山东省济宁市高考物理三年（2021-2023）模拟题（一模）按题型分类汇编-02解答题

山东省济宁市高考物理三年（2021-2023）模拟题（一模）按题型分类汇编-02解答题

一、解答题

1．（2021·山东济宁·统考一模）图为空气中半径为R的半圆柱体玻璃砖的横截面，O为圆心，A、B为直径边两端，足够长的直屏紧靠B点并与AB边垂直。一单色细光束对准圆心O从圆弧边入射，当光束与AO夹角为60°时，在屏上形成上、下两个光斑P和Q（图中未画出）；当光束逆时针转动至与AO夹角为45°时，屏上恰好只有一个光斑。求：

(1)玻璃砖对该光束的折射率；

(2)屏上P、Q两光斑之间的距离d。

2．（2021·山东济宁·统考一模）某校防疫消毒使用的气压式喷壶容积为，壶内气体压强至少达到，才能将壶内消毒液呈雾状喷出。现向喷壶内注入消毒液并拧紧壶盖，然后向壶内打气，每次打气能将压强、体积的空气打入壶内。已知打气过程中壶内气体温度一直与外界温度相同，不计细管的体积，大气压强。

（1）要使喷壶中的消毒液呈雾状喷出，至少需要打气多少次；

（2）若经过多次打气，壶内空气压强达到，要将药液呈雾状喷出，最多能喷出多少升消毒液？

3．（2021·山东济宁·统考一模）如图所示，质量为的小物块放在长直水平面上，用水平细线紧绕在半径为、质量为的薄壁圆筒上。时，圆筒在电动机带动下由静止开始绕竖直中心轴转动，转动中角速度满足。物块和地面之间动摩擦因数为，取。

(1)请说明物块做何种运动？并求出物块运动中受到的拉力的大小。

(2)从开始运动至时刻，电动机做了多少功？

(3)若当圆筒角速度达到时，使其减速转动，并以此时刻为，且角速度满足，则减速多长时间后小物块停止运动？

4．（2021·山东济宁·统考一模）如图所示，在直角坐标系中，区域内x轴上方存在沿y轴正方向的匀强电场，x轴下方存在沿y轴负方向的匀强电场，电场强度大小相等。区域内有垂直坐标平面向外的匀强磁场，y轴左侧存在一圆形磁场区域，与y轴相切于原点O，磁场方向垂直坐标平面向外。一质量为，带电量的带正电粒子从点以平行于x轴的初速度射入电场，经过一段时间粒子从点离开电场进入磁场，经磁场偏转后，从点返回电场。粒子经电场和圆形磁场后到达坐标原点O，到O点时速度方向与y轴负方向夹角为。已知，不计粒子重力，取，。求：

（1）电场强度大小E；

（2）区域内匀强磁场的磁感应强度大小；

（3）圆形磁场的磁感应强度大小；

（4）粒子从P点运动到O点所用时间t（结果保留两位有效数字）。

5．（2022·山东济宁·统考一模）第24届冬季奥林匹克运动会于2022年2月份在北京成功举办，其中跳台滑雪是最具观赏性的项目之一。如图所示，跳台滑雪赛道由跳台、助滑道和着陆坡三部分组成。若比赛中，质量为m=60kg的运动员从跳台A点由静止开始滑下，到达B点后水平飞出，落在着陆坡上的P点，缓冲后沿着陆坡向下滑行（着陆时沿着陆坡方向的速度保持不变），与P点接触时间。已知A、B间高度差为，B、P间距离，着陆坡倾角，运动员受到的空气阻力不计，，，。求：

（1）运动员在AB段运动过程中，克服阻力所做的功；

（2）运动员在着陆坡上着陆过程中，着陆坡对运动员的平均冲击力F的大小。

6．（2022·山东济宁·统考一模）如图所示，小明同学设计了一个用电子天平测量环境温度的实验装置。导热汽缸开口向上并固定在桌面上，用质量、截面积的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦。一轻质直杆中心置于固定支点A上，左端用不可伸长的细绳竖直悬挂活塞，右端用相同细绳竖直悬挂一个质量的铁块，并将铁块放置到电子天平上。当电子天平示数为0.5kg时，测得环境温度。设外界大气压强，重力加速度。

（1）当电子天平示数为0.7kg时，环境温度为多少？

（2）该装置可测量的最低环境温度为多少？

7．（2022·山东济宁·统考一模）如图所示，真空中的立方体边长为0.8m，底面中心处有一点状放射源S，仅在abcO所在平面内向各个方向均匀发射粒子，所有粒子的速率均为，已知粒子的比荷为，现给立方体内施加竖直向上的匀强磁场B，使所有粒子恰好能束缚在正方形abcO区域内。abfe面放有一个屏，该屏可以沿轴左右平移。

