江西省九江市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·江西九江·統(tǒng)考二模）意大利物理學(xué)家喬治·帕里西榮獲2021年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，他發(fā)現(xiàn)了從原子到行星尺度的物理系統(tǒng)中無序和漲落間的相互影響，深刻揭示了無序體系中的隱藏對(duì)稱性。如圖為一個(gè)簡單無序系統(tǒng)模型：兩個(gè)質(zhì)量均為m的小球P、Q用兩根長度均為l的輕質(zhì)細(xì)桿a、b連接，細(xì)桿a的一端可繞固定點(diǎn)O自由轉(zhuǎn)動(dòng)，細(xì)桿b可繞小球P自由轉(zhuǎn)動(dòng)．開始時(shí)兩球與O點(diǎn)在同一高度由靜止釋放，兩球在豎直面內(nèi)做無序運(yùn)動(dòng)，某時(shí)刻細(xì)桿a與豎直方向的夾角，小球Q達(dá)到最高點(diǎn)，且恰好與O點(diǎn)等高。重力加速度為g，不計(jì)摩擦和空氣阻力。求（1）小球Q在最高點(diǎn)的速度大小；（2）此過程中，b桿對(duì)Q球所做的功。2．（2023·江西九江·統(tǒng)考二模）如圖所示，豎直平面內(nèi)固定一直角坐標(biāo)系xOy，在x軸上水平固定光滑絕緣軌道，在第二象限存在垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場I，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，在第一象限存在豎直方向的勻強(qiáng)電場．質(zhì)量為m、電荷母為的帶電小球，在水平向右的外力作用下運(yùn)動(dòng)，到O點(diǎn)時(shí)恰好對(duì)軌道無壓力地進(jìn)入第一象限，此時(shí)撤除外力，要使小球進(jìn)入第一象限后速度方向偏轉(zhuǎn)再做勻速直線運(yùn)動(dòng)，必須在適當(dāng)區(qū)域加上垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場Ⅱ，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為。重力加速度為g。（1）求小球運(yùn)動(dòng)到O點(diǎn)時(shí)的速度大??；（2）求勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)的大??；（3）若磁場Ⅱ為圓形，求該磁場最小面積；（4）若磁場Ⅱ為矩形，求該磁場最小面積；（5）若磁場Ⅱ為三角形，三角形三個(gè)頂點(diǎn)為O、A、C（A、C兩點(diǎn)圖中均未畫出），當(dāng)該磁場面積最小時(shí)，求A、C兩點(diǎn)的坐標(biāo)。3．（2023·江西九江·統(tǒng)考二模）如圖所示，容器壁厚度不計(jì)、導(dǎo)熱性能良好的圓柱形容器，一端封閉、另一端開口，若將容器開口向下豎直緩慢插入到水中某一位置，容器能夠漂浮在水面上；再將容器繼續(xù)緩慢下壓，可在水面下某位置保持懸浮狀態(tài)。已知容器底面積為S、長為L、質(zhì)量為m，大氣壓強(qiáng)為、水的密度為、重力加速度大小為g，整個(gè)過程中環(huán)境溫度始終不變，求：（ⅰ）容器漂浮時(shí)水進(jìn)入容器的長度x；（ⅱ）容器懸浮時(shí)容器內(nèi)外水面的高度差h。4．（2023·江西九江·統(tǒng)考二模）如圖所示，一玻璃工件的橫截面是邊長為L的正方形，在工件右側(cè)與CD邊相距L處放置一平行于CD邊的光屏。一束單色光從AB邊的中點(diǎn)O以入射角斜向上射入工件內(nèi)部，CD邊的中點(diǎn)有光透出，光屏上出現(xiàn)兩個(gè)光點(diǎn)，光在真空中傳播速度為c，求：（ⅰ）光屏上兩個(gè)光點(diǎn)之間的距離；（ⅱ）光屏上最早出現(xiàn)兩個(gè)光點(diǎn)的時(shí)間差。5．（2021·江西九江·統(tǒng)考二模）如圖所示，傾角為θ的光滑固定斜面上放有A、B、C三個(gè)質(zhì)量均為m的物塊（均可視為質(zhì)點(diǎn)），A固定，C與斜面底端處的擋板接觸，B與C通過輕彈簧相連且均處于靜止?fàn)顟B(tài)，A、B間的距離為d?，F(xiàn)釋放A，一段時(shí)間后A與B發(fā)生碰撞。已知彈簧的勁度系數(shù)為k，彈性勢能（x為彈簧的形變量），彈簧始終在彈性限度內(nèi)，重力加速度大小為g。