卷子答案网-一个不只有答案的网站上海市各地区2023年高考物理模拟（一模）题按题型分类汇编-04解答题2
一、解答题
1．（2023届上海市宝山区高三上学期期末（一模）物理试题）如图所示，AB段是长s=2.5m 的粗糙水平轨道，BC段是半径R=0.5m的光滑半圆弧轨道，半圆弧轨道在B处与AB相切，且处于竖直面内。质量m=0.1kg的小滑块，受水平恒力F的作用由A点从静止开始运动，到达B点时撤去力F。已知小滑块与AB间的动摩擦因数为0.25，设小滑块在AB上所受最大静摩力的大小即为滑动摩擦力的大小，g取10m/s2。
（1）为使小滑块能到达C点，小滑块在B点时的速度至少为多大？
（2）为使小滑块能做沿圆弧轨道返回的运动，F的取值范围是什么？
（3）第（2）问的条件下，小滑块是否有可能返回到A点？试分析说明理由。
2．（2023届上海市宝山区高三上学期期末（一模）物理试题）如图所示，两根相距0.5m的平行光滑导轨竖直放置，处在垂直于其平面的匀强磁场中，导轨的电阻不计。两根质量均为 0.04kg 的金属棒ab和cd都与导轨接触良好，ab棒的电阻为1Ω，用绝缘细线拉住；cd棒的电阻不计，它正以2.5m/s的速度做竖直向下的匀速直线运动，其下面部分的导轨足够长。导轨下端连接阻值为1Ω的电阻R和电键S。忽略ab棒和cd棒之间的相互作用，g取10m/s2。
（1）求电键S断开时细线对ab棒的拉力大小；
（2）求匀强磁场的磁感强度大小；
（3）求合上电键S瞬间cd棒的加速度；
（4）试分析说明合上电键S后，cd棒将做怎样的运动？
3．（2023届上海市闵行区高三上学期一模物理试题）如图（a）所示，一根足够长的细杆与水平成固定，质量为的小球穿在细杆上静止于细杆底端O点，水平向右的F作用于小球上，经时间t1=0.2s后停止作用，小球沿细杆运动的部分v-t图像如图（b）所示（取，，）。求：
（1）小球在0～0.2s内的加速度和0.2～0.4s内的加速度；
（2）小球与细杆之间的动摩擦因素μ；
（3）0～0.2s内水平作用力F的大小；
（4）试分析小球是否可以返回O点？说明原因。
4．（2023届上海市闵行区高三上学期一模物理试题）发电机和电动机具有装置上和机理上的类似性。直流发电机和直流电动机的工作原理可以简化为如图（a）、图（b）所示的情景。在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中，两根光滑平行金属轨道MN、PQ固定在水平面内，相距为L，电阻不计，电阻为R的金属导体棒ab垂直于MN、PQ放在轨道上，与轨道接触良好，以速度v（v平行于MN）向右做匀速运动。
图（a）轨道端点MP间接有阻值为r的电阻，导体棒ab受到水平向右的外力作用。图（b）轨道端点MP间接有直流电源，内阻为r，导体棒ab通过光滑滑轮匀速提升重物，电路中的电流为I。
（1）求图（a）、图（b）中，金属棒两端a、b两点间的电压；
（2）求在时间内，图（a）“发电机”产生的电能和图（b）“电动机”输出的机械能；
（3）分析时间内，图（a）和图（b）中能量转化的过程。
5．（2023届上海市杨浦区高三上学期一模物理试题）某品牌电动自行车的主要技术参数如表所示。已知小明同学的质量为60kg，当他骑该车行驶时，他和车所受的空气阻力大小与瞬时速率成正比，比例系数为。设行驶过程中车子所受路面的阻力大小恒定。
整车质量（含电池） 30kg
标称最大速度 25km/h
最大载重 150kg
电动机额定输出功率 350W
（1）若车子的驱动力为135N、速率为2m/s时，小明和车子的加速度为；若车子的驱动力为55N、速率为4m/s时，车子匀速行驶。求行驶过程中车子所受路面的阻力大小和比例系数；
