黑龙江省七台河市勃利县高级中学2021-2022学年高二（上）期中物理试题

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（时间：90分钟；满分：100分）
一、选择题：（总分48分。其中1-7题为单选题，每题4分；8-12题为多选题，每题4分，全部选对得4分，选不全得2分，有错选和不选的得0分。）
1. 下列说法正确的是（ ）
A. 自然界存在有三种电荷：正电荷、负电荷和元电荷
B. 摩擦起电是因为产生电荷，感应起电是因为电荷的转移
C. 法拉第首先提出了用电场线描绘电场这种形象化的研究方法
D. 库仑利用扭秤装置研究电荷间相互作用力的大小跟电荷量和距离的关系时，采用了理想实验法
【答案】C
【解析】
【详解】A．自然界存在有两种电荷：正电荷、负电荷，故A错误；
B．摩擦起电是因为电荷的转移，故B错误；
C．法拉第首先提出了用电场线描绘电场这种形象化的研究方法，故C正确；
D．库仑利用扭秤装置研究电荷间相互作用力的大小跟电荷量和距离的关系时，采用了控制变量法，故D错误。
故选C。
2. 国际单位制中，不是电场强度的单位是（ ）
A. N/CB. V/m
C. J/CD.
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】A．根据电场强度的定义式
可知，力的单位是N，电荷的单位是C，所以N/C是电场强度的单位，故A正确；
B．根据电场强度的公式
可知，电势差的单位为V，距离的单位为m，所以V/m是电场强度的单位，故B正确；
C．根据电势差的公式
可知，功的单位为J，电量的单位为C，所以J/C是电势差的单位，不是电场强度的单位，故C错误；
D．根据电场强度的定义式
可知，力的单位是，电荷的单位是C，所以是电场强度的单位，故D正确；
由于本题选错误的，故选C。
3. 如图所示，将两不带电的绝缘导体AB、CD放在带负电的导体Q的附近，达到静电平衡状态后，下列说法正确的是( )
A. 用导线连接A、B两端，连通瞬间有电流通过导线，方向由A到B
B. 用导线连接A、C两端，连通瞬间没有电流通过导线
C. 用导线连接A、D两端，连通瞬间有电流通过导线，方向由A到D
D. 用导线连接B、C两端，连通瞬间有电流通过导线，方向由C到B
【答案】D
【解析】
【分析】根据静电感应可以判断金属导体的感应的电荷的情况，从而可以判断导体带电的情况．
【详解】根据静电感应规律可以判断枕形导体A端带正电荷，B端带负电荷．处于静电平衡的导体是等势体，用导线连接A、B两端，连通瞬间没有电流通过导线，故A错误；根据沿着电场线的方向，电势降低可知，导体AB的电势低于CD的电势，当用导线连接A、C两端，连通瞬间有电子从AB流向CD，有电流通过导线，故B错误；处于静电平衡的导体整个导体是等势体，AB的电势低于CD的电势，当用导线连接A、D两端时，电子从A流向D，导线中电流方向由D到A；当用导线连接B、C两端时，导线中电子从B流向C，连通瞬间有电流通过导线，方向由C到B，故C错误，D正确；故选D．
【点睛】感应带电，这是使物体带电的一种方法，根据异种电荷互相吸引的原理可知，靠近的一端会带异种电荷．同时处于静电平衡的导体，电荷只分布在外表面，自身是等势体，内部电场强度为零．
4. 一平行板电容器充电后与电源断开，负极板接地．两板间有一个正电荷固定在P点，如图所示，以E表示两板间的场强，U表示电容器两板间的电压，Φ表示正电荷在P点的电势，EP表示正电荷在P点的电势能，若保持负极板不动，将正极板向下移到图示的虚线位置，则
A. E变大B. EP不变C. Φ变大D. U不变
【答案】B
【解析】
