山东省济南市高考物理三年（2021-2023）模拟题（一模）按题型分类汇编-02解答题
一、解答题
1．（2021·山东济南·统考一模）某同学利用如图所示的装置测量山顶处的大气压强，上端开口、下端封闭的长直玻璃管竖直放置，用h=40.00cm的某种液体封闭一段空气柱，利得气柱长度l1=20.00cm。再将玻璃管缓慢倾斜至与水平面成30°角，液体没有溢出，测得空气柱长度变为l2=24.50cm。已知液体的密度，山顶处重力加速度g=9.80m/s2，计算结果均保留3位有效数字，求:
（1）玻璃管竖直放置时，液柱由于重力产生的压强p；
（2）山顶的大气压强
2．（2021·山东济南·统考一模）如图所示，平衡位置位于原点O的波源发出的简谐横波在均匀介质中沿x轴正方向传播，以波源刚开始起振为计时起点，其振动方程为y=5sin10πtcm。经过Δt=0.45s，观察到坐标为（2m，0）的P点正好第一次处于波峰，求这列简谐横波的波速和波长。
3．（2021·山东济南·统考一模）如图所示，倾角为=30°的斜面固定在水平地面上，物块A的质量为M=3kg，静止在斜面上，距斜面底端为s=4m，物块B的质量为m=1kg，在斜面上距物块A上方l=2.5m的位置由静止释放。两物块均可看作质点，物块碰撞时无机械能损失。两物块由不同材料制成，A与斜面之间的动摩擦因数，B与斜面间的摩擦忽略不计。重力加速度大小g=10m/s2，求:
（1）发生第一次碰撞后物块A的速度v1和物块B的速度v1；
（2）两物块第一次碰碰与第二次碰撞之间的时间t；
（3）物块A到达斜面底端的过程中，两物块发生碰撞的总次数n。
4．（2021·山东济南·统考一模）如图甲所示的空间直角坐标系Oxyz中，分界面P、荧光屏Q均与平面Oxy平行，分界面P把空间分为区域Ⅰ和区域Ⅱ两部分，分界面P与平面Oxy间的距离为L，z轴与分界面P相交于O'。区域Ⅰ空间中分布着沿y轴正方向的匀强电场，区域Ⅱ空间中分布若沿x轴正方向和z轴正方向的交替出现的磁场，磁感应强度大小均为B0，变化规律如图乙所示。电荷量为q、质量为m的带正电粒子在y轴负半轴上的某点沿z轴正方向出射，经过区域Ⅰ，到达O'点时速度大小为v0，方向与z轴正方向成=60°角；以带电粒子在O'点的时刻为t=0时刻，再经过区域Ⅱ打在荧光屏Q上，其速度方向恰好与经过O'点时速度的方向相同。粒子所受重力忽略不计，不考虑场的边缘效应及相对论效应，求:
（1）区域Ⅰ内电场强度E的大小；
（2）时刻粒子的速度v1大小与方向；
（3）分界面P与荧光屏Q之间的距离d；
（4）粒子打在荧光屏上的x坐标。
5．（2022·山东济南·统考一模）国家速滑馆（又名“冰丝带”）是北京2022年冬奥会冰上运动的主场馆，为确保运动项目的顺利完成，比赛前需要对场馆内气体降温。已知降温前场馆内外的温度均为7℃，降温后场馆内的温度为-8℃，降温过程中场馆内气体压强不变。
（1）从微观角度解释降温过程中场馆内气体压强不变的原因；
（2）求降温后场馆内增加的气体质量与降温前场馆内气体质量的比值。
6．（2022·山东济南·统考一模）如图所示，在水平虚线下方存在方向垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B。磁场上方某高度处有一个正方形金属线框，线框质量为m，电阻为R，边长为L。某时刻将线框以初速度v。水平抛出，线框进入磁场过程中速度不变，运动过程中线框始终竖直且底边保持水平。磁场区域足够大，忽略空气阻力，重力加速度为g，求
