河北省张家口市高考物理三年（2021-2023）模拟题（三模）题型汇编-03解答题

河北省张家口市高考物理三年（2021-2023）模拟题（三模）

按题型分类汇编-03解答题

一、解答题

1.（2021届河北省张家口市高三（下）第三次模拟物理试题）小明自主探究竖式电梯,

查阅铭牌得知轿厢A的质量，川=200kg,配重B质量m2=6OOkg,最大载重wυ=800kg,

最大运行速度v2m∕s,电梯上行过程可简化如图。现电梯满载由静止开始以加速度

α=2m∕s2上行，达到最大速度后匀速上行，然后以加速度α=2m∕s2减速上行直到停止，

共升高30米。忽略一切摩擦，g取IOm/S2,电梯满载时，求：

（1）电梯升高30米所用的时间/；

（2）上行过程中电动机的最大功率P。

////4//////////

2.（2021届河北省张家口市高三（下）第三次模拟物理试题）新能源汽车行业火爆，

我国电动汽车市场蓬勃发展。我国最大的电动汽车初创企业“蔚来”，在最新全球车企市

值排行榜中，市值超奔驰母公司戴姆勒成为全球车企第五。电动汽车的优点是自带能量

回收系统。汽车正常行驶时，电动机消耗电能牵引汽车前进。当刹车时切断电源，由于

惯性，给电动机一个动力，使电动机变成发电机，对电容平行的金属导轨，导轨间距

L=0.2m,电阻不计。导轨通过单刀双掷开关分别和电源超级电容器组成闭合回路。一

根质量"?=0.5kg、电阻不计的金属杆滴垂直导轨水平放置，与导轨接触良好且与导轨

间的动摩擦因数“=0.2。整个装置处于垂直于导轨平面向外的匀强磁场中，磁感应强度

大小B=2T,已知电源电动势E=6V,内电阻r=lC,超级电容器的电容C=5F,重力加

速度g=10m∕s20

（1）如果开关接1，求闭合瞬间杆的加速度和杆能达到的最大速度分别是多大？

（2）如果开关接2,同时给杆一恒定水平向右的力F=3.6N,求电容器上电量Q与时间

/的变化关系（电容器初始电量为零）。

3.（2021届河北省张家口市高三（下）第三次模拟物理试题）2020年1月29日消息，

中国宝武旗下企业24小时不停工生产医用氧气，确保每天向武汉各定点医院供应。假

设一个容积为片的氧气罐（认为容积不变），内部封闭气体压强为1.8Po（PO为1个标准

大气压）。

（1）若罐内气体温度降为7。C,此时气体压强降为∖.6po,求氧气罐内气体原来的温度

是多少摄氏度；

（2）若保持罐内气体原温度不变，用了一部分气体后罐内气体压强降为po,求氧气罐

内剩余气体的质量与原来气体总质量的比值。

4.（2021届河北省张家口市高三（下）第三次模拟物理试题）如图所示，等边三角形

ABC为某三棱镜的横截面。一束单色光沿E尸平行于角平分线CD射向CA,在界面CA

发生折射，折射光线平行于CB且恰好射到。点（不考虑反射光线）。

（1）求该三棱镜对单色光EF的折射率；

（2）若三棱镜的横截面边长为L,光在真空中传播的速度为c,求单色光E尸的折射光

线在三棱镜中传播多长时间第一次从三棱镜中射出。

5.（2022届河北省张家口市高三（下）第三次模拟考试物理试题）娱乐风洞是一种空

中悬浮装置，在一个特定的空间内人工制造和控制气流，游人只要穿上特制的可改变受

