山东省潍坊市高考物理三年（2021-2023）模拟题（一模）汇编-02解答题

山东省潍坊市高考物理三年(2021-2023)模拟题(一模)按

题型分类汇编-02解答题

一、解答题

1.(2021•山东潍坊・统考一模)荡秋千是中国清明节习俗，所以清明节也称“秋千节

民间传说秋千荡得越高，生活过得越美好。如图所示，甲同学坐在与竖直绳连接的水平

踏板上，此时，可认为人相对踏板不动且重心在踏板上•乙同学将他拉离至绳与竖直方

向成37。角的4处后放手，甲同学无初速自由摆下，已知甲同学质量为40kg,秋千绳长

o

4m,不计绳和踏板的质量，忽略空气阻力,(g取IOm⅛2,sin37=0.6,cos37°=0.8)»

(1)求摆到最低点时，甲同学对踏板压力的大小；

(2)若踏板每次摆回到右侧最高点时，乙同学都会推一下甲同学，推动4次后，摆绳与竖

直方向的夹角最大值53。，求平均每次推动甲同学过程中乙同学所做的功。

'：：：!A

O

2.(2021•山东潍坊・统考一模)一大型游乐场建有一个半球型游泳池，游泳池半径为R,

游泳池内注满水。一潜泳者可在水面下方游动，其头罩上带有一单色光源，游泳池水面

上的最大发光面积为游泳池面积的求：

(1)池内水的折射率；

(2)射出水面的光在水中传播的最长时间。

3.(2021•山东潍坊・统考一模)如图所示，在直角坐标系喷IkL区域内有沿〉轴正方向

的匀强电场；2Z,^∣Jr3L区域内，X轴上方有垂直纸面向里的匀强磁场、X轴下方有垂直

纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小相同。质量为加、电荷量为e的电子，从)，轴上

的A点以某一速度沿X轴正方向射入电场，飞出电场后从M(2乙0)点进磁场区域，

进入磁场时速度大小为V、方向与X轴夹角6=30。。电子在磁场中运动一段时间后从N

(330)飞出。求:

