四川省成都市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．（2023·四川成都·統(tǒng)考二模）某高速公路上發(fā)生兩車追尾事故，事故認(rèn)定為前車違規(guī)停車，后車因制動距離不足追尾前車。假設(shè)兩車追尾過程為一維正碰，碰撞時間極短，后車制動過程及兩車碰后減速過程均可視為水平方向僅在滑動摩擦阻力作用下的勻減速直線運動，前車、后車視為質(zhì)點。下圖為事故現(xiàn)場俯視圖，兩車劃痕長度與兩車發(fā)生的位移大小相等。已知后車質(zhì)量，前車質(zhì)量，兩車所受摩擦阻力與車重的比值均為，重力加速度。請根據(jù)現(xiàn)場勘測數(shù)據(jù)及已知信息進(jìn)行判斷和計算。（1）靜止的前車在碰撞后瞬間的速度；（2）后車開始剎車時是否超速（該段道路限速）。2．（2023·四川成都·統(tǒng)考二模）如圖（a），空間直角坐標(biāo)系中，有一邊長為L的正方體區(qū)域，其頂點分別是a、b、c、d、O、、、，其中a、、在坐標(biāo)軸上，區(qū)域內(nèi)（含邊界）分布著電場或磁場。時刻，一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電粒子，以初速度從a點沿ad方向射入?yún)^(qū)域，不計粒子重力。（1）若區(qū)域內(nèi)僅分布著沿y軸負(fù)方向的勻強電場，則粒子恰能從點離開區(qū)域，求電場強度E的大?。?/span>（2）若區(qū)域內(nèi)僅分布著方向垂直于平面向外的勻強磁場，則粒子恰能從邊之間的e點離開區(qū)域，已知，求磁感應(yīng)強度B的大?。?/span>（3）若區(qū)域內(nèi)僅交替分布著方向沿x軸負(fù)方向的磁場和沿y軸正方向的磁場，且磁感應(yīng)強度和的大小隨時間t周期性變化的關(guān)系如圖（b）所示，則要使粒子從平面離開區(qū)域，且離開時速度方向與平面的夾角為，求磁感應(yīng)強度大小的可能取值。3．（2023·四川成都·統(tǒng)考二模）圖（a）為某種機械的新型減振器—氨氣減振器，其結(jié)構(gòu)如圖（b），減振器中的活塞質(zhì)量為，汽缸內(nèi)活塞的橫截面積為。為了測量減震器的性能參數(shù)，將減震器豎直放置，給汽缸內(nèi)沖入氮氣，當(dāng)氣壓達(dá)到時，活塞下端恰被兩邊的卡環(huán)卡住，氮氣氣柱長度為且輕質(zhì)彈簧恰好處于原長。不計活塞厚度和一切摩擦，汽缸導(dǎo)熱性良好，汽缸內(nèi)密閉的氮氣視為理想氣體，大氣壓強，重力加速度，環(huán)境溫度不變。（1）現(xiàn)用外力豎直向下壓活塞，使活塞緩慢向下運動，當(dāng)汽缸內(nèi)氮氣的壓強大小為時，活塞停止運動，求此過程中活塞下降的距離h；（2）若在（1）的過程中，外力對活塞做的功為，過程結(jié)束時彈簧的彈性勢能為，求此過程中氮氣向外界放出的總熱量。4．（2023·四川成都·統(tǒng)考二模）某發(fā)光二極管由一種透明材料封裝而成，為研究其光學(xué)屬性，某同學(xué)找來一個用此種透明材料制成的半球體。如圖（a），該同學(xué)將一光線垂直直徑MN豎直射入半球體，發(fā)現(xiàn)進(jìn)入球體的光線在球面上的入射角時，折射光恰好消失。（）（1）求該透明介質(zhì)的折射率n；（2）如圖（b），二極管的半球球體直徑為，二極管發(fā)光面是以EF為直徑且保持水平的發(fā)光圓面，發(fā)光圓面圓心位于半球的球心O，為確保發(fā)光面發(fā)出的光第一次到達(dá)半球面時都不發(fā)生全反射，求二極管發(fā)光圓面的最大面積。（保留三位小數(shù)）5．（2021·四川成都·統(tǒng)考二模）如圖，在第一、第四象限的區(qū)域內(nèi)存在沿y軸正方向的勻強電場，場強大小；在第一象限的區(qū)域內(nèi)存在垂直坐標(biāo)平面向外的勻強磁場。