天津市河西區(qū)2021屆-2023屆高考物理三年模擬(二模)按題型分類(lèi)匯編-02解答題 一、解答題1.(2023·天津河西·統(tǒng)考二模)如圖所示,質(zhì)量M=0.2kg的滑塊套在光滑的水平軌道上,質(zhì)量m=0.1kg的小球通過(guò)長(zhǎng)L=0.5m的輕質(zhì)細(xì)桿與滑塊上的光滑軸O連接,小球和輕桿可在豎直平面內(nèi)繞O軸自由轉(zhuǎn)動(dòng),開(kāi)始輕桿處于水平狀態(tài),現(xiàn)給小球一個(gè)豎直向上的初速度=4m/s,不計(jì)空氣阻力,重力加速度g1)若鎖定滑塊,求小球通過(guò)最高點(diǎn)P時(shí)對(duì)輕桿的作用力F的大小和方向;2)若解除對(duì)滑塊的鎖定,求從小球開(kāi)始運(yùn)動(dòng)至到達(dá)最高點(diǎn)過(guò)程中,滑塊移動(dòng)的距離x;3)若解除對(duì)滑塊的鎖定,求小球運(yùn)動(dòng)至最高點(diǎn)時(shí)的速度v和此時(shí)滑塊的速度v。2.(2023·天津河西·統(tǒng)考二模)如圖所示,兩平行金屬板A、B長(zhǎng)度為l,直流電源能提供的最大電壓為U,位于極板左側(cè)中央的粒子源可以沿水平方向向右連續(xù)發(fā)射質(zhì)量為m、電荷量為-q、重力不計(jì)的帶電粒子,射入板間的粒子速度均為,在極板右側(cè)有一個(gè)垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,分布在環(huán)帶區(qū)域中,該環(huán)帶的內(nèi)外圓的圓心與兩板間的中心重合于O點(diǎn),環(huán)帶的內(nèi)圓半徑為R1.當(dāng)變阻器滑動(dòng)觸頭滑至b點(diǎn)時(shí),帶電粒子恰能從右側(cè)極板邊緣射向右側(cè)磁場(chǎng)。1)問(wèn)從板間右側(cè)射出的粒子速度的最大值是多少?2)若粒子射出電場(chǎng)時(shí),速度的反向延長(zhǎng)線(xiàn)與所在直線(xiàn)交于點(diǎn),試證明點(diǎn)與極板右端邊緣的水平距離,即O重合,所有粒子都好像從兩板的中心射出一樣;3)為使粒子不從磁場(chǎng)右側(cè)穿出,求環(huán)帶磁場(chǎng)的最小寬度d3.(2023·天津河西·統(tǒng)考二模)利用超導(dǎo)體可以實(shí)現(xiàn)磁懸浮,如圖甲是超導(dǎo)磁懸浮的示意圖。在水平桌面上有一個(gè)周長(zhǎng)為L的超導(dǎo)圓環(huán),將一塊永磁鐵沿圓環(huán)中心軸線(xiàn)從圓環(huán)的正上方緩慢向下移動(dòng),由于超導(dǎo)圓環(huán)與永磁鐵之間有排斥力。結(jié)果永磁鐵能夠懸浮在超導(dǎo)圓環(huán)的正上方高處。1)從上向下看,試判斷超導(dǎo)圓環(huán)中的電流方向;2)若此時(shí)超導(dǎo)圓環(huán)中的電流強(qiáng)度為。圓環(huán)所處位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度為、磁場(chǎng)方向與水平方向的夾角為,求超導(dǎo)圓環(huán)所受的安培力F;3)在接下來(lái)的幾周時(shí)間內(nèi),發(fā)現(xiàn)永磁鐵在緩慢下移。經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間后,永磁鐵的平衡位置變?yōu)殡x桌面高處。有一種觀點(diǎn)認(rèn)為超導(dǎo)體也有很微小的電阻率,只是現(xiàn)在一般儀器無(wú)法直接測(cè)得超導(dǎo)圓環(huán)內(nèi)電流的變化造成了永磁鐵下移,若已知永磁鐵在高處時(shí),圓環(huán)所處位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為,磁場(chǎng)方向與水平方向的夾角為,永磁鐵的質(zhì)量為m,重力加速度為ga、永磁鐵的平衡位置變?yōu)殡x桌面高處時(shí),求超導(dǎo)圓環(huán)內(nèi)的電流強(qiáng)度;b、若超導(dǎo)圓環(huán)中的電流強(qiáng)度的平方隨時(shí)間變化的圖像如圖乙所示,且超導(dǎo)圓環(huán)的橫截面積為S,求該超導(dǎo)圓環(huán)的電阻率。4.(2021·天津河西·統(tǒng)考二模)如圖所示,滑塊在平行于斜面方向的恒定拉力F作用下從A點(diǎn)由靜止開(kāi)始向上運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)(未標(biāo)出)時(shí)撤去拉力,滑塊繼續(xù)上滑到B點(diǎn)速度為零。接著滑塊又沿斜面下滑,到A點(diǎn)時(shí)滑塊的速度vA=6m/s。已知滑塊從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的時(shí)間與從B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)的時(shí)間相等。(1)求滑塊上滑經(jīng)過(guò)C點(diǎn)時(shí)的速度;(2)C點(diǎn)是AB的中點(diǎn),求拉力F與滑塊所受摩擦力f的大小之比;(3)(2)問(wèn)條件下,求A、B兩點(diǎn)間的高度差(g10m/s2)。 5.