（1）线框进入磁场时的速度v；
（2）线框进入磁场过程中产生的热量Q。
7．（2022·山东济南·统考一模）如图所示，在正交坐标系Oxyz所在空间中，存在方向平行于xOy平面的匀强电场和匀强磁场，匀强磁场与匀强电场的方向相同，与x轴正方向的夹角均为37°。一质量为m、电荷量为＋g的带电小球在yOz平面内以平行z轴的速度做匀速直线运动，其运动轨迹与轴交点P的坐标为（0，h，0）。已知重力加速度为g，，。
（1）求电场强度E和磁感应强度B的大小；
（2）若带电小球经过P点时立即撤去匀强磁场，求带电小球经过Ozz平面时速度的大小v；
（3）若带电小球经过P点时，立即改变电场强度的大小和方向，使带电小球做匀速圆周运动，求小球运动过程中离坐标原点O的最远距离s。
8．（2022·山东济南·统考一模）如图所示，倾角的斜面体abc静止在水平地面上，斜面体质量kg，竖直边bc长m，斜面ac光滑。将质量kg小物块从斜面顶端由静止释放。已知，，重力加速度g取10m/s ，忽略空气阻力，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，计算结果均保留至小数点后1位。
（1）若水平地面光滑，求小物块滑到底端a时的速度大小；
（2）若斜面体与水平地面间的动摩擦因数，求小物块从顶端c滑到底端a的过程中
①斜面体与小物块间作用力的大小；
②斜面体位移的大小。
9．（2023·山东济南·统考一模）如图所示，为方便抽取密封药瓶里的药液，护士一般先用注射器注入少量气体到药瓶里后再抽取药液。某种药瓶的容积为，瓶内装有的药液，瓶内空气压强为，护士先把注射器内压强为的空气注入药瓶，然后抽出的药液。若瓶内外温度相同且保持不变，忽略针头体积，气体视为理想气体。求：
（1）注入的空气与瓶中原有空气质量之比；
（2）抽出药液后瓶内气体压强。
10．（2023·山东济南·统考一模）2022年10月22日，阶段性建成的世界首个电磁推进地面超高速试验设施——“电磁撬”在我国成功运行，对于吨级及以上物体最高推进速度可达每小时1030公里，创造了大质量超高速电磁推进技术的世界最高速度纪录。某学习小组受此启发，设计了如图所示的电磁驱动模型，在水平面上固定有两根足够长的平行金属轨道，轨道电阻不计，间距为，轨道左端接有阻值为的电阻。虚线区域内有匀强磁场，磁感应强度大小为，方向垂直于轨道平面向下，在外部控制下，磁场可以以不同的速度水平向右匀速移动。质量为、长度为的金属棒ab静置于轨道上，金属棒ab的电阻忽略不计，与轨道间的滑动摩擦因数为，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，导体棒始终在磁场中，重力加速度为。求
（1）磁场速度至少多大时，金属棒ab才能被驱动；
（2）当磁场以速度匀速向右移动时，金属棒ab由静止开始向右运动，求导体棒刚开始运动时的加速度和导体棒最终的速度的大小。
11．（2023·山东济南·统考一模）如图甲所示，在三维坐标系中，的空间内，存在沿轴正方向的匀强电场，的空间内存在沿轴正方向的匀强磁场，苂光屏垂直轴放置，其中心位于轴上并且荧光屏可以沿轴水平移动。从粒子源不断飘出电荷量为、质量为的带正电粒子，加速后以初速度沿轴正方向经过点，经电场进磁场后打在荧光屏上。已知粒子刚进入磁场时速度方向与轴正方向的夹角，忽略粒子间的相互作用，不计粒子重力。
（1）求匀强电场电场强度的大小；
