山东省泰安市高考物理三年（2021-2023）模拟题（一模）按题型分类汇编-02解答题

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山东省泰安市高考物理三年（2021-2023）模拟题（一模）按题型分类汇编-02解答题 一、解答题1．（2021·山东泰安·统考一模）一列简谐横波在时的波形图如图（a）所示，P是介质中的质点，图（b）是质点P的振动图像。已知该波在该介质中的传播速度为20，求：（1）波长和波的传播方向；（2）质点P的平衡位置的x坐标。2．（2021·山东泰安·统考一模）如图，用光滑细杆弯成半径为R的四分之三圆弧，固定在竖直面内，C、E与圆心O在同一水平线上，D为最低点。质量为m的小环P（可视为质点）穿在圆弧细杆上，通过轻质细绳与相同的小环Q相连，细绳绕过固定在E处的轻小光滑定滑轮。开始小环P处于圆弧细杆上B点，小环Q与D点等高，两环均处于静止状态。给小环微小扰动，使P沿圆弧向下运动。已知重力加速度为g。求：（1）小环P在B点静止时对细杆的压力大小；（2）小环P下滑到C点时，小环P的速度；（3）小环P经过D点时，小环Q重力的瞬时功率。3．（2021·山东泰安·统考一模）如图，间距为的平行正对金属板接在电压为U的电源上，以O为圆心、R为半径的圆与极板右端面相切于C，与板间中心线重合。圆区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场，是与极板端面平行的半径。位于A处的粒子源向纸面内发射质量为m、电荷量为、速率为v的粒子，初速度方向被限定在两侧夹角均为的范围内。已知沿方向射入磁场的粒子恰好经过C点，所有粒子均打在极板上，不计粒子重力和粒子间的相互作用。求：（1）圆形区域内匀强磁场的磁感应强度大小；（2）经过C点的粒子从A处发射出来到打到极板经历的时间；（3）所有到达极板的粒子动能的最大差值；（4）粒子打到极板上的宽度。4．（2021·山东泰安·统考一模）如图，质量的长木板Q静止在光滑水平面上，右端紧靠光滑固定曲面的最低点B，木板上表面与曲面相切于B，水平面的左侧与木板左端相距为x（未知且可调）处有一挡板C。一质量的小滑块P（可视为质点）从曲面上与B的高度差为1.8m处由静止滑下，经B点后滑上木板，最终滑块未滑离木板。已知重力加速度大小为10，滑块与木板之间的动摩擦因数为0.3，木板与左挡板C和最低点B的碰撞中没有机械能损失且碰撞时间极短可忽略，则从滑块滑上木板到二者最终都静止的过程中（1）若木板只与C发生了1次碰撞，求木板的运动时间；（2）若木板只与C发生了2次碰撞，求最终P与B点的距离；（3）若木板只与C发生了3次碰撞，求x的值；（4）其他条件不变，若、，，求木板通过的总路程。5．（2022·山东泰安·统考一模）如图，两个内壁光滑、导热良好的汽缸A、B水平固定并用细管连接，处于1个大气压的环境中。汽缸A中活塞M的面积为300cm2，封闭有1个大气压强的氧气60L。汽缸B中活塞N的面积为150cm2，装有2个大气压强的氮气30L。现给活塞M施加一逐渐增大的水平推力，使其缓慢向右移动。细管内的气体可忽略，环境温度不变，1个大气压取1.0×105Pa。当一半质量的氧气进入B汽缸时，求：（1）活塞M移动的距离；（2）加在活塞M上的水平推力大小。6．（2022·山东泰安·统考一模）跳台滑雪的滑道示意如图，运动员从起滑点A由静止出发，经过助滑雪道、跳台，到起跳点B，跳台为倾角α=15°的斜面。助滑雪道、跳台均光滑。运动员跳起后在空中运动一段时间，落在倾角θ=30°的倾斜着陆坡道上的C点。起跳是整个技术动作的关键，运动员可以利用技巧调整起跳时的角度。