【详解】电容器充电后与电源断开，所以电容器的所带电荷量Q是一个定值，根据公式，公式,公式,可得,与极板间的距离无关，所以极板间的电场强度不变，正极板下移过程中，正电荷仍旧静止，所以电场力不做功，电势能不变，下移过程中d减小，所以C增大，又因为Q不变，所以U减小，负极板接地，所以电势为零，P点到负极板的电势差为，为P到负极板的距离，保持不变，所以电势不变，EP不变，故B正确．
5. 如图所示，R1为定值电阻，R2为可变电阻，E为电源电动势，r为电源内电阻，以下说法中正确的是（ ）
A. 当R2=R1＋r时，R2获得最大功率
B. 当R1=R2＋r时，R1获得最大功率
C. 当R2=0时，R1获得最大功率
D. 当R2=0时，电源的输出功率最大
【答案】AC
【解析】
【详解】A．在讨论R2的电功率时，可将R1视为电源内阻的一部分，即将原电路等效为外电阻R2与电动势为E、内阻为R1＋r的电源（等效电源）连成的闭合电路，如图所示
R2的电功率是等效电源的输出功率，显然当R2＝R1＋r时，R2获得的电功率最大，A正确；
BC．讨论R1的电功率时，由于R1为定值，根据
P＝I2R
可知电路中电流越大，R1上的电功率就越大，即
P1＝I2R1
所以，当R2＝0时，R1获得的电功率最大，故B错误，C正确；
D．讨论电源的输出功率时，R1＋R2为外电阻，内电阻r恒定，由于题目没有给出R1和r的具体数值，所以当R2＝0时，电源的输出功率不一定最大，故D错误；
故选AC
6. 如图所示，一个内壁光滑的绝缘细直管竖直放置。在管子的底部固定一电荷量为（0）的点电荷。在距离底部点电荷为的管口A处，有一电荷量为（0）、质量为的点电荷由静止释放，在距离底部点电荷为的处速度恰好为零。现让一个电荷量为、质量为的点电荷仍在A处由静止释放，已知静电力常量为，重力加速度为，则该点电荷（ ）
A. 运动到处的速度为零
B. 运动到处的速度大小为
C. 在下落过程中加速度逐渐减小
D. 速度最大处与底部点电荷距离为
【答案】B
【解析】
【详解】AB．设第一个点电荷从A到B的运动过程中克服电场力做功为W，根据动能定理有

设第二个点电荷运动到处的速度为v，由于两个点电荷电荷量相同，所以从A到B的运动过程中克服电场力做功相同，根据动能定理有

联立以上两式解得
故A错误，B正确；
CD．在下落过程中点电荷所受库仑力逐渐增大，加速度先逐渐减小，当库仑力增大到与重力大小相等时，加速度减小至零，此时点电荷的速度最大，根据平衡条件可得
解得此时点电荷与底部电荷之间的距离为
之后随着点电荷继续下落，其加速度将反向增大，故CD错误。
故选B。
7. 如图所示，A、B、C、D、E、F为匀强电场中一个边长为1m的正六边形的六个顶点，A、B、C三点电势分别为10V、20V、30V，则下列说法正确的是（ ）
A. B、E不在同一等势面上
B. 匀强电场的场强大小为10V/m
C. 正点电荷从E点移到F点，则电场力做负功
D. 电子从F点移到D点，电荷的电势能减少20eV
【答案】D
【解析】
【详解】A．连接AC，AC中点电势20V，与B电势相等，则B、E连线必为一条等势线，A错误；
B．B、A间的电势差为
又
所以场强
B错误；
C．E的电势为20V，F点与A点的电势相等为10V，则正电荷从E点移到F点，电场力做正功，C错误；
D．F点与A点电势相等，D、C两点电势相等，故电子从F点移到D点与从A点移到C点电场力做功相同，电荷的电势能减少量为20eV，D正确。
故选D。
8. 如图所示的U-I图像中，直线I为某电源的路端电压与电流的关系，直线Ⅱ为某一电阻R的伏安特性曲线，用该电源直接与电阻R连接成闭合电路，由图像可知（ ）
