湖北省高考物理二轮复习专项练习-05解答题基础通关训练（含解析）

湖北省高考物理二轮复习专项练习-05解答题基础通关训练
一、牛顿运动定律
1．如图甲所示是一种名叫“塘鹅”的海鸟，善于游水、飞翔和捕鱼。其捕鱼时，可以从高空沿竖直方向像一支箭一样扎入水中，如图乙所示。假设塘鹅从高空向下俯冲的过程为自由落体运动，入水后竖直向下做匀减速直线运动。已知塘鹅入水后的加速度大小为4g，入水后下降的最大深度为h，塘鹅质量为m，重力加速度为g，塘鹅可视为质点。求：
(1)塘鹅入水前瞬间速度的大小；
(2)塘鹅从空中开始俯冲到入水前瞬间的过程经历的时间t；
(3)塘鹅入水后，水对它的作用力F的大小。
二、机械能及其守恒定律
2．某校科技组利用图甲所示装置研究过山车运动项目中所遵循的物理规律，图中Q为水平弹射装置，AB为倾角的倾斜轨道，取A点为坐标原点建立平面直角坐标系，水平向左为x轴正方向，竖直向上为y轴正方向。Q可在坐标平面内移动，BC为水平轨道，CDC'为竖直圆轨道，C'E为足够长倾斜轨道，各轨道均平滑连接。已知滑块质量为m，圆轨道半径为R，轨道AB长为R，滑块与斜面间动摩擦因数随滑块与A点距离l的变化关系如图乙所示；BC长为2R，滑块与BC间动摩擦因数，其余各段轨道均光滑。弹射装置弹出的滑块均能无碰撞从A点切入斜面，滑块可视为质点。求：
（1）弹出点的坐标（x，y）应满足的函数关系式；
（2）弹出点的横坐标x为多大时，滑块从A点切入后恰好过最高点D，并通过计算判断返回后能否从A点滑出。
3．如图所示，长为3.5L的不可伸长的轻绳，穿过一长为L的竖直轻质细管，两端拴着质量分别为m、的小球A和小物块B。开始时B先放在细管正下方的水平地面上，A在管子下端，绳处于拉直状态，手握细管，保持细管高度不变．现水平轻轻摇动细管，保持细绳相对于管子不上下滑动的情况下，一段时间后，使A在水平面内做匀速圆周运动，B对地面的压力恰好为零。已知重力加速度为g，，不计一切摩擦阻力。试求：
(1)A做匀速圆周运动时，绳与竖直方向的夹角θ；
(2)摇动细管过程中，手所做的功；
(3)水平轻摇细管，使B上升至管口下处平衡，此时管内一触发装置使绳断开，A做平抛运动的落地点到管口的水平距离为多少？
4．如图所示，水平传送带以5m/s的速度顺时针匀速转动，传送带左右两端的距离为。传送带右端的正上方有一悬点O，用长为、不可伸长的轻绳悬挂一质量为0.2kg的小球，小球与传送带上表面平齐但不接触。在O点右侧的P点固定一钉子，P点与O点等高。将质量为0.1kg的小物块无初速轻放在传送带左端，小物块运动到右端与小球正碰，碰撞时间极短，碰后瞬间小物块的速度大小为、方向水平向左。小球碰后绕O点做圆周运动，当轻绳被钉子挡住后，小球继续绕P点向上运动。已知小物块与传送带间的动摩擦因数为0.5，重力加速度大小。
（1）求小物块与小球碰撞前瞬间，小物块的速度大小；
（2）求小物块与小球碰撞过程中，两者构成的系统损失的总动能；
（3）若小球运动到P点正上方，绳子不松弛，求P点到O点的最小距离。
三、气体、固体和液体
5．如图所示，某次在测量血压时将血压计袖带上的气囊缠绕在上臂上，给气囊充气到压强为时停止充气，此时气囊内气体的温度为27℃。关闭气阀一段时间后气囊内气体温度因人的体温而升高，压强变为。此后保持气囊内气体温度不变，打开气阀缓慢放气测得收缩压为。已知当气囊内的气压达到以上时可认为气囊的体积不再增大。
（1）求血压计内气体比刚打入时升高的温度（保留2位有效数字）；
（2）打开气阀缓慢放气到收缩压过程中，求放走的气体的质量占原来的比例。
四、光的折射
6．如图所示，三角形ABC是三棱镜的横截面，，，三棱镜放在平面镜上，AC边紧贴镜面。在纸面内，一光线入射到镜面O点，入射角为，O点离A点足够近。已知三棱镜的折射率为。
(1)当时，求光线从AB边射入棱镜时折射角的正弦值；
(2)若光线从AB边折射后直接到达BC边，并在BC边刚好发生全反射，求此时的值
五、静电场
7．如图所示，在真空中以竖直向上为y轴正方向建立三维直角坐标系Oxyz，整个空间内存在沿x轴正方向的匀强电场（图中未画出）。一质量为m、电荷量为q的带电微粒在点被静止释放，恰能通过点。不计空气阻力，已知重力加速度为g，求
