河北省張家口市高考物理三年（2021-2023）模擬題（三模）

按題型分類匯編-03解答題

一、解答題

1.（2021屆河北省張家口市高三（下）第三次模擬物理試題）小明自主探究豎式電梯,

查閱銘牌得知轎廂A的質量，川=200kg,配重B質量m2=6OOkg,最大載重wυ=800kg,

最大運行速度v2m∕s,電梯上行過程可簡化如圖?，F電梯滿載由靜止開始以加速度

α=2m∕s2上行，達到最大速度后勻速上行，然后以加速度α=2m∕s2減速上行直到停止，

共升高30米。忽略一切摩擦，g取IOm/S2,電梯滿載時，求：

（1）電梯升高30米所用的時間/；

（2）上行過程中電動機的最大功率P。

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

2.（2021屆河北省張家口市高三（下）第三次模擬物理試題）新能源汽車行業火爆，

我國電動汽車市場蓬勃發展。我國最大的電動汽車初創企業“蔚來”，在最新全球車企市

值排行榜中，市值超奔馳母公司戴姆勒成為全球車企第五。電動汽車的優點是自帶能量

回收系統。汽車正常行駛時，電動機消耗電能牽引汽車前進。當剎車時切斷電源，由于

慣性，給電動機一個動力，使電動機變成發電機，對電容平行的金屬導軌，導軌間距

L=0.2m,電阻不計。導軌通過單刀雙擲開關分別和電源超級電容器組成閉合回路。一

根質量"?=0.5kg、電阻不計的金屬桿滴垂直導軌水平放置，與導軌接觸良好且與導軌

間的動摩擦因數“=0.2。整個裝置處于垂直于導軌平面向外的勻強磁場中，磁感應強度

大小B=2T,已知電源電動勢E=6V,內電阻r=lC,超級電容器的電容C=5F,重力加

速度g=10m∕s20

（1）如果開關接1，求閉合瞬間桿的加速度和桿能達到的最大速度分別是多大？

（2）如果開關接2,同時給桿一恒定水平向右的力F=3.6N,求電容器上電量Q與時間

/的變化關系（電容器初始電量為零）。

3.（2021屆河北省張家口市高三（下）第三次模擬物理試題）2020年1月29日消息，

中國寶武旗下企業24小時不停工生產醫用氧氣，確保每天向武漢各定點醫院供應。假

設一個容積為片的氧氣罐（認為容積不變），內部封閉氣體壓強為1.8Po（PO為1個標準

大氣壓）。

（1）若罐內氣體溫度降為7。C,此時氣體壓強降為?.6po,求氧氣罐內氣體原來的溫度

是多少攝氏度；

（2）若保持罐內氣體原溫度不變，用了一部分氣體后罐內氣體壓強降為po,求氧氣罐

內剩余氣體的質量與原來氣體總質量的比值。

4.（2021屆河北省張家口市高三（下）第三次模擬物理試題）如圖所示，等邊三角形

ABC為某三棱鏡的橫截面。一束單色光沿E尸平行于角平分線CD射向CA,在界面CA

發生折射，折射光線平行于CB且恰好射到。點（不考慮反射光線）。

（1）求該三棱鏡對單色光EF的折射率；

（2）若三棱鏡的橫截面邊長為L,光在真空中傳播的速度為c,求單色光E尸的折射光

線在三棱鏡中傳播多長時間第一次從三棱鏡中射出。

5.（2022屆河北省張家口市高三（下）第三次模擬考試物理試題）娛樂風洞是一種空

中懸浮裝置，在一個特定的空間內人工制造和控制氣流，游人只要穿上特制的可改變受