(1)匀强电场场强E的大小；

(2)磁感应强度8的可能值；

(3)电子从A到N经历的时间。

I××X：

i×××i

M[×××∖N

2L↑...：3£X

4.(2021•山东潍坊・统考一模)如图所示，将“一T的型工件放在水平地面上。静置于工

件上的小滑块与挡板相距L=24m,已知滑块的质量，〃=3kg,与工件间的动摩擦因数

μ,=0.20-工件的质量M=5kg,与地面间的动摩擦因数〃2=0.50。现在工件左端施加

F=52N的水平推力，作用时间4=IOs后撤掉，之后滑块与挡板发生弹性碰撞，取

g=IOmZs21,求：

(1)撤掉产时工件的速度大小；

(2)撤掉推力后，滑块经多长时间与挡板相碰；

(3)碰撞后工件与挡板间的最大距离(结果保留两位有效数字)。

5.(2023•山东潍坊•统考一模)某医用氧气瓶容积为40L,瓶内贮有压强为9.6xl0<,Pa的

氧气，可视为理想气体。广泛用于野外急救的氧气袋容积为5L。将氧气瓶内的氧气分

装到氧气袋，充气前袋内为真空，充气后袋内压强为L2xl()6pa0分装过程不漏气，环

境温度不变。

(1)最多可分装多少个氧气袋；

(2)若将医用氧气瓶内的氧气依次分装到原为真空、容积为5L的若干个便携式钢瓶内,

每次分装后，钢瓶内气体压强与氧气瓶内剩余气体压强相等，求分装30次后医用氧气

试卷第2页，共6页

瓶内剩余氧气的压强与分装前氧气瓶内氧气压强之比。

6.(2023∙ιh东潍坊•统考一模)如图所示，倾角。=30。的斜面体静止放在水平地面上，

斜面长L=3m。质量a=Ikg的物体Q放在斜面底端，与斜面间的动摩擦因数〃=乎，

通过轻细绳跨过定滑轮与物体P相连接，连接Q的细绳与斜面平行。绳拉直时用手托

住P使其在距地面∕z=L8m高处由静止释放，着地后P立即停止运动。若P、Q可视为

质点，斜面体始终静止，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，不计滑轮轴摩擦，重力加速度

大小取g=IOmZs"求：

(1)若P的质量M=O∙5kg,地面对斜面体摩擦力的大小/；

(2)为使Q能够向上运动且不从斜面顶端滑出，P的质量M需满足的条件。

7.(2023∙ιl∣东潍坊•统考一模)利用电磁场控制带电粒子的运动路径，在现代科学实验

和技术设备中有着广泛应用。如图所示，一粒子源不断释放质量为〃八带电量为+分

初速度为%的带电粒子，经可调电压U加速后，从。点沿。。方向入射长方体

OMPQ-，闻£0空间区域。已知长方体0M、。。1边的长度均为d,OQ的长度为√5d,

不计粒子的重力及其相互作用。

(1)若加速电压U=O且空间区域加沿。。方向的匀强电场，使粒子经过0点，求此匀

强电场电场强度的大小；

(2)若加速电压变化范围是0≤U≤粤空间区域加沿。。方向的匀强磁场，使所

2q

有粒子由MP边出射，求此匀强磁场的磁感应强度大小；

(3)若加速电压为”瞥，空间区域加(2)问的匀强磁场，粒子到达。点时加方向

2q

D2

沿。。、大小为二件的匀强电场，一段时间后撤去电场，粒子经过打点，求电场存在

3c∣d

的时间。

粒子导

8.（2023•山东潍坊・统考一模）如图所示，质量为，"的工件甲静置在光滑水平面上，其

上表面由光滑水平轨道AB和四分之一光滑圆弧轨道BC组成，两轨道相切于B点，圆

弧轨道半径为R,质量为，"的小滑块乙静置于A点。不可伸长的细线一端固定于。点，

另一端系一质量为M的小球丙，细线竖直且丙静止时。到球心的距离为L现将丙向

右拉开至细线与竖直方向夹角为6并由静止释放，丙在。正下方与甲发生弹性碰撞（两

者不再发生碰撞）；碰后甲向左滑动的过程中，乙从C点离开圆弧轨道。已知重力加速

度大小为g,不计空气阻力。

（1）求丙与甲碰后瞬间各自速度的大小；

（2）求乙落回轨道后，乙对甲压力的最大值；

（3）仅改变BC段的半径，其他条件不变，通过计算分析乙运动过程的最高点与4点

间的高度差如何变化。

9.（2022.山东潍坊.统考一模）如图所示，AOBz）是半圆柱体透明型材的横截面，圆心

在。点，AB为直径,半径为上一细束单色光从真空中AB面上无限接近A处斜射入

该型材.，入射角，=60。，在。点反射后反射光线与AB平行（反射光线图中未画出）。

已知光在真空中的传播速度为c,求：

（1）该型材对该单色光的折射率〃；

（2）该单色光从射入型材到射出型材所用的时间

10.（2022•山东潍坊•统考一模）在2月8日举行的北京2022年冬奥会自由式滑雪女子

试卷第4页，共6页

大跳台的比赛中，18岁的中国选手谷爱凌顶住压力，在关键的第三跳以超高难度动作