(2021·天津河西·統(tǒng)考二模)如圖所示,兩條平行的金屬導(dǎo)軌相距L=1m,金屬導(dǎo)軌的傾斜部分與水平方向的夾角為37°,整個(gè)裝置處在豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,金屬棒MNPQ的質(zhì)量均為m=0.2kg電阻分別為RMN=1RPQ=2,MN置于水平導(dǎo)軌上,與水平導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)=0.5,PQ置于光滑的傾斜導(dǎo)軌上,兩根金屬棒均與導(dǎo)軌垂直且接觸良好,從時(shí)刻起,MN棒在水平外力F1的作用下由靜止開(kāi)始以a=1m/s2的加速度向右做勻加速t=0直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),PQ則在平行于斜面方向的力F2作用下保持靜止?fàn)顟B(tài),t=3s時(shí),PQ棒消耗的電功率為8W,不計(jì)導(dǎo)軌的電阻,水平導(dǎo)軌足夠長(zhǎng),MN始終在水平導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng),求:1)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小;2t=0-3s時(shí)間內(nèi)通過(guò)MN棒的電荷量;3)求t=6s時(shí)F2的大小和方向。6.(2021·天津河西·統(tǒng)考二模)如圖所示,在y軸右側(cè)區(qū)域存在兩個(gè)關(guān)于x軸對(duì)稱(chēng)且電場(chǎng)強(qiáng)度大小均為E的勻強(qiáng)電場(chǎng),緊靠電場(chǎng)右方存在著足夠?qū)挼膭驈?qiáng)磁場(chǎng),在y軸左側(cè)存在一半徑為d、圓心坐標(biāo)為的勻強(qiáng)磁場(chǎng),勻強(qiáng)磁場(chǎng)外側(cè)緊貼一圓心角的絕緣剛性圓筒,圓筒關(guān)于x軸對(duì)稱(chēng)放置。一質(zhì)量為m、電荷量為-q的帶電粒子以速度從(0,0.5d)的A點(diǎn)水平射入勻強(qiáng)電場(chǎng),粒子經(jīng)過(guò)勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域后恰好從(0,-0.5d)點(diǎn)由另一個(gè)勻強(qiáng)電場(chǎng)水平飛出。已知?jiǎng)驈?qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0,勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小,不計(jì)粒子重力,粒子在圓筒壁上碰撞反彈時(shí)無(wú)能量損失。求:1)帶電粒子在第一象限離開(kāi)電場(chǎng)的坐標(biāo);2)勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域中的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B1;3)不計(jì)粒子碰撞反彈的時(shí)間,粒子從A點(diǎn)出發(fā)到第一次回到A點(diǎn)的總時(shí)間。7.(2022·天津河西·統(tǒng)考二模)如圖和諧號(hào)是由提供動(dòng)力的車(chē)廂(動(dòng)車(chē)),不提供動(dòng)力的車(chē)廂(拖車(chē))編制而成。某和諧號(hào)8節(jié)車(chē)廂組成,其中第1節(jié)、第5節(jié)為動(dòng)車(chē),每節(jié)車(chē)廂所受的阻力F大小為自身重力的0.01倍。已知每節(jié)車(chē)廂的質(zhì)量均為m=2104kg,每節(jié)動(dòng)車(chē)的額定功率均為P0=600kW,重力加速度g=10m/s2。求:1)若和諧號(hào)a=0.5m/s2的加速度從靜止開(kāi)始行駛,和諧號(hào)做勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)5、6節(jié)車(chē)廂之間的作用力以及勻加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間;2)和諧號(hào)能達(dá)到的最大速度大小。8.(2022·天津河西·統(tǒng)考二模)如圖(甲)所示,光滑的平行水平金屬導(dǎo)軌MN、PQ相距l,在M點(diǎn)和P點(diǎn)間連接一個(gè)阻值為R的電阻,一質(zhì)量為m、電阻為r、長(zhǎng)度也剛好為l的導(dǎo)體棒垂直擱在導(dǎo)軌上a、b兩點(diǎn)間,在a點(diǎn)右側(cè)導(dǎo)軌間加一有界勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)方向垂直于導(dǎo)軌平面,寬度為d0,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,設(shè)磁場(chǎng)左邊界到ab距離為d?,F(xiàn)用一個(gè)水平向右的力F拉導(dǎo)體棒,使它從a、b處?kù)o止開(kāi)始運(yùn)動(dòng),棒離開(kāi)磁場(chǎng)前已做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),與導(dǎo)軌始終保持良好接觸,導(dǎo)軌電阻不計(jì),水平力F-x的變化情況如圖(乙)所示,F0已知。