（2）若车传动与变速系统因内部机件摩擦而损耗的功率与车的瞬时速率成正比，比例系数。当车子以额定输出功率在非机动车道上匀速行驶时，判断该车是否符合在非机动车道上行驶的最高限速15km/h这一道路法规要求，并说明理由。
6．（2023届上海市杨浦区高三上学期一模物理试题）如图（1）所示，间距为的两条足够长光滑平行绝缘导轨放置在水平面内，导轨间有竖直方向且等间距间隔的匀强磁场，磁感应强度大小为B，磁场宽度及间距均为。导轨上有一正方形金属框abcd，质量为m，边长为L，ab、cd边与导轨平行。ab、cd边有电阻且阻值相同，bc和ad边电阻不计。金属框在沿导轨方向的恒定拉力F作用下从图示位置由静止起向右沿导轨运动，经过一段距离后进入第一个磁场。从bc边进入第一个磁场至bc边离开第一个磁场过程中，测得bc两端的电压随时间变化图像如图（2）所示。设，。
（1）求金属框从静止起向右运动至bc边进入第一个磁场过程中运动的距离x；
（2）求出并比较和的大小；
（3）分析并在图（3）中定性画出bc边离开第一个磁场至刚进入第二个磁场过程中ad两端的电压随时间变化图像；
（4）求bc边刚进入第二个磁场时金属框所具有的动能。
7．（2023届上海市静安区高三上学期一模物理试题）如图所示，倾角、长L＝3m的固定斜面，顶端有一质量m＝1kg的小物体，物体与斜面间的动摩擦因数。现用大小F＝5N、方向水平向左的恒力，从静止起拉动小物体沿斜面运动，取，，。
（1）求物体的加速度a；
（2）求物体沿斜面运动到底端的时间t；
（3）改变水平外力F的大小，使物体以最短时间沿斜面到达底端，求最短时间。
8．（2023届上海市静安区高三上学期一模物理试题）如图所示，间距L=1m的U形金属导轨固定在绝缘水平桌面上，其一端接有阻值为0.2Ω的定值电阻R，导轨电阻忽略不计。质量均为m=0.2 kg的匀质导体棒a和b静止在导轨上，两导体棒与导轨接触良好且始终与导轨垂直，接入电路的阻值，与导轨间的动摩擦因数均为（设最大静摩擦力等于滑动摩擦力），导体棒a距离导轨最右端s=2 m。整个空间存在竖直向下的匀强磁场（图中未画出），磁感应强度大小B=0.2T。现用沿导轨水平向右大小F=0.95N的恒力拉导体棒a，当导体棒a运动到导轨最右端时，导体棒b刚要滑动。取，不计空气阻力。
（1）分析说明导体棒a在导轨上运动的过程中，导体棒b有向什么方向运动的趋势；
（2）导体棒a离开轨道时的速度v的大小；
（3）导体棒a在导轨上运动的过程中，定值电阻R中产生的热量；
（4）定性画出导体棒a在导轨上运动的过程中，拉力F的功率随时间变化的图像。
9．（2023届上海市嘉定区高三上学期等级考第一次质量调研（一模）物理试题）如图所示为一遥控电动赛车（可视为质点），它的运动轨道由长L=8m的粗糙直轨道AB与半径均为R=0.1m的四分之一光滑圆弧轨道BC、CD平滑连接而成。假设在某次演示中，赛车从A位置由静止开始运动，通电t=2s后关闭电动机，赛车继续前进一段距离后进入竖直圆弧轨道BCD。若赛车在水平轨道AB段运动时受到的恒定阻力f=0.4N，赛车质量为m=0.4kg，通电时赛车电动机输出的牵引力恒为F=1.2N，空气阻力忽略不计，取。则：
（1）赛车在AB段运动时的最大速度及它到达B点时的速度大小；
（2）赛车到达D点时的速度大小；
（3）要使赛车刚好到达D点，电动机的工作时间为多长？
10．（2023届上海市嘉定区高三上学期等级考第一次质量调研（一模）物理试题）如图a所示，在倾角的斜面上，固定着宽L=1m的平行粗糙金属导轨，导轨下端接一个的定值电阻，整个装置处于垂直导轨向下的匀强磁场中，磁感应强度B=1T。一质量m=0.5kg、阻值的金属棒在沿导轨向上的拉力F的作用下，从MN处由静止开始沿导轨加速向上运动。运动过程中，金属棒始终与导轨垂直且接触良好。已知金属棒与导轨间动摩擦因数，取，sin37°=0.6，cos37°=0.8。
