江苏省各地区2023年高考物理模拟（三模）题按题型分类汇编-02解答题2
一、解答题
1．（2023·江苏盐城·统考三模）如图所示，研究光电效应的实验装置，当用频率分别为v1、v2、的光照射同一光电管，微安表中均有电流。第一次用频率为v1的光照射时，调节滑动变阻器，使微安表示数恰好变为0，记下此时电压表的示数U1；第二次用频率为v2的光照射光电管，当电压表的示数为U2 时，微安表示数为0。已知电子的电荷量为e、求：
（1）第一次产生的光电子的最大初动能Ek1；
（2）普朗克常量h的表达式。
2．（2023·江苏盐城·统考三模）如图所示，一定质量的理想气体由状态A经过状态B变为状态C的V-T图像。已知气体在状态A时的压强为pA，相关物理量如图中所示，气体由状态A变为状态B的过程中，吸收的热量为Q。求：
（1）气体在状态C时的压强pC ；
（2）气体状态从A变到B的过程中内能的变化量△U。
3．（2023·江苏盐城·统考三模）如图所示，在水平地面上方固定一足够长水平直杆，质量为M=3m的滑块套在直杆上，长为H的轻绳一端固定在滑块底部O点，另一端连接质量为m的小球。O点到地面的高度为2H。现将小球拉至与O点等高处，轻绳伸直后由静止释放。不计小球与滑块所受到的空气阻力，重力加速度大小为g。
（1）若滑块固定，求轻绳转动30°时重力的瞬时功率P：
（2）若滑块与杆之间无摩擦，小球摆到最低点时，剪断轻绳，求小球落地时与滑块的距离s；
（3）若滑块不固定，小球运动的过程中，滑块始终静止，求滑块与杆之间的动摩擦因数的最小值μ。
4．（2023·江苏盐城·统考三模）如图甲所示，两足够长的光滑平行导轨固定在水平面内，处于磁感应强度为B0、方向竖直向上的匀强磁场中，导轨间距为L，一端连接一定值电阻R。质量为m、长度为L、电阻为R的金属棒垂直导轨放置，与导轨始终接触良好。在金属棒的中点对棒施加一个平行于导轨的拉力，棒运动的速度v随时间t的变化规律如图乙所示的正弦曲线。已知在0~的过程中，通过定值电阻的电量为q；然后在时撒去拉力。其中v0已知， T 未知， 不计导轨的电阻。求：
（1）电阻R上的最大电压U；
（2）在0~的过程中，拉力所做的功W；
（3）撒去拉力后，金属棒的速度v随位置x变化的变化率k（取撤去拉力时棒的位置x=0）。
5．（2023·江苏淮安·统考三模）如图所示为一放在水平桌面上的玻璃砖的扇形横截面，该扇形所对圆心角为、半径为，上涂有吸光材料。一细光束始终平行于桌面从上射入玻璃砖，光束在上的入射点以非常小的速度匀速由移向的过程中，光恰好不射出时入射点的位置到圆心的距离为。光在真空中的速度为。求：
（1）玻璃砖对光的折射率；
（2）光恰好在圆弧面发生全反射时，光线在玻璃砖内传播的时间（可用含正、余弦值的式子表示）。
6．（2023·江苏淮安·统考三模）如图所示，粗细均匀的U型玻璃管竖直放置，右管口封闭，管内A、B两段水银柱将管内封闭有长均为的a、b两段气体，水银柱A长为，水银柱B在右管中的液面比在左管中的液面高，大气压强为，环境温度为，现将环境温度降低，使气柱b长度变为，求：
（1）降低后的环境温度；
（2）水银柱A下降的高度。