锁定金牌，这也是中国女子雪上项目第一个冬奥会冠军。滑雪大跳台的赛道主要由助滑

道、起跳台、着陆坡、停止区组成，如图所示。在某次训练中，运动员经助滑道加速后

自起跳点C以大小为匕=2Om/s、与水平方向成a=37。的速度飞起，完成空中动作后，

落在着陆坡上，后沿半径为R=4()m的圆弧轨道EF自由滑行通过最低点F,进入水平

停止区后调整姿势做匀减速滑行直到静止。已知运动员着陆时的速度方向与竖直方向的

夹角为a=37。，在尸点运动员对地面的压力为重力(含装备)的2倍，运动员在水平

停止区受到的阻力为重力(含装备)的0.5倍，g取10m∕s2,sin370=0.6,∞s37o=0.8,

忽略运动过程中的空气阻力。求：

(1)水平停止区尸G的最小长度乙；

(2)运动员完成空中动作的时间心

IL(2022∙山东潍坊・统考一模)如图为某试验装置的示意图，该装置由三部分组成：其

左边是足够长的光滑水平面，一轻质弹簧左端固定，右端栓接小物块A,A右侧带有锁

定装置，A及锁定装置的总质量W=Ikg,弹簧原长时A处于P点；装置的中间是长度

∕=4m的水平传送带，它与左右两边的台面等高并平滑对接，传送带始终以v=2nVs的速

率逆时针转动；装置的右边是一半径为R=l∙25m的光滑,圆弧轨道，质量M=2kg的

小物块B静置于轨道最低点.现将质量M=2kg的小物块C从圆弧轨道最高点由静止

释放，沿轨道下滑并与B发生弹性碰撞。小物块B滑过传送带与A发生对心碰撞(碰

撞时间极短)，且碰撞瞬间两者锁定，以相同速度一起压缩弹簧；返回到P点时锁定装

置将B释放、并使A停在P点，此后B与A发生多次碰撞，其过程均满足以上所述.已

知物块B与传送带之间的动摩擦因数M=0∙2,⅛=IOmZs2,弹簧始终处于弹性限度内。

求：

(I)B物块被C碰撞后获得的速度大小；

(2)物块B与A发生第一次碰撞后，弹簧具有的最大弹性势能；

(3)物块A、B第〃次碰撞后瞬时速度的大小。

C

12.（2022.山东潍坊•统考一模）某离子实验装置的基本原理如图所示。I区宽度为d,

右边界为y轴，其内充满垂直于Xoy平面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为瓦∏区

左边界为y轴，右边界与X轴垂直交于C点，其内y>o区域内充满与X轴正方向夹角

为。=60。的匀强电场£（大小未知）；y<0区域内充满垂直于χθy平面向里的匀强磁场,

磁感应强度大小为28。In区左边界与∏区右边界重合，其内充满匀强电场，场强与∏

区场强的大小相等，方向相反。款离子（Xe?+）S从离子源小孔S射出，沿X轴正方向

经电压为U的加速电场加速后穿过I区，经A点进入∏区电场区，再经X轴上的P点（未

画出）进入磁场，又经C点进入HI区，后经。点（未画出）进入∏区.已知单个离子

的质量为，小电荷量为2e,刚进入∏区时速度方向与X轴正方向的夹角为。=60。，在

II区域电场中的位移方向与y轴负方向夹角为6=60。。忽略离子间的相互作用，不计

重力。

（1）求敬离子进入加速电场时的速度大小匕;

（2）求∏区域电场强度E的大小；

（3）求∏区宽度加

（4）保持上述条件不变，撤掉HI区中电场，并分为左右两部分，分别填充磁感应强度

大小均为B',方向相反且平行y轴的匀强磁场，债离子仍能经。点进入II区，求磁感

应强度大小8'。

试卷第6页，共6页

参考答案:

1.d)560N;(2)80J

【详解】(1)从A到O,由机械能守恒定律得

mgI(1-cos37o)=ɪmv^

由牛顿第二定律

FLlng=

由牛顿第三定律得对踏板的压力为

FN'=560N

(2)每次推动做功为W,则

4W=mgI(cos37o-cos53o)

得

W=80J

2.(1)"=5(2)f=^^

2c

【详解】(1)设液体折射率为〃，当光源S位于。点正下方的池底时发光面积最大，发光半径

为r

2

2TΓR

πL=-----

2

此时光恰好发生全反射

SinC=L

n

根据几何关系

sinC=r—，——

解得

"=上

S

答案第1页，共14页

(2)发光点在O点正下方池底处以临界角射出时光路最长

S=∖∣R2+r2=Vt

V

解得

3√2∕?

t=-------

2c

3.(1)E=2⅛∑I;(2)B=-(n=l,2,3,•)；(3)妗三比

4eLeL3v

【详解】

(1)电子在电场中做类平抛运动，设初速度为%,电场中运动时间为〃，沿X轴方向

V0=VCOSe

L=%

沿)，轴方向

vv=USine

V.=at.