已知A、B的高度差H=45m，不计空气阻力，取重力加速度g=10m/s2，运动员可看做质点。求：（1）运动员不调整起跳角度情况下，从B到C的时间（结果用根号表示）；（2）运动员调整起跳角度后，BC能达到的最大距离。7．（2022·山东泰安·一模）如图，倾角为的光滑直轨道AB与半径为R的光滑圆轨道BCD固定在同一竖直平面内，二者相切于B点，C为轨道的最低点，D在C的正上方，A与D等高。质量为m的滑块b静止在C点，滑块a从A点由静止滑下，到C点时与b发生弹性正碰，碰后b经过D点时对圆轨道的压力大小为其重力的4倍。两滑块均可视为质点，重力加速度为g， 。求：（1）碰后瞬间b对轨道的压力大小；（2）滑块a的质量；（3）滑块b从D点离开轨道到再落到轨道上经历的时间。8．（2022·山东泰安·一模）如图，足够长的两金属导轨平行倾斜固定，与水平面的夹角为θ（sinθ=0.6），导轨间距为L，处于磁感应强度为B、方向垂直导轨平面的匀强磁场中。两相同的硬直导体棒M和N垂直导轨放置，每根棒的长度为L、质量为m、电阻为R。棒N紧靠两小支柱静止于导轨底端，棒M与N相距x0，t=0时刻棒M在方向始终平行导轨向上的拉力作用下，由静止开始沿斜面向上匀加速运动，t0时刻棒N开始运动，棒N运动之后，拉力保持t0时刻的大小不再变化。两棒与两导轨间的动摩擦因数均为μ=0.5，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。除导体棒外其他电阻不计，重力加速度大小为g。（1）求t0时刻棒M的速度v0；（2）求t0时刻作用在棒M上的拉力大小F0；（3）若2t0时刻棒N的速度为vN，求此时棒M与棒N之间的距离。（4）在给出的坐标系中画出足够长时间内棒M、N的速度随时间变化的图像，不要求推导过程。9．（2023·山东泰安·统考一模）如图所示，为某玻璃材料的截面，部分为直角三角形棱镜，，部分是半径为的四分之一圆柱状玻璃，点为圆心。一束单色光从点与成角斜射入玻璃材料，刚好垂直OA边射出，射出点离O点R，已知真空中的光速为c。（1）求该单色光在玻璃材料中发生全反射的临界角的正弦值；（2）现将该光束绕P点沿逆时针方向在纸面内转动至水平方向，观察到BD面上有光线从Q点射出（Q点未画出）。求光束在玻璃材料中的传播时间（不考虑圆柱BD弧面部分的发射光线）。10．（2023·山东泰安·统考一模）如图所示，传送带与水平方向成角，顺时针匀速转动的速度大小，传送带长，水平面上有一块足够长的木板。质量为的物块（可视为质点）以初速度，自A端沿AB方向滑上传送带，在底端B滑上紧靠传送带上表面的静止木板，木板质量为，不考虑物块冲上木板时碰撞带来的机械能损失。已知物块与传送带间的动摩擦因数为，物块与木板间的动摩擦因数为，木板与地面间的动摩擦因数为。取重力加速度，求：（1）物块从A运动到B点经历的时间t；（2）物块停止运动时与B点的距离x。11．（2023·山东泰安·统考一模）如图所示，在xoz平面的第二象限内有沿x轴负方向的匀强电场，电场强度的大小，空间某区域存在轴线平行于z轴的圆柱形磁场区域，磁场方向沿z轴正方向。一比荷为的带正电粒子从x轴上的P点以速度射入电场，方向与x轴的夹角。该粒子经电场偏转后，由z轴上的Q点以垂直于z轴的方向立即进入磁场区域，经磁场偏转射出后，通过坐标为（0，0.15m，0.2m）的M点（图中未画出），且速度方向与x轴负方向的夹角，其中，不计粒子重力。求：（1）粒子速度的大小；（2）圆柱形磁场区域的最小横截面积Smin（结果保留两位有效数字）；（3）粒子从P点运动到M点经历的时间t（结果保留三位有效数字）。