江蘇省蘇錫常鎮(zhèn)四市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·江蘇·統(tǒng)考二模）如圖所示，一透明材料塊，下部是半徑為R、高3R的圓柱體，上部為半徑為R的半球，O1為球心，O1O2為中心軸，在O1正下方距離R處有一個(gè)點(diǎn)光源S，向各個(gè)方向發(fā)光。（1）若該材料的折射率，光線SA與軸成α角，照射到表面A點(diǎn)后恰能平行中心軸出射，求α角的大小；（2）不考慮光的反射，若要使該透明材料塊表面各處均有光線出射，該材料的折射率不能超過多大？2．（2023·江蘇·統(tǒng)考二模）湖面上停著A、B兩條小船，兩船平衡位置連線的中點(diǎn)有個(gè)浮標(biāo)，一列波速為的水波在湖面上沿連線從A向B傳播，每條小船每分鐘上下浮動(dòng)20次。時(shí)，A船位于波峰，B船恰好在平衡位置，且正在向下運(yùn)動(dòng)，已知兩船間只有一個(gè)波谷，求：（1）兩船平衡位置間的距離x；（2）浮標(biāo)恰好位于平衡位置的時(shí)刻。3．（2023·江蘇·統(tǒng)考二模）圖為一“永動(dòng)機(jī)”玩具的模型，是一組光滑細(xì)金屬雙軌，軌道間距為，段水平。按下一個(gè)隱蔽開關(guān)后，把質(zhì)量的鋼球從軟木盤中心洞口O無初速釋放，鋼球便沿軌道運(yùn)動(dòng)至d點(diǎn)斜向上飛出，速度與水平方向成，之后恰好落到洞口O點(diǎn)附近的G點(diǎn)，接著在洞口附近來回運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后，再次從洞口無初速落下，此后不斷重復(fù)以上過程。不計(jì)空氣阻力，，。（1）已知鋼球直徑，求鋼球在段上滾動(dòng)時(shí)，每條軌道對(duì)鋼球的支持力F；（2）若將鋼球視做質(zhì)點(diǎn)，處在同一高度，水平距離，求鋼球從d點(diǎn)飛出后能上升的最大高度h；（3）要使鋼球能“永動(dòng)”，求小球每運(yùn)動(dòng)一圈，玩具中隱蔽的加速裝置需對(duì)小球做的功W。 4．（2023·江蘇·統(tǒng)考二模）如圖所示，三個(gè)相同的圓形磁場(chǎng)兩兩相切，圓心分別為、、，半徑均為，磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度均為B，方向垂直紙面。A為兩圓形磁場(chǎng)的切點(diǎn)，O為的中心，在及延長線上有一個(gè)極小的可以移動(dòng)的粒子發(fā)射裝置P，在該裝置中，帶正電荷的粒子飄入電壓為U的加速電場(chǎng)，然后垂直出射。當(dāng)發(fā)射裝置P處在連線及延長線上某處時(shí)，調(diào)節(jié)合適的加速電壓U，使粒子分別經(jīng)過三個(gè)磁場(chǎng)后，又垂直飛回裝置P所在位置．已知粒子比荷，且當(dāng)P處在A點(diǎn)時(shí)，粒子出射速度，粒子重力忽略不計(jì)。（1）求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小和方向；（2）求P距A多遠(yuǎn)時(shí)加速電壓最大，并求該最大值；（3）設(shè)P與A的距離為x，試寫出U與x的函數(shù)關(guān)系，并注明x的取值范圍（所有已知物理量均以題目中的字母表示）。5．（2021·江蘇·統(tǒng)考二模）如圖所示，截面為等腰直角三角形ABC的玻璃磚，∠B=900，一束頻率為f＝6×1014Hz的光線從AB面中點(diǎn)處垂直射入棱鏡，在AC面發(fā)生全反射，從BC面射出后，進(jìn)入雙縫干涉裝置。已知AC長度L=0.3m，雙縫間距d=0.2mm，光屏離雙縫l=1.0m，光在真空中的傳播速度為c=m/s。求：（1）玻璃磚的折射率的最小值n；（2）光線在玻璃磚中傳播的最短時(shí)間t；（3）光屏上相鄰亮條紋的間距。6．（2021·江蘇·統(tǒng)考二模）“峽谷長繩秋千”游戲的模型可簡化如下圖所示，游戲開始前，工作人員對(duì)底座施加一水平方向的拉力，使其靜止于圖中A位置，然后自由釋放，秋千開始蕩起來，B為秋千運(yùn)動(dòng)的最低點(diǎn)。