7．（2023·江苏淮安·统考三模）如图，光滑水平面上有一质量为m=1kg的滑块A静止在P点，在O点有一质量为M=2kg、长度为L=0.6m的长木板B，其两侧有固定挡板，在长木板B上最右侧放置一质量也为M=2kg小物块C，滑块A在外力F=2N作用下，经过时间t=1.5s到达O点时，在O点立即撤去外力同时与B发生碰撞。已知小物块C与长木板B间的动摩擦因数为μ=0.1，所有碰撞均为弹性碰撞，且碰撞时间极短，g=10m/s2，求：
（1）滑块A刚到达O点时的速度；
（2）滑块A与长木板B碰后瞬间，长木板的速度；
（3）物块C最终与长木板B右侧挡板的距离。
8．（2023·江苏淮安·统考三模）高能粒子实验装置，是用以发现高能粒子并研究其特性的主要实验工具，下图给出了一种该装置的简化模型。在光滑绝缘的水平面区域内存在垂直纸面向外、磁感应强度大小为的匀强磁场；在区域内存在沿轴正方向的匀强电场。质量为、电荷量大小为带负电的粒子1从点以一定速度释放，沿直线从坐标原点进入磁场区域后，与静止在点、质量为的中性粒子2发生弹性正碰，且有一半电量转移给粒子2。（不计碰撞后粒子间的相互作用，忽略电场、磁场变化引起的效应）
（1）求电场强度的大小；
（2）若两粒子碰撞后，立即撤去电场，求两粒子在磁场中运动的半径和从两粒子碰撞到下次再相遇的时间间隔；
（3）若两粒子碰撞后，粒子2首次离开第一象限时，撤去电场和磁场，经一段时间后，再在全部区域内加上与原来相同的磁场，此后两粒子的轨迹恰好不相交，求这段时间。
9．（2023·江苏南通·统考三模）我国科学家在兰州重离子加速器上开展的实验中发现，静止的镁核（）放出两个质子后变成氖核（Ne），并放出γ射线，核反应方程为，氖核的速度大小为v1，质子的速度大小为v2，设质子和γ光子的运动方向相同。已知氖核、质子的质量分别为m1、m2，普朗克常量为h，不考虑相对论效应，求：
（1）氖核的质量数A、电荷数Z和物质波波长λ；
（2）光子的动量大小p。
10．（2023·江苏南通·统考三模）月球探测器登月前，从椭圆环月轨道转移至近月圆轨道。如图所示，探测器在椭圆轨道I上运动，运行周期为。在近月点P处减速，使探测器转移到近月圆轨道II上运动，运行周期为T。已知月球半径为R，万有引力常量为G，求：
（1）月球的质量M；
（2）椭圆轨道I上远月点Q距月球表面的高度h。
11．（2023·江苏南通·统考三模）某质谱仪部分结构的原理图如图所示。在空间直角坐标系Oxyz的y>0区域有沿-z方向的匀强电场，电场强度大小为E，在y<0区域有沿-z方向的匀强磁场，在x=-2d处有一足够大的屏，俯视图如图乙。质量为m、电荷量为+q的粒子从y轴上P（0，-d，0）以初速度v0沿+y方向射出，粒子经过x轴时速度方向与-x方向的夹角θ=60°角．不计粒子的重力。
（1）求磁感应强度大小B；
（2）求粒子打到屏上位置的z轴坐标z1；
（3）若在y<0区域同时也存在沿-z方向的场强大小为E的匀强电场，求粒子打到屏上时的速度大小v。
12．（2023·江苏南通·统考三模）如图所示，质量M=1.0kg、足够长的木板置于光滑水平面上，板左上方有一固定挡板P，质量m1=2.0kg的小物块A静止于木板左端。现将质量m2=1.0kg的小物块B以水平向左的初速度v0=4.0m/s滑上木板，整个运动过程中A、B未发生碰撞。A与挡板P碰撞后均反向弹回，碰撞前后瞬间速度大小相等。已知A、B与木板间的动摩擦因数μ均为0.2，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，取重力加速度g=10m/s2。