（1）求匀强磁场的磁感应强度B的大小；

（2）现在正方体内再施加竖直向上的匀强电场，要使所有粒子刚好都能从上表面中心P离开，求所加匀强电场的电场强度E的大小（结果用表示）；

（3）若匀强电场电场强度的大小取第（2）问中的最大值，现让abfe屏向左沿方向移动0.2m，求粒子打在abfe屏上x坐标最大值和最小值时对应点的y轴坐标。

8．（2022·山东济宁·统考一模）如图所示，倾角θ=30°的足够长光滑斜面固定在水平面上，斜面上某位置固定有垂直于斜面的挡板P。质量的凹槽A在外力作用下静止在斜面上，凹槽A下端与固定挡板间的距离，凹槽两端挡板厚度不计。质量的小物块B（可视为质点）紧贴凹槽上端放置，物块与凹槽间的动摩擦因数。时撤去外力，凹槽与物块一起自由下滑，时物块与凹槽发生了第一次碰撞。整个运动过程中，所有碰撞均为弹性碰撞，且碰撞时间极短，可忽略不计。重力加速度，。求：

（1）凹槽与挡板发生第一次碰撞前瞬间物块的速度大小；

（2）凹槽的长度；

（3）凹槽与挡板发生第二次碰撞时，物块到挡板P的距离；

（4）从凹槽与物块一起自由下滑开始（），到物块与凹槽发生第二次碰撞时所用的时间。

9．（2023·山东济宁·统考一模）如图甲所示，两端开口的导热汽缸水平固定，A、B是厚度不计的两轻活塞，可在汽缸内无摩擦滑动，两轻活塞用一轻杆相连，缸内封闭有理想气体。A、B静止时，缸内两部分气柱的长度分别为L和；现用轻质细线将活塞B与重物C栓接，如图乙所示。已知活塞A、B面积S1、S2的关系为，大气压强为p0，重力加速度为g，重物C质量为，环境温度保持不变。当两活塞再次静止时，求：

（1）汽缸内气体的压强；

（2）活塞移动的距离x。

10．（2023·山东济宁·统考一模）假定航天员在火星表面利用如图所示的装置研究小球的运动，竖直放置的光滑半圆形管道固定在水平面上，一直径略小于管道内径的小球（可视为质点）沿水平面从管道最低点A进入管道，从最高点B脱离管道后做平抛运动，1s后与倾角为37°的斜面垂直相碰于C点。已知火星的半径是地球半径的倍，质量为地球质量的倍，地球表面重力加速度g=10m/s²，忽略星球自转影响。半圆形管道的半径为r=3m，小球的质量为m=0.5kg，sin37°=0.6，cos37°=0.8.求：

（1）火星表面重力加速度的大小；

（2）C点与B点的水平距离；

（3）小球经过管道的A点时，对管壁压力的大小。

11．（2023·山东济宁·统考一模）如图所示，在三维坐标系O-xyz中存在一长方体ABCD－abOd，yOz平面左侧存在沿z轴负方向、磁感应强度大小为B1（未知）的匀强磁场，右侧存在沿BO方向、磁感应强度大小为B2（未知）的匀强磁场。现有一带正电粒子以初速度v从A点沿平面ABCD进入磁场，经C点垂直yOz平面进入右侧磁场，此时撤去yOz平面左侧的磁场B1，换上电场强度为E（未知）的匀强电场，电场强度的方向竖直向上，最终粒子恰好打在Aa棱上。已知、，，粒子的电量为q，质量为m（重力不计）。求：

（1）磁感应强度B1的大小；

（2）粒子第二次经过yOz平面的坐标；

（3）电场强度E的大小。

12．（2023·山东济宁·统考一模）如图所示，9个完全相同的滑块静止在水平地面上，呈一条直线排列，间距均为L，质量均为m，与地面间的动摩擦因数均为μ，现给第1个滑块水平向右的初速度，滑块依次发生碰撞（对心碰撞），碰撞时间极短，且每次碰后滑块均粘在一起，并向右运动，且恰好未与第9个滑块发生碰撞。已知重力加速度为g，。

（1）求第8个滑块被碰后瞬间的速率；

（2）设第（）个滑块被碰后瞬间的的速率为，第个滑块被碰后瞬间的速率为，求与之间的关系式；

（3）求第1个滑块的初速度；（计算结果可以带根号）

（4）求全过程中由于碰撞而损失的能量。

参考答案：

1．(1)；(2)