一個質(zhì)量、電荷量的帶正電粒子，以的速率從坐標(biāo)原點O沿x軸正方向進(jìn)入電場。不計粒子的重力。(1)求粒子第一次離開電場時的速度；(2)為使粒子能再次進(jìn)入電場，求磁感應(yīng)強度B的最小值。6．（2021·四川成都·統(tǒng)考二模）如圖，傾角為的傾斜軌道與足夠長的水平軌道交于點，在傾斜軌道上高處由靜止釋放滑塊，一段時間后與靜止在水平軌道上處的滑塊B發(fā)生彈性碰撞（碰撞時間忽略不計）。已知、B的質(zhì)量之比為，B與軌道間的動摩擦因數(shù)為，與軌道間無摩擦，重力加速度大小為，、B均可視為質(zhì)點，過點時速度大小不變。求：（1）第一次碰撞后瞬間，與B的速度大小和；（2）滑塊B在水平軌道上通過的總路程；（3）若滑塊B最初靜止的處與間的距離為，那么，在第一次碰撞后B的速度減為零之前，與B能發(fā)生第二次碰撞，試確定與之間滿足的關(guān)系。7．（2021·四川成都·統(tǒng)考二模）為了監(jiān)控鍋爐外壁的溫度變化，某鍋爐外壁上鑲嵌了一個底部水平、開口向上的圓柱形導(dǎo)熱汽缸，汽缸內(nèi)質(zhì)量、橫截面積的活塞封閉著一定質(zhì)量的理想氣體，活塞上方用輕繩懸掛著矩形重物。當(dāng)缸內(nèi)溫度為時，活塞與缸底相距、與重物相距。已知鍋爐房內(nèi)空氣壓強，重力加速度大小，不計活塞厚度及活塞與缸壁間的摩擦，缸內(nèi)氣體溫度等于鍋爐外壁溫度。（結(jié)果取3位有效數(shù)字） （1）當(dāng)活塞剛好接觸重物時，求鍋爐外壁的溫度。（2）當(dāng)鍋爐外壁的溫度為時，輕繩拉力剛好為零，警報器開始報警，求重物的質(zhì)量M。8．（2021·四川成都·統(tǒng)考二模）如圖，ABC是某三棱鏡的橫截面，，，邊長，一條平行于BC的光線入射到AB邊上D點，經(jīng)棱鏡兩次折射從AC邊中點E射出，出射光線與AC邊的夾角（1）求該棱鏡材料的折射率；（2）若平行于BC邊平移入射光線，當(dāng)AB邊的入射點在F（圖中未畫出）時，光線再次從E點射出。請判斷光線是否會在BC邊發(fā)生全反射，并求F點到D點的距離。（每條邊只考慮一次反射或折射）9．（2022·四川成都·統(tǒng)考二模）如圖，長為L的矩形長木板靜置于光滑水平面上，一質(zhì)量為m的滑塊以水平向右的初速度vo滑上木板左端。①若木板固定，則滑塊離開木板時的速度大小為；②若木板不固定，則滑塊恰好不離開木板。滑塊可視為質(zhì)點，重力加速度大小為g。求：（1）滑塊與木板間的動摩擦因數(shù)；（2）木板的質(zhì)量M；（3）兩種情況下，滑塊從木板左端滑到右端的過程中，摩擦力對滑塊的沖量大小之比I1：I2。10．（2022·四川成都·統(tǒng)考二模）如圖，在x軸（水平軸）下方，沿y軸（豎直軸）方向每間隔d=0.2m就有一段間距也為d的區(qū)域P，區(qū)域P內(nèi)（含邊界）既存在方向豎直向上、場強E=20N/C的勻強電場，也存在方向垂直坐標(biāo)平面面向里、磁感應(yīng)強度B=2T的勻強磁場?，F(xiàn)有一電荷量q=5×10-10C、質(zhì)量m=1×10-9kg的帶正電粒子從坐標(biāo)原點O自由下落。粒子可視為質(zhì)點，重力加速度大小g=10m/s2。（1）求粒子剛到達(dá)第一個區(qū)域P時的速度大小v1和穿出該區(qū)域時速度的水平分量大小v1x；（2）求粒子剛到達(dá)第n（n>1）個區(qū)域P時的速度大小vn和粒子穿過該區(qū)域過程中速度的水平分量的變化量大小Δvnx；（3）到達(dá)第幾個區(qū)域P時，粒子不能從該區(qū)域的下方穿出。11．（2022·四川成都·統(tǒng)考二模）一定質(zhì)量理想氣體的壓強體積（p-V）圖像如圖所示，其中a到b為等溫過程，b到c為等壓過程，c到a為等容過程。已知氣體狀態(tài)b的溫度T=297K、壓強p=1×105Pa、體積V=24L，狀態(tài)a的壓強p=3×105Pa。（1）求氣體狀態(tài)a的體積V以及狀態(tài)c的溫度T；（2）若b到c過程中氣體內(nèi)能改變了2×104J，求該過程氣體放出的熱量Q。12．（2022·四川成都·統(tǒng)考二模）如圖，ABD是某三棱鏡的橫截面，，，一束光線垂直于AB邊從E點射入三棱鏡，恰好在BD邊的中點F發(fā)生全反射。已知BE=L，光在真空中的光速為c。求：（1）光線第一次從三棱鏡射出時的折射角正弦值；（2）光線從E點到第一次從三棱鏡射出經(jīng)過的時間。