求:1)棒ab離開(kāi)磁場(chǎng)右邊界時(shí)的速度;2)棒ab通過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域的過(guò)程中整個(gè)回路所消耗的電能E;3d滿(mǎn)足什么條件時(shí),棒ab進(jìn)入磁場(chǎng)后一直做勻速運(yùn)動(dòng)。9.(2022·天津河西·統(tǒng)考二模)實(shí)驗(yàn)室有一裝置可用于探究原子核的性質(zhì),該裝置的主要原理可簡(jiǎn)化為:空間中有一直角坐標(biāo)系Oxyz,在緊貼的下側(cè)處有一粒子源P,能沿x軸正方向以的速度持續(xù)發(fā)射比荷為的某種原子核。在,的空間中沿-y方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)。在的空間有垂直于xOy平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為。忽略原子核間的相互作用,xOy平面圖如圖所示。1)求原子核第一次穿過(guò)y軸時(shí)的速度大??;2)若原子核進(jìn)入磁場(chǎng)后,經(jīng)過(guò)瞬間分裂成a、b兩個(gè)新核。兩新核的質(zhì)量之比為;電荷量之比為;速度大小之比為,方向仍沿原運(yùn)動(dòng)方向。求:a粒子第1次經(jīng)過(guò)y軸時(shí)的位置。
參考答案:1.(1,方向豎直向上;(2;(3,【詳解】(1)設(shè)小球通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)速度為,由動(dòng)能定理有:解得在最高點(diǎn)時(shí)有解得方向豎直向下。由牛頓第三定律可得,通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)小球?qū)U的作用力大小為0.2N,方向豎直向上。2)設(shè)小球從開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到運(yùn)動(dòng)至最高點(diǎn)水平位移為x1,滑塊向左運(yùn)動(dòng)位移為x,任意時(shí)刻小球水平方速度大小為,滑塊速度到為,任意時(shí)刻,取水平向右為正方向,由水平方向動(dòng)量守恒有兩邊同乘以因上式對(duì)任意時(shí)刻附近微小都適用,累積可得解得3)在上升過(guò)程中,取小球和滑塊系統(tǒng)為研究對(duì)象,因只有重力做功,系統(tǒng)的機(jī)械能守恒,有取水平向右為正方向,由水平方向動(dòng)量守恒有解得2.(1;(23【詳解】(1)當(dāng)兩板間加最大電壓時(shí),從右側(cè)極板邊緣飛出的粒子速度最大.由動(dòng)能定理得解得2)如圖,設(shè)粒子在電場(chǎng)中的側(cè)移為y,則聯(lián)立解得3)射出粒子速度最大時(shí),對(duì)應(yīng)磁場(chǎng)區(qū)域最大,設(shè)最大軌跡半徑為rm,則如圖所示,設(shè)環(huán)帶外圓半徑為R2,則有解得則有考點(diǎn):帶電粒子在電場(chǎng)及磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)。3.(1)逆時(shí)針;(2;(3a、;b、【詳解】(1)根據(jù)楞次定律,增反減同可以判斷感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向向上,根據(jù)右手螺旋定則可以判斷感應(yīng)電流方向從上往下看為逆時(shí)針?lè)较颉?/span>2)把環(huán)分成無(wú)數(shù)等長(zhǎng)的微小電流元,每一小段導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)為,則每一小段導(dǎo)線(xiàn)所受安培力為由對(duì)稱(chēng)性可知,所有小段導(dǎo)線(xiàn)所受的安培力水平分力抵消,所以豎直方向分力的合力即為整段導(dǎo)線(xiàn)所受安培力,設(shè)有N段導(dǎo)線(xiàn)則3a:在處可以理解為永磁鐵處于平衡狀態(tài),則b:磁鐵下降前后環(huán)中電流為根據(jù)能量守恒有根據(jù)電阻定律有聯(lián)立可得4(1);(2)(3)2.7m【詳解】(1)滑塊上滑經(jīng)過(guò)的兩個(gè)過(guò)程都是勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),下滑經(jīng)過(guò)的也是勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),依題意得解得(2)設(shè)斜面傾角為,滑塊質(zhì)量為m,摩擦力為f,拉力為F,三個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的加速度分別為a1a2、a3,由牛頓第二定律有由運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)有⑥⑦⑧解得③④⑤⑨解得(3)④⑤⑨解得??解得?5.