（1）若金属棒以的加速度沿导轨向上做匀加速直线运动，则
（a）当它运动到2m处所受安培力；
（b）在图b中画出此时金属棒的受力示意图；
（c）计算该位置处拉力F的大小。
（2）若金属棒在拉力F的作用下沿导轨向上运动的图像如图c所示，试求从起点开始到发生s=2m位移的过程中，安培力所做的功以及拉力F所做的功。
参考答案：
1．（1）5m/s；（2）0.25N < F ≤ 0.45N；（3）见解析
【详解】（1）在C点时由
推得
（2）要使小滑块在AB轨道上能动起来，必需满足，即
为使小滑块能做沿圆弧轨道返回的运动，小滑块最高只能到达与 O 点同高的位置：
对于小滑块在AB轨道上的匀加速运动，有
由
推得
所以
0.25 N < F ≤ 0.45 N
（3）当 F = 0.45 N 时
小滑块从 B 点返回 A 点，克服摩擦力做的功
J
因为 ，所以小滑块不可能返回 A 点。
当 F 取其它值时，小滑块在 B 点时的动能更少，更不可能返回到 A 点。总之，第（2）问的条件下，小滑块不可能回到 A 点。
2．（1）0.8N；（2）0.8T；（3）10m/s2；（4）见解析
【详解】（1）对于ab棒，有
对于cd棒，有
又因为
所以
FT = 2mg = 2×0.04×10 N = 0.8 N
（2）因为
，，
推得
，，B = 0.8 T
（3）合上电键 S 瞬间，cd 棒的受力图如图
因为
，
所以
对于cd棒运用牛顿第二定律，有
a = 10 m/s2
（4）合上电键 S 后，由于 cd 棒所受的合力方向与速度方向相反，所以cd棒做减速运动；又由于对于 cd 棒的运动状态来说，有
所以随着速度v的减小，加速度 a 不断减小，直到
时 cd 棒开始做匀速直线运动。总之，合上电键 S 后，cd 棒将做加速度减小的减速运动，并将趋于匀速直线运动。
3．（1）方向沿细杆向上，方向沿细杆向下；（2）；（3）；（4）可以，见解析
【详解】（1）根据图像可得0～0.2s内的加速度为
方向沿细杆向上，同理0.2～0.4s内的加速度为
负号表示方向沿细杆向下。
（2）撤去F后，对小球进行分析可得
，，
联立代入数值解得
（3）0～0.2s内对小球受力分析有
，，
联立解得
（4）根据前面分析当小球沿杆到达最高点时
，
可得
所以小球到达最高点后会沿细杆向下滑动即小球可以返回O点。
4．（1），；（2），；（3）见解析
【详解】（1）图（a）中导体棒ab切割磁感线产生的感应电动势为
根据闭合电路欧姆定律可得金属棒两端a、b两点间的电压为
图（b）中设电源电动势大小为，导体棒ab向右运动时产生的反感应电动势大小为，所以有
解得
可得此时金属棒两端a、b两点间的电压为
（2）在时间内，图（a）“发电机”产生的电能为
图（b）“电动机”输出的机械能为
（3）图（a）中水平向右的外力对导体棒ab做正功，安培力对导体棒做负功，因为导体棒速度大小不变，所以可得外力做的功转化为电路的电能产生电流，电流通过电阻将电能转化为电阻上的内能；图（b）中电源产生的电能在电路产生电流，电流通过电源内阻和导体棒时将一部分电能转化成电源内阻和导体棒上的内能，同时在导体棒上产生安培力，安培力对导体棒做正功，将电能转化为金属棒和重物的机械能，当导体棒和重物都匀速时转化成的机械能全部为增加的重物重力势能。
5．（1）35N ；5N/m s-1；（2）不符合道路法规要求，理由见解析
【详解】（1）若车子的驱动力为135N、速率为2m/s时，小明和车子的加速度为；则
即
若车子的驱动力为55N、速率为4m/s时，车子匀速行驶，则
解得
k1=5N/m s-1
f=35N