（2）当粒子打到荧光屏后，沿轴缓慢移动荧光屏，沿轴正方向看去，观察到荧光屏上出现如图乙所示的荧光轨迹（箭头方向为荧光移动方向），轨迹最高点的轴坐标值为，求匀强磁场磁感应强度的大小以及荧光屏中心C初始位置可能的轴坐标；
（3）若将苂光屏中心C固定于轴上处，在的空间内附加一沿轴负方向的匀强磁场，磁感应强度大小，求附加匀强磁场后进入磁场的粒子打在荧光屏上的位置坐标。
12．（2023·山东济南·统考一模）如图所示，光滑水平面上有一光滑水平凹槽PQ。质量为、长度的木板C放置在凹槽内，其上表面恰好与水平面平齐。开始时木板C紧靠凹槽左端P并处于静止状态，其右端与凹槽右端Q距离为。水平面左侧较远处有一处于压缩锁定状态的轻弹簧，左端固定在墙壁上，右端连接物块A，物块B紧靠物块A放置，弹簧的弹性势能。某时刻解除锁定，A、B由静止开始向右运动。已知物块A、B的质量均为，木板C与凹槽右端Q的碰撞为弹性碰撞（碰撞时间不计），物块与木板间的滑动摩擦因数，物块A、B可视为质点，重力加速度g取，求
（1）物块B刚滑上木板C时的速度大小；
（2）木板C与凹槽右端Q第一次碰撞时，物块B相对木板C滑行的距离；
（3）木板C在凹槽PQ中运动的整个过程中，木板C与凹槽右端Q碰撞的总次数n；
（4）改变弹簧锁定状态时的弹性势能（弹簧允许的最大弹性势能为16J），为使物块B能够滑上右侧水平面，弹性势能需满足的条件。
参考答案：
1．（1）；（2）
【详解】（1）玻璃管竖直放置时，液柱由于重力产生的压强
（2）山顶的大气压为 ，根据玻意耳定律
解得
2．，
【详解】根据振动方程得振动周期为
根据振动方程可知，波源起振方向为y轴正方向，所以该波传播到P点后再经过周期第一次到达波峰，则有
解得
所以波长为
3．(1)，沿斜面向下，，沿斜面向上；(2)；(3)n=5
【详解】(1)设B下滑刚要与A碰撞的速度为v，由动能定理可得
解得v=5m/s，A、B发生弹性碰撞，由动量守恒及机械能守恒可得
联立可解得
即A速度沿斜面向下，B速度沿斜面向上。
(2)A沿斜面减速下滑，合外力沿斜面向上，设加速度大小为，B沿斜面减速上滑，设加速度大小为，分别由牛顿第二定律可得
代入数据可解得，，t1=1s后，A速度减小为0，B上升至最高点时间，由对称性可知，1s时B恰返回出发点，且速度为，加速度为aB，方向均沿斜面向下，A上滑的最大位移为
此过程A的位移为
设B运动位移的时间为t2，由运动学公式可得
解得，故两物块第一次碰碰与第二次碰撞之间的时间
(3)由于每次都为弹性碰撞，故A、B碰后与碰前的速度总满足
故第二次碰撞前瞬间，B的速度为
则碰后A、B的速度分别为
同理可得，第三次碰撞前，即A减速为零时的位移为
以此类推，第四次碰前，A下滑的位移为
物块A到达斜面底端的过程中，两物块发生碰撞的总次数n满足
可解得n=5，故最多能碰撞5次。
4．（1）；（2）v0，方向与水平z方向成角斜向y轴负向；
（3）；（4）
【详解】（1）在区域Ⅰ电场中做类平抛运动，沿z轴
沿y轴
由牛顿第二定律得
解得
（2）带电粒子在区域Ⅱ磁场中的运动周期为
从O'点开始时间内粒子做螺旋运动，在垂直z轴的平面内分运动为匀速圆周运动，有效速度为沿y轴正向的
沿z轴正向的分运动为
的匀速直线运动，运动时间为
在垂直z轴的平面内的匀速圆周运动正好半周，此时分速度方向沿y轴负向，大小仍为
所以
方向与水平z方向成角斜向y轴负向
（3）在时间内，粒子以为初速度在垂直与z轴的平面内做匀速圆周运动，运动时间为
转过的角度为
