北京市顺义区2020届-2022届高考物理三年模拟（二模）试题汇编-解答题
1．（2022·北京顺义·二模）如图所示为一滑梯的实物图，滑梯的斜面段长度L=5.0m，倾角θ=37°，水平段与斜面段平滑连接。小朋友从滑梯顶端由静止开始滑下，经斜面底端后水平滑行一段距离，停在水平段某处。已知小朋友质量为20kg，小朋友与滑梯和水平滑道间的动摩擦因数μ=0.3，不计空气阻力。已知sin37°=0.60，cos37°=0.80，重力加速度g取10m/s2。求：
（1）小朋友沿滑梯下滑时所受支持力FN的大小；
（2）小朋友沿滑梯下滑时加速度a的大小；
（3）从开始滑下至在水平段停止过程中摩擦力做的功Wf。
2．（2022·北京顺义·二模）如图所示为一个小型交流发电机的示意图，其线框ABCD匝数n=100匝，面积为S=0.02m2，总电阻r=10Ω，绕垂直于磁场的轴OO′匀速转动，角速度ω=100rad/s。已知匀强磁场磁感应强度B=T，矩形线框通过滑环与理想变压器相连，副线圈与电阻相接，电表均为理想电表，电压表示数为U=180V。从线框转至中性面位置开始计时，求：
（1）线框中感应电动势的瞬时值表达式；
（2）电流表的示数；
（3）当原、副线圈匝数比为2：1时，电阻R的阻值及消耗的电功率。
3．（2022·北京顺义·二模）如图甲所示，将质量分别为M、m的两个物块（M>m）通过轻质细线连接，跨过定滑轮（不计轮轴间摩擦），由静止释放，在加速过程中，重力加速度为g，求：
（1）物块m加速度a的大小；
（2）物块M下落h高度过程中，物块M机械能的变化量△E；
（3）某同学以此为基础，在配合使用光电门设计了如图乙所示的实验装置来测量重力加速，操作过程如下：
①轻质细绳跨过固定在铁架台上的滑轮（不计轮轴间摩擦），两端分别悬挂质量为M1和M2的两个重锤（M1>M2），M1上粘一遮光条，在下方适当位置安装两个光电门A、B；
②调节A、B两个光电门位置，量出两个光电门间的距离h；
③将M2压在地面上，然后由静止释放，由光电门计时器记录下M1下落过程中从A到B的运动时间；
④保持光电门B的位置不动。改变A光电门的位置，重复步骤②③，多次实验后，将数据记录在表格中；
⑤另一名同学应用数据做出如图丙所示关系图像，图中横坐标表示物理量为时间t，通过图像斜率K来求得加速度a，也可以通过K直接求得重力加速度g，请通过推导说明图中纵坐标如何选取，并写出当地重力加速度g的表达式（用M1、M2、K来表示）。
4．（2022·北京顺义·二模）研究光电效应的装置示意图如图所示，该装置可用于分析光子的信息。在xoy平面（纸面）内，垂直面的金属薄板，M、N与y轴平行放置，板N中间有一小孔0。有一由x轴、y轴和以O为圆心，圆心角为90°的半径不同的两条圆弧所围的区域I，整个区域I内存在大小可调，方向垂直纸面向里的匀强电场和磁感应强度大小恒为B1、磁感线与圆弧平行且逆时针方向的磁场。区域I右侧还有一个边界与y轴平行且左边界与O点相距为l、下界与x轴重合的匀强磁场区域Ⅱ，其宽度为a，长度足够长，磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度大小可调。光电子从板M逸出后经极板板间电压U加速（板间电场视为匀强电场），从小孔O射出，并沿各个可能的方向射入板N的右侧空间，调节区域I的电场强度和区域Ⅱ的磁感应强度。使具有某速度并沿某方向运动的电子恰好打在坐标为（a+2l，0）的点上，被置于该处的探测器接收。已知电子质量为m，电荷量为e，板M的逸出功为W0，普朗克常量为h。忽略电子的重力及电子间的作用力。当频率为v的光照射M板时有光电子逸出。求：
（1）光电子从O点射出时的速度v0的大小范围；
（2）为了使从O点以各种大小和方向的速度财向区域I的电子都能被探测到，需要调节区域I的电场强度E和区域Ⅱ的磁感应强度B2，求E的最大值和B2的最大值。