參考答案：1．（1）；（2）沒有超速【詳解】（1）靜止的前車劃痕長度為，設(shè)靜止的前車在碰撞后瞬間的速度為，根據(jù)動能定理解得靜止的前車在碰撞后瞬間的速度為大小20m/s，方向沿兩車運動方向。（2）后車碰撞后劃痕長度為，設(shè)后車在碰撞后瞬間的速度為，根據(jù)動能定理解得碰撞后瞬間，后車的速度為碰撞過程中內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力，可認(rèn)為動量守恒，設(shè)前車在碰撞前瞬間的速度為解得設(shè)后車開始剎車時速度為，后車開始剎車至碰撞前過程應(yīng)用動能定理解得故后車開始剎車時沒有超速。2．（1）；（2）；（3）【詳解】（1）粒子恰能從點離開區(qū)域解得（2）粒子恰能從邊之間的e點離開區(qū)域，根據(jù)幾何關(guān)系解得根據(jù)解得（3）粒子運動周期半徑（i）若粒子射出時與z軸負(fù)方向的夾角為60°，則粒子在正方體區(qū)域運動軌跡沿y軸負(fù)方向的俯視如答圖2所示，沿x軸負(fù)方向的側(cè)視如答圖3所示，設(shè)粒子在平行于yOx平面內(nèi)運動了n個半周期（答圖2、答圖3為n=3的情況），則根據(jù)答圖2，x軸正方向根據(jù)圖3，y方向因為y>L，故粒子無法到達(dá)平面，不合題意。（i i）若粒子射出時與x軸正方向的夾角為60°，則粒子在正方體區(qū)城運動軌造沿y軸負(fù)方向的俯視如答圖4所示，根據(jù)答圖4，x軸正方向：據(jù)答圖3，y負(fù)方向y=2nR（n=0，1，2，3.......）因為y<L，故粒子能到達(dá)平面，符合題意。解得3．（1）；（2）【詳解】（1）根據(jù)題意可知，汽缸導(dǎo)熱性良好，活塞緩慢向下運動，汽缸內(nèi)氣體的溫度不變，由玻意耳定律有代入數(shù)據(jù)解得則此過程中活塞下降的距離（2）根據(jù)題意，由功能關(guān)系，對彈簧有對活塞有聯(lián)立代入數(shù)據(jù)解得則活塞對汽缸內(nèi)氣體做功為由熱力學(xué)第一定律有由于氣體溫度不變，內(nèi)能不變，即則即過程中氮氣向外界放出的總熱量為。4．（1）1.25；（2）【詳解】（1）由進(jìn)入球體的光線在球面上的入射角時，折射光恰好消失，說明剛好發(fā)生全反射，臨界角根據(jù)臨界角公式解得該透明介質(zhì)的折射率（2）發(fā)光面發(fā)出的光第一次到達(dá)半球面，入射角最大的光線，如圖所示，設(shè)此光線剛好發(fā)生全反射，入射角為臨界角C。根據(jù)臨界角公式得二極管發(fā)光圓面的半徑二極管發(fā)光圓面的最大面積5．(1) ，與x軸正方向成（或）角斜向右上；(2) 【詳解】(1)粒子在電場中做類平拋運動，所受電場力為由牛頓第二定律有y方向，由運動學(xué)規(guī)律有代入數(shù)據(jù)（其中）得粒子離開電場時的速度大小為代入數(shù)據(jù)得故所求速度方向與x軸正方向成（或）角斜向右上(2)如答圖1，在寬度的磁場中粒子做勻速圓周運動，滿足條件下B最小時，軌跡與磁場上邊界相切，設(shè)軌道半徑為R由幾何關(guān)系有代入數(shù)據(jù)得由牛頓第二定律有代入數(shù)據(jù)解得所求最小值6．