【详解】(1)已知光束逆时针转动至与夹角为45°时，只有一个光斑，即光在界面发生全反射，所以折射率为

(2)当光束与夹角为60°时，有两个光斑，即同时发生反射与折射，有

解得折射角为

光斑P与B之间的距离为

光斑Q与B之间的距离为

屏上P和Q之间的距离为

2．（1）20；（2）2L

【详解】(1)设至少需要打n次气，根据玻意耳定律可得

解得

(2)设壶内空气压强为时，气体体积为，根据玻意耳定律可得

最多喷出消毒液体积为

解得

3．(1)物块做初速为零的匀加速直线运动，6N；(2)112J；(3)8s

【详解】(1)圆筒边缘线速度与物块前进速度大小相同，根据

线速度与时间成正比，物块做初速为零的匀加速直线运动。

物块加速度为

由牛顿第二定律得

则细线拉力为

(2)对整体运用动能定理

摩擦力做功为

电动机做的功为

(3)圆筒减速时线速度的大小为

圆筒减速过程线速度为

所以圆筒减速过程加速度大小为

若绳子无拉力，物块的加速度大小为

所以

则物块减速运动的时间为

解得

4．（1）；（2）；（3）；（4）

【详解】（1）粒子在电场中做类平拋运动，水平方向

竖直方向

解得

（2）到达M点的速度大小

根据几何关系可得

得

设粒子在区域内轨道半径为，由牛顿第二定律

根据几何关系可得

解得

（3）设粒子经电场后到达y轴上的Q点，则粒子从N点到Q点的运动为从P点到M点的逆运动，则

到达Q点的速度大小仍为，方向沿x轴负方向，运动轨迹如图所示

设粒子在圆形磁场区域轨道半径为，由几何关系得

解得

在圆形磁场区域中有

解得

（4）粒子在区域内的匀强磁场内运动的时间为

粒子从Q点到H点运动的时间为

粒子在圆形磁场区域中运动的时间为

粒子从P点运动到O点所用时间

解得

5．（1）；（2）。

【详解】（1）运动员从B到P运动做平抛运动

水平方向

竖直方向

联立解得

，

运动员从A到B的过程中，由动能定理得

解得

（2）着陆时，运动员垂直着陆坡的速度大小为

规定垂直斜面向上为正方向，由动量定理得

解得

6．（1）；（2）

【详解】解析：

（1）当电子天平示数为0.5kg时，以活塞为研究对象，由受力平衡得

解得

当电子天平示数为0.7kg时，同上可得

由查理定律得

解得

（2）当示数为零时，同理可得

由查理定律得

解得

7．（1）；（2）；（3），

【详解】（1）所有粒子恰好被束缚在正方形abcO区域内，由几何关系得

粒子在磁场中做匀速圆周运动

解得

（2）粒子做圆周运动的周期

要使所有粒子刚好都能从上表面中心P离开，所用时间一定为周期的整数倍，在竖直方向上由运动学规律得

解得

（3）粒子运动的俯视图如图所示

由图可知，当为直径时，射出粒子的横坐标为最大值，此时粒子运动的时间为

此时对应的纵坐标

解得

由图可知，当与abfe面相切时，射出粒子的横坐标为最小值，此时粒子运动的时间为

此时对应的纵坐标为

解得

8．（1）；（2）；（3）；（4）

【详解】（1）以整体为研究对象，从开始到凹槽与挡板发生第一次碰撞的过程中。由牛顿第二定律得

由运动学规律得

解得

（2）由题意可知

则凹槽与挡板发生第一次碰撞后，物块将以匀速下滑，凹槽匀减速上滑。由牛顿第二定律得

凹槽与物块第一次碰撞前瞬间的速度大小为

解得凹槽的长度为

（3）凹槽与物块发生第一次碰撞过程中，由动量守恒定律

根据机械能守恒定律

此时凹槽距挡板的距离

凹槽与物块发生第一次碰撞后，凹槽以匀速下滑，物块匀加速下滑。由牛顿第二定律得

凹槽从此位置到与挡板第二次碰撞时间为

此时物块与挡板间的距离为

（4）凹槽与挡板第二次碰撞后，凹槽沿斜面匀减速上滑，物块匀速下滑。此时物块的速度大小为

从此时到凹槽与物块发生第二次碰撞的过程中

从开始到凹槽与物块发生第二次碰撞时的总时间为

‍

9．（1）；（2）

【详解】（1）两活塞再次静止时，对整体有

解得

（2）两活塞开始静止时，对整体有

开始静止时封闭气体的体积为

再次静止时封闭气体的体积为

由玻意耳定律得

解得

10．（1）；（2）；（3）

【详解】（1）在地球表面上

在火星表面上

解得

（2）小球与斜面垂直相碰，由几何关系得

解得

C点与B点的水平距离

（3）小球从A到B，由动能定理得

在A点由牛顿第二定律得

由牛顿第三定律得

11．（1）；（2）；（3）

【详解】（1）带电粒子在yOz平面左侧磁场中做圆周运动，有几何关系得

解得

由牛顿第二定律可得

解得

（2）在右侧磁场中由牛顿第二定律得

解得

即坐标为。

（3）粒子在电场中做类平抛运动，x轴方向上

y轴方向上

解得

12．（1）；（2）；（3）；

（4）

【详解】（1）由题可知，第8个滑块被碰后，运动L减速为0，则

解得

（2）第n个滑块被碰后，以向前减速L，由运动学可知

由碰撞可知

解得

（3）由上式（2）可知

解得

（4）由能量守恒可知，每次发生碰撞损失的能量为

碰撞损失的总能量

解得