河南省鄭州市2021屆-2023屆高考物理三年模擬（二模）按題型分類匯編-02解答題 一、解答題1．（2023·河南鄭州·統(tǒng)考二模）如圖所示，一足夠長的水平傳送帶以速率逆時針勻速運(yùn)動，質(zhì)量均為的物塊P、Q由繞過定滑輪的輕繩連接，輕繩足夠長且不可伸長，某時刻P、Q速度大小為，P從傳送帶左端沖上傳送帶，P與定滑輪間繩子水平。已知物塊P與傳送帶間的動摩擦因數(shù)，重力加速度，不計滑輪的質(zhì)量與摩擦，整個運(yùn)動過程中物塊Q沒有上升到定滑輪處。求：（1）物塊P在傳送帶上運(yùn)動的加速度；（2）物塊P從滑上傳送帶到離開傳送帶過程中，傳送帶多消耗的電能。2．（2023·河南鄭州·統(tǒng)考二模）如圖，間距的平行光滑金屬導(dǎo)軌固定在傾角為的斜面內(nèi)，其上站連接著阻值的電阻，導(dǎo)軌所在空間存在方向垂直于導(dǎo)軌平面向下、磁感應(yīng)強(qiáng)度均為的兩個勻強(qiáng)磁場區(qū)域I和Ⅱ，磁場邊界與導(dǎo)軌垂直，區(qū)域I的寬度和兩個磁場區(qū)域的間距相等，均為d?，F(xiàn)將一個質(zhì)量、阻值、長度也為L的導(dǎo)體棒bc從區(qū)域I上方某處由靜止釋放，導(dǎo)體棒bc恰好能夠勻速穿越區(qū)域I，且進(jìn)入?yún)^(qū)域Ⅱ瞬間的加速度大小為。導(dǎo)軌電阻不計，bc與導(dǎo)軌接觸良好，重力加速度，。求：（1）導(dǎo)體棒bc釋放時距區(qū)域I上邊界的距離x；（2）導(dǎo)體棒bc穿越區(qū)域I需要的時間，及此過程中bc上產(chǎn)生的熱量。3．（2023·河南鄭州·統(tǒng)考二模）如圖所示，固定的豎直圓筒由上段細(xì)筒和下段粗筒組成，粗筒橫截面積是細(xì)筒的4倍，細(xì)筒足夠長，粗筒中A、B兩輕質(zhì)光滑活塞間封有理想氣體，活塞A上方有水銀。用外力向上托住活塞B，使之處于靜止?fàn)顟B(tài)，活塞A上方的水銀面與粗筒上端相平，水銀深，氣柱長，大氣壓強(qiáng)?，F(xiàn)使活塞B緩慢上移，當(dāng)粗筒中水銀的深度為時，求：（1）此時粗筒內(nèi)氣體的壓強(qiáng)；（2）此時氣柱長度。4．（2023·河南鄭州·統(tǒng)考二模）如圖所示，ABC為一透明材料制成的柱形光學(xué)元件的橫截面，該種材料的折射率，AC是一半徑為R的1/4圓弧，O為圓弧面圓心，ABCD構(gòu)成正方形，在O處有一點光源．從點光源射入圓弧AC的光線，進(jìn)入透明材料后首次射向AB或BC界面時，有一部分不能從AB或BC界面直接射出．下面的問題只研究進(jìn)入透明材料后首次射向AB或BC界面的光線，已知AB面上的P點到A點的距離為．求：(1)從P點射出的光線的折射角；    (2)AB和BC截面上沒有光線射出部分的總長度．5．（2021·河南鄭州·統(tǒng)考二模）如圖所示，在xOy平面的第一象限內(nèi)存在方向垂直紙面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場，第四象限內(nèi)存在沿x軸正方向，大小為E的勻強(qiáng)電場。一帶電粒子從y軸上的M（OM=a）點射入磁場，速度方向與y軸正方向的夾角。粒子經(jīng)過磁場偏轉(zhuǎn)后從N（圖中未畫出）點垂直穿過x軸進(jìn)入勻強(qiáng)電場，其運(yùn)動軌跡與y軸交于P（圖中未畫出）點。已知，粒子電荷量為，質(zhì)量為m，重力不計。求：（1）粒子的速度大??；（2）P點與O點的距離。6．（2021·河南鄭州·統(tǒng)考二模）我國的月球探測計劃“嫦娥工程”分為“繞、落、回”三步。“嫦娥五號”的任務(wù)是“回”。“嫦娥五號”發(fā)射，經(jīng)過中途軌道修正和近月制動之后，進(jìn)入繞月圓軌道Ⅰ.