風面積（游客在垂直風力方向的投影面積）的飛行服跳入飛行區，即可通過改變受風面

積來實現向上、向下運動或懸浮。已知一游客質量為60kg,腹部向下時受風面積最大

為0.7m2,身體直立時受風面積最小為0.2n√,氣流密度為1.2kg/m3,氣流速度為30m∕s,

重力加速度為g=10m∕s,假設氣流吹到人身體上后速度近似變為0。求：

試卷第2頁，共6頁

（1）若游客在風洞內懸浮，則受風面積應調整為多大；

（2）若游客進入風洞先由最大受風面積運動IS后立即改為最小受風面積，求游客距出

發點的最遠距離為多少。（結果均保留2位有效數字）

6.（2022屆河北省張家口市高三（下）第三次模擬考試物理試題）由電子加速器、偏

轉電場和偏轉磁場組成的擴束裝置可以實現對電子擴束。如圖甲所示，大量電子由靜止

開始經過加速電場加速后，連續不斷的沿軸線OO'射入偏轉電場，偏轉電場的極板長為

s,極板間距為d,兩板不帶電時電子通過極板的時間為“ο,當在兩極板加上如圖乙所

示的電壓時（UO為己知），所有電子均能從兩極板間通過然后進入垂直紙面向里的勻強

磁場中，最后電子都垂直磁場的右邊界射出,實現擴束。已知磁場寬度為/,電子的質

量為小電荷量為e,不計重力。求：

（1）加速器加速電壓的大??；

（2）磁感應強度8的大小；

（3）經電子擴束器擴束后電子束的寬度。

W

U0-

θt。

o23t04z0

乙

7.（2022屆河北省張家口市高三（下）第三次模擬考試物理試題）如圖所示為一種用

于測量粉末體積的裝置，不用壓實而測得粉末的真體積。該裝置主要由惰性氣體瓶、壓

力傳感器、基準腔、測試腔、閥門、連通管構成。測試腔的容積為匕，基準腔容積為匕,

測試樣品時，進氣閥關閉，測位閥關閉，樣品裝入測試腔后將測試腔密封，關閉排空閥,

打開測位閥，使基準腔和測試腔連通，等壓力穩定后記錄此時測試腔對應的壓強值Plo

關閉測位閥，打開進氣閥向基準腔充氣，當達到一定壓力后關閉進氣閥，壓力穩定后記

錄此時基準腔的測位閥壓強值P2。打開測位閥，使基準腔和測試腔連通，當壓力穩定

后記錄基準腔和測試腔的壓強值P3。全部操作過程溫度無變化，連通管的容積可忽略,

粉末始終在測試腔中。求被測樣品的真體積匕。

壓力傳感器

8.（2022屆河北省張家口市高三（下）第三次模擬考試物理試題）反光面料能將遠方

直射光線反射回發光處。他的核心組件是折射率比較大的玻璃微球，當一束光線在一定

范圍內以任何角度照射到微球前表面時，由于微球的折射作用而聚光在微球后表面反射

層上，反射層將光線反射回去，就會形成回歸反射。如圖所示，取微球的最大截面圓,

入射光線延長線垂直于某半徑且垂足為其中點，該光線經球面折射、反射、再折射出玻

璃微球后恰好和入射光線反向平行。

9.（2023屆河北省張家口市高三下學期三模物理試題）如圖所示，上端封閉的玻璃管

豎直插入足夠深的水銀槽中，長為L的水銀柱將管內的氣體分隔成上、下兩部分，氣柱

長均為L槽內水銀在玻璃管內外液面相平。現將玻璃管緩慢豎直向下按壓一段距離,

穩定后上部分氣體長度變為初始狀態的一半，已知水銀的密度為p,重力加速度為g,

外界大氣壓強為2陽心該過程中溫度保持不變。求:

試卷第4頁，共6頁

（1）向下按壓玻璃管前，上部分氣體的壓強0；

（2）向下按壓玻璃管后，槽內水銀在玻璃管內外液面的高度差鼠

10.（2023屆河北省張家口市高三下學期三模物理試題）如圖所示，PQ.MN兩擋板豎

直正對放置，兩板長度/均為1m,間距也為1m,兩擋板間有垂直紙面向里、磁感應強

度大小可調節的勻強磁場。擋板的上邊緣P、例處于同一水平線上，在該水平線的上方

區域有方向豎直向上的勻強電場，電場強度大小E=IOV/m；一帶負電粒子自電場中A

點以一定速度水平向右發射，恰好從P點處與水平方向成45。射入磁場，從兩擋板下邊

緣Q、N之間射出磁場，運動過程中粒子未與擋板碰撞。已知：該帶負電的粒子比荷大

小為1.OxlO5Okg,粒子發射位置4到水平線PM的距離∕z=2m,不計粒子的重力。整個

裝置處于真空中且不考慮地磁場的影響。求：

（1）粒子從A點發射的初速度如；

（2）求磁感應強度大小的取值范圍。

P×X×M

×××

QlXX×n

11.（2023屆河北省張家口市高三下學期三模物理試題）伽利略大炮是一種極為簡易的

機械發射裝置，由伽利略于1590年左右發明。現我們共同研究伽利略大炮的實驗，先

將500g的彈性大球單獨自由釋放，落地反彈高度為下落高度的0.64倍?，F在彈性大球

上將彈性小球逐個疊放，并將它們從距地面0.8m高處自由釋放，如圖所示。已知各球

相互接觸且重心在同一豎直線上，每個彈性球的質量為該球下面接觸球質量的一半，各

球之間均發生彈性碰撞，作用時間極短，無論彈性大球上面是否疊放彈性小球及疊放幾

個彈性小球，彈性大球與地面碰撞過程中能量損失均保持不變，重力加速度g?IOmZs2，

忽略空氣阻力。

（1）若將彈性大球單獨從距地面0.8m高處自由釋放，求地面對彈性大球所做的功；

（2）若彈性大球上端只放一個彈性小球，求兩球碰撞過程中彈性大球對彈性小球的沖

量大??；

（3）若要使最上端的彈性小球上升高度不低于45m,求至少需要疊放多少個彈性小球?

試卷第6頁，共6頁

參考答案：

I.(1)16s；(2)14.4kW

【詳解】(1)加速上升時間

a

12

玉=Iml

因為加速段和減速段時間、位移相同，所以

h-2xι=v,J2

t=2t∣+t2

解得

r=16s

(2)對轎廂和載重受力分析，由牛頓第二定律得

T-ntλg-m3g=QnI+m3)a

對配重受力分析，由牛頓第二定律得

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)

【詳解】(1)開關閉合瞬間，根據閉合電路歐姆定律有

I=I

r

桿所受安培力大小為

FA=BlL

根據牛頓第二定律有

FA-μmg=tna

聯立上式，代入數據可得

答案第1頁，共11頁

a=2.8m∕s2

當桿必達到最大速度ι?時，由電磁感應定律可得

Eab=BLVm

感應電流大小為

速度最大時，加速度為零，可得

Bi'L=μmg

聯立上式解得

vm=8.75m∕s

(2)設金屬桿而的速度為％則感應電動勢大小為

E/=BLV

平行板電容器兩極板之間的電勢差為

設此時電容器極板上積累的電荷量為

Q=UC

根據電流定義有

r=絲

?r

此時，設其加速度大小為"，根據牛頓第二定律有

F-μmg-BΓ,L=ma,

即

,B2L2CΔV,

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

?t

根據加速度定義有

，?v

a=——

?r

聯立上式解得

，F-μmg

Cl-??

B'l3C+m

BLC(Ffmg)

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

B2L}C+m

答案第2頁，共11頁

代入數據可得

Q=4r(C)

3.(1)42℃；(2)I

【詳解】(1)氣體的狀態參量

PI=I.8%

%=1.6必

7；=(273+7)K=280K

對氣體由查理定律有

A_￡1

TtT2

T}=315K

氣體原來溫度為

oo

Z1=(315-273)c=42c

(2)假設將放出的氣體先收集起來，并保持壓強與氧氣罐內相同，以全部氣體為研究對象,

由氣體的玻意耳定律有

py=PM

解得

V=1.8?

則剩余氣體與原來氣體的質量比為

〃如匕一5

m返pV9

4.(1)√3:(2)典

2c

【詳解】(1)光路圖如圖所示

答案第3頁，共11頁

E

由幾何知識可知，單色光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)根據幾何知識知

NFDC=30。

∕1/?c?上

sinZ-γFγDλCγ=—<SinC=-=——

2n3

則光線不會在界面48發生全反射，光線第一次從。點射出，由幾何知識，光線傳播距離為

L

X=—

2

光線在三棱鏡中傳播的速度

V=—

n

光線在三棱鏡傳播時間

XnL?∣3L

t=—=—=--

V2c2c

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

【詳解】(1)在Af時間內吹到人體的氣體質量為

△m=pSvΔ∕①

設人對氣流的力的大小為R則對此段氣體由動量定理得

FNt—②

由牛頓第三定律，風給人的力大小

F'=F③

人受力平衡，所以

F=mg?