5．（2021·北京顺义·二模）民航客机一般都有紧急出口，发生意外情况的飞机紧急着陆后，打开紧急出口，狭长的气囊会自动充气，形成一个连接出口与地面的斜面，旅客可沿斜滑行到地上，如图甲所示。图乙是其简化模型，若紧急出口距地面的高度，气囊所构成的斜面长度。质量的某旅客从斜面顶端由静止开始滑到斜面底端，已知该旅客与斜面间的动摩擦因数，不计空气阻力及斜面的形变，下滑过程中该旅客可视为质点，重力加速度g取。求该旅客：
(1)沿斜面下滑的加速度；
(2)滑到斜面底端时的动能；
(3)从斜面顶端滑到斜面底端的过程中所受摩擦力的冲量。
6．（2021·北京顺义·二模）静止在太空的飞行器上有一种装置，它利用电场加速带电粒子，形成向外发射的粒子流，从而对飞行器产生反冲力，使其获得加速度。已知飞行器的质量为M，发射的是初速度为零的3价阳离子，射出时阳离子的速度为v，每秒发射阳离子的个数为N，每个阳离子的质量为m，单位电荷的电量为e，不计阳离子间的相互作用力和发射阳离子后飞行器质量的变化，求：
（1）电场的加速电压U；
（2）发射器的发射功率P；
（3）飞行器获得的加速度。
7．（2021·北京顺义·统考二模）如图所示，质量M=0.2kg的滑块套在光滑的水平轨道上，质量m=0.1kg的小球通过长L=0.5m的轻质细杆与滑块上的光滑轴O连接，小球和轻杆可在竖直平面内绕O轴自由转动，开始轻杆处于水平状态，现给小球一个竖直向上的初速度=4m/s，不计空气阻力，重力加速度g取。
（1）若锁定滑块，求小球通过最高点P时对轻杆的作用力F的大小和方向；
（2）若解除对滑块的锁定，求从小球开始运动至到达最高点过程中，滑块移动的距离x；
（3）若解除对滑块的锁定，求小球运动至最高点时的速度vm和此时滑块的速度vM。
8．（2021·北京顺义·二模）利用超导体可以实现磁悬浮，如图甲是超导磁悬浮的示意图。在水平桌面上有一个周长为L的超导圆环，将一块永磁铁沿圆环中心轴线从圆环的正上方缓慢向下移动，由于超导圆环与永磁铁之间有排斥力。结果永磁铁能够悬浮在超导圆环的正上方高处。
（1）从上向下看，试判断超导圆环中的电流方向；
（2）若此时超导圆环中的电流强度为。圆环所处位置的磁感应强度为、磁场方向与水平方向的夹角为，求超导圆环所受的安培力F；
（3）在接下来的几周时间内，发现永磁铁在缓慢下移。经过较长时间后，永磁铁的平衡位置变为离桌面高处。有一种观点认为超导体也有很微小的电阻率，只是现在一般仪器无法直接测得超导圆环内电流的变化造成了永磁铁下移，若已知永磁铁在高处时，圆环所处位置的磁感应强度大小为，磁场方向与水平方向的夹角为，永磁铁的质量为m，重力加速度为g。
a、永磁铁的平衡位置变为离桌面高处时，求超导圆环内的电流强度；
b、若超导圆环中的电流强度的平方随时间变化的图像如图乙所示，且超导圆环的横截面积为S，求该超导圆环的电阻率。
9．（2020·北京顺义·二模）如图所示，MN是半径为R=0.8m的竖直四分之一光滑弧轨道。竖直固定在水平桌面上，轨道末端处于桌子边缘并与水平桌面相切于N点。把一质量为m=1kg的小球B静止放于N点，另一个与B完全相同的小球A由M点静止释放，经过N点时与B球发生正碰，碰后粘在一起水平飞出，落在地面上的P点，若桌面高度为h=1.25m，取重力加速度g=10m/s2。不计空气阻力，小球可视为质点。求：
(1)与B球碰前瞬间，A球的速度大小：
(2)A、B两球碰后瞬间的共同速度大小；
(3)P点与N点之间的水平距离x。
10．（2020·北京顺义·二模）如图所示，MN、PQ是间距为L的平行光滑金属导轨，导轨电阻不计，置于磁感强度为B、方向垂直导轨所在平面向里的匀强磁场中，P、M间接有一阻值为R的电阻。一根与导轨接触良好，阻值为的金属导体棒ab垂直导轨放置，ab的质量为m。ab在与其垂直的水平恒力下作用下，在导线在上以速度v做匀速运动，速度v与恒力方向相同；导线MN始终与导线框形成闭合电路，已知磁场的磁感应强度大小为B，导线的长度恰好等于平行轨道的间距L，忽略摩擦阻力和导线框的电阻。求：
(1)金属棒以速度v匀速运动时产生的电动势E的大小；
(2)金属棒以速度v匀速运动时金属棒ab两端电压Uab；