(1)M、N两点间的电势差是多少；
(2)若该微粒从M点以初速度沿z轴正方向出发，则经时间该微粒的位置坐标是多少；
(3)若电场方向变为竖直向上，并在空间添加一沿z轴正方向的匀强磁场，该微粒从M点以初速度沿x轴正方向出发，仍能运动到N点，则粒子从M点出发经多长时间能经过N点？
六、万有引力与宇宙航行
8．天体观测法是发现潜在黑洞的一种重要方法，我国研究人员通过对双星系统G3425中的红巨星进行天体观测，发现了一个恒星质量级别的低质量黑洞。假设一个双星系统中的两颗恒星a、b绕O点做圆周运动，在双星系统外、与双星系统在同一平面上一点A观测双星的运动，得到a、b的中心到O、A连线的距离x与观测时间的关系图像如图所示，引力常量为G，求：
(1)a、b的线速度之比；
(2)a、b的质量分别为多大？
七、相互作用
9．如图所示，一质量为m=0.2kg的物块静置于矩形的木箱内，物块和箱底之间的动摩擦因数为μ=0.3，一劲度系数为20N/m的轻质弹簧的两端分别与物块右端、木箱右壁连接。初始时，木箱处于静止状态，弹簧长度为L=5cm并与木箱底面平行，弹簧的形变量未知。现在给木箱一加速度a，使物块恰好能相对木箱底面移动起来。若弹簧形变量始终在弹性限度范围内，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度，求
(1)若且方向竖直向下，则弹簧的原长为多少；
(2)若加速度是水平方向，且初始时弹簧的伸长量为2cm，则加速度a有多大？
八、磁场
10．如图所示，两平行虚线MN、PQ间无磁场。MN左侧区域和PQ右侧区域内均有垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小分别为B和2B。一质量为m、电荷量为q的带正电粒子从MN左侧O点以大小为的初速度射出，方向平行于MN向上。已知O点到MN的距离为，粒子能回到O点，并在纸面内做周期性运动。不计重力，求
(1)粒子在MN左侧区域中运动轨迹的半径；
(2)粒子第一次和第二次经过PQ时位置的间距；
(3)粒子的运动周期
九、抛体运动
11．如图为某游戏装置原理示意图。水平桌面上固定一半圆形竖直挡板，其半径为2R、内表面光滑，挡板的两端A、B在桌面边缘，B与半径为R的固定光滑圆弧轨道在同一竖直平面内，过C点的轨道半径与竖直方向的夹角为60°。小物块以某一水平初速度由A点切入挡板内侧，从B点飞出桌面后，在C点沿圆弧切线方向进入轨道内侧，并恰好能到达轨道的最高点D。小物块与桌面之间的动摩擦因数为，重力加速度大小为g，忽略空气阻力，小物块可视为质点。求：
（1）小物块到达D点的速度大小；
（2）B和D两点的高度差；
（3）小物块在A点的初速度大小。
12．如图所示，一圆心为O、半径为R的光滑半圆弧轨道固定在竖直平面内，其下端与光滑水平面在Q点相切。在水平面上，质量为m的小物块A以某一速度向质量也为m的静止小物块B运动。A、B发生正碰后，B到达半圆弧轨道最高点时对轨道压力恰好为零，A沿半圆弧轨道运动到与O点等高的C点时速度为零。已知重力加速度大小为g，忽略空气阻力。
（1）求B从半圆弧轨道飞出后落到水平面的位置到Q点的距离；
（2）当A由C点沿半圆弧轨道下滑到D点时，OD与OQ夹角为θ，求此时A所受力对A做功的功率；
（3）求碰撞过程中A和B损失的总动能。
十、电磁感应
13．如图所示，高度足够的匀强磁场区域下边界水平、左右边界竖直，磁场方向垂直于纸面向里。正方形单匝线框abcd的边长L = 0.2m、回路电阻R = 1.6 × 10 - 3Ω、质量m = 0.2kg。线框平面与磁场方向垂直，线框的ad边与磁场左边界平齐，ab边与磁场下边界的距离也为L。现对线框施加与水平向右方向成θ = 45°角、大小为的恒力F，使其在图示竖直平面内由静止开始运动。从ab边进入磁场开始，在竖直方向线框做匀速运动；dc边进入磁场时，bc边恰好到达磁场右边界。重力加速度大小取g = 10m/s2，求：
（1）ab边进入磁场前，线框在水平方向和竖直方向的加速度大小；