（1）物块B滑上木板后，A与木板一起运动，求B刚滑上木板时的加速度大小aB 和A与木板的加速度大小a；
（2）若A与挡板P的距离x=3.0m，求A开始运动到与挡板P碰撞的时间t；
（3）若将木板换成轻质的长板，其他条件不变，整个运动过程中A只与挡板碰撞两次，且最终A、B停止了运动，求整个运动过程中A通过的路程s及B在轻板上滑行的距离L。
参考答案：
1．（1）；（2）
【详解】（1）由动能定理得
解得
（2）由光电效应方程得
，
解得
2．（1）；（2）
【详解】（1）根据图像
根据查理定律得
解得
（2）根据热力学第一定律
又因为
解得
3．（1）；（2）；（3）
【详解】（1）设轻绳转过30°时，小球的速度为v，根据机械能守恒定律有
重力的瞬时功率为
所以
（2）设小球摆到最低点时速度大小为v1，滑块速度大小为v2，根据水平方向系统动量守恒，有
根据系统机械能守恒，有
剪断轻绳后，滑块做匀速运动，小球做平抛运动，经时间t落地，有
小球落地时与滑块间的水平距离为
小球与滑块之间的距离
（3）设轻绳转过θ时，小球的速度为v0，轻绳中拉力为F，则
由牛顿第二定律，有
解得
所以动摩擦因数的最小值为。
4．（1）；（2）；（3）
【详解】（1）当金属棒的速度最大时，棒中的感应电动势为
E=B0Lv0
回路中的电流
电阻上的电压为
（2）由于感应电动势为
类比与单匝线圈在磁场中转动产生的电动势，则的过程中，通过定值电阻的电量与线圈从中性面转过90°通过定值电阻的电量相同
，
则有
电动势的有效值为
在时间内，产生的焦耳热为
根据功能关系，有
解得
（3）撤去拉力时，对导体棒根据动量定理有
感应电流的平均值为
由于
解得
可知
5．（1）；（2）
【详解】（1）对于在圆弧面上发生全反射的光束，结合几何知识可知，反射光最终一定会照射到AC上，作出光恰在圆弧面上发生全反射的情况，如图所示
根据临界角与折射率的关系
光在玻璃砖上的入射角为，由折射定律有
光恰好不射出时入射点的位置到圆心的距离为，由几何关系有
解得
（2）结合上述分析和几何知识可知，光从射入玻璃砖到第一次打到圆弧面上经过的距离为
光从第一次打到圆弧面上到打到底面经过的距离为
光在玻璃砖中的传播速度为
则光恰好在圆弧面发生全反射时，光线在玻璃砖内传播的时间为
6．（1）；（2）2.24cm
【详解】（1）开始时，左管中气柱a的压强为
右管中气柱b的压强为
温度降低后，气柱a的压强不变，气柱b的压强为
对气柱b研究，根据理想气体状态方程
解得
（2）气柱a发生等压变化，则
解得
则水银柱A下降的高度为
7．（1）3m/s，方向水平向右；（2）2m/s，方向水平向右；（3）0.2m
【详解】（1）设滑块A刚到达O点时的速度为，根据动量定理有
解得
方向水平向右。
（2）滑块A与长木板B碰后瞬间，设滑块和长木板的速度分别为和，根据系统动量守恒定律和机械能守恒定律分别有
联立解得
，
滑块A与长木板B碰后瞬间，长木板的速度大小为，方向水平向右。
（3）长木板B和物块C组成的系统在水平方向所受合外力为零，所以动量守恒，设B、C最终达到的共同速度为，则有
解得
设C相对B滑动的路程为，对B、C组成的系统根据能量守恒可得
解得
所以物块C最终与长木板B右侧挡板的距离为
8．（1）；（2）；（3）
【详解】（1）带负电的粒子1从点以一定速度释放，沿直线从坐标原点进入磁场区域
粒子1进入磁场后，做匀速圆周运动
由几何关系
