位时间内飘入Ⅱ区的离子数目为定值n；求推进器获得的推力。
12．（2022·山东枣庄·统考二模）如图所示，质量的长直木杆竖直静止在水平面上，但跟水平面并不黏合；另一质量、可视为质点的小橡胶环套在长直木杆上。现让小橡胶环以的初速度从长直木杆顶端沿长木杆滑下，小橡胶环每次跟水平面的碰撞都是瞬间弹性碰撞；而长直木杆每次跟水平面碰撞瞬间都会立即停下而不反弹、不倾倒。最终小橡胶环未从长直木杆上端滑出。已知小橡胶环与长直木杆之间的滑动摩擦力大小，认为最大静摩擦力大小等于滑动摩擦力大小，取重力加速度。求：
(1)长直木杆的最小长度；
(2)长直木杆跟水平面第一次碰撞瞬间损失的机械能；
(3)长直木杆跟水平面第n次将要碰撞时的速度大小表达式；
(4)小橡胶环在长直木杆上运动的总路程。
参考答案：
1．（1）72cmHg；（2）25cm
【详解】（1）对A中气体，U型管开口向上时，有
U型管开口向下时，如图所示：
设B中水银面移动，有
由玻意耳定律得
解得
（2）U型管水平时，对A中气体有
解得
2．（1）750N；（2）1.25m/s ；（3）3.2s
【详解】（1）用与水平方向成θ=53°的力F拉重物B，重物B做匀速直线运动，由水平方向受力平衡
其中
物体B在竖直方向上受力平衡
解得
（2）水平拉B物体时，以A、B物体整体为研究对象，由牛顿第二定律
解得
（3）设力F作用的时间为t，撤去力F后，物体A能正好到达井口，此时t为所求最短时间。对A，由匀加速直线运动规律
，
撤去F，以A、B物体整体为研究对象，由牛顿第二定律
解得
物体A做匀减速直线运动刚好能到达井口，则
联立解得
3．（1）；（2）；（3）；（4）1
【详解】（1）粒子做匀速直线运动，则有
可得
（2）粒子做类平抛运动，有
联立可得粒子的比荷
（3）粒子做匀速圆周运动，则有
可得
则
所以粒子在磁场中运动半个周期，从左边界飞出，则带电粒子束离开立方体空间的位置坐标；
（4）粒子沿z轴做变速直线运动，在xoy平面内做圆周运动，周期为
由乙图可知，在时间内加速，粒子在z轴方向的位移
在时间内减速，粒子在z轴方向的位移
在时间内向反方向加速，粒子在z轴方向的位移
在时间内向反方向减速到速度为零，粒子在z轴方向的位移
粒子回复最初的方向接着重复最初的运动，运动时间为
此时距板的距离为
则由
可得
到达极板所用总时间为
粒子每个周期经过一次z轴，则
取整数，所以经过1次。
4．（1）；（2）；（3）；（4）
【详解】（1）对A、B分析有
对A分析有
解得
（2）长板A与滑块1发生第1次弹性碰撞过程有
结合上述解得
A、B第二次达到相同速度有
对A分析有
解得
滑块1与滑块2碰撞后速度发生交换，滑块1碰后静止，滑块2活动速度为。
（3）A、B发生相对运动过程中的加速度大小分别为
从1第一次被碰后，直到1碰2，历时为
A的速度反向减速到0，历时为
可知
表明A的速度减小到0时，A距1最远，最远距离为
解得
（4）A与1第二次碰撞有
结合上述解得
依次类推有
（n=1，2，3…）
A\B的相对加速度为
第n次碰后相对速度为
第n次碰后，B在A上滑行的路程为
（n=1，2，3…）
第无穷次碰后，B在A上滑行的路程为
所以，木板的长度为
解得
5．（1）；（2）
【详解】（1）湖面下方的压强为
下方处的压强为
代入数据解得
（2）汽缸开口向下时，有
汽缸开口向下时，有
根据玻意耳定律可得
解得
则活塞到汽缸口的距离。
6．（1）；（2）；（3）
【详解】（1）秋千的摆动周期为
水刚好不能淋湿人的头顶，即水恰好运动到头顶，有
代入数据解得
水落到头顶需要的时间为，则有
水刚好不能淋湿人的头顶，打开出水孔的时刻为
（2）水刚好不能淋湿人体的任何部位，即水刚好运动鞋底，有
水运动到鞋底的时间为，则有
解得
则在秋千第二次到达最低点之前关闭出水孔的时刻为
（3）当秋千第二次到达最低点时，水又刚好不能淋湿人的头顶，则关闭的时间为
7．（1）；（2）；（3）
【详解】（1）粒子第一次在电场中运动，所用时间为t1，则有
联立解得
（2）设粒子到达AB边界沿电场方向的速度为v，粒子速度v与AB边界的夹角为θ，则
联立解得