（2）磁场的磁感应强度大小和线框进入磁场的整个过程中回路产生的焦耳热；
（3）磁场区域的水平宽度。
十一、全反射
14．如图所示，用同种透明材料制成的两玻璃砖平放在水平桌面上，其中的横截面是半径为R的半圆形，O点为其圆心；的横截面为长方形，边的长度为，边的长度为，与平行且相距。玻璃砖右侧固定一平行于的光屏，光屏离B、D两，点的距离均为R。整个装置置于真空中，一束激光沿半径方向平行于桌面射向O点，当该光束与边的夹角为时，恰好无光线从面射出。已知光在真空中的传播速度为c，现将夹角调整至，不考虑多次反射，求：
（1）光在玻璃砖下表面的出射点到光屏的距离；
（2）该光束在两玻璃砖内传播的总时间。
试卷第1页，共3页
试卷第1页，共3页
《湖北省高考物理二轮复习专项练习-05解答题基础通关训练》参考答案
1．(1)
(2)
(3)5mg
【详解】（1）设塘鹅入水前瞬间速度大小为，入水后竖直向下做匀减速直线运动，由逆向思维，根据
代入数据解得
（2）鹅从空中开始俯冲到入水前瞬间的过程经历的时间为t，俯冲阶段为自由落体运动，则由速度公式
代入数据解得
（3）塘鹅入水后，由牛顿第二定律有
解得
2．（1）；（2），能
【详解】（1）由平抛运动可知
解得
（2）恰好通过最高点D，满足
由于动摩擦因数与x成线性关系，AB过程摩擦力做功可用平均力做功。从Q到圆轨道最高点，由动能定理得
又
联立解得
从D点返回到A点，根据动能定理：
解得
说明物体能从A点离开。
3．(1)37°
(2)
(3)
【详解】（1）B处于平衡状态，B对地面的压力恰好为零时有
对A受力分析，竖直方向受力平衡，则有
可得
解得
（2）对A，水平方向，根据牛顿第二定律有
动能为
联立解得
根据动能定理有
解得
（3）因为绳子拉力恒为，故拉住A的绳与竖直线的夹角恒为，此时小球A距离上管口为
根据牛顿第二定律有
而
解得
绳断开后，A做平抛运动，则
而，
落地点到管口的水平距离为
4．（1）；（2）；（3）
【详解】（1）根据题意，小物块在传送带上，由牛顿第二定律有
解得
由运动学公式可得，小物块与传送带共速时运动的距离为
可知，小物块运动到传送带右端前与传送带共速，即小物块与小球碰撞前瞬间，小物块的速度大小等于传送带的速度大小。
（2）小物块运动到右端与小球正碰，碰撞时间极短，小物块与小球组成的系统动量守恒，以向右为正方向，由动量守恒定律有
其中
，
解得
小物块与小球碰撞过程中，两者构成的系统损失的总动能为
解得
（3）若小球运动到P点正上方，绳子恰好不松弛，设此时P点到O点的距离为，小球在P点正上方的速度为，在P点正上方，由牛顿第二定律有
小球从点正下方到P点正上方过程中，由机械能守恒定律有
联立解得
即P点到O点的最小距离为。
5．（1）9.7K；（2）25%
【详解】气体初状态有，，末状态有，发生等容变化，根据查理定律
可得
血压计内气体比刚打入时升高的温度
解得
（2）取打开气阀放气前的气体为研究对象，其初状态的体积为，若其压强变为时的体积为，由等温变化规律
放走的气体与原有气体的质量之比为
联立解得
6．(1)
(2)
【详解】（1）作出光路图，如图所示
由几何关系可知
所以在边的入射角为
由光的折射定律
解得光线从边射入棱镜时折射角的正弦值为
（2）根据
可得
则AB边的折射角为
根据折射定律可知AB边的入射角满足
解得
根据几何关系可知恰好发生全反射时的入射角为
7．(1)
(2)
(3)
【详解】（1）带电微粒从M到N点做匀速直线运动 由M、N两点的位置关系得
匀强电场中
联立解得
（2）经时间t，沿x轴方向，有
沿y轴方向
沿z轴方向
则坐标为
（3）电场力和重力平衡，故微粒在磁场中做匀速圆周运动，半径
周期
所以能经过N点的时间为
8．(1)4:3
(2)
【详解】（1）由图像可知， 图示中a、b的中心和O点间距离从零到最远所用时间为四分之一个周期， 可知该双星系统的周期为， a与轨迹中心间的距离为， b与轨迹中心间的距离为，可得
由线速度
可知a、b的线速度之比为
（2）由题意可知
联立解得
对b由万有引力提供向心力可知
解得
9．(1)7.7cm或2.3cm