12．（2023·山东泰安·统考一模）如图甲所示，在水平地而上固定一光滑的竖直轨道MNP，其中水平轨道MN足够长，NP为半圆形轨道。一个质量为m的物块B与轻弹簧连接，静止在水平轨道MN上；物体A向B运动，时刻与弹簧接触，到时与弹簧分离，第一次碰撞结束；A、B的图像如图乙所示。已知在时间内，物体B运动的距离为。A、B分离后，B与静止在水平轨道MN上的物块C发生弹性正碰，此后物块C滑上半圆形竖直轨道，物块C的质量为m，且在运动过程中始终未离开轨道。已知物块A、B、C均可视为质点，碰撞过程中弹簧始终处于弹性限度内，重力加速度为g。求：（1）半圆形竖直轨道半径R满足的条件；（2）物块A最终运动的速度；（3）A、B第一次碰撞和第二次碰撞过程中A物体的最大加速度大小之比（弹簧的弹性势能表达式为，其中k为弹簧的劲度系数，△x为弹簧的形变量）；（4）第二次碰撞过程中，弹簧压缩量的最大值。
参考答案：1．（1），沿x轴负方向传播；（2）【详解】(1)由图像可知，波的周期根据可得由振动图像可知，时质点P沿y轴负方向运动，所以该波沿x轴负方向传播。(2)处的质点，从平衡位置到处经历的时间，则由振动方程可得所以P的平衡位置坐标为代入数据解得2．(1)；(2)；(3)【详解】(1)小环P在B点静止时，受到重力、细绳的拉力、杆的支持力N作用，由平衡条件知，连线与P的重力、细绳的夹角相等由几何关系知与间的夹角为，所以解得。(2)由几何关系可得小环P下滑到C点时，Q的速度，根据机械能守恒定律整理得。(3)小环P经过D点时，细绳部分与水平方向的夹角为，长度为，此时小环P的速度与Q的速度的关系为根据机械能守恒定律可得整理得，此时Q的重力做功的功率为联立可解得。3．(1)；(2)；(3)；(4)【详解】(1)粒子在磁场中做圆周运动的半径为r，洛伦兹力提供向心力由几何关系可知，联立可得。(2)经过C点的粒子在磁场中运动的时间粒子沿垂直极板方向做匀加速运动，运动时间整理得。(3)所有粒子从磁场射出时速度方向均平行于金属板，设范围介于磁场边界的D、F之间，D与M沿垂直极板方向的距离F与M沿垂直极板方向的距离粒子到达M板的最大动能差联立可解得。(4)粒子在金属板间做类平抛运动，沿平行于极板方向沿垂直于极板方向整理得4．（1）；（2）；（3）；（4）【详解】（1）滑块P从A到B过程，根据机械能守恒定律代入数据解得P在Q上做匀减速运动，Q做匀加速运动，运动过程中二者的动量守恒。若木板只与C发生了一次碰撞，则碰撞后到停止运动的这段过程中二者的动量变化量相等，即碰前P与Q的动量大小相等，则有代入数据解得而Q的运动时间解得（2）木板与C发生2次碰撞后，最终停止时右端与B刚好接触。此过程中滑块在木板上一直做匀减速运动。代入数据解得（3）木板共与C发生了3次碰撞，即第3次碰撞前木板于滑块的动量大小相等。每次碰撞前木板的速度都相等，设为，即每次碰撞过程中C对木板的冲量大小为从P滑上Q到最终都静止过程，对P、Q整体根据动量定理得解得而解得（4），时，根据牛顿定律碰撞前木板的速度解得根据动量守恒定律解得碰后木板向右匀减速到速度为零后向左匀加速，滑块一直向左匀减速直到二者速度相等。从第1次碰后到第2次碰前，此过程木板的路程根据动量守恒定律第2次碰后到第3次碰前即即以此类推木板通过的路程为而，即当时，所以5．（1）；（2）【详解】（1）设后来两部分气体的压强为p，氧气的体积为，氮气的体积为，根据玻意耳定律①②③活塞M移动的距离④代入题给数据解得⑤（2）根据共点力的平衡条件⑥由①②③⑥得⑦6．