上海市各地区2023年高考物理模拟（一模）题按题型分类汇编-04解答题1
一、解答题
1．（2023届上海市奉贤区高三上学期一模物理试题）如图一个类似自动雨伞柄的装置，杆竖直放置于水平桌面上，套有一个滑块，初始时它们都处于静止状态。当滑块从A处以初速度v0=10m/s向上滑动时，受到杆的摩擦力1N，滑块滑到B处碰撞杆的上端，带动杆离开桌面一起竖直向上运动，它们向上运动的最大高度H=0.2m。已知滑块的质量m=0.2kg，杆的质量M=0.6kg，A、B间距L=1.2m，重力加速度g=10m/s2，不计空气阻力。问：
（1）初始滑块静止时桌面受到的压力为多大？
（2）滑块在A、B间滑动过程中，桌面对杆的支持力为多大？
（3）滑块带动杆一起向上运动的初速度为多大？
（4）滑块和杆组成的系统在上述过程中机械能损失了多少？
2．（2023届上海市奉贤区高三上学期一模物理试题）如图所示，两平行导轨在同一水平面内，间距L=1m。一根质量m=0.2kg的导体棒垂直置于导轨上，整个装置置于匀强磁场中，磁感应强度大小恒定为B=0.8T，方向与金属棒垂直，与水平向右方向的夹角θ可调。导体棒通以恒定电流，电流I=2A，有向右的初速度。当磁场方向斜向上，且与水平向右方向的夹角，棒沿导轨向右运动，5s内速度v随时间t的变化关系如图所示。（取重力加速度g=10m/s2，sin=0.8，cos=0.6）
（1）写出棒中电流的方向；
（2）求棒与导轨间的动摩擦因素μ；
（3）第5s末开始调节磁场方向，从θ=逆时针持续不断转至θ=（即磁场方向竖直向上），请说明此过程中棒的加速度是如何变化的，并在v-t图上画出速度v随时间t的变化关系的可能的示意图。
3．（2023届上海市青浦区高三上学期期末练习（一模）物理试题）导热的U型管一端封闭，管中用水银封闭一定质量的气体，U型管两直管长度相等，间距为d，且d远大于管的粗细。当U型口向上、直管竖直放置时，管中两水银面等高，如图a，此时封闭气体柱长度为l0，大气压强为p0，室内温度不变，水银密度为ρ，重力加速度为g。
（1）若将U型管在管平面内缓慢逆时针转过90°成图b，或顺时针缓慢转过90°成图c，求b、c两图中封闭气体柱长度之比（结果用p0、ρ、g、d表示）；
（2）若U型管从图c继续顺时针缓慢转动，当左侧管中水银恰好与管口相齐时两侧管中水银面连线恰好在竖直方向上，如图d。已知d=22.5cm，l0=15cm，求大气压强p0（单位用cmHg表示）。
4．（2023届上海市青浦区高三上学期期末练习（一模）物理试题）第24届冬奥于2022年2月4日在我国北京等地举行，冰滑梯作为体验冰雪运动乐趣的设施受到广大游客的欢迎。某冰滑梯的示意图如图所示，螺旋滑道、倾斜滑道和平直滑道相互间均平滑连接，其中螺旋滑道和倾斜滑道的高度均为h。设所有游客都从螺旋滑道顶部离地高为2h处由静止开始下滑，在螺旋滑道上机械能的损耗为20%，水平滑道和倾斜滑道对同一滑板的动摩擦因数相同，对不同滑板的动摩擦因数μ不同，但满足μ0≤μ≤1.2μ0（μ0为某一已知值）。在设计滑梯时，要确保所有游客在倾斜滑道上都作匀减速运动，且滑行结束时也都停在水平滑道上。
（1）游客滑到螺旋滑道底部时的速度多大？
（2）倾斜滑道的底部长度L1至少要多长？
（3）倾斜滑道的底部长度L1最长是多少？
（4）倾斜滑道的底部长度L1与水平滑道长度L2的总长（L1+L2）至少要多长？
5．（2023届上海市松江区高三上学期练习（一模）物理试题）如图，电荷量为Q的正点电荷固定在D处。A、B、C在D竖直上方的高度分别为h、、（已知：静电力常量为k，重力加速度为g）。求：
（1）A处电场强度的大小和方向；