解得电场强度的大小
（2）粒子1由坐标原点进入磁场区域后，经过圆周在点点与中性粒子2发生弹性正碰，此时粒子1速度方向沿轴正方向，以沿轴正方向为正，由动量守恒和机械能守恒可得
，
解得
，
碰撞后两粒子均带负电，电荷量均为，做匀速圆周运动，设半径分别为，，则
，
解得
，
所以第一次碰后两粒子轨迹重合，到下次相遇
（3）两粒子运动轨迹如图所示
粒子2首次在点离开第一象限时，粒子1运动到点，由
，
所以
所以粒子1转过的圆心角为粒子2转过圆心角的，即
此时，撤去电场和磁场，两粒子做匀速直线运动，经一段时间后，粒子1运动的位移大小
粒子2运动的位移大小
此时，在全部区域内加上与原来相同的磁场，此后两粒子的轨迹恰好不相交（恰好相切），设两圆心与轴正方向的夹角为，由几何关系
，，
整理得
由几何关系
整理得
解得
这段时间
9．（1）A=20，Z=10，；（2）
【详解】（1）根据质量数守恒，氖核的质量数
A=22-2×1=20
根据电荷数守恒，氖核的电荷数
Z=12-2×1=10
氖核的物质波波长
其中氖核的动量
解得
（2）设氖核运动的速度方向为正方向，核反应中动量守恒，有
解得
10．（1）；（2）h=2R
【详解】（1）设探测器质量为m，探测器做匀速圆周运动，万有引力提供向心力
解得月球质量
（2）由题意，设椭圆轨道I的半长轴为a，则
2a=2R+h
根据开普勒第三定律得
解得
h=2R
11．（1）；（2）；（3）
【详解】（1）粒子在磁场中的运动轨迹如图
设粒子做圆周运动的半径为r，由几何关系有
洛伦兹力提供向心力
解得
（2）设粒子经过x轴时的坐标为-x1，则
粒子在y>0区域电场中做类平抛运动，在xoy平面内沿v0方向做匀速直线运动，设粒子碰到屏前做类平抛运动的时间为t1，则
粒子运动的加速度
在z轴负方向运动的距离
解得
，
所以打到屏上位置的z轴坐标
（3）设粒子在y<0区域运动的时间为t2，研究在磁场中的分运动，有
在y>0区域运动的时间仍为t1，设粒子打到屏上时z轴坐标为z2，则
根据动能定理有
解得
12．（1），；（2）；（3），
【详解】（1）对物块B，根据牛顿第二定律有
解得
对物块A和木板，根据牛顿第二定律有
解得
（2）设从B滑上木板到三者共速所经历的时间为t1，共同速度为，则
解得
该过程中A与木板一起运动的距离
解得
所以接下来三者一起运动，直至与挡板P碰撞，设该过程经历的时间为t2，则
A开始运动到与挡板P碰撞的时间
解得
（3）方法一：设A与板一起运动的加速度为aA，根据牛顿第二定律，有
由题意可知，如果A与P碰前，三者速度已相等，则A与P碰后三者最终会一起向右运动，不会发生第二次碰撞。因此A在与P碰撞前一直做匀加速直线运动，碰后做加速度相等的减速运动。设A每次与挡板碰撞的速度大小为v，A经过时间t3与P碰撞，碰后经过时间t4速度减为零，则
解得
物块B一直向左作匀减速运动，在运动的全过程中根据牛顿第二定律，有
解得
则
解得
根据系统能量守恒，有
解得
方法二：由题意可知，A在与P碰撞前一直做匀加速直线运动，设A每次与挡板碰撞的速度为v，每次碰撞A的动量变化量为2m1v，则
设A与板一起运动的加速度为aA，根据牛顿第二定律，有
则A通过的路程
解得
根据系统能量守恒，有
解得
试卷第1页，共3页
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