A. 电源的输出功率为3.0W
B. 电源电动势3V，内阻为0.5Ω
C. R的阻值为1.5Ω
D. 电源内部消耗功率为1.5W
【答案】CD
【解析】
【详解】A．电源的输出功率为
故A错误；
B．电源的U-I图像纵截距表示电动势，斜率的绝对值表示内阻，则
故B错误；
C．R的阻值为
故C正确；
D．电源内部消耗的功率为
故D正确。
故选CD。
9. 如图所示的电路中，电源电动势E和内阻r为定值，当外电路电阻发生变化时，干路电流I、路端电压U，内电压、电源输出功率P随之变化的图象如图所示，其中正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】ABD
【解析】
【详解】由闭合电路欧姆定律得
A．根据
可知，随的增大单调递减，但不是线性变化，故A正确；
B．将整理可得
利用数学知识分析可知B正确；
C．根据
随R不是线性变化，故C错误；
D．由
由数学知识可知D正确。
故选ABD。
10. 在竖直向下的匀强电场中，有a、b、c、d四个带电微粒，各以水平向左。水平向右。竖直向下和竖直向上的速度做匀速直线运动，不计微粒间的相互作用力，则有（ ）
A. c、d带异种电荷
B. a、b带同种电荷且电势能均不变
C. d的电势能增加，重力势能也增加
D. c的电势能增加，机械能减少
【答案】BD
【解析】
【详解】AB．由题意可知四个微粒所受电场力均为竖直向上，所以四个微粒均带负电；a、b均垂直电场线运动，电场力做功均为零，电势能均不变，故A错误，B正确；
C．d竖直向上运动，电场力对d做正功，电势能减少；重力对d做负功，重力势能增加，故C错误；
D．c竖直向下运动，电场力对c做负功，电势能增加，机械能减少，故D正确。
故选BD。
11. 在如图甲所示电路中，闭合电键S，当滑动变阻器的滑动触头P向下滑动的过程中，四个理想电表的示数都发生变化。图乙中三条图线分别表示了三个电压表示数随电流表示数变化的情况。以下说法正确的是（ ）
A. 图线a表示的是电压表V3的示数随电流表示数变化的情况
B. 图线c表示的是电压表V2的示数随电流表示数变化的情况
C. 此过程中电压表V1示数的变化量ΔU1和电流表示数变化量ΔI的比值不变
D. 此过程中电压表V3示数的变化量ΔU3和电流表示数变化量ΔI的比值变大
【答案】ABC
【解析】
【详解】B．R1为定值电阻，其两端电压随电流的增大而增大，故图线c表示的是电压表V2的示数随电流表示数变化的情况，B正确；
A．路端电压，即电压表V1示数可表示为
R2两端电压，即电压表V3示数可表示为
图线a的斜率较大，表示与之和，图线b的斜率较小，表示内阻，故图线a表示的是电压表V3的示数随电流表示数变化的情况，图线b表示的是电压表V1的示数随电流表示数变化的情况，A正确；
C．此过程中电压表V1示数的变化量ΔU1和电流表示数变化量ΔI的比值表示电源内阻，故保持不变，C正确；
D．此过程中电压表V3示数的变化量ΔU3和电流表示数变化量ΔI的比值表示与之和，故保持不变，D错误。
故选ABC。
12. 如图所示，电灯L标有“4 V，1 W”的字样，滑动变阻器R总电阻为50 Ω，当滑片P滑至某位置时，L恰好正常发光，此时电流表示数为0.45 A，由于外电路某处发生故障，电灯L突然熄灭，此时电流表示数为0.5 A，电压表示数为10 V．若导线完好，电路中各处接触良好，电表均为理想电表，则下列判断正确的是
A. 发生的故障是断路
B. 发生的故障是短路
C. 电源的电动势为12.5 V、内阻为0.5 Ω
D. 发生故障前，滑动变阻器接入电路的阻值为20 Ω
【答案】AD
【解析】