根据牛顿第二定律

eE—ma

联立解得

y[3mv2

E=---------

4eL

(2)设电子在磁场中运动半径为R,从M点进磁场，从N点出磁场，由几何关系可得

/?，("=1,2,3,)

H

根据牛顿第二定律

V2

evB=m—

R

解得

8=等nnw("=1,2,3,)

(3)电子在谖W2L区域内运动时间

’2=4=

2,VCOS30°

答案第2页，共14页

设电子在磁场中运动时间为小在磁场中运动的圆心角为60°,磁场中电子运动轨迹长度

5=2πR∙ɪ∙M(Π=1,2,3,)

6

%=~

V

电子从A到N经历的时间

(4√3+Λ∙)L

t=t+t+t=--——

l233v

4.(l)15m∕s;(2)f=ls;(3)Δx=1.0m

【详解】(1)滑块与工件一起运动的最大加速度

▼网jg

m

设滑块与工件一起运动的水平推力的最大值为F,根据牛顿第二定律有

Fnι-μ2(m+M)g=(m+M)am

代人数据得E.=56N>52N,故在水平推力产下，滑块与工件一起运动，由

F-μ2{m+M)g=(m+M)a

滑块与工件一起运动的加速度

a=1.5m∕s2

撤掉P时工件和滑块的速度

V-at0=15m∕s

(2)撤掉产后滑块减速的加速度大小为卬，工件减速的加速度大小为对滑块有

/Jlmg=mal

对工件有

μ2(m+M)g-Rng=Ma2

代入数据得

2

al=2m∕s

2

a2=6.8m/s

设经过时间/滑块与工件挡板相碰，滑块与挡板的位移分别为总和X2,有

12

xl=vt--ait

答案第3页，共14页

解得

∕=ls

(3)此时滑块与挡板的速度大小分别为力和V2

vl=v-aλt=13m∕s

v2=v-¾∕=8.2m∕s

碰撞过程满足

,

+Mv2=/WV1+Mv2'

,2,2

—mv：+ɪʌ/vʌ=-mv,+-MV7

2,222122

碰后滑块与工件相对滑动至共速了

Ma3=也(M+m)g+JLlImg

,,,,

v=v1+alt'-v2-a3t

两者相对位移

.=Z小a，

22

代人数据解得

ΔJC=1.0m

5.(1)56；(2)f∣Γ

【详解】(1)选取钢瓶内氧气整体作为研究对象，初状态氧气压强p=9.6xlθ"Pa,设充满

”个氧气袋后，氧气瓶内的氧气压强也为"=1.2χl()6pa时，无法再给氧气袋充气，分装过

程是等温变化，根据玻意耳定律得

叫=P(%+叫)

代入½>=40L,Vl=5L,解得

n=56

(2)根据玻意耳定律，分装一次有

答案第4页，共14页

P⅛=PI(VO+ΔV)

分装二次

PM=P2(%+W)

分装三次

2%=23化+")

依次类推，第〃次分装后

A-1⅛=P,,(⅛+ΔV)