（2）若质量为m的带电小球在A点静止释放，运动到B点时速度达到最大，到C点时速度为零，求小球的电性和电荷量q；
（3）在（2）问的条件下，点电荷Q电场中C、A两点间的电势差。
6．（2023届上海市松江区高三上学期练习（一模）物理试题）如图，在地面上方的竖直平面内放置一杆状轨道，AB为粗糙的长直轨道，长为L=10m，与水平方向的夹角为，BCD、DEF均为半径为的光滑圆弧形轨道，AB与BCD相切于B点，B点离地高度为h=3m，O1、O2两圆心等高，C为圆弧形轨道的最低点，E为最高点。一质量为m=0.2kg的小环套在AB上，自P点由静止释放，经t=2s运动到B点的速度大小为v=6m/s。sin37°=0.6，cos37°=0.8，g取10m/s2，以地面为零势能面。求：
（1）小环在AB轨道上受到的摩擦力的大小；
（2）小环过E点时，小环对弧形轨道的作用力大小；
（3）若改变小环在直杆上释放点的位置，求小环落地时机械能的可能值；
（4）小环在AB杆上某一区域由静止释放时，若小环不会落到地面上，请用能量观点分析小环的运动过程，并求出最终稳定后小环的机械能。
7．（2023届上海市金山区高三上学期第一次质量调研（一模）物理试题）用如图所示的电路作为电源接在A、B两个电极上，通过导电纸模拟电场分布。电源电动势为E，内阻为r。滑动变阻器最大阻值R=20r。电压表视为理想电压表，将滑片移动到正中间，电压表示数为。求：
（1）A电极模拟的是何种电性的点电荷？
（2）导电纸AB之间的电阻R多大（用r表示）？
（3）CD是AB连线的中垂线。若一电子（电量为-e）从B点运动到D点，电子电势能的变化量为多少？
8．（2023届上海市金山区高三上学期第一次质量调研（一模）物理试题）如图a所示，水平面与斜面在B处平滑连接，斜面上的C端处安装有轻弹簧。质量为m=1kg小物块被斜向上α=37°的恒力F作用下从A位置静止开始向右运动，到达B点后撤去恒力F。小物块从A点出发到速度第一次减为零的过程，其动能Ek、重力势能Ep（以水平面为零势能面），弹簧弹性势能E随小物块路程s的变化如图b三条图线所示。
（1）请判断三条图线各表示哪个能量；
（2）求小物块在水平面上运动的加速度a；
（3）求斜面的倾斜角β；
（4）求图b中D点表示的能量大小。
9．（2023届上海市浦东新区高三上学期一模物理试题）如图，粗细相同的水平直杆与圆弧杆BC在B点平滑连接，固定在竖直平面内，直杆的AB部分长，圆弧杆BC的半径。一个质量、直径略大于杆截面直径的小环（可视为质点）穿在水平直杆上的A点。现让小环以的初速度由A向B运动的同时，在竖直面内对小环施加一个垂直杆AB的恒力F作用，运动到B点时撤去F，之后小环沿圆弧杆BC上滑的最大高度为。已知小环与直杆AB的动摩擦因数、与圆弧杆BC的摩擦不计，重力加速度g取，试求：
（1）小环在B点的速度v的大小；
（2）小环在杆AB上的加速度a的大小；
（3）小环在杆AB上所受的恒力F的大小；
（4）小环沿圆轨道BC上滑至最高点的时间t。
10．（2023届上海市浦东新区高三上学期一模物理试题）如图（a）所示，两根平行的光滑金属导轨上端与阻值为的电阻相连，导轨平面与水平面夹角为，导轨间距为。水平的虚线所夹区域存在两个垂直于导轨平面向上的有界匀强磁场Ⅰ和Ⅱ，其中磁场Ⅰ磁感应强度大小为，磁场Ⅱ磁感应强度大小未知。一根水平放置的导体棒从图示位置由静止释放，经时间进入Ⅰ。以磁场Ⅰ的上边界为坐标原点，沿导轨建立轴，导体棒在磁场中运动时电阻的功率与导体棒的位置坐标的关系如图（b）所示。导轨和导体棒的电阻不计，重力加速度取，求：
（1）棒进入磁场Ⅰ时受到的安培力方向及速度的大小；
（2）分析描述导体棒在磁场Ⅰ中的运动性质；
（3）磁场Ⅱ磁感应强度的大小。