（1）若A、B碰撞為彈性碰撞，碰撞后立即撤去A，求B沿斜面向下運(yùn)動(dòng)的最大距離L；（2）若A下滑后與B碰撞并粘在一起，當(dāng)C剛好要離開擋板時(shí)，求A、B的總動(dòng)能。6．（2021·江西九江·統(tǒng)考二模）如圖所示，直角坐標(biāo)系xOy中，第一象限內(nèi)有拋物線，其左側(cè)存在方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，右側(cè)存在方向沿x軸正方向的勻強(qiáng)電場。原點(diǎn)O處有一粒子源，它能沿x軸負(fù)方向發(fā)射出速率不同、質(zhì)量均為m、電荷量為-q的帶電粒子，其中某粒子經(jīng)t0時(shí)間恰好通過拋物線上的點(diǎn)，此后垂直經(jīng)過x軸。不計(jì)粒子重力和粒子間相互影響。求：（1）該粒子的運(yùn)動(dòng)速率；（2）勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)大?。?/span>（3）粒子能擊中拋物線的速率范圍。7．（2021·江西九江·統(tǒng)考二模）兩個(gè)底面積均為S的圓柱形導(dǎo)熱容器直立放置，下端由細(xì)管連通，細(xì)管體積忽略不計(jì)。左容器上端敞開，右容器上端封閉。容器內(nèi)汽缸中各有一個(gè)質(zhì)量不同，厚度可忽略的活塞，活塞A、B下方和B上方均封有同種理想氣體。已知容器內(nèi)氣體溫度始終不變，重力加速度大小為g，外界大氣壓強(qiáng)為p0，活塞A的質(zhì)量為m，系統(tǒng)平衡時(shí)，各氣體柱的高度如圖所示（h已知），現(xiàn)發(fā)現(xiàn)活塞B發(fā)生緩慢漏氣，致使B上下氣體連通，最終B與容器底面接觸，此時(shí)活塞A下降了0.4h。求：（1）未漏氣時(shí)活塞B下方氣體的壓強(qiáng)；（2）活塞B的質(zhì)量。8．（2021·江西九江·統(tǒng)考二模）唐人張志和在《玄真子·濤之靈》中寫道：雨色映日而為虹”從物理學(xué)的角度看，虹是太陽光經(jīng)過雨滴的兩次折射和一次反射形成的。我們通過下列簡化示意圖來研究彩虹的形成。圖中細(xì)光束在過球心的平面內(nèi)，包含紅光和紫光兩種單色光，入射角=45°，透明球?qū)t光折射率為，球的半徑為R，真空中的光速為c。①分析判斷，a和b哪種是紅光？②光線從入射方向到出射方向轉(zhuǎn)過的角度稱為偏向角，求紅光的偏向角和紅光在球內(nèi)的傳播時(shí)間。9．（2022·江西九江·統(tǒng)考二模）如圖所示，空間存在豎直平面內(nèi)的勻強(qiáng)電場，某時(shí)刻將二質(zhì)量為m、電量為q，帶負(fù)電、可視為質(zhì)點(diǎn)的小球，從P點(diǎn)以大小為的速度水平向右拋出。經(jīng)過一段時(shí)間后，小球經(jīng)過P點(diǎn)正下方的Q點(diǎn)，P、Q距離為h，且經(jīng)過Q點(diǎn)的速度大小為，已知重力加速度為g。求：（1）P、Q兩點(diǎn)的電勢差；（2）該勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)大小及方向；（3）小球拋出后速度大小再次為時(shí)，小球離P點(diǎn)的距離L。10．（2022·江西九江·統(tǒng)考二模）如圖所示，半徑為R=5m的光滑圓弧AB固定在光滑的水平面上，在C點(diǎn)靜止著一個(gè)滑塊P，載人小車M靜止在水平面上的D點(diǎn)?；瑝KQ從A點(diǎn)正上方距A點(diǎn)高H=2.2m處由靜止釋放，從A點(diǎn)進(jìn)入圓弧并沿圓弧運(yùn)動(dòng)，Q運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)與P發(fā)生碰撞，碰后P、Q粘合為一個(gè)結(jié)合體E。已知Q、P和M的質(zhì)量分別為=1kg、=5kg、=60kg，重力加速度g取10m/s2。（1）求P、Q碰撞后的速度大??；（2）如果結(jié)合體E與小車M發(fā)生彈性碰撞，求碰后小車的速度大小；（3）如果人每次以v=10m/s的速度（相對(duì)地面）將E反向推出，求人最多能推E多少次。11．（2022·江西九江·統(tǒng)考二模）如圖所示，有一根粗細(xì)均勻、兩邊等長的U形細(xì)玻璃管，左端開口、右端封閉且導(dǎo)熱良好。U形管豎直放置，管內(nèi)有一段水銀柱，右邊封閉了一段空氣柱。