(12T;(23C;(3-5.2N(負(fù)號(hào)說(shuō)明力的方向沿斜面向下)【詳解】(1)3sMN棒的速度為切割產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為根據(jù)歐姆定律得代入數(shù)據(jù)得(2)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得則電荷量為0~3s時(shí)間內(nèi)代入數(shù)據(jù)可得36s時(shí)MN棒的速度為產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為電路中的電流為PQ棒所受的安培力為規(guī)定沿斜面向上為正方向,對(duì)PQ進(jìn)行受力分析可得代入數(shù)據(jù)負(fù)號(hào)說(shuō)明力的方向沿斜面向下。6.(1)(0.5d0.25d);(24B0;(3【詳解】(1)根據(jù)題意,帶電粒子在整個(gè)區(qū)域中運(yùn)動(dòng)的軌跡如圖所示帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng),根據(jù)類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律可得,豎直方向的位移為其中,代入可得則粒子在第一象限離開(kāi)電場(chǎng)的縱坐標(biāo)為所以粒子在第一象限離開(kāi)電場(chǎng)的坐標(biāo)為(0.5d,0.25d)。2)粒子進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,速度偏轉(zhuǎn)角度的正切值為即帶電粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)與y軸負(fù)方向的夾角為45°,粒子剛進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)的瞬時(shí)速度大小為經(jīng)過(guò)勻強(qiáng)磁場(chǎng)后,帶電粒子恰好從第四象限水平離開(kāi)勻強(qiáng)電場(chǎng),說(shuō)明粒子在磁場(chǎng)中的軌跡關(guān)于x軸對(duì)稱(chēng),根據(jù)幾何關(guān)系可知粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)的軌跡半徑為根據(jù)洛倫茲力提供向心力,有解得聯(lián)立可得3)粒子在兩段勻強(qiáng)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí),軌跡所對(duì)應(yīng)的圓心角為90°,則有粒子從BC和從DA的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為所以粒子從A點(diǎn)出發(fā)到第一次回到A點(diǎn)的總時(shí)間為7.(1F=3.6×104N,;(2【詳解】(1)以第6、78三節(jié)車(chē)廂為整體分析,總質(zhì)量為3m,所受拉力為F,據(jù)牛頓第二定律有F-3f=3maf=0.01mg代入數(shù)據(jù)解得F=3.6×104N每個(gè)動(dòng)車(chē)提供最大功率為P0=600kW,提供的牽引力為F,動(dòng)車(chē)勻加速行駛能達(dá)到的最大速度為v1,對(duì)整個(gè)動(dòng)車(chē)組進(jìn)行分析,據(jù)牛頓第二定律,有2F-8f=8ma2P0=2Fv1聯(lián)立解得持續(xù)時(shí)間為2)和諧號(hào)動(dòng)車(chē)組以最大速度行駛時(shí)有依據(jù)公式有P0=F×v可得解得8.(1;(2;(3【詳解】(1)設(shè)棒ab離開(kāi)磁場(chǎng)右邊界時(shí)的速度為v,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為感應(yīng)電流為 根據(jù)平衡條件得 解得 2)全程根據(jù)動(dòng)能定理得 根據(jù)功和能的關(guān)系得 解得3)棒在磁場(chǎng)中做勻速運(yùn)動(dòng),進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度為v,根據(jù)動(dòng)能定理得 解得9.(1;(2【詳解】(1)原子核帶正電,在電場(chǎng)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,沿x軸正方向,有沿y軸負(fù)方向有 原子核第一次穿過(guò)y軸時(shí)的速度大小聯(lián)立解得2)原子核在磁場(chǎng)中由洛倫茲力提供向心力解得軌跡半徑根據(jù)幾何關(guān)系,粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí),速度方向與-y方向的夾角滿(mǎn)足 粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí),離原點(diǎn)的距離粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期原子核進(jìn)入磁場(chǎng)后,經(jīng)過(guò)瞬間分裂成a、b兩個(gè)新核,則原子核在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)半個(gè)周期后分裂,分裂時(shí),根據(jù)題中所給比例信息,結(jié)合動(dòng)量守恒可知解得粒子a在磁場(chǎng)中的軌跡半徑如圖所示a粒子第1次經(jīng)過(guò)y軸時(shí)的位置的縱坐標(biāo)為a粒子第1次經(jīng)過(guò)y軸時(shí)的位置 

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