参考答案：
1．（1）8N；（2）5N；（3）；（4）6J
【详解】（1）以滑块和杆整体作为研究对象，受力如图，
根据物体的平衡条件，得到桌面对杆的支持力
根据牛顿第三定律，桌面受到的压力等于桌面对杆的支持力为8N。
（2）以杆为研究对象，受力如图，
根据物体的平衡条件，得到
则
（3）滑块带动杆一起向上做竖直上抛运动，以一起开始运动的位置为零势能面，对整体，根据机械能守恒定律
初速度
（4）系统一起竖直上抛过程机械能守恒，所以对整个过程机械能的损失
即
机械能损失了6J
2．（1）a→b；（2）0.5；（3）加速度向左逐渐减到0，然后向右逐渐增大，图见解析
【详解】（1）根据v-t图像，可得棒在0~5s内的加速度大小
方向向左。假设电流方向从b到a，则棒受力如图所示
棒所受安培力大小为
则有
所以假设错误。故电流方向应该从a到b。
（2）棒受力如图
在水平方向
在竖直方向
又因
可得
（3）当磁场方向从逆时针持续不断转至，安培力从斜向右下变成水平向右。根据牛顿第二定律得
在时，棒做减速运动，所以安培力的水平分力小于摩擦力，加速度方向向左；从变到过程中，变大，变小，可知合力先减小，则加速度也减小，方向向左；当时，摩擦力大小
由于此时大于摩擦力，则加速度方向向右，说明从磁场方向从逆时针持续不断转至的过程中，加速度向左减小到零后又向右增大了。因此，加速度先减小后增大，方向先向左后向右。根据加速度的变化情况，做出速度v随时间t的变化关系的可能的示意图如图所示
各图中曲线与直线在t=5s时相切。甲图是速度在整个过程中没有减速到0的情况；乙图是速度减小到0时，加速度也减到0，随后就向右加速的情况；丙图是速度减小到0瞬间，加速度向左，然后棒静止一段时间，当合力变成向右时，棒向右加速的情况。乙图和丙图中速度减小的0时，应该超过t=10s时刻。
3．（1）；（2）75cmHg
【详解】（1）由题意可知封闭气体做等温变化，则从图a到图b，有
从图a到图c过程有
解得
（2）从图c到图d过程中有
其中
l=2l0、
代入数据解得
p0=75cmHg
4．（1）；（2）；（3）；（4）
【详解】（1）以螺旋滑道的底部为重力势能的0位置，游客在螺旋滑道顶部时的机械能
E1=mgh
到达螺旋滑道底部时的机械能
E2=mv2=0.8E1
所以
（2）假定倾斜轨道的倾角为θ，游客质量为m，因游客在倾斜滑道上匀减速下滑，则有
mgsinθ<μmgcosθ
即
所有游客均要在倾斜滑道上匀减速下滑，μ取最小值μ0，所以
（3）当游客在倾斜滑道上时，由牛顿第二定律得
mgsinθ μmgcosθ=ma1
由运动学规律有
v2 v2=2a1s1
其中
游客能滑上水平轨道，需满足
v>0
可解得
由于μ0≤μ≤1.2μ0，故要使所有游客都能滑到水平轨道上，μ应取最大值1.2μ0，所以
（4）当游客在倾斜滑道上时，由牛顿第二定律得
μmg=ma2
要确保所有游客滑行结束时停在水平滑道上，需满足
0 v2=2a2s2≤2a2L2
结合（3）的结论可得
要确保所有游客能停在水平滑道上，μ要取最小值μ0，所以
5．（1），方向竖直向上；（2）正电，；（3）
【详解】（1）根据点电荷的电场强度计算公式，即
方向竖直向上；
（2）小球运动到B点时速度达到最大，此时小球运动的加速度为零，小球所受的重力与库仑力大小相等，方向相反，即
由此可知，小球必带正电，且电荷量为
（3）从A到C过程，电场力做负功，机械能转化为电势能，即
解得
6．（1）；（2）；（3）；（4）见解析，
【详解】（1）小环由，加速度为
对小环进行受力分析，如图所示
根据牛顿第二定律
解得
f=0.6N
方向沿AB向上。
（2） 小环由，根据机械能守恒定律有
解得
则在E点有