(2)见解析
【详解】（1）对物块，竖直方向上
水平方向上
联立解得
所以弹簧原长为
或者
（2）对物块，竖直方向上
水平方向上，若摩擦力向右
联立解得
水平向右；
若摩擦力向左
联立解得
水平向左。
10．(1)
(2)
(3)
【详解】（1）粒子在左侧磁场中运动，根据洛伦兹力提供向心力有
可得
（2）粒子在左侧磁场运动，设从MN射出时速度方向与MN的夹角为θ，由于O到的距离，结合，根据几何关系可知；
粒子在MN和PQ之间做匀速直线运动，所以粒子从PQ进入右侧磁场时与PQ的夹角；粒子在右侧磁场做匀速圆周运动有
解得
根据几何关系可知粒子第一次和第二次经过PQ时位置的间距
（3）由图可知粒子在左边磁场运动的时间
粒子在右边磁场运动的时间
根据对称性可知粒子在MN左侧进出磁场的距离
所以粒子从MN到PQ过程中运动的距离为
粒子在MN和PQ之间运动的时间
综上可知粒子完成完整运动回到O点的周期为
11．（1）；（2）0；（3）
【详解】（1）由题知，小物块恰好能到达轨道的最高点D，则在D点有
解得

（2）由题知，小物块从C点沿圆弧切线方向进入轨道内侧，则在C点有
小物块从C到D的过程中，根据动能定理有
则小物块从B到D的过程中，根据动能定理有
联立解得
，HBD = 0
（3）小物块从A到B的过程中，根据动能定理有
S = π 2R
解得
12．（1）2R ；（2）；（3）
【详解】解：（1）设 B到半圆弧轨道最高点时速度为，由于B对轨道最高点的压力为零，则由牛顿第二定律得
B离开最高点后做平抛运动，则在竖直方向上有
在水平方向上有
联立解得
x=2R
（2）对A由C到D的过程，由机械能守恒定律得
由于对A做功的力只有重力，则A所受力对A做功的功率为
解得
（3）设A、B碰后瞬间的速度分别为v1，v2，对B由Q到最高点的过程，由机械能守恒定律得
解得
对A由Q到C的过程，由机械能守恒定律得
解得
设碰前瞬间A的速度为v0，对A、B碰撞的过程，由动量守恒定律得
解得
碰撞过程中A和B损失的总动能为
解得
13．（1）ax = 20m/s2，ay = 10m/s2；（2）B = 0.2T，Q = 0.4J；（3）X = 1.1m
【详解】（1）ab边进入磁场前，对线框进行受力分析，在水平方向有
max = Fcosθ
代入数据有
ax = 20m/s2
在竖直方向有
may = Fsinθ - mg
代入数据有
（2）ab边进入磁场开始，ab边在竖直方向切割磁感线；ad边和bc边的上部分也开始进入磁场，且在水平方向切割磁感线。但ad和bc边的上部分产生的感应电动势相互抵消，则整个回路的电源为ab，根据右手定则可知回路的电流为adcba，则ab边进入磁场开始，ab边受到的安培力竖直向下，ad边的上部分受到的安培力水平向右，bc边的上部分受到的安培力水平向左，则ad边和bc边的上部分受到的安培力相互抵消，故线框abcd受到的安培力的合力为ab边受到的竖直向下的安培力。由题知，线框从ab边进入磁场开始，在竖直方向线框做匀速运动，有
Fsinθ - mg - BIL = 0
联立有
B = 0.2T
由题知，从ab边进入磁场开始，在竖直方向线框做匀速运动；dc边进入磁场时，bc边恰好到达磁场右边界。则线框进入磁场的整个过程中，线框受到的安培力为恒力，则有
Q = W安 = BILy
y = L
Fsinθ - mg = BIL
联立解得
Q = 0.4J
（3）线框从开始运动到进入磁场的整个过程中所用的时间为
联立解得
t = 0.3s
由（2）分析可知线框在水平方向一直做匀加速直线运动，则在水平方向有
则磁场区域的水平宽度
X = x + L = 1.1m
14．（1）；（2）
【详解】（1）由于光束与边的夹角为时，恰好无光线从面射出，则有
当夹角调整至，作出光路图，如图所示
根据
解得
则根据几何关系，玻璃砖下表面的出射点到光屏的距离为
解得
（2）根据折射率与波速的关系有
光在半圆形玻璃砖中
光在长方形玻璃砖中
解得
答案第1页，共2页
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