天津市各地区2023年高考物理模拟（三模）题按题型分类汇编-04解答题

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天津市各地区2023年高考物理模拟（三模）题按题型分类汇编-04解答题 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．（2023届北京市顺义区高三下学期第二次统练物理试题）如图所示，物块A从光滑轨道上的某一位置由静止释放，沿着轨道下滑后与静止在轨道水平段末端的物块B发生碰撞（轨道转弯处为光滑圆弧，物块A在圆弧处无能量损失），碰后两物块粘在一起沿水平方向飞出。已知物块A、B的质量均为，物块A的释放点距离轨道末端的高度，轨道末端距离水平地面的高度，重力加速度g取10m/s2.求：（1）两物块碰撞之前瞬间物块A的速度大小v1；（2）两物块碰后粘在一起的速度大小v2；（3）两物块落地点到轨道末端的水平距离x。5．（2023届湖南省岳阳市高三下学期教学质量监测物理试题（二））如图所示，足够长的粗糙绝缘斜面与水平面成固定在地面上，在斜面上虚线和与斜面底边平行，在、围成的区域有垂直斜面向上的有界匀强磁场，磁感应强度为；现有一质量为、边长、匝数、总电阻的正方形金属线圈，让边与斜面底边平行，从斜面上端静止释放，线圈刚好匀速穿过整个磁场区域，已知线圈与斜面间的动摩擦因数为，（取）求：（1）线圈进入磁场区域时的速度大小；（2）线圈释放时，边到的距离；（3）整个线圈穿过磁场的过程中，流过线圈的电荷量及线圈上产生的焦耳热。6．（2023届湖南省邵阳市高三上学期第一次联考物理试题）如图所示，在A处有平行于y轴的虚线，虚线左侧所有空间分布着水平向左的匀强电场，在虚线右侧所有空间分布着垂直纸面向里的匀强磁场，在O点处，某时刻有一带负电的粒子以初速度沿y轴正方向运动，粒子从A（L，2L）点进入磁场，在磁场中运动一段时间后恰好又回到O点，已知粒子的质量为m，电荷量大小为q，不计粒子重力，求：（1）电场强度的大小和带电粒子运动到A点的速度；（2）磁感应强度大小和带电粒子从开始运动到恰好回到O点的时间。7．（2023届天津市北辰区高三下学期三模物理试题）如图所示，在一堆淤泥表面放置一个大爆竹，爆竹爆炸时分裂成A、两部分，A的质量为，的质量为。爆竹爆炸时部分竖直向上飞出，能上升的最大高度为，A部分陷入淤泥中的最大深度为．若爆竹的火药质量以及空气阻力可忽略不计，取重力加速度为。求：（1）爆竹爆炸结束的瞬间，部分获得的速度大小；（2）A部分所受淤泥的平均阻力大小。8．（2023届天津市北辰区高三下学期三模物理试题）如图甲所示，两光滑的平行导轨与水平放置，、两点间接有电阻，导轨间距为，导轨处有两个匀强磁场区域Ⅰ、Ⅱ（分别是和），磁场方向均垂直于导轨平面竖直向上，Ⅱ区是磁感应强度为的恒定磁场区。Ⅰ区磁场的宽度为x1，磁感应强度随时间变化规律如图乙所示。一质量为、长度为、电阻也为的导体棒垂直于导轨放置在Ⅰ区磁场正中央，从时刻开始，导体棒在安培力的作用下向左运动，时刻离开Ⅰ区时速度为，最后离开Ⅱ区时速度为。求：（1）时刻，导体棒受到的安培力大小；（2）导体棒穿越Ⅱ区磁场的过程中，电阻上产生的焦耳热；（3）Ⅱ区磁场的宽度。9．（2023届天津市北辰区高三下学期三模物理试题）东方超环（EAST），俗称“人造小太阳”，是中国科学院自主研制的磁约束核聚变实验装置。该装置需要将加速到较高速度的离子束变成中性粒子束，没有被中性化的高速带电离子需要利用“偏转系统”将带电离子从粒子束剥离出来。“偏转系统”的原理简图如图所示，混合粒子中的中性粒子继续沿原方向运动，被接收器接收；而带电离子一部分打到下极板，剩下的进入磁场发生偏转被吞噬板吞噬。已知离子带正电、电荷量为，质量为，两极板间电压为，间距为，极板长度为，离子和中性粒子的重力可忽略不计，不考虑混合粒子间的相互作用。（1）在极板间施加了一垂直于纸面向里的匀强磁场，使速度为的离子直线通过两极板，求其磁感应强度的大小；（2）直线通过极板的离子以进入垂直于纸面向外的矩形匀强磁场区域，最后均被吞噬板吞噬。其磁感应强度，求该磁场区域的宽度应满足的条件；（3）撤去极板间磁场，且边界足够大。若粒子束由两极板中央平行于极板射入，且离子的速度范围，其磁感应强度，有部分带电离子会通过两极板进入偏转磁场，最终被吞噬板吞噬，求离子打到吞噬板的长度。10．（2023届湖南省岳阳市高三上学期一模模拟物理试题）如图所示，一轨道由半径为0.8m的四分之一竖直圆弧轨道AB和水平直轨道BC在B点平滑连接而成，现有一质量为0.2kg的小物块从A点无初速度释放，BC段长LBC=0.50m，小物块与BC段的动摩擦因数为μ=0.5，小物块滑离C点后恰好落在半径也为0.8m的凹形半圆面上的最底点D处，CE为凹形半圆直径且水平。求：（1）小物块运动至C点的速度大小；（2）经过圆弧上的B点时，小物块对B点的压力大小；（3）小物块在圆弧轨道上克服摩擦力所做的功。11．（2023届广西柳州市新高三（上）摸底考试物理试题）如图，平面直角坐标系xOy第一象限内存在一个矩形有界磁场（未画出），磁感应强度大小为B、方向垂直于坐标平面向里；第二象限内存在沿x轴负方向的匀强电场。