（2）当车子以额定输出功率在非机动车道上匀速行驶时，则
解得
v=4.75m/s=17.1km/h>15km/h
则不符合道路法规要求。
6．（1）；（2），；（3） ；（4）
【详解】（1）由图2可知，bc边刚进磁场时，bc端的电压为U1，设此时线框的速度为v1，bc两端的电压等于bc边切割磁感线产生的感应电动势，有
则
由动能定理可得
金属框从静止起向右运动至bc边进入第一个磁场过程中运动的距离
（2）由于bc两端的电压
可知，U与v成正比，由图2可得v-t图像如图所示
利用v-t图像所包围的面积等于位移，由于和时间内的位移都等于L，即图中S1=S2，可知
t1时刻速度为
线框从t1到t2仅受拉力F作用，做匀加速运动，则
（3）由图2可知，t2时刻bc边刚要出第1个磁场，线框除了受F外，还受向左的安培力作用，此时bc两端电压为U1，速度与刚进入磁场时相同，bc边刚进入第一个磁场时，也受到向左的安培力，则两次受到的安培力大小相同，线框的加速度相同；线框全部进入第一个磁场时不受安培力作用，全部出第一个磁场时也不受安培力作用，则bc边离开第一个磁场至刚进入第二个磁场过程中，ad两端的电压与图1中bc两端电压相同，ad两端的电压随时间变化图像如图所示：
（4）由（3）可知，bc边刚进入第二个磁场时速度为
动能为
7．（1）；（2）1s；（3）0.6s
【详解】（1）由牛顿第二定律得
解得
（2）由运动学公式得
解得
（3）当
时物体沿斜面运动加速度最大，所用时间最短
解得
8．（1）水平向左运动的趋势；（2）；（3）；（4）
【详解】（1）导体棒a向右运动切割磁感线，产生感应电动势，根据右手定则判断电流方向，再对导体棒b分析，导体棒b电流是从外向里流，根据左手定则判断安培力方向水平向左，故导体棒b有水平向左运动的趋势；
（2）导体棒a离开轨道时，导体棒b刚要滑动，根据受力分析得
导体棒电阻和定值电阻相等，根据并联电路电流关系和电阻关系可得
，
根据电磁感应定律得
根据闭合电路欧姆定律
联立解得
（3）根据能量守恒得，拉力做功转化为摩擦产生的内能，导体棒a的动能和转化电路产生的焦耳热，即
回路中导体棒a、b和电阻R通过的电流比是2:1:1，电阻相等，由焦耳定律可知产生的焦耳热之比为
联立可得定值电阻R中产生的热量
（4）导体棒a在导轨上运动的过程中，拉力F为恒力，故拉力的功率与运动的速度成正比，导体棒在运动过程中做加速度减小的加速运动，故拉力F的功率随时间变化的图像为
9．（1），；（2）；（3）
【详解】（1）依题意，可知赛车在AB段运动时，当通电t=2s后关闭电动机瞬间，赛车的速度最大，根据牛顿第二定律有
代入相关数据求得
此时赛车通过的位移为
关闭电机后，根据牛顿第二定律可得赛车的加速度大小为
则赛车减速到达B点时，有
代入相关数据求得
（2）赛车从B点到达D点时，根据动能定理有
求得
（3）若赛车刚好到达D点，则此时赛车速度为0，根据动能定理可得赛车运动的整个过程有
其中
联立以上式子求得
10．（1）（a）0.5N；（b） ；（c）4.8N；（2）-1J；12.6J
【详解】（1）（a）根据运动学公式得运动到2m处有
解得
根据电磁感应定律和闭合电路欧姆定律得
，
磁场垂直于导体棒，根据安培力的表达式得
（b）金属棒根据左手定则可判断安培力方向为沿斜面向下，故此时金属棒的受力示意图如图
（c）根据牛顿第二定律
，
联立解得
（2）根据安培力的表达式
安培力所做的功
根据运动的图像可知，从起点开始到发生s=2m位移的过程中
联立得安培力所做的功
从起点开始到发生s=2m位移的过程中，根据动能定理得
解得拉力F所做的功
试卷第1页，共3页
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