可得

、30

P3。=P

W+AVJ

代入数据解得

30

P^=

C/ɔ

6.(1)吆N;(2)lkg<M≤5kg

2

【详解】(1)设沿斜面向上为正方向，若P的质量M=0∙5kg,由于

mgsinθ=Mg=5N

可知P、Q均处于静止状态，绳上拉力为

F=Mg

以斜面体和Q为整体，根据受力平衡可得，地面对斜面体摩擦力的大小为

f=Fcos30°

联立解得

∕=-N

2

(2)P着地后，设Q继续上滑的加速度大小为4,上滑行距离为元，对Q受力分析，由牛

顿第二运动定律得

Ingsinθ+μtngcosθ=max

解得

答案第5页，共14页

2

al=1Om/s

P着地前瞬间，设Q速度大小为叭对Q分析，由运动学公式可得

V2=2ah

2

O-V=-IaxX

Q恰好不从斜面顶端滑出需满足

x=L-h

联立代入数据解得

20/2

a=­m/s

3

对于P、Q组成的系统，根据牛顿第二定律可得

Mg-mgs∖v∖θ-μtngcosθ=^M+m)a

联立可得

M=5kg

另一方面为了使P能下落，必须满足

Mg>mgsinθ+μmgcosθ

解得

Λ∕>lkg

为使Q能够向上运动且不从斜面顶端滑出，P的质量需满足的条件为

Ikg<M<5kg

7C'2wjv(>/ɔʌ2MJVOndf√256π2-l728

/.Q1√———；()r-;∖J)------------6------------------------------

3qdqd6v096v0

【详解】(1)仅加电场时粒子做类平抛运动，由类平抛规律可得

qE-ma

d=—at2

2

∖βd=vt

解得

Z7_2”片

3qd

(2)粒子经加速电场加速

答案第6页，共14页

quΛmv^Λmvl

由。Q等可得

⅛≤v≤4v0

仅加磁场时粒子做匀速圆周运动，从M点以%出射的粒子对应所加磁场的最大值

d

r.=—

解得

B=2

maxJ

qd

从P点以4%出射的粒子对应所加磁场的最小值

片=(Gd)-+(4々)2

(4v)2

4，7%纥Μ=机J0L

r2

解得

B=⅛

minj

qd

综上，所加匀强磁场的磁感应强度大小为

B=网么

qd

(3)带电粒子在垂直00∣的方向上做匀速圆周运动，结合几何关系知，轨迹所对应的圆心

角为60。，粒子运动时间

12πmπd

∕0=~×-----=

6qB6v0

沿。。I方向，当电场存在时间最短时，粒子由。点开始先匀加速运动再匀速运动

,

Vv=at

2

d=^af+vy(t0-t')

解得

答案第7页，共14页

πdJ√256π2-1728

t-------------:-------

6%96%

------------8M2ιngl(1-cosθ)

8.(I)"二Vj2gL(l-cos9),IMl

师二砌；⑵叫+他上浮；(3)

M+mvM+m

见解析

【详解】（I）丙向下摆动过程中机械能守恒

MgL(I-COS。)二；M£

丙与甲碰撞过程，由动量守恒得

Λ∕v0=Mv+mv

由机械能守恒得

—MvZ=—Mvr2+—/HV2

2022

解得碰后瞬间，丙速度大小

,M-In

V=-j-2-g--L(I-CosO)

M+m

甲速度大小

2M

V=-y--∣---2--g--L--(l-COSe)

M∙irm

（2）乙从C点离开时，因甲、乙水平速度相同，故乙仍从C点落回。当乙回到B点时，乙

对甲压力最大，设此时甲速度大小为％”，乙的速度大小为忆。从丙与甲碰撞结束至乙回到

8点过程中，由动量守恒得

mv=∕nv,l∣1乙］

由机械能守恒得

1

—mv2

2

解得

2M

%二°，^2gL(l-CoSe)

设此时甲对乙的弹力为A,由牛顿第二定律得

凤-mg=吟

A

由牛顿第三定律知乙对甲压力的最大值

答案第8页，共14页

8M%g∕(I-CoSe)

^=mg+

W+/??)”

(3)乙从C点离开时，甲、乙水平速度相同，设甲速度为附2,从丙与甲碰撞结束至乙从C

点离开甲过程，甲、乙水平方向动量守恒

tnv=2mv^2

解得

4

ι⅛2=.^λ∕2gL(l-cos6)

M+m.