（1）；（2）【详解】（1）设运动员及其装备的总质量为m，起跳时的速度为v，从A到B过程中，根据机械能守恒定律设运动员从B到C的时间为t，将运动分解到垂直斜坡方向和沿着斜坡方向，在垂直斜坡方向上且落到斜坡上时代入数据解得（2）设运动员调整角度为时，BC间距离为x，则整理得根据数学公式可知，当时，x最大值，代入数据解得，最大值为7．（1）10mg；（2）；（3）【详解】（1）设碰撞后b的速度为，经过D点时速度为，根据牛顿第二定律b从C到D过程中，根据机械能守恒定律得设碰后瞬间轨道对b的支持力F，则整理得根据牛顿第三定律可知，碰后瞬间b对轨道的压力大小为10mg。（2）设a的质量为M，到达最低点C与b碰撞前的速度为，根据机械能守恒定律设碰后小球a的速度为。根据动量守恒定律和机械能守恒定律解得（3）设b离开D后经过时间t再次落到AB，沿水平方向通过的距离为x，沿竖直方向下降的高度为y。根据平抛运动的规律可知由几何关系知解得8．（1）；（2）；（3）；（4）见解析【详解】（1）设时刻棒M的速度为，根据法拉第电磁感应定律及闭合电路欧姆定律①②每根棒受到的安培力③对导体棒N，根据平衡条件④整理得⑤（2）此过程中，棒M的加速度⑥根据牛顿第二定律⑦整理得⑧（3）设第二个时间内，棒M与N之间的距离增加了，回路中的平均电流为，对导体棒N，根据动量定理⑨而⑩⑪第一个时间内，棒M的位移⑫时刻，棒M与N之间的距离为整理得⑬（4）棒M、N的速度随时间变化的图像如图所示9．（1）；（2）【详解】（1）根据题意可知，光线从界面的点进入玻璃棱镜，由折射定律画出光路图，如图所示根据几何关系，可得入射角折射角，且恰好为法线，根据可得折射率又有解得（2）根据题意，当光线转至水平方向入射，入射角大小仍为，画出光路图，如图所示由折射定律同理可知，折射角，折射光线交边于点，由题已知，，得在边界上的入射角为，由于发生全反射的临界角为。则有即可知在界面发生全反射，已知。由几何关系得，在三角形中，由余弦定理得其中解得又有解得10．（1）；（2）【详解】（1）根据题意，物块在传送带上先做匀加速运动，由牛顿第二定律得解得物块滑上传送带到速度与传送带相同所需的时间为，由公式可得，设此过程物块的位移大小为，由公式解得又有此后物块随皮带匀速运动，则有解得则物块从A运动到B点经历的时间为（2）物块滑上木板后，木块的加速度为，木板的加速度为，木板与木块一块减速时的共同加速度为，根据牛顿第二定律得解得木块与木板经时间达到共同速度，则有解得此过程物块位移为二者共同减速的位移为，则有解得则物块停止运动时与B点的距离为11．（1）；（2）；（3）【详解】（1）粒子在电场中沿x轴正方向的分运动是匀速直线运动，沿z轴正方向的分运动是匀变速直线运动，沿z轴方向根据匀变速直线运动的规律可得1根据牛顿第二定律可得沿x轴正方向联立可得（2）由几何关系得圆柱形磁场区域的最小横截面积（3）洛伦兹力提供向心力，根据牛顿第二定律得解得    ， 粒子在磁场和电场中运动的时间围为解得12．（1）；（2）；（3）3：1；（4）【详解】（1）由乙图知后B、C发生弹性碰撞，由动量守恒可知由机械能守恒可知解得，因C未离开轨道，设运动的高度最大为h，对C，由机械能守恒可知因此（2）C返回水平轨道时由机械能守恒可知C与B再次发生弹性碰撞解得，A与B第一次碰撞到共速时，由动量守恒可得B与A第二次碰撞过程，由动量守恒可知由机械能守恒可知解得（3）A与B第一次碰撞到共速时，由机械能守恒可知A与B第二次碰撞到共速时，由动量守恒可知解得由机械能守恒可知由以上公式得两次加速度最大对应弹簧弹力最大，根据可得（4）A与B压缩弹簧过程同一时刻A、B的瞬时速度关系为，由位移等于速度对时间的积累得（累积），（累积）在时间内，由此得，因此可得第二次碰撞过程中，弹簧压缩量的最大值