（1）， ；（2）；（3）【詳解】（1）第一次碰撞前，機械能守恒，有解得第一次碰撞，水平向左為正，由動量守恒由能量守恒解得，負(fù)號表示方向向右（2）由（1）中結(jié)果可知，與B還會發(fā)生多次碰撞，直到速度均減為零。因在運動過程中及與B在碰撞過程中均無機械能損失，故AB組成的系統(tǒng)機械能的損失均由B克服水平軌道摩擦力做功造成，由能量守恒定律有解得（3）設(shè)第一次碰撞至B的速度減為零經(jīng)歷的時間為，與B在時間內(nèi)發(fā)生的位移分別為、，對B，由動量定理有解得對B有 解得對，在時間內(nèi)，設(shè)其在傾斜軌道、水平軌道上運動的時間分別、，在傾斜軌道上，由牛頓第二定律有對有解得由題意知即解得7．（1）；（2）【詳解】（1）活塞上升過程中，缸內(nèi)氣體發(fā)生等壓變化由蓋呂薩克定律有代人數(shù)據(jù)解得 （2）活塞剛好接觸重物到輕繩拉力為零的過程中，缸內(nèi)氣體發(fā)生等容變化由力的平衡條件有由查理定律有 代入數(shù)據(jù)解得8．（1） ；（2） 發(fā)生全反射；【詳解】(1)作出光路如圖所示在AB邊，因入射光平行于AB邊，故入射角在AC邊，出射角由幾何關(guān)系知由折射定律有故解得(2)當(dāng)光線從F點射到BC邊上G點時，因，故入射角臨界角滿足代入數(shù)據(jù)得因，可知在BC邊將發(fā)生全反射，因，故且，因光在AC邊的入射角，故光線能夠折射出AC邊，解得9．（1）；（2）；（3）【詳解】（1）木板固定時，滑塊做勻減速直線運動，所受摩擦力大小為由動能定理有解得（2）木板不固定時，木板和滑塊系統(tǒng)在相互作用過程中動量守恒，設(shè)兩者共速時的速度為v，由能量守恒定律有對木板和滑塊系統(tǒng)，由動量守恒定律有聯(lián)立兩式解得（3）規(guī)定水平向右的方向為正方向，木板固定時，由動量定理有木板不固定時滑塊末速度由（2）中動量守恒知由動量定理有解得10．（1）；；（2）（2，3，4，5…）；；（3）【詳解】(1)進(jìn)入第一個區(qū)域P前，粒子做自由落體運動，有代入數(shù)據(jù)解得在區(qū)域P中，粒子所受重力、電場力的合力為所以，粒子在區(qū)域P中做勻速圓周運動，粒子穿出第一個區(qū)域P時，設(shè)與x軸正方向的夾角為。其運動軌跡如圖所示由題意設(shè)粒子在該區(qū)域內(nèi)的軌道半徑為，由牛頓第二定律有由幾何關(guān)系有聯(lián)立得代入數(shù)據(jù)解得(2)進(jìn)入第n（）個區(qū)域P前的過程中，由動能定理有解得（2，3，4，5…）設(shè)粒子進(jìn)入、穿出第n（）個區(qū)域P時，與x軸正方向的夾角分別為、，軌道半徑為。其運動軌跡如圖所示由題意由牛頓第二定律有由幾何關(guān)系有聯(lián)立得代入數(shù)據(jù)解得(3)設(shè)粒子剛好不能從第n個區(qū)域P內(nèi)穿出，其滿足的條件是粒子在該區(qū)域的軌跡恰好與下邊界相切，即在下邊界的速度，沿x軸正方向，故從粒子進(jìn)入第一個區(qū)域P到剛好不能從第n個區(qū)域P內(nèi)穿出的整個過程中，粒子在水平方向的速度分量的變化量為因恒定，故即故即帶入數(shù)據(jù)得故粒子不能從第100個區(qū)域P的下方穿出。11．（1）；；（2）【詳解】（1）a到b為等溫過程，由波意爾定律有將代入方程解得b到c為等壓過程，由蓋—呂薩克定律有將代入方程解得（2）對b到c為等壓壓縮過程，外界對氣體做功為代入數(shù)據(jù)解得由于溫度降低，該過程中氣體內(nèi)能減小，故由熱力學(xué)第一定律有解得12．（1）；（2）【詳解】（1）光路如圖所示因光恰好在BD邊的中點F發(fā)生全反射，則有由解得光在AD邊上G點的入射角為因，故光在G點第一次射出三棱鏡設(shè)折射角為r，由折射定律有解得（2）光在三棱鏡中的光速為由幾何關(guān)系有由于F為BD邊的中點，故所以由解得 

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