【详解】A、电灯熄灭之后电流表示数增大，电压表示数增大，说明路端电压增大，则外电阻增大，发生的故障是断路，故A正确，B错误．
C、根据闭合电路欧姆定律E=U+Ir，故障后电流表示数为I2=0.5A，路端电压U2=10V，有：E=10+0.5r；电灯正常发光时，I额==A=0.25A，干路电流I1=(0.45+0.25)A，路端电压U1=0.4520V=9V，有：E=9+(0.45+0.25)r，联立可得E=12.5V，r=5Ω，故C错误．
D、发生故障后，R2===20；所以电灯正常发光时，滑动变阻器接入电路的阻值R===20，故D正确．
二、实验题：（共12分）
13. 有一根细而均匀导电材料样品（如图a所示），截面为同心圆环（如图b所示），此样品长L约为3cm，电阻约为100Ω，已知这种材料的电阻率为，因该样品的内径太小，无法直接测量，现提供以下实验器材：
A．20等分刻度的游标卡尺
B．螺旋测微器
C．电流表A1（量程50mA，内阻r1=100Ω）
D．电流表A2（量程100mA，内阻r2大约为40Ω）
E．电流表A3（量程3A，内阻r3大约为0.1Ω）
F．滑动变阻器R（0-10Ω，额定电流2A）
G．直流电源E（12V，内阻不计）
H．导电材料样品Rx（长L约为3cm，电阻Rx约为100Ω）
I．开关一只，导线若干
请根据上述器材设计一个尽可能精确地测量该样品内径d的实验方案，回答下列问题：
（1）用游标卡尺测得该样品的长度如图甲所示，其示数L=______mm；用螺旋测微器测得该样品的外径如图乙所示，其示数D=______mm。
（2）请选择合适的仪器，画出最佳实验电路图，并标明所选器材前的字母代号______。
（3）用已知物理量的符号和测量量的符号来表示样品的内径d，d=______。
【答案】 ①. 30.35 ②. 3.206 ③. ④.
【解析】
【详解】（1）[1]20分度的游标卡尺精确度为0.05mm，故样品的长度为
[2]螺旋测微器的精确度为0.01mm，故样品的外径为
（2）[3]题中没有电压表，但电流表A1内阻已知，并联在样品Rx两端当电压表用，并联总电阻约为50Ω，电流表A2的量程100mA，用来测量总电流，滑动变阻器总电阻太小，采用限流式调节范围有限，不利于精确测量，故采用分压式接法，电路如图所示
（3）[4]电流表A1和A2的示数分别为I1和I2，由串并联知识可得
由电阻定律可得
又
联立解得，样品的内径可表示为
14. 某同学利用多用电表做了以下实验：
(1)使用多用电表测电阻，他的主要实验步骤如下：
①机械调零后，把选择开关扳到“×100”的欧姆挡上；
②把表笔插入测试插孔中，先把两根表笔相接触，旋转欧姆调零旋钮，使指针指在电阻刻度的零刻度线上；
③把两根表笔分别与某一待测电阻的两端相接，发现这时指针偏转较小；
④换用“×10”的欧姆挡，随即记下欧姆数值；
⑤把表笔从测试笔插孔中拔出后，就把多用电表放回桌上原处，实验完毕．
这个学生在测量时已注意到：待测电阻与其他元件和电源断开，不用手碰表笔的金属杆，那么该学生在实验中有哪些操作是错误的？(三个错误)
错误一：__________________________；
错误二：_________________________；
错误三：_____________________________________.
(2)如图所示，为多用电表的表盘，测电阻时，若用的是“×100”挡，这时指针所示被测电阻的阻值应为________Ω；测直流电流时，用的是100 mA的量程，指针所示电流值为____________mA；测直流电压时，用的是50 V量程，则指针所示的电压值为________ V.