已知兩繩長度均為L、夾角為2θ，秋千擺角為α，游客和底座總質(zhì)量為m，在運(yùn)動(dòng)中可視為質(zhì)點(diǎn)，不計(jì)繩子質(zhì)量及一切阻力。求：（1）工作人員對(duì)底座施加的水平拉力大??；（2）游客運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的速度大??；（3）運(yùn)動(dòng)過程中細(xì)繩中的最大拉力。7．（2021·江蘇·統(tǒng)考二模）如圖所示，一質(zhì)量M=0.3kg，足夠長“T”形支架，豎直立在水平地面上，有一質(zhì)量m=0.2kg的物塊套在支架直桿上，物塊與支架上端之間夾有一勁度系數(shù)足夠大的輕質(zhì)彈簧（彈簧與物塊不相連），開始時(shí)彈簧壓緊并被物塊和支架頂端間的細(xì)線鎖定，彈簧的彈性勢(shì)能EP=J?，F(xiàn)解除鎖定，彈簧瞬間恢復(fù)形變。已知物塊與直桿間滑動(dòng)摩擦力大小恒為f=1.5N，不計(jì)空氣阻力。求：(1)彈簧恢復(fù)形變的瞬間，支架獲得的速度大??；(2)支架能上升的最大高度；(3)從解除鎖定到支架落回地面的過程中系統(tǒng)因摩擦損失的機(jī)械能。8．（2021·江蘇·統(tǒng)考二模）如圖直角坐標(biāo)系xOy中，y軸上P點(diǎn)處有一個(gè)粒子源，可沿-x到+x方向向上180°范圍內(nèi)發(fā)射帶正電的粒子，粒子的比荷均為5.0×106C/kg，速度大小介于0~3.0×105m/s。MN是一塊置于x軸上的粒子收集薄金屬板，各點(diǎn)坐標(biāo)如圖，其中a=0.3m?？梢酝ㄟ^施加電場(chǎng)或磁場(chǎng)的方式進(jìn)行粒子的收集。(1)若平面內(nèi)存在電場(chǎng)，且P和MN間電勢(shì)差U=7.0×103V，求到達(dá)板上的粒子的速度最大值；(2)若在平面內(nèi)加一垂直于紙面向外的足夠大勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=0.1T，求能夠被板MN收集到的粒子的最小速度；(3)在第(2)問的條件下，求能夠被板MN收集到的粒子的最長運(yùn)動(dòng)時(shí)間。9．（2022·江蘇·統(tǒng)考二模）以光纖通訊為基礎(chǔ)，我國千兆寬帶已經(jīng)進(jìn)入很多家庭，在進(jìn)入小區(qū)的光纖控制箱中，光纖繞成圖示形狀，已知光纖的折射率形，其直徑為d。（1）求該光纖的臨界角；（2）若平行軸線射入的一東光通過圓弧部分不發(fā)生漏光，求內(nèi)圓弧半徑的最小值。10．（2022·江蘇·統(tǒng)考二模）如圖所示，為實(shí)驗(yàn)室使用的旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)模型，線圈的匝數(shù)，內(nèi)阻，輸出端與理想變壓器的原線圈相連，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為，副線圈外接電阻。轉(zhuǎn)動(dòng)磁極，線圈內(nèi)磁場(chǎng)的磁通量的變化規(guī)律為：。閉合S，求：（1）線圈產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的有效值E；（2）電阻R中的電流強(qiáng)度。11．（2022·江蘇·統(tǒng)考二模）如圖所示，一傾角的光滑斜面固定在水平地面上，斜面底端固定一彈性擋板P。長為的薄木板置于斜面上，其質(zhì)量為M，下端位于B點(diǎn)，，薄木板中點(diǎn)處放有一質(zhì)量為m的滑塊（可視為質(zhì)點(diǎn)），已知，滑塊與薄木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)，設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，斜面上區(qū)間存在一特殊力場(chǎng)，能對(duì)滑塊產(chǎn)生一個(gè)沿斜面向上大小為的恒力作用?，F(xiàn)由靜止開始釋放薄木板。（1）求滑塊m到達(dá)B點(diǎn)時(shí)的速度；（2）求薄木板到達(dá)擋板P的運(yùn)動(dòng)時(shí)間；（3）薄木板與擋板P碰撞后以原速率反彈，通過計(jì)算分析滑塊和薄板是否會(huì)分離。