风面积（游客在垂直风力方向的投影面积）的飞行服跳入飞行区，即可通过改变受风面

积来实现向上、向下运动或悬浮。已知一游客质量为60kg,腹部向下时受风面积最大

为0.7m2,身体直立时受风面积最小为0.2n√,气流密度为1.2kg/m3,气流速度为30m∕s,

重力加速度为g=10m∕s,假设气流吹到人身体上后速度近似变为0。求：

试卷第2页，共6页

（1）若游客在风洞内悬浮，则受风面积应调整为多大；

（2）若游客进入风洞先由最大受风面积运动IS后立即改为最小受风面积，求游客距出

发点的最远距离为多少。（结果均保留2位有效数字）

6.（2022届河北省张家口市高三（下）第三次模拟考试物理试题）由电子加速器、偏

转电场和偏转磁场组成的扩束装置可以实现对电子扩束。如图甲所示，大量电子由静止

开始经过加速电场加速后，连续不断的沿轴线OO'射入偏转电场，偏转电场的极板长为

s,极板间距为d,两板不带电时电子通过极板的时间为“ο,当在两极板加上如图乙所

示的电压时（UO为己知），所有电子均能从两极板间通过然后进入垂直纸面向里的匀强

磁场中，最后电子都垂直磁场的右边界射出,实现扩束。已知磁场宽度为/,电子的质

量为小电荷量为e,不计重力。求：

（1）加速器加速电压的大小；

（2）磁感应强度8的大小；

（3）经电子扩束器扩束后电子束的宽度。

W

U0-

θt。

o23t04z0

乙

7.（2022届河北省张家口市高三（下）第三次模拟考试物理试题）如图所示为一种用

于测量粉末体积的装置，不用压实而测得粉末的真体积。该装置主要由惰性气体瓶、压

力传感器、基准腔、测试腔、阀门、连通管构成。测试腔的容积为匕，基准腔容积为匕,

测试样品时，进气阀关闭，测位阀关闭，样品装入测试腔后将测试腔密封，关闭排空阀,

打开测位阀，使基准腔和测试腔连通，等压力稳定后记录此时测试腔对应的压强值Plo

关闭测位阀，打开进气阀向基准腔充气，当达到一定压力后关闭进气阀，压力稳定后记

录此时基准腔的测位阀压强值P2。打开测位阀，使基准腔和测试腔连通，当压力稳定

后记录基准腔和测试腔的压强值P3。全部操作过程温度无变化，连通管的容积可忽略,

粉末始终在测试腔中。求被测样品的真体积匕。

压力传感器

8.（2022届河北省张家口市高三（下）第三次模拟考试物理试题）反光面料能将远方

直射光线反射回发光处。他的核心组件是折射率比较大的玻璃微球，当一束光线在一定

范围内以任何角度照射到微球前表面时，由于微球的折射作用而聚光在微球后表面反射

层上，反射层将光线反射回去，就会形成回归反射。如图所示，取微球的最大截面圆,

入射光线延长线垂直于某半径且垂足为其中点，该光线经球面折射、反射、再折射出玻

璃微球后恰好和入射光线反向平行。

9.（2023届河北省张家口市高三下学期三模物理试题）如图所示，上端封闭的玻璃管

竖直插入足够深的水银槽中，长为L的水银柱将管内的气体分隔成上、下两部分，气柱

长均为L槽内水银在玻璃管内外液面相平。现将玻璃管缓慢竖直向下按压一段距离,

稳定后上部分气体长度变为初始状态的一半，已知水银的密度为p,重力加速度为g,

外界大气压强为2阳心该过程中温度保持不变。求:

试卷第4页，共6页

（1）向下按压玻璃管前，上部分气体的压强0；

（2）向下按压玻璃管后，槽内水银在玻璃管内外液面的高度差鼠

10.（2023届河北省张家口市高三下学期三模物理试题）如图所示，PQ.MN两挡板竖

直正对放置，两板长度/均为1m,间距也为1m,两挡板间有垂直纸面向里、磁感应强

度大小可调节的匀强磁场。挡板的上边缘P、例处于同一水平线上，在该水平线的上方

区域有方向竖直向上的匀强电场，电场强度大小E=IOV/m；一带负电粒子自电场中A

点以一定速度水平向右发射，恰好从P点处与水平方向成45。射入磁场，从两挡板下边

缘Q、N之间射出磁场，运动过程中粒子未与挡板碰撞。已知：该带负电的粒子比荷大

小为1.OxlO5Okg,粒子发射位置4到水平线PM的距离∕z=2m,不计粒子的重力。整个

装置处于真空中且不考虑地磁场的影响。求：

（1）粒子从A点发射的初速度如；

（2）求磁感应强度大小的取值范围。

P×X×M

×××

QlXX×n

11.（2023届河北省张家口市高三下学期三模物理试题）伽利略大炮是一种极为简易的

机械发射装置，由伽利略于1590年左右发明。现我们共同研究伽利略大炮的实验，先

将500g的弹性大球单独自由释放，落地反弹高度为下落高度的0.64倍。现在弹性大球

上将弹性小球逐个叠放，并将它们从距地面0.8m高处自由释放，如图所示。已知各球

相互接触且重心在同一竖直线上，每个弹性球的质量为该球下面接触球质量的一半，各

球之间均发生弹性碰撞，作用时间极短，无论弹性大球上面是否叠放弹性小球及叠放几

个弹性小球，弹性大球与地面碰撞过程中能量损失均保持不变，重力加速度g¾IOmZs2，

忽略空气阻力。

（1）若将弹性大球单独从距地面0.8m高处自由释放，求地面对弹性大球所做的功；

（2）若弹性大球上端只放一个弹性小球，求两球碰撞过程中弹性大球对弹性小球的冲

量大小；

（3）若要使最上端的弹性小球上升高度不低于45m,求至少需要叠放多少个弹性小球?

试卷第6页，共6页

参考答案：

I.(1)16s；(2)14.4kW

【详解】(1)加速上升时间

a

12

玉=Iml

因为加速段和减速段时间、位移相同，所以

h-2xι=v,J2

t=2t∣+t2

解得

r=16s

(2)对轿厢和载重受力分析，由牛顿第二定律得

T-ntλg-m3g=QnI+m3)a

对配重受力分析，由牛顿第二定律得

F+m2g-T=m2a

解得

F=7200N

由功率

P=Fvlll

可得

P=l4.4kW

2.(1)2.8m∕s2,8.75π√s;(2)Q=4f(C)

【详解】(1)开关闭合瞬间，根据闭合电路欧姆定律有

I=I

r

杆所受安培力大小为

FA=BlL

根据牛顿第二定律有

FA-μmg=tna

联立上式，代入数据可得

答案第1页，共11页

a=2.8m∕s2

当杆必达到最大速度ι⅛时，由电磁感应定律可得

Eab=BLVm

感应电流大小为

速度最大时，加速度为零，可得

Bi'L=μmg

联立上式解得

vm=8.75m∕s

(2)设金属杆而的速度为％则感应电动势大小为

E/=BLV

平行板电容器两极板之间的电势差为

设此时电容器极板上积累的电荷量为

Q=UC

根据电流定义有

r=丝

∆r

此时，设其加速度大小为"，根据牛顿第二定律有

F-μmg-BΓ,L=ma,

即

,B2L2CΔV,

FC-UtnQ---------=ma

∖t

根据加速度定义有

，∆v

a=——

∆r

联立上式解得

，F-μmg

Cl-ɔɔ

B'l3C+m

BLC(Ffmg)

O=-----------1

B2L}C+m

答案第2页，共11页

代入数据可得

Q=4r(C)

3.(1)42℃；(2)I

【详解】(1)气体的状态参量

PI=I.8%

%=1.6必

7；=(273+7)K=280K

对气体由查理定律有

A_£1

TtT2

T}=315K

气体原来温度为

oo

Z1=(315-273)c=42c

(2)假设将放出的气体先收集起来，并保持压强与氧气罐内相同，以全部气体为研究对象,

由气体的玻意耳定律有

py=PM

解得

V=1.8⅛

则剩余气体与原来气体的质量比为

〃如匕一5

m返pV9

4.(1)√3:(2)典

2c

【详解】(1)光路图如图所示

答案第3页，共11页

E

由几何知识可知，单色光EF在界面CA的入射角∕=60o,折射角r=30o

由折射定律得

sin/sin60°后

n=-----=---------=√3

sinrsin30°

(2)根据几何知识知

NFDC=30。

∕1/∙cɪ上

sinZ-γFγDλCγ=—<SinC=-=——

2n3

则光线不会在界面48发生全反射，光线第一次从。点射出，由几何知识，光线传播距离为

L

X=—

2

光线在三棱镜中传播的速度

V=—

n

光线在三棱镜传播时间

XnL∖∣3L

t=—=—=--

V2c2c

5.(1)0.56m2;(2)1.8m

【详解】(1)在Af时间内吹到人体的气体质量为

△m=pSvΔ∕①

设人对气流的力的大小为R则对此段气体由动量定理得

FNt—②

由牛顿第三定律，风给人的力大小

F'=F③

人受力平衡，所以

F=mg®

联立可得

答案第4页，共11页

S≈0.56m2⑤

(2)风速远大于人速，人在风洞内做匀变速直线运动，当S∣=O.7∏√时，由①②③可得人

受风力

2

F1=pSlv=756N(g)