粒子在磁场中运动，若恰好不从上边界CD飞出，轨迹如图所示
设粒子在磁场中运动的半径为R，由几何关系可得
由牛顿第二定律得
联立解得
（3）设粒子在磁场中运动的周期为T，每次在磁场中运动的时间为t2，则
联立解得
设粒子第一次到达x轴的时间为t，则
故粒子到达x轴的时刻t为
8．(1)1.2m；(2)58N，方向竖直向下；(3)见解析
【详解】解：(1)物块从释放到C点的过程中，由动能定理得
解得
(2)设物块从释放到第一次通过A点时的速度为vA，轨道对物块的支持力为N，根据动能定理得
在A点根据牛顿第二定律得
联立解得
根据牛顿第三定理可知，物块在A点时对轨道的压力大小为
方向竖直向下。
（3）当传送带逆时针转动时，由于物块在传送带上向右及向左匀变速运动时的加速度不变，故物块从B点离开传送带时的速度不大于传送带的速度。
①当物块从H处下落第一次至B点时，设速度为v1，根据动能定理得
解得
若传送带的速度，则物块从B到C再返回到B时速度仍为。设物块在AB段往返经过的总路程为s1，根据动能定理得
解得
因为
所以物块恰好停止在A点。
②若传送带的速度，设传送带的速度为v，物块向左从B点离开传送带时速度与传送带速度相同，设物块在AB段经过的总路程为s，物块停止位置距A点距离为x，对物块根据动能定理得
解得
设比值的整数部分为p，小数部分为Q，则物块最后停止的位置到A点的距离为:
如果p为寄数，则有
x=QL1
如果p为偶数，则有
x=L1（1 Q）
9．（1）；（2）
【详解】（1）由玻意耳定律得
解得
（2）设第二次抽气后气体压强为p2
设剩余气体压强为p0时体积为V，则
剩余气体与原气体的质量比
解得
10．（1）；（2） ；（3）；（4）减小
【详解】（1）由折射定律得
解得
（2）由（1）求出的折射角结合几何关系可得下图
（3）光路图如图所示
由几何关系可得
解得
（4）由光路图可知，遥控船模在水池底部的影子沿水池底面向O点运动的速度将减小。
11．（1）垂直纸面向里；（2）；（3）
【详解】（1）根据左手定则，为取得好的电离效果，磁场方向是垂直纸面向里；
（2）
如图所示，当电子轨迹与横截面圆内切时，电子能到达的区域最大，电离效果最好。
根据几何关系
根据余弦定理
若为时，解得
根据洛伦兹力提供向心力
解得
（3）动量定理
离子动能定理
牛顿第三定律
联立得
12．(1)3.75m；(2)；(3)；(4)大于或等于（或13.4m）
【详解】(1)设长直木杆的最小长度为，小橡胶环沿长直木杆下滑时，长直木杆静止不动，根据受力分析和运动分析可得小橡胶环做匀速直线运动；小橡胶环沿长直木杆上滑时，小橡胶环做匀减速直线运动，长直木杆做匀加速直线运动，对小橡胶环有
对长直木杆有
根据题意则有
代入数据，联立解得
即长直木杆的最小长度3.75m
(2)小橡胶环与长直木杆共速后一起做竖直上抛，直到长直木杆跟水平面第一次碰撞前，则有
解得长直木杆跟水平面第一次碰撞瞬间前的速度大小为
长直木杆跟水平面第一次碰撞瞬间损失的机械能为
(3)长直木杆跟水平面第一次碰撞后，小橡胶环先沿长直木杆做匀速下滑，小橡胶环跟水平面碰撞后小橡胶环沿长直木杆上滑时，小橡胶环做匀减速直线运动，长直木杆做匀加速直线运动，第二次共速后又一起做竖直上抛，直到长直木杆跟水平面第二次碰撞，则有
联立可得长直木杆跟水平面第二次将要碰撞时的速度大小为
所以可得长直木杆跟水平面第n次将要碰撞时的速度大小表达式为
(4)小橡胶环沿长直木杆第一次下滑的最小路程为，小橡胶环跟水平面碰撞后小橡胶环沿长直木杆，在长直木杆上第一次上滑的路程为
长直木杆跟水平面第一次碰撞后，小橡胶环先沿长直木杆在长直木杆上做匀速下滑的路程为，小橡胶环跟水平面碰撞后小橡胶环沿长直木杆上滑时，在长直木杆上第二次上滑的路程为
长直木杆跟水平面第一次碰撞后，小橡胶环先沿长直木杆在长直木杆上做匀速下滑的路程为，以此类推小橡胶环在长直木杆上运动的总路程
即小橡胶环在长直木杆上运动的总路程大于或等于（或13.4m）
试卷第1页，共3页
试卷第1页，共3页
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