聯立可得

答案第4頁，共11頁

S≈0.56m2⑤

(2)風速遠大于人速，人在風洞內做勻變速直線運動，當S∣=O.7∏√時，由①②③可得人

受風力

2

F1=pSlv=756N(g)

由牛頓第二定律得

Ft-mg=mal⑦

經過4=Is時

N=gq/；=1.3m⑧

v=αlr1=2.6m/s(9)

當受風面積為S2=O.2n√時加速度向下，由①@③可得

K=PS?/=2∣6N⑩

由牛頓第二定律得

mg-F2=ma2?

得

2

a2=6.4m/S

游客減速過程上升的距離

解得

x2≈0.53m

游客距離出發點的最遠距離為

X=Xl+工2?

解得

X=1.8m

【點睛】以娛樂風洞為載體，考查了動量定理的流體問題以及牛頓運動定律等基本內容，考

查了學生的必備知識以及解決實際問題的能力。

答案第5頁，共11頁

ms2U同

6.(1)；(2)?;(3)

aldm

【詳解】（1）設電子沿軸線方向的速度為匕

2∕0

在加速電場中由動能定理有

eU=-mv↑

2?v

可得

ms2

U=

（2）設電子從偏轉電場中射出時的偏向角為。，由于電子要垂直穿過右邊界，所以電子在

磁場中的運動半徑為

R=^—

Sine

設電子離開偏轉電場時的速度為W,豎直方向的分速度為則電子離開偏轉電場時的偏向

角

dm

在磁場中運動時有

解得

2=①

dl

（3）由于各個時刻從偏轉電場中射出的電子速度大小相等、方向相同，因此電子進入磁場

后做圓周運動的半徑也相同，故擴束后的寬度L與離開偏轉電場時距離軸線的最遠與最近差

值相等，要使電子的側向位移最大，應讓電子從0、2心、然…等時刻進入偏轉電場，在這

種情況下，電子的側向位移為

答案第6頁，共11頁

%=￡針+認

解得

-W?

)maX

2dm

要使電子的側向位移最小，應讓電子從4、3%……等時刻進入偏轉電場，在這種情況下,

電子的側向位移為

I.2。。氣

at

‰i∏=2y^2dm

故

【點睛】本題以電磁控束為知識背景考查了帶電粒子的加速、電場中偏轉、磁場中偏轉的知

識，注重學生的物理思維與綜合分析能力，重點考查應用性。

7.%-4二與

Py-Pi

【詳解】測試腔壓強從Pl到死的過程有部分氣體來自基準腔，設這部分氣體在測試腔中占

據的體積為%,以充氣后基準腔內氣體為研究對象，據玻意耳定律得

。2匕=03化+%)

設被測樣品的真體積為匕，以測試腔第二次打開測位閥前的氣體為研究對象，據玻意耳定

律

RM-K)=P3(%-匕一匕)

由以上兩式得

四(％-匕)+剛=。3(%-匕+幻

解得

答案第7頁，共11頁

【詳解】（1）因為入射光和出射光反相平行，根據對稱性可知微球后表面的反射光線的法線

恰好是入射光線和出射光線的中位線，光路圖如圖所示

（2）設入射角為4,折射角為％,由圖可知

θ?=2θ2

.CI

SIna=—

'2

根據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

【詳解】(1)設下部分氣體壓強為po,對水銀柱分析

PgLS+ptS=p0S

P0=2pgL

解得

PI=PgL

答案第8頁，共11頁

（2）對上部分氣體，根據玻意耳定律

plSL=-p2SL

對水銀柱分析

s

P2+PgLS=PiS

對下半部分氣體分析

P0+Pgh=Pi

聯立可得

h=L

10.（I）2×103m∕s;（2）β<4×102T

【詳解】（1）粒子在電場中做類平拋運動，則有

tan。=工

VO

根據牛頓第二定律有

qE=ma

解得

3

v0=2×10m∕s

（2）粒子在磁場運動的速度大小為

V=近Vo

粒子在磁場中運動的臨界軌跡（從。射出）如圖所示

由幾何關系可知，最小半徑為

*

2

粒子在磁場中做勻速圓周運動，向心力由洛倫茲力提供，即

答案第9頁，共11頁

qvβ=-

解得磁感應強度大小的臨界值為

8=4xlCf2T

所以磁感應強度大小的取值范圍為

B<4×102T

11.(1)IV=-1.44J;(2)∕=24N?S;(3)