“嫦娥五號”再次成功變軌進(jìn)入遠(yuǎn)月點為、近月點為的橢圓形軌道Ⅱ.如圖所示，“嫦娥五號”探測器在點附近，由大功率發(fā)動機(jī)制動、減速，以拋物線路徑下落到距月面高處進(jìn)行懸停避障，之后再緩慢豎直下降到距月面高度僅為數(shù)米處，為避免激起更多月塵，關(guān)閉發(fā)動機(jī)，做自由落體運(yùn)動，落到月球表面。已知引力常量為，月球的質(zhì)量為，月球的半徑為，“嫦娥五號”在軌道Ⅰ上運(yùn)動時的質(zhì)量為，、點與月球表面的高度分別為、。（1）求“嫦娥五號”在圓形軌道Ⅰ上運(yùn)動的速度大?。?/span>（2）已知“嫦娥五號”與月心的距離為時，引力勢能為（取無窮遠(yuǎn)處引力勢能為零），其中為此時“嫦娥五號”的質(zhì)量。若“嫦娥五號”在軌道Ⅱ上運(yùn)動的過程中，動能和引力勢能相互轉(zhuǎn)換，它們的總量保持不變。已知“嫦娥五號”經(jīng)過點的速度大小為，請根據(jù)能量守恒定律求它經(jīng)過點時的速度大小。（3）“嫦娥五號”在點由軌道Ⅰ變?yōu)檐壍?/span>Ⅱ的過程中，發(fā)動機(jī)沿軌道的切線方向瞬間一次性噴出一部分氣體，已知噴出的氣體相對噴氣后“嫦娥五號”的速度大小為，求噴出的氣體的質(zhì)量。7．（2021·河南鄭州·統(tǒng)考二模）為了測量一些形狀不規(guī)則而又不便于浸入液體的固體體積，可以用如圖所示的裝置測量。操作步驟和實驗數(shù)據(jù)如下。a．打開閥門，使管、容器、容器和大氣相通。上下移動，使左側(cè)水銀面到達(dá)刻度的位置。b．關(guān)閉，向上舉，使左側(cè)水銀面到達(dá)刻度的位置。這時測得兩管水銀面高度差為。c．打開，把被測固體放在中，上下移動，使左側(cè)水銀面重新到達(dá)位置，然后關(guān)閉。d．向上舉，使左側(cè)水銀面重新到達(dá)刻度處，這時測得兩管水銀面高度差為.已知容器和管的總體積為，大氣壓相當(dāng)于，求被測固體的體積。8．（2021·河南鄭州·統(tǒng)考二模）一棱鏡的截面為直角三角形ABC，，斜邊AB=a．棱鏡材料的折射率為n=．在此截面所在的平面內(nèi)，一條光線以的入射角從AC邊的中點M射入棱鏡，畫出光路圖，并求光線從棱鏡射出的點的位置（不考慮光線沿原路返回的情況）。9．（2022·河南鄭州·統(tǒng)考二模）如圖所示，在xOy平面內(nèi)固定一圓形金屬線框，圓心為O1，半徑為R，與y軸相切于原點O。空間存在方向垂直于xOy平面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場。一長度為2R的均勻?qū)w棒MN，以速率v0由O點開始沿x軸正方向在金屬線框上勻速滑過。運(yùn)動過程中導(dǎo)體棒MN始終與y軸平行，并且中點始終在x軸上，與金屬框接觸良好。已知導(dǎo)體棒單位長度的電阻為r，金屬框電阻可忽略。求：（1）導(dǎo)體棒MN運(yùn)動到O1位置時，通過MN的電流大小和方向；（2）導(dǎo)體棒MN運(yùn)動位移為x（0≤x≤2R）時，導(dǎo)體棒所受安培力的大小。10．（2022·河南鄭州·統(tǒng)考二模）如圖所示，水平地面上靜止一輛帶有向后噴射裝置的小車，小車的質(zhì)量為M＝1kg，現(xiàn)給小車?yán)镅b入10個相同的小球，每個小球質(zhì)量為m＝1kg。車上的噴射裝置可將小球逐一瞬間向后水平噴出，且相對于地面的速度都是vo＝20m/s，每間隔相等時間噴出一個小球。已知小車運(yùn)動時受到的阻力為小車和車內(nèi)小球總重力的k＝0.2倍，g＝10m/s2.（1）噴出第一個小球時，小車同時也獲得一個反向速度，求此時整個系統(tǒng)增加的機(jī)械能；（2）求噴出第三個小球后，小車的速度v3；（3）調(diào)整第四個及以后的每個小球噴出速度，可使得接下來的每個小球噴出后小車的速度都等于v3。