(3)金属棒匀速运动时。水平恒力F做功的功率P。
11．（2020·北京顺义·二模）能量守恒定律、动量守恒定律、电荷守恒定律等等是自然界普遍遵循的规律，在微观粒子的相互作用过程中也同样适用．卢瑟福发现质子之后，他猜测：原子核内可能还存在一种不带电的粒子．
（1）为寻找这种不带电的粒子，他的学生查德威克用粒子轰击一系列元素进行实验．当他用粒子轰击铍原子核时发现了一种未知射线，并经过实验确定这就是中子，从而证实了卢瑟福的猜测．请你完成此核反应方程．
（2）为了测定中子的质量，查德威克用初速度相同的中子分别与静止的氢核与静止的氮核发生弹性正碰．实验中他测得碰撞后氮核的速率与氢核的速率关系是．已知氮核质量与氢核质量的关系是，将中子与氢核、氮核的碰撞视为完全弹性碰撞．请你根据以上数据计算中子质量与氢核质量的比值．
（3）以铀235为裂变燃料的“慢中子”核反应堆中，裂变时放出的中子有的速度很大，不易被铀235俘获，需要使其减速．在讨论如何使中子减速的问题时，有人设计了一种方案：让快中子与静止的粒子发生碰撞，他选择了三种粒子：铅核、氢核、电子．以弹性正碰为例，仅从力学角度分析，哪一种粒子使中子减速效果最好，请说出你的观点并说明理由．
12．（2020·北京顺义·二模）物体沿着圆周的运动是一种常见的运动，匀速圆周运动是当中最简单也是较基本的一种，由于做匀速圆周运动的物体的速度方向时刻在变化，因而匀速周运动仍旧是一种变速运动，具有加速度。
(1)可按如下模型来研究做匀速圆周运动的物体的加速度：设质点沿半径为r、圆心为O的圆周以恒定大小的速度v运动，某时刻质点位于位置A。经极短时间后运动到位置B，如图所示，试根据加速度的定义，推导质点在位置A时的加速度的大小；
(2)在研究匀变速直线运动的“位移”时，我们常旧“以恒代变"的思想；在研究曲线运动的“瞬时速度”时，又常用“化曲为直”的思想，而在研究一般的曲线运动时我们用的更多的是一种”化曲为圆”的思想，即对于般的曲线运动，尽管曲线各个位置的弯曲程度不详，但在研究时，可以将曲线分割为许多很短的小段，质点在每小段的运动都可以看做半径为某个合适值的圆周运动的部分，进而采用圆周运动的分析方法来进行研究，叫做曲率半径，如图所示，试据此分析图所示的斜抛运动中。轨迹最高点处的曲率半径；
(3)事实上，对于涉及曲线运动加速度问题的研究中，“化曲为圆”并不是唯的方式，我们还可以采用一种“化圆为抛物线”的思考方式，匀速圆周运动在短时间内可以看成切线方向的匀速运动，法线方向的匀变速运动，设圆弧半径为R，质点做匀速圆周运动的速度大小为v，据此推导质点在做匀速圆周运动时的向心加速度a。
参考答案：
1．（1）160N；（2）3.6m/s2；（3）600J
【详解】（1）小朋友沿滑梯下滑时所受支持力FN的大小
（2）小朋友沿滑梯下滑时由牛顿第二定律可得
解得加速度
a=3.6m/s2
（3）从开始滑下至在水平段停止过程中，由动能定理可得
2．（1）；（2）2A；（3），360W
【详解】（1）线圈中感应电动势的峰值
由于从线框转至中性面位置开始计时，故瞬时值表达式为
（2）感应电动势的有效值为
线圈自身分到的电压为
又
U线圈=Ir=20V
所以电流表示数为
（3）由于理想变压器
P入=P出
则电阻R上消耗的电功率为
P=IU=360W
设副线圈两端电压为U′，则有
即
所以
3．（1）；（2）机械能减少；（3）纵坐标为；
【详解】（1）由牛顿第二定律
可得物块m加速度大小为
（2）由牛顿第二定律
可得物块M下落过程中受到的拉力为
由功和能的关系可知，重力以外的其他力做功，物体的机械能会变化，物块M受到的拉力阻碍物体下落，做负功，所以物块M的机械能减少
（3）为了减小误差，实验中用物体经过B时的速度计算更为合理，则根据
可得
由此可知，图线的纵坐标为，图线的效率为
根据牛顿第二定律
可得
4．（1）；（2），
【详解】（1）根据光电效应方程可得，逸出光电子的最大初动能为
即有
（2）速度选择器
如图所示，几何关系
由上述表达式可得
由
可得
可得