環(huán)境溫度為240K時(shí)，左、右兩邊空氣柱的長度分別為l1=20cm和l2=15cm，大氣壓強(qiáng)為75cmHg。（計(jì)算結(jié)果保留3位有效數(shù)字）（1）若改變環(huán)境溫度，使左右兩邊管內(nèi)水銀液面相平，求此時(shí)的環(huán)境溫度；（2）若不改變環(huán)境溫度，而將左邊管口也封閉，讓U形管兩端豎直朝上自由下落（下落時(shí)忽略空氣阻力）；下落時(shí)間足夠長且下落時(shí)U形管保持豎直。求氣體狀態(tài)穩(wěn)定后，左右兩邊水銀柱的高度差是多少？12．（2022·江西九江·統(tǒng)考二模）如圖所示，一個(gè)半圓形玻璃磚的截面圖，AB與OC垂直，半圓的半徑為R。一束平行單色光垂直于AOB所在的截面射入玻璃磚，其中距O點(diǎn)距離為的一條光線自玻璃磚右側(cè)折射出來，與OC所在直線交于D點(diǎn)，，已知，，求： （1）此玻璃磚的折射率是多少？（2）若在玻璃磚平面AOB某區(qū)域貼上一層不透光的黑紙，平行光照射玻璃磚后，右側(cè)沒有折射光射出，黑紙?jiān)?/span>AB方向的寬度至少是多少？
參考答案：1．（1）；（2）【詳解】（1）小球Q到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)與O點(diǎn)同一高度，此時(shí)速度水平，設(shè)小球P、Q的速度大小分別為，，如圖所示P的速度方向始終與細(xì)桿a垂直，當(dāng)Q速度方向水平向右時(shí)，二者沿桿b方向的分速度相等且有由系統(tǒng)機(jī)械能守恒，有解得（2）對(duì)Q球根據(jù)動(dòng)能定理有2．（1）；（2）；（3）；（4）；（5）A的坐標(biāo)為，C的坐標(biāo)為【詳解】（1）小球到O點(diǎn)吋恰好對(duì)水平而無壓力，應(yīng)有得（2）由題意即（3）如圖若磁場Ⅱ為圓形，根據(jù)幾何關(guān)系可知，線段，根據(jù)所以圓形磁場的半徑為。該磁場最小面積（4）若磁場II為矩形，根據(jù)幾何當(dāng)系可矨，該矩形長為R，寬為。該磁場最小面積（5）小球在磁場Ⅱ區(qū)域運(yùn)動(dòng)的軌跡如圖，要完全覆蓋圓弧，因此OC和AC必須與圓弧相切，由于線段。A的坐標(biāo)為，C的坐標(biāo)為3．（ⅰ）；（ⅱ）【詳解】（1）設(shè)容器漂浮在水面上時(shí)，被封閉氣體壓強(qiáng)為，由平衡條件得對(duì)容器內(nèi)封閉氣體，由玻意耳定律得解得（2）設(shè)容器在水面下保持懸浮狀態(tài)時(shí)封閉氣柱長度為x1，由平衡條件得設(shè)容器在水面下保特懸浮狀態(tài)時(shí)，被封閉氣體壓強(qiáng)為，則對(duì)容器內(nèi)被封閉氣體，由玻意耳定律得解得4．（ⅰ）；（ⅱ）【詳解】（ⅰ）光路圖如圖所示由幾何關(guān)系可知，解得，光屏上兩個(gè)光點(diǎn)之間的距離為（ⅱ）有幾何關(guān)系得得由折射定律光在玻璃中的速度為從BD邊折射的光產(chǎn)生光點(diǎn)所用時(shí)間為從CD邊折射的光產(chǎn)生光點(diǎn)所用時(shí)間為光屏上最早出現(xiàn)兩個(gè)光點(diǎn)的時(shí)間差為5．（1）；（2）【詳解】（1）根據(jù)機(jī)械能守恒定律有得設(shè)碰撞后瞬間A、B的速度大小分別為v1，v2，根據(jù)動(dòng)量守恒有mvA= mv1+ mv2A、B碰撞過程機(jī)械能守恒， 有解得v1=0，A、B碰撞前，B物體原來靜止時(shí)，彈簧被壓縮了x，根據(jù)彈力公式有kx = mgsinθ得A、B碰撞后，對(duì)B沿斜面向下壓縮彈簧至B速度為零的過程，根據(jù)能量守恒定律有得（2）設(shè)A、B碰撞后瞬間的共同速度大小為v3，則有得當(dāng)C恰好要離開擋板時(shí)，設(shè)彈簧的伸長量為x1，則解得在AB開始沿斜面向下運(yùn)動(dòng)到C剛好要離開擋板的過程中，根據(jù)機(jī)械能守恒定律有得6．（1）；（2）；（3）【詳解】（1） 粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)軌跡如圖設(shè)粒子在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑為r，根據(jù)幾何關(guān)系有解得r=2解得θ=30°所以由O到P點(diǎn)轉(zhuǎn)過的圓心角為240°，則有解得由洛倫茲力提供向心力，可得可得（2）粒子在電場中從P點(diǎn)到x軸所用時(shí)間x軸方向勻減速到零解得（3）拋物線方程y=x2 （x>0），粒子運(yùn)動(dòng)的圓方程消去x，得由0<y<∞，得<r<∞則有可得7．