粒子此时的速度恰好与经过O'点时的速度方向相同。因此要想使粒子打在荧光屏上时满足题目要求，所经过的时间为
时间内，沿z轴上发生的位移
时间内
沿z轴上发生的位移
所以
（4）时间内
沿z轴正向，每经过的时间，粒子沿x轴发生的位移
粒子打在荧光屏上的x坐标
5．（1）见解析；（2）
【详解】（1）气体压强微观方面取决于两个因素：分子的平均动能和单位体积内的分子数。温度降低，分子平均动能减小，质量增加，单位体积内的分子数增加，从而使压强维持不变。
（2）选-8℃时馆内气体为研究对象，其体积为V，气体状态参量初状态
，K
末状态
，K
由盖-吕萨克定律得
得
场馆内增加的气体质量与降温前场馆内气体质量之比为
代入数据得
6．（1）,速度方向与水平方向夹角；（2）
【详解】（1）当线框下边界刚进入磁场时，由于线框速度不变，对线框进行受力分析有
由欧姆定律可得
线框切割磁感线，由法拉第电磁感应定律可得
由速度的合成与分解可得
联立求解可得
设此时速度方向与水平面的夹角为
解得
（2）线框从进入磁场开始到完全进入磁场，由动能定理可得
解得
7．（1），；（2）；（3）
【详解】（1）带电小球受到重力mg、洛仑兹力和电场力qE的作用做匀速直线运动。根据物体的平衡规律有
解得
（2）撤去磁场后，带电小球受到重力mg和电场力qE作用，其合力与原洛伦兹力方向相反并与方向垂直，大小
故带电小球在与Oxz平面成角的平面内做类似平抛运动。由牛顿第二定律
得
法二：带电小球在与Oxz平面成53°角的平面内做类似平抛运动，电场力不做功。由动能定理
得
（3）小球在垂直磁感应强度方向的平面内做匀速圆周运动，重力与电场力平衡，根据
解得
由几何关系可知，A到O的距离最远为
整理得
8．（1）m/s；（2）①；②
【详解】（1）根据能量守恒
在水平方向根据动量守恒得
小物块到达底端速度
，
联立解得
m/s
（2）对于物块受力分析
，
对于斜面受力分析
联立解得
（3）对于小物块
因此斜面水平位移
代入数据解得
9．（1）；（2）
【详解】（1）注入的空气与瓶中原有空气质量之比为
解得
（2）由波义耳定律得
解得
10．（1）；（2）；
【详解】（1）导体产生的感应电动势
E=BLv
而
金属棒ab被驱动时
BIL=μmg
解得
（2）由牛顿第二定律
解得
导体棒达到最终速度时
解得
11．（1）；（2）；（3）
【详解】（1）粒子在电场中运动时，则
d=v0t
qE=ma
解得匀强电场电场强度的大小
（2）在电场中的偏转距离
在磁场中运动的半径
根据
解得
周期
则荧光屏中心C初始位置可能的轴坐标
（3）由题意可知
B与速度2v0方向垂直；则
圆轨道与荧光屏相切；则
粒子打在荧光屏上的位置坐标（）
12．（1）5m/s；（2）0.455m；（3）5；（4）
【详解】（1）由能量关系可知
解得
（2）物块滑上木板后，对木板
对物块
物块相对木板滑行的距离
此时物块的速度为4.5m/s，木板的速度为0.4m/s两者未共速，以上求解正确；
（3）BC组成的系统不断与Q碰撞，使其向右的动量不断减小，但不与P壁相碰，说明系统最终末态动量为零，最终B、C均静止；
解得
n=5
此过程中物块B相对木板C运动的距离为2.5m，恰好未从木板C右端滑下；
（4）要想物体B能滑上右侧水平面，需要同时满足以下条件
①
②
③
④
联立可得
（或者）
试卷第1页，共3页
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