若减小段8C的半径，乙一定能从C点离开，设乙从C点离开时乙竖直方向速度大小为v,,

从丙与甲碰撞结束至乙从C点离开甲过程中，由机械能守恒得

ɪ^v2=gmv⅞2+g机吃+mgR

又因为

吃=γ⅛2+Vy

解得

2

2MIgL(l-cos6)-2gR

M+〃/

设从乙离开C至最高点

*=2gh

2M2∆(1-COS61)

H=R+h=

(M+mJ

该高度差与R无关，即高度差不变，若增大Bb段的半径，乙仍能从。点离开，与减小BC

段的半径结论相同。若增大3C段的半径，乙不能从C点离开，则上升至最高点时甲、乙速

度相同，由机械能守恒得

ɪmv2-2×~+mgH

解得

答案第9页，共14页

H_2M2L(1-COS6>)

''(M+w)2

该高度差与R无关，即高度差不变。综上所述，乙运动过程的最高点与A点间的高度差为

定值。

9.(1)√3;(2)

C

【详解】(1)该单色光在圆柱体中传播的光路图如图所示

折射角

r≈90o-Zl

其中

/1=/2=/3,Zl+Z2+Z3=180

得

Zl=Z2=Z3=60

根据光的折射定律有

〃=亚=6

Sinr

(2)由几何关系可知，该单色光恰好从AO面上无限靠近。处射出半圆柱，在半圆柱中传

播的路程

s=3R

设该单色光在半圆柱中的传播速度大小为V,有

SC

t=—,V=—

Vn

解得

3√3∕?

t=------

C

10.(1)4Om；(2)—So

【详解】(1)将运动员与装备看成一个质点，设总质量为加，在尸点时的速度为乙在尸点

时，运动员对地面的压力为重力(含装备)的2倍，则地面对该整体的支持力为

答案第10页，共14页

N=2mg

此时支持力与总重力的合力提供向心力，则有

..V2

N-me=m-

R

解得

V=20m∕s

运动员到达P点后，做匀减速直线运动，设加速度大小为。，根据牛顿第二定律

f0.5mg2

a=—=------=5m∕s

mm

运动员从尸点减速到停下通过的位移为

V2202“八

X=•~-=------m=40m

2a2×5

故水平停止区FG的最小长度L为40m；

(2)对运动员由C点到着陆过程的运动进行正交分解，水平方向做匀速直线运动，竖直方

向做匀减速直线运动，

水平方向速度满足

VΛ.=vccosa

竖直方向速度满足(以竖直向上为正方向)

vy=vcsina-gt

着陆时竖直方向分速度与C点的竖直方向分速度方向相反，由于运动员着陆时的速度方向与

竖直方向的夹角为α,则有

vV.cosa

tanar=-ɪ=——-----------

-vvgt-vcsina

代入数值解得

10

t=­s

3

运动员完成空中动作的时间为号S。

11.(I)5m/s；(2)6J；(3)见解析。

【详解】(1)C下滑过程

-Mv^-O=MgR

B与C碰撞

答案第11页，共14页

MyC=Λ∕vcι+MVB

B物块被C碰撞后获得的速度大小

VB=5Π√S,vcι=O

(2)B与传送带共速，减速位移

-V2=2ax,a=μg

解得

x=5.25>/

故物块B与A发生第一次碰撞前的速度

2

√-vβ,=2μgl

解得

VBI=3m∕s

两物体发生碰撞

=(M+

MVBIm)vAB

弹簧具有的最大弹性势能

EP=g(M+M喘=6J

(3)返回到P点时锁定装置将B释放、并使A停在P点，B滑上传送带速度

v√=%=2m∕s

减速到零所需位移

2

x'=^S-=∖m<l

2〃g

所以B与A第二次碰撞时速度

=2m∕s

VB2

A、B碰撞

(Λ∕

MVB2=+m)vAB2

所以

答案第12页，共14页

M.Mv

%2==”=(后)-%

所以物块A、B第"次碰撞后瞬时速度的大小

,My2

%"=⅛R)%=Fmzs

12∙⑴…特T⑵E=等(3)L7(4)B—B

【详解】(1)在I区，洛伦兹力提供向心力，做圆周运动，线速度为V,得

Cntnv2sinθ

2evB=----------

d

在加速场里，根据动能定理得

Crr1212

2eU=-mv"——mv~

22s

得