5．(1)；(2)；(3)，方向沿斜面向上
【详解】(1)对旅客受力分析，有重力、支持力和摩擦力。由牛顿第二定律和几何关系可得
则
(2)旅客从顶端滑到底端过程中，由动能定理可得
则滑到斜面底端时的动能为
(3)由题意可得，斜面长度为
又
则摩擦力的冲量为
解得
方向沿斜面向上。
6．（1）；（2）；（3）
【详解】(1)每个阳离子带3个单位正电荷，电荷量为3e，阳离子加速过程，根据动能定理可得
解得
(2)每秒发射离子的能量为
W=Pt=P 1=P
发射功率可表示为
(3)设射出离子后飞行器的速度为，喷射时间为t，根据动量守恒定律可得
根据加速度定义式可得
7．（1），方向竖直向上；（2）；（3），
【详解】（1）设小球通过最高点时速度为，由动能定理有：
解得
在最高点时有
解得
方向竖直向下。
由牛顿第三定律可得，通过最高点时小球对杆的作用力大小为0.2N，方向竖直向上。
（2）设小球从开始运动到运动至最高点水平位移为x1，滑块向左运动位移为x，任意时刻小球水平方速度大小为，滑块速度到为，任意时刻，取水平向右为正方向，由水平方向动量守恒有
两边同乘以有
因上式对任意时刻附近微小都适用，累积可得
又
解得
（3）在上升过程中，取小球和滑块系统为研究对象，因只有重力做功，系统的机械能守恒，有
取水平向右为正方向，由水平方向动量守恒有
解得
8．（1）逆时针；（2）；（3）a、；b、
【详解】（1）根据楞次定律，增反减同可以判断感应电流的磁场方向向上，根据右手螺旋定则可以判断感应电流方向从上往下看为逆时针方向。
（2）把环分成无数等长的微小电流元，每一小段导线长为△，则每一小段导线所受安培力为
由对称性可知，所有小段导线所受的安培力水平分力抵消，所以竖直方向分力的合力即为整段导线所受安培力，设有N段导线则
（3）a：在处可以理解为永磁铁处于平衡状态，则
b：磁铁下降前后环中电流为
根据能量守恒有
根据电阻定律有
联立可得
9．(1)4m/s：(2)2m/s；(3)1.0m
【详解】(1)小球在圆弧轨道内下滑的过程中，由动能定理可得
解得
(2)两个小球碰撞的过程中水平方向上的动量守恒，选取向右为正方向，设碰撞后的共同速度为，则
解得
(3)小球从N点飞出后做平抛运动，在竖直方向上有
在水平方向上有：
10．(1)；(2)；(3)
【详解】(1)在内金属棒ab由原来的位置AB移动到，如图所示
这个过程中闭合回路面积的变化量是
则穿过闭合回路的磁通量的变化量是
根据法拉第电磁感应定律可得
(2)电路中的电流为
金属棒ab两端的电压为：
(3)金属棒ab所受的安培力为
金属棒克服安培力做功的功率为
11．（1）（2）（3）仅从力学角度分析，氢核减速效果最好，理由见解析
【详解】（1）根据核反应过程中核电荷数与质量数守恒，知核反应方程式为；
（2）设中子与氢核、氮核碰撞前后速率为，中子与氢核发生完全弹性碰撞时，取碰撞前中子的速度方向为正方向，由动量守恒定律和能量守恒定律有：；
，
解得碰后氢核的速率，
同理可得：中子与氮核发生完全弹性碰撞后，氮核的速率；
因此有，解得；
（3）仅从力学角度分析，氢核减速效果最好，因为中子与质量为m的粒子发生弹性正碰时，根据动量守恒定律和能量守恒定律知，碰撞后中子的速率；
①由于铅核质量比中子质量大很多，碰撞后中子几乎被原速率弹回；
②由于电子质量比中子质量小很多，碰撞后中子将基本不会减速；
③由于中子质量与氢核质量相差不多，碰撞后中子的速率将会减小很多．
12．(1)或；(2)；(3)
【详解】(1)当足够小时，、的夹角就足够小，角所对的弦和弧的长度就近似相等。因此，
在时间内，所对方向变化的角度为
联立可得
代入加速度定义式，以及把代入，可得向心加速度大小的表达式为
上式也可以写为
(2)在斜抛运动最高点，质点的速度为
可以把质点的运动看成是半径为的圆周运动，因为质点只受重力，所以根据牛顿第二定律可得
联立可得
(3)质点在短时间内将从A以速度v匀速运动到，则
，
由图可知
联立解得
若足够小，即
所以
试卷第1页，共3页
试卷第1页，共3页
