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人教版高中物理必修三期末综合测评 习题及解析（可编辑Word）
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这是一份人教版高中物理必修三期末综合测评 习题及解析（可编辑Word），共15页。
1.本试卷满分100分,考试用时75分钟。
2.无特殊说明,本试卷中g取10 m/s2。
一、单项选择题(本题共8小题,每小题3分,共24分。每小题只有一个选项符合题目要求)
1.北京正负电子对撞机(BEPC)是世界八大高能加速器之一,是我国第一台高能加速器,也是高能物理研究的重大科技基础设施。一对正负电子可以湮灭成两个光子,可判断光子不带电的理论依据是( )
A.能量守恒定律 B.电荷守恒定律
C.库仑定律 D.牛顿三大定律
2.如图,在水平虚线MN右方存在方向竖直向下的匀强磁场,磁感应强度大小为B。边长为L的n匝线圈垂直磁场放置,线圈左边一半在磁场外,右边一半在磁场内。穿过线圈的磁通量的大小为( )
A.12nBL2 B.nBL2 C.12BL2 D.BL2
3.如图所示,线圈abcd在磁场区域ABCD中,线圈中没有感应电流产生的是( )
A.把线圈变成圆形(周长不变)
B.使线圈在磁场中加速平移
C.使磁场增强或减弱
D.使线圈以过a、b的直线为轴旋转
4.如图所示,纸面内有两条互相垂直的长直绝缘导线L1、L2,L1中的电流方向向右,L2中的电流方向向上,L2的左侧有a、b两点,它们关于L1对称,且两点到L2的距离相等,则( )
A.L1中的电流在a、b两点产生磁场的磁感应强度相同
B.L2中的电流在a、b两点产生磁场的磁感应强度方向相反
C.a点的磁感应强度比b点的大
D.a、b两点的磁感应强度大小相等
5.两个等量同种点电荷的电场线如图所示,图中电场线上下左右均对称。点P、Q,点M、N,点R、S关于两点电荷连线的中点O对称,则( )
A.P、Q两点电场强度相同
B.M、N两点电场强度相同
C.R、S两点电势不相等
D.在两点电荷连线的中垂线上O点电势最高
6.如图所示是某大型超市新安装的自动扶梯,其电动机额定电压为U,额定电流为I,效率为η,则下列说法正确的是( )
A.该电动机的内阻为UI
B.该电动机的输出功率为UI
C.该电动机的发热功率为(1-η)UI
D.该电动机正常工作时的总功率大于UI
7.如图所示,绝缘直角框架固定在地面上,水平杆上固定一带电荷量为+q1的小球A,竖直杆上穿着一个质量为m、带电荷量为-q2的小球B。当A、B连线与水平杆成30°角时,小球B处于平衡状态,小球B与竖直杆之间的摩擦不计,重力加速度为g,小球可看成质点。则小球A所带电荷在小球B处产生的场强大小为 ( )
A.2mgq1 B.3mgq1 C.2mgq2 D.3mgq2
8.如图所示电路中,ABCD是由同种金属材料制成的离电源足够远的正方形导线框,O为其对角线交点,已知AB、BC、CD三根导线粗细相同且其半径是导线AD半径的3倍,通电直导线周围某点的磁感应强度B=kIr,I是导线中的电流,r是某点到导线的直线距离,k是常数。则下列说法正确的是( )
A.导线AD与导线AB的电阻相等
B.导线AD中的电流是导线AB中的电流大小的3倍
C.O点处的磁感应强度大小为0
D.O点处的磁感应强度方向垂直纸面向里
二、多项选择题(本题共4小题,每小题4分,共16分。每小题有多个选项符合题目要求。全部选对得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
9.如图所示,电源的内阻不可忽略,电压表均为理想电压表,闭合开关S,当滑动变阻器的滑片P从右端滑到左端时,下列说法正确的是( )
A.小灯泡L2变暗,L1、L3变亮
B.小灯泡L3变暗,L1、L2变亮
C.相比V2,V1示数变化量较小
D.相比V1,V2示数变化量较小
10.如图甲所示,用一个电源分别给两个中间为真空的平行板电容器充电。开始时,开关全部断开,然后将S1分别接到1、2两处,稳定后断开。两个电容器充电过程中电流随时间变化的情况如图乙所示,则下列说法正确的是( )
A.电容器的电容大小关系为C1>C2
B.两个电容器两端的电压大小关系为U1=U2
C.如果在电容器C1中间插入有机玻璃后,闭合开关S2,则电阻R2上会有向右的瞬时电