求第四個小球和第五個小球噴出的速度之比。11．（2022·河南鄭州·統(tǒng)考二模）如圖所示，圓柱形絕熱汽缸固定在傾角為的斜面上，汽缸深度為H，汽缸口有固定卡槽。汽缸內(nèi)用質(zhì)量為m、橫截面積為S的絕熱活塞封閉了一定質(zhì)量的理想氣體，此時活塞到汽缸底部的距離為，汽缸內(nèi)氣體溫度為To。現(xiàn)緩慢對氣體加熱，一直到氣體溫度升高到3To，加熱過程中電熱絲產(chǎn)生熱量Q。若電熱絲產(chǎn)生的熱量全部被氣體吸收，大氣壓強(qiáng)恒為po，不計活塞及固定卡槽的厚度，活塞可沿汽缸壁無摩擦滑動且不漏氣。重力加速度為g，求：i．氣體溫度升高到3To時的壓強(qiáng)。ii．氣體溫度從To升高到3To的過程中增加的內(nèi)能。12．（2022·河南鄭州·統(tǒng)考二模）如果玻璃中有個小氣泡，看起來會特別明亮，是因為光從玻璃射向氣泡時，一部分光線發(fā)生了全反射的緣故。一個半徑為、折射率為的球形玻璃中有一個同心球形氣泡，氣泡半徑為R，O為球形玻璃的球心，AB為過球心的一個軸線，如圖所示。一束平行于AB軸線的光束射向球形玻璃，其中與AB距離為的入射光線從球形玻璃的M點射入。若氣泡和玻璃周圍空間均可看成真空。i.判斷該光線在氣泡界面上能否發(fā)生全反射（寫出判斷過程）ii.求該光線在玻璃中的傳播時間（已知光在真空中的速度為c）。
參考答案：1．（1）；（2）【詳解】（1）物塊P滑上傳送帶時，滑動摩擦力向左，設(shè)減速的加速度為，對P和Q的系統(tǒng)，有解得當(dāng)物塊P向右的速度減為零后，P和Q一起向左加速，加速度為因，則而當(dāng)P和Q一起向左加速到左端時還未與皮帶共速，即物塊P在傳送帶上運(yùn)動的加速度始終為。（2）P和Q一起向右減速到零的時間為，有則P和Q做往返勻變速運(yùn)動到離開，皮帶向左的位移為故物塊P從滑上傳送帶到離開傳送帶過程中，為了維持皮帶勻速轉(zhuǎn)動，牽引力等于滑動摩擦力，而作用在皮帶上的牽引力做正功來消耗電能，則傳送帶多消耗的電能為2．（1）1.6m；（2）0.5s，【詳解】（1）設(shè)在區(qū)域Ⅰ中勻速運(yùn)動的速率為，在區(qū)域Ⅰ中，切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為感應(yīng)電流為所受安培力為由力的平衡條件有代入數(shù)據(jù)聯(lián)立求解得進(jìn)入?yún)^(qū)域Ⅰ前，做勻加速直線運(yùn)動，由運(yùn)動學(xué)規(guī)律有代入數(shù)據(jù)解得（2）設(shè)進(jìn)入?yún)^(qū)域Ⅱ瞬間的速率為，在進(jìn)入?yún)^(qū)域Ⅱ瞬間，切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為感應(yīng)電流為所受安培力為因，故，可知加速度方向豎直向上，由牛頓第二定律有代入數(shù)據(jù)聯(lián)立求解得由運(yùn)動學(xué)規(guī)律有代入數(shù)據(jù)得導(dǎo)體棒bc勻速穿越區(qū)域I所用時間為穿越區(qū)域Ⅰ的過程中，設(shè)電路中產(chǎn)生的總熱量為，則上產(chǎn)生的熱量為由能量守恒定律有代入數(shù)據(jù)解得3．（1）；（2）【詳解】（1）設(shè)細(xì)筒的橫截面積為，則粗筒的橫截面積為，初始狀態(tài)中下方氣體壓強(qiáng)為，根據(jù)平衡條件可知初始狀態(tài)隨著粗筒內(nèi)水銀深度逐漸變成時，水銀體積不變，則解得細(xì)筒中的液面高度為汞柱高度為此時（2）根據(jù)封閉氣體等溫變化，，解得末狀態(tài)氣柱長度4．