一质量为m、带电量为e的电子从x轴上A点（，0）以大小v0的速度，沿y轴正方向垂直射入电场，电子恰好从y轴上C点（0，2L）进入第一象限，经矩形磁场偏转之后，电子最终从x轴上D点，以与x轴正方向成60°角穿过x轴。不考虑电子的重力，求（1）匀强电场的电场强度E的大小；（2）电子在矩形磁场中运动的时间t2；（3）矩形磁场的最小面积Smin。12．（2022届浙江省五校高三（下）联考物理试题）如图所示，边长为、质量为、电阻为的匀质正方形刚性导体线框和直角坐标系（x轴水平，y轴竖直）均处于竖直平面内。在第一象限的空间内存在垂直于纸面向里的磁场，磁感应强度在x方向均匀分布，y方向上满足（各量均采用国际单位，k为大于0的未知量）。初始时，线框的A点与坐标原点O重合，边与x轴重合（记为位置1）。现给线框一个沿着x轴正方向的速度，并且给线框一个竖直向上的恒力，当线框A点下降的高度为（记为位置2）时，可以认为线框恰好达到最大速度，且线框中的电流。此后恒力F保持大小不变，方向改为x方向，线框继续运动到位置3（位置3和位置2中A点的横坐标相距），此后轨迹是抛物线。若整个运动过程中，线框始终处于同一竖直平面内，边始终保持水平，不计空气阻力，重力加速度为g，求：（1）k的数值；（2）线框从位置1到位置2的时间；（3）线框从位置2运动到位置3的竖直高度差h。
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）；（2）；（3）【详解】（1）由机械能守恒定律解得v1=2m/s（2）由动量守恒定律解得（3）物块做平抛运动，则解得5．（1）；（2）；（3），【详解】（1）线框进入磁场前，由牛顿第二定律解得因为线框匀速进入磁场，由电磁感应定律及受力平衡解得线圈进入磁场区域时的速度大小（2）由匀加速直线运动规律解得线圈释放时，边到的距离（3）由，，得又因为线框穿过磁场前后，所以；线框全程匀速穿过磁场，则磁场宽度等于，由功能关系解得6．（1），，方向沿x轴正方向向上成角；（2），【详解】（1）作出粒子运动根据，如图所示粒子在电场中做类平抛运动，则有，，解得粒子在A点时，沿x轴正方向的速度粒子在A点的速度方向沿x轴正方向向上成角。（2）粒子在磁场中做匀速圆周运动则有解得由几何关系可知解得粒子做匀速圆周运动的时间，则有，粒子从开始运动到回到O点的时间7．（1）；（2）26N【详解】（1）根据爆竹爆炸结束的瞬间，部分获得的速度大小（2）根据动量守恒解得爆竹爆炸结束的瞬间，A部分获得的速度大小根据动能定理解得，所受淤泥的平均阻力大小f=26N8．（1）；（2）；（3）【详解】（1）时刻，导体棒所在回路的感应电动势回路的电流导体棒受到的安培力大小解得（2）导体棒穿越Ⅱ区磁场的过程中，产生的总的焦耳热电阻上产生的焦耳热（3）金属棒经过磁场Ⅱ过程中有动量定理其中解得9．（1）；（2）；（3）【详解】（1）离子能直线通过两极板，则洛伦兹力等于电场力将代入得（2）由洛伦兹力提供向心力离子在偏转磁场中的运动半径为该磁场区域的宽度应满足的条件（3）撤去极板间磁场后，离子在极板间做类平抛运动，离子入射速度为时，能够进入磁场的离子在电场中的侧移量为，由类平抛运动的规律可得，沿极板方向做匀速直线运动，则有沿垂直极板方向做匀加速直线运动，则有解得由，解得可知离子的速度满足的带电离子会通过两极板进入偏转磁场。设进入磁场的离子的速度为，其方向与方向夹角为，运动半径为，运动轨迹的弦长为，如图所示；离子在磁场中做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力得又有运动轨迹的弦长离子打到吞噬板的位置与两极板间中轴线的距离为令，取值范围为：，可得由数学知识可得：在区间：，为增函数，则有的取值范围为则离子打到吞噬板的长度10．（1）；（2）4.25N；（3）【详解】（1）从C到D平抛分析，由代入数据解得m/s（2）从B到C分析代入数据解得m/s在B点有代入数据解得N根据牛顿第三定律小物块对B点的压力大小为4.25N。（3）从A到B分析代入数据解得11．（1）；（2）；（3）【详解】（1）电子从A运动到C的过程中做类平抛运动，设其运动时间为，在x方向上有在y方向上有联立解得（2）在x方向上有所以在C点根据几何关系可知因此，θ = 60°电子在磁场中，根据题意作出电子的运动轨迹示意图如图所示，由图中几何关系可知，电子在磁场中偏转90°磁场中所以（3）图中矩形磁场面积最小，该矩形的宽为r - rcos45°，长为，即有联立解得12．（1）；（2） ；（3） 【详解】（1）由右手定则可知线框内电流的方向为逆时针或者，线框位于位置2时恰好达到平衡状态，设下边所在处磁感强度为，上边所在处为，则有解得（2）由闭合电路的欧姆定律有解得线框从位置1到位置2，线框所受安培力合力方向向下安培力冲量带入得在y方向由动量定理得解得（3）线框从位置2到位置3，水平方向做匀加速运动，由牛顿第二定律得由运动学规律得到轨迹为抛物线，则y方向为匀速运动，有从位置2到位置3，y方向列动量定理代入数据可解得