12．（2022·江蘇·統(tǒng)考二模）如圖所示，某行星的赤道線，半徑為R，在其赤道平面上，行星產(chǎn)生的磁場(chǎng)可以近似看成以行星中心為圓心、半徑為的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。太陽耀斑爆發(fā)時(shí)，向該行星持續(xù)不斷的輻射大量電量為q、質(zhì)量為m的帶正電的粒子，粒子速度方向平行，垂直于，速度大小介于某一范圍，已知從A點(diǎn)射入磁場(chǎng)的帶電粒子在磁場(chǎng)作用下恰能到達(dá)赤道線下半圓弧上的各點(diǎn)，不計(jì)一切阻力。（1）求帶電粒子的速度范圍；（2）求帶電粒子從磁場(chǎng)邊緣到行星赤道面的最短時(shí)間；（3）帶電粒子在該行星赤道上存在一段輻射盲區(qū)（不能到達(dá)的區(qū)域），求該盲區(qū)所對(duì)圓心角的正弦值。
參考答案：1．（1）30°；（2）【詳解】（1）根據(jù)幾何關(guān)系可得，光從A點(diǎn)射出時(shí)的折射角為2α，如圖所示根據(jù)折射定律有解得（2）如圖所示，若光線恰好從B點(diǎn)射出，此時(shí)該材料的折射率最??；根據(jù)幾何關(guān)系有所以折射率為所以，若要使該透明材料塊表面各處均有光線出射，該材料的折射率不能超過。2．（1）9m；（2）【詳解】（1）由題意知，每條小船每分鐘上下浮動(dòng)20次，則每秒振動(dòng)次則波的頻率為由得時(shí)，A船位于波峰，B船恰好在平衡位置，且正在向下運(yùn)動(dòng)，已知兩船間只有一個(gè)波谷，則兩船之間的距離等于個(gè)波長，兩船平衡位置間的距離為（2）浮標(biāo)位于兩船平衡位置連線的中點(diǎn)，即距A、B的距離都為4.5m、個(gè)波長，時(shí)，A船位于波峰，水波從A向B傳播，說明浮標(biāo)距波源側(cè)的平衡位置的距離為，浮標(biāo)回到平衡位置的時(shí)間為3．（1）；（2）；（3）【詳解】（1）鋼球在段上滾動(dòng)時(shí)，支持力與豎直方向夾角滿足豎直方向根據(jù)受力平衡可得聯(lián)立解得（2）Gd間的運(yùn)動(dòng)可以視為兩段平拋運(yùn)動(dòng)，利用平拋知識(shí)可知，水平方向有豎直方向有d點(diǎn)速度與水平方向夾角滿足又聯(lián)立解得，（3）d點(diǎn)拋出時(shí)的豎直分速度為    d點(diǎn)速度為每次補(bǔ)償?shù)哪芰繛?/span>4．（1），方向垂直紙面向里；（2），；（3）P位于A的右側(cè)，有，P位于A的左側(cè)，有【詳解】（1）根據(jù)左手定則可以判斷，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，而由題意做出粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡圖如下圖所示由幾何關(guān)系可得解得由洛倫茲力充當(dāng)向心力有代入數(shù)據(jù)解得（2）做出粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡如下圖所示最大軌跡半徑為解得由，解得由幾何關(guān)系可得P距A的距離為（3）如果P位于A的右側(cè)，有得又，解得如果P位于A的左側(cè)，同理可得5．（1）；（2）；（3）2.5mm【詳解】（1）由幾何關(guān)系知，光線在AC面發(fā)生全反射的臨界角C≤450 由得即最小折射率為      （2）由幾何關(guān)系，光線在玻璃磚中傳播距離光線在玻璃磚中傳播速度為傳播時(shí)間為代入數(shù)據(jù)解得  最短時(shí)間（3）由波長的公式，可得條紋間的距離為代入數(shù)據(jù)，解得 6．（1）；（2）；（3）【詳解】（1）在A點(diǎn)，受力分析，根據(jù)物體平衡條件有（2）從A到B過程，由動(dòng)能定理 得到（3）由分析知，當(dāng)游客運(yùn)動(dòng)到在最低點(diǎn)B時(shí)細(xì)繩中拉力最大，由受力分析及牛頓第二定律知得到7．