（1）；（2）【詳解】（1）設(shè)平衡時(shí)，在A與B之間的氣體壓強(qiáng)分別為p1，由力的平衡條件有解得（2）設(shè)平衡時(shí)，B上方的氣體壓強(qiáng)為p2，則漏氣發(fā)生后，設(shè)整個(gè)封閉氣體體積為V?，壓強(qiáng)為p?，由力的平衡條件有由玻意耳定律得解得8．(1) b是紅光；(2) ，【詳解】(1)由于在介質(zhì)中，頻率越高，折射率越大，紅光和紫光從空氣進(jìn)入水中時(shí)，入射角相同時(shí)，則紫光的折射角小，過入射點(diǎn)做出法線如圖所示，可知a是紫光，b是紅光。 (2)從A點(diǎn)入射時(shí)，設(shè)折射角為，根據(jù)光的折射定律根據(jù)已知條件可知，折射角因此在A點(diǎn)入射時(shí)光線沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)了在B點(diǎn)發(fā)生反射時(shí)，由于 為等腰三角形在B點(diǎn)光線沿順時(shí)針偏轉(zhuǎn)了在出射點(diǎn)C，根據(jù)對(duì)稱性，光線沿順時(shí)針偏轉(zhuǎn)用也為，因此光線的偏向角根據(jù)幾何關(guān)系及對(duì)稱性，紅光在球內(nèi)傳播的路程紅光在球內(nèi)傳播速率因此紅光在球內(nèi)傳播時(shí)間整理得9．（1）0；（2）方向水平向右，；（3）【詳解】（1）從P點(diǎn)到Q點(diǎn)，由動(dòng)能定理得解得（2）由（1）可知，場強(qiáng)方向水平向右，從P點(diǎn)到Q點(diǎn)，豎直方向由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式水平方向由牛頓第二定律得水平方向由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得解得（3）小球拋出后速度大小再次為時(shí)，則水平方向豎直方向合速度小球離P點(diǎn)的距離L為10．（1）2m/s；（2）；（3）6【詳解】（1）滑塊Q自由下落到與P發(fā)生碰撞前瞬間，據(jù)動(dòng)能定理可得Q與P碰撞過程，據(jù)動(dòng)量守恒定律可得聯(lián)立解得P、Q碰撞后的速度大小為（2）結(jié)合體E與小車M發(fā)生彈性碰撞，據(jù)動(dòng)量守恒及機(jī)械能守恒分別可得聯(lián)立解得碰后組合體和小車的速度分別為，（3）結(jié)合體E以向右運(yùn)動(dòng)的過程，人第一次推的過程，以向右為正方向，據(jù)動(dòng)量守恒定律可得以后每次推出過程，小車的動(dòng)量變化量為推出n次后，小車的動(dòng)量為當(dāng)人推組合體n次后，小車的速度大于等于v，人就無法再推E，即聯(lián)立解得即人最多能推組合體6次。11．（1）300K；（2）6.18cm【詳解】（1）設(shè)玻璃管的橫截面積為S，對(duì)于右側(cè)管內(nèi)的氣體有，初狀態(tài)，，末狀態(tài)，設(shè)此時(shí)的環(huán)境溫度為，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程有解得（2）當(dāng)玻璃管自由下落足夠長時(shí)間氣體狀態(tài)穩(wěn)定時(shí)，設(shè)封閉氣體的壓強(qiáng)為p，左側(cè)被封氣體長度為l1’，右側(cè)被封氣體長度為l2’，則對(duì)左右側(cè)氣體，根據(jù)等溫變化規(guī)律有又可解得l1’=20.59cm，l2’=14.41cm則兩邊水銀液面的高度差12．（1）；（2）【詳解】（1）如圖所知，連接OE即為法線所在直線，由幾何關(guān)系得則由幾何關(guān)系得設(shè)ED為x，則由余弦定理得解得又由余弦定理得所以所以由幾何關(guān)系知所以由折射定律得，折射率為（2）如上圖所示，設(shè)從N點(diǎn)入射時(shí)恰好能發(fā)生全反射，則可知即臨界角為由幾何關(guān)系知所以平行光照射玻璃磚后，要使右側(cè)沒有折射光射出，黑紙?jiān)?/span>AB方向的寬度至少為 

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