由牛顿第二定律得

Ft-mg=mal⑦

经过4=Is时

N=gq/；=1.3m⑧

v=αlr1=2.6m/s(9)

当受风面积为S2=O.2n√时加速度向下，由①@③可得

K=PS?/=2∣6N⑩

由牛顿第二定律得

mg-F2=ma2⑪

得

2

a2=6.4m/S

游客减速过程上升的距离

解得

x2≈0.53m

游客距离出发点的最远距离为

X=Xl+工2⑬

解得

X=1.8m

【点睛】以娱乐风洞为载体，考查了动量定理的流体问题以及牛顿运动定律等基本内容，考

查了学生的必备知识以及解决实际问题的能力。

答案第5页，共11页

ms2U同

6.(1)；(2)⅛;(3)

aldm

【详解】（1）设电子沿轴线方向的速度为匕

2∕0

在加速电场中由动能定理有

eU=-mv↑

2∙v

可得

ms2

U=

（2）设电子从偏转电场中射出时的偏向角为。，由于电子要垂直穿过右边界，所以电子在

磁场中的运动半径为

R=^—

Sine

设电子离开偏转电场时的速度为W,竖直方向的分速度为则电子离开偏转电场时的偏向

角

dm

在磁场中运动时有

解得

2=①

dl

（3）由于各个时刻从偏转电场中射出的电子速度大小相等、方向相同，因此电子进入磁场

后做圆周运动的半径也相同，故扩束后的宽度L与离开偏转电场时距离轴线的最远与最近差

值相等，要使电子的侧向位移最大，应让电子从0、2心、然…等时刻进入偏转电场，在这

种情况下，电子的侧向位移为

答案第6页，共11页

%=£针+认

解得

-W⅛

)maX

2dm

要使电子的侧向位移最小，应让电子从4、3%……等时刻进入偏转电场，在这种情况下,

电子的侧向位移为

I.2。。气

at

‰i∏=2y^2dm

故

【点睛】本题以电磁控束为知识背景考查了带电粒子的加速、电场中偏转、磁场中偏转的知

识，注重学生的物理思维与综合分析能力，重点考查应用性。

7.%-4二与

Py-Pi

【详解】测试腔压强从Pl到死的过程有部分气体来自基准腔，设这部分气体在测试腔中占

据的体积为%,以充气后基准腔内气体为研究对象，据玻意耳定律得

。2匕=03化+%)

设被测样品的真体积为匕，以测试腔第二次打开测位阀前的气体为研究对象，据玻意耳定

律

RM-K)=P3(%-匕一匕)

由以上两式得

四(％-匕)+刚=。3(%-匕+幻

解得

答案第7页，共11页

【详解】（1）因为入射光和出射光反相平行，根据对称性可知微球后表面的反射光线的法线

恰好是入射光线和出射光线的中位线，光路图如图所示

（2）设入射角为4,折射角为％,由图可知

θ∖=2θ2

.CI

SIna=—

'2

根据折射定律可得微球折射率

sin4

n=----l

sinθ2

解得

n=2cos15o=J2+逐=遮

9.(1)pgL；(2)L

【详解】(1)设下部分气体压强为po,对水银柱分析

PgLS+ptS=p0S

P0=2pgL

解得

PI=PgL

答案第8页，共11页

（2）对上部分气体，根据玻意耳定律

plSL=-p2SL

对水银柱分析

s

P2+PgLS=PiS

对下半部分气体分析

P0+Pgh=Pi

联立可得

h=L

10.（I）2×103m∕s;（2）β<4×102T

【详解】（1）粒子在电场中做类平抛运动，则有

tan。=工

VO

根据牛顿第二定律有

qE=ma

解得

3

v0=2×10m∕s

（2）粒子在磁场运动的速度大小为

V=近Vo

粒子在磁场中运动的临界轨迹（从。射出）如图所示

由几何关系可知，最小半径为

*

2

粒子在磁场中做匀速圆周运动，向心力由洛伦兹力提供，即

答案第9页，共11页

qvβ=-

解得磁感应强度大小的临界值为

8=4xlCf2T

所以磁感应强度大小的取值范围为

B<4×102T

11.(1)IV=-1.44J;(2)∕=24N∙S;(3)