N=mg
由牛顿第三定律，小环对弧形轨道的压力为
解得
（3）小环刚好越过E点，落地的机械能最小，则
小环自A点释放，落地的机械能最大，根据能量守恒定律有
故小环落地的机械能为
（4）小环自P、B之间由静止释放，则小环不能到达E点，不会落到地面上。小环滑过B点后，在弧形轨道上运动，只有重力做功，机械能守恒，再滑回B点，滑上斜轨AB，因克服摩擦力做功，小环的机械能逐渐减小，在斜轨上到达的最高点比释放点低，小环在斜轨和弧形轨道上来回往复运动，到达的最高点逐渐降低，最终必将在BCB′（B′点在弧形轨道上，与B点等高）之间做来回往复运动，机械能守恒。故最终稳定后小环的机械能为
E=mgh=6J
7．（1）正电；（2）10r；（3）
【详解】（1）由电路图可知，A点电势高于B点电势，所以A电极模拟的带正电的点电荷。
（2）滑片移动到正中间时，AB之间的电阻R与滑动变阻器并联部分的电阻为
则外电路总电阻为
由闭合电路欧姆定律可知
解得
（3）A、B两点间的电势差为
B、D两点间的电势差为
电子从B点运动到D点的过程中
可知电场力做正功，电势能减少，变化量为。
8．（1）见解析；（2）；（3）；（4）
【详解】（1）小物块在恒力作用下运动至B点，从B点沿斜面向上匀减速运动，当路程为1.8m时与弹簧接触，根据动能定理可知，小物块动能随路程先均匀增大，再均匀减小，故图线①表示小物块动能；当路程为2.2m时，小物块动能为零，小物块的重力势能和弹簧的弹性势能最大，重力势能表达式为
可知，路程为1m后重力势能随高度以及路程均匀增大，故图线②表示小物块的重力势能，AB距离为1m；图线③表示的能从1.8m至2.2m从零开始增大至最大，故图像③表示弹簧的弹性势能。
（2）由图线可知，路程1m时小物块的动能为8J，此时小物块速度为
由
小物块在水平面上运动的加速度为
（3）1~1.8m路程内，小物块的重力势能增加4J，根据
斜面的倾斜角为
（4）由图线①可知，1~1.8m路程内，小物块的动能从8J减小至4J，根据动能定理
得
说明斜面摩擦力为0，斜面光滑。
由图线②可知，路程为2.2m时，小物块的重力势能为6J。路程从1m~2.2m过程中，小物块与弹簧组成的系统机械能守恒，则
图b中D点的弹性势能为
9．（1）；（2）；（3）或1N；（4）
【详解】（1）小环沿圆弧杆BC上滑过程根据动能定理有
代入数据解得
（2）小环由A向B运动时，根据运动学关系有
代入数据解得加速度的大小
（3）小环由A向B运动，当AB杆下面受到小环摩擦力时，根据牛顿第二定律有
解得
方向竖直向上；
当AB杆上面受到小环摩擦力时，根据牛顿第二定律有
解得
方向竖直向上；
（4）小环沿圆弧杆BC上滑过程可看成单摆运动过程，根据
故小环沿圆轨道BC上滑至最高点的时间
10．（1）安培力的方向平行于轨道斜向上；；（2）导体棒在磁场Ⅰ中向下以做匀速直线运动；（3）
【详解】（1）棒进入磁场Ⅰ时受到的安培力应阻碍棒相对于轨道向下运动，则棒进入磁场Ⅰ时受到的安培力方向平行于轨道斜向上；设棒进入磁场Ⅰ时，电路电流为，根据图（b）可知，
解得
棒进入磁场Ⅰ时产生的感应电动势为
根据闭合电路欧姆定律可得
联立解得
（2）根据图（b）可知，内，电阻的功率保持不变，则回路电流保持不变，回路电动势保持不变，棒进入磁场Ⅰ时产生的感应电动势保持不变，故导体棒在磁场Ⅰ中向下以做匀速直线运动。
（3）根据图（b）可知，棒刚进入磁场Ⅱ时，电阻的功率为，设此时电流为，则有
解得
棒进入磁场Ⅱ时产生的感应电动势为
根据闭合电路欧姆定律可得
联立解得
试卷第1页，共3页
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