(1)60°；(2)【詳解】(1)設(shè)射向P點的光線入射角為根據(jù)折射定律解得(2)設(shè)材料的臨界角為C，射向M點的光線恰好發(fā)生全反射，則有AB截面沒有光線射出部分的長度兩截面上沒有光線射出部分的總長度5．（1）；（2）【詳解】（1）粒子的運(yùn)動軌跡如下圖所示由于，根據(jù)幾何關(guān)系可知，則粒子運(yùn)動的軌道半徑為根據(jù)洛倫茲力提供向心力可得聯(lián)立解得（2）如圖所示，由幾何關(guān)系可知，粒子垂直x軸進(jìn)入勻強(qiáng)電場，軌跡與x軸交于N，則粒子進(jìn)入勻強(qiáng)電場后做類平拋運(yùn)動，可得，聯(lián)立解得6．(1)；(2)；(3)【詳解】（1）“嫦娥五號”探測器在軌道Ⅰ上做勻速圓周運(yùn)動，根據(jù)萬有引力和牛頓第二定律解得（2）設(shè)“嫦娥五號”在軌道Ⅱ上運(yùn)行經(jīng)過點的速度為，由題意及能量守恒定律可得解得（3）設(shè)發(fā)動機(jī)噴出氣體的質(zhì)量為，根據(jù)動量守恒定律得解得7．【詳解】對、、中的氣體，初狀態(tài)有末狀態(tài)根據(jù)玻意耳定律得即解得將被測固體放入中后，對、、中的氣體，有初狀態(tài)末狀態(tài)根據(jù)玻意耳定律得即解得被測固體的體積為8．見解析【詳解】設(shè)入射角為i，折射角為r，由折射定律得代入數(shù)據(jù)解得 如果入射光線在法線的右側(cè)，光路圖如圖1所示設(shè)出射點為F，由幾何關(guān)系可得即出射點在AB邊上離A點的位置；如果入射光線在法線的左側(cè)，光路圖如圖2所示設(shè)折射光線與AB的交點為D，由幾何關(guān)系可知，在D點的入射角設(shè)全反射的臨界角為，則解得因此，光在D點全反射，設(shè)此光線的出射點為E，由幾何關(guān)系得，,解得即出射點在BC邊上離B點的位置。 9．（1），右手定則可以判斷通過MN的電流方向: ；（2）【詳解】（1）在O1位置導(dǎo)體棒MN產(chǎn)生的電動勢電流由以上兩式可得右手定則可以判斷通過MN的電流方向：（2）導(dǎo)體棒MN運(yùn)動位移為x時，導(dǎo)體棒連入回路的有效切割長度為l′，電動勢電流受到的安培力0 ≤ x ≤ R時，由幾何關(guān)系可知可得安培力R ≤ x ≤ 2R時，由幾何關(guān)系可知可得安培力10．（1）；（2）；（3）【詳解】（1）噴出小球過程，小車和小球整個系統(tǒng)動量守恒解得系統(tǒng)增加的機(jī)械能解得（2）由題意可知，噴出每個小球后，小車和剩余小球?qū)?/span>的勻減速運(yùn)動。可知每次減速的加速度噴出第二個小球前噴出第二個小球后，小車的速度為v2，由動量守恒定律可得聯(lián)立可得同理可得噴出第三個小球后，小車的速度滿足解得（3）噴出第四個小球前噴出第四個小球后，由動量守恒定律可得由題意可知解得則噴出第五個小球前噴出第五個小球后，由動量守恒定律可得且解得11．i．；ii．【詳解】i．初始時活塞受力平衡，有解得活塞達(dá)到卡槽前壓強(qiáng)恒為P1，由蓋-呂薩克定律得解得T1=2T0活塞達(dá)到卡槽后體積不變，由查理定律得解得ii.電熱絲產(chǎn)生的熱量為Q，氣體對外做功由熱力學(xué)第一定律知，氣體增加的內(nèi)能解得12．i.能；ⅱ.【詳解】i.該光線的光路示意圖如圖所示，入射光線到AB距離可知入射角解得由可得由正弦定理為銳角，可得由題意可知，該玻璃得折射率為反射臨界角可知該光線在氣泡界面上能發(fā)生全反射。ⅱ.由△OMN中幾何關(guān)系可知MN=R光線在玻璃中傳播的距離l=2MN=2R由可得光線在玻璃中的傳播時間 

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