【答案】 ①. 不应该换用“×10”的欧姆挡，应该换用“×1 k”的欧姆挡． ②. 换挡后没有进行欧姆调零． ③. 使用多用电表结束后，还要将选择开关转到“OFF”挡或交流电压最高挡． ④. 1700 ⑤. 47 ⑥. 23.5
【解析】
【详解】(1)错误一：在用“×100”挡位置测量时，指针偏转较小，说明所测电阻阻值较大，为了减小读数误差，应使指针向右摆动，所以应该换用“×1k”的欧姆挡位；错误二：换挡后，还要重新进行欧姆调零；错误三：使用多用电表结束后，还要将选择开关转到“OFF”挡或交流电压最高挡．
(2)若用“×100”挡测电阻时，指针读数为：17×100 Ω＝1700Ω；若用量程100 mA测直流电流时，读数为：4.7×10 mA＝47 mA，若用量程50 V测直流电压时，读数为23.5 V．
三、计算题：（本题包括4小题，共40分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位、）
15. 如图所示，匀强电场的电场强度E=2.0×104N/C，沿电场线方向有A、B两点，A、B两点间的距离d=0.10m。将电荷量q=+2.0×10-8C的点电荷从A点移至B点。求：
(1)电荷所受电场力F的大小和方向；
(2)电荷从A点移至B点的过程中，电场力所做的功W；
(3)A、B两点间的电势差是多少？
【答案】(1) 4.0×10-4N，方向向右；(2) 4.0×10-5J；(3) 2.0×103V
【解析】
【详解】(1)电荷所受电场力F的大小为：
F=Eq=20×104×2.0×10-8N=4.0×10-4N，方向向右
(2)电荷从A点移至B点的过程中，电场力所做的功为：
W=Fd=4.0×10-4×0.10J=4.0×10-5J
(3)A、B两点间的电势差是：
U=Ed=2.0×104×0.10V=2.0×103V
16. 学生小风扇携带方便，某兴趣小组设计一个特殊小风扇的电动机并且测试它的性能，按如图所示连接，电动机（假设功率挡位大小可以连续调节）与滑动变阻器串联在电源上，电源的电动势E=30V，内阻r=1Ω，闭合开关，若滑动变阻器接入电路的阻值R=9Ω，用理想电压表测出电动机两端电压U=10V，已知电动机线圈的电阻RM=1Ω，求：
（1）通过电动机的电流强度；
（2）电源的输出功率；
（3）滑动变阻器接入电路的阻值R=4Ω，调节电动机挡位，电动机所消耗最大的电功率。
【答案】（1）2A；（2）56W；（3）45W
【解析】
【详解】（1）设通过电动机的电流强度为I1，根据闭合电路欧姆定律可知
解得
I1=2A
（2）电源的输出功率为
（3）设通过电动机的电流强度为I时电动机消耗的功率为
根据数学知识可知P的最大值为45W。
17. 如图所示，边长为L的正方形区域abcd内存在着匀强电场，电场方向与ad边平行，电量为q、动能为EK的带电粒子从a点沿ab方向进入电场，不计重力.
（1）若粒子从c点离开电场，求场强大小和粒子离开电场时的动能；
（2）若粒子从cd边离开电场，且离开电场时时的动能为EK1，则电场强度为多大？
【答案】（1），；（2）
【解析】
【详解】（1）设入射速度为v0，带电粒子的质量为m，则
解得
由动能定理得
解得
（2）粒子由cd边离开电场时，由动能定理得
可得
18. 如图所示的电路中，电源的电动势，内阻忽略不计，电阻的阻值分别为、，滑动变阻器的最大阻值，电容器的电容，则：
（1）将滑动触头P置于ab中点，合上电键S，待电路稳定后电容器的M极板所带的电量；
（2）闭合电键S，当滑动触头P缓慢地从a点移到b点的过程中，通过导线BM的电量为多大？
【答案】（1）；（2）C
【解析】
【详解】（1）电键S闭合，电路稳定时，BD两点的电势差
PD两点的电势差
则BP两点的电势差
电容器的电荷量为
（2）P在a点时
电容器M板带电量
P在b点时
电容器M板带电量
通过导线BM的电量
由以上各式解得
C
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