(1)3m/s；(2)0.3m；(3)3J【詳解】(1)解除鎖定，系統(tǒng)動(dòng)量守恒，設(shè)支架獲得速度，物塊獲得速度為代入數(shù)據(jù)解得(2)對(duì)支架受力分析，根據(jù)牛頓第二定律有解得再由代入數(shù)據(jù)得(3)解除鎖定到支架落回地面，物塊受力不變，根據(jù)牛頓第二定律有 解得設(shè)支架上升到最高點(diǎn)所用時(shí)間支架上升階段，物塊與支架間的相對(duì)位移支架下降階段，物塊與支架間的相對(duì)位移所以，從解除鎖定到支架落回地面過程因摩擦而損失的能量8．(1)；(2)；(3)【詳解】(1)由動(dòng)能定理可得可解得最大速度(2)由幾何關(guān)系可知，最小速度的粒子的軌跡應(yīng)該是以PM為直徑的圓，所以 由向心力公式可得可得(3)粒子時(shí)間最長的應(yīng)該是速度最大即為vm的粒子，其軌跡如圖所示，軌跡圓與MN相切由可得r2=0.6m 由幾何關(guān)系可得所以由圓周運(yùn)動(dòng)可知，運(yùn)動(dòng)時(shí)間可得9．（1）；（2）【詳解】（1）根據(jù)臨界角公式則該光纖的臨界角為（2）如下圖所示最內(nèi)側(cè)光線最容易漏光，則根據(jù)幾何知識(shí)有故內(nèi)圓弧半徑的最小值為10．（1）；（2）4A【詳解】（1）由題可知，線圈磁通量的最大值為轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為則線圈產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的最大值為則線圈產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的有效值為（2）設(shè)變壓器原線圈的電流為I1，則根據(jù)能量守恒有根據(jù)變壓器的電流關(guān)系有聯(lián)立解得，電阻R中的電流強(qiáng)度為11．（1）；（2）；（3）不會(huì)【詳解】（1）由動(dòng)能定理可得解得（2）滑塊進(jìn)入場(chǎng)區(qū)前滑塊進(jìn)入場(chǎng)區(qū)后做勻速運(yùn)動(dòng)所以（3）滑塊與薄木板之間的摩擦力則方向沿斜面向上方向沿斜面向下系統(tǒng)沿斜面方向動(dòng)量守恒，設(shè)不滑出，同速時(shí)共同速度為 則 解得所以恰好滑到薄板的末端。12．（1）；（2）；（3）【詳解】（1）如圖1帶電粒子速度最小時(shí)如圖2帶電粒子速度最大時(shí)同理則（2）粒子在磁場(chǎng)中，有，可得粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期則粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期相同，粒子從磁場(chǎng)邊緣到行星赤道面在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的角度越小，運(yùn)動(dòng)的時(shí)間越小，由幾何關(guān)系可得，磁場(chǎng)邊界和赤道上點(diǎn)連線約短，粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡越大，粒子偏轉(zhuǎn)角度越小，粒子軌跡對(duì)應(yīng)的弦最短（最短弦長為），軌跡半徑最大為2R，如圖3，此時(shí)帶電粒子從磁場(chǎng)邊緣到行星赤道面的時(shí)間最短。對(duì)應(yīng)的軌跡偏轉(zhuǎn)的的圓心角為則帶電粒子從磁場(chǎng)邊緣到行星赤道面的最短時(shí)間為（3）如圖4帶電粒子以最大速度運(yùn)動(dòng)的軌跡與赤道上半圓弧相切點(diǎn)，為輻射盲區(qū)的上邊界點(diǎn)，通過A射入的粒子恰好能達(dá)到赤道線下半圓弧，則從A點(diǎn)射入的帶電粒子以最大速度運(yùn)動(dòng)的軌跡與赤道線內(nèi)切的交點(diǎn)為輻射盲區(qū)的下邊界點(diǎn)，如圖所示，為等腰三角形，,，所以三角形底邊CO'與平行，所以赤道上輻射盲區(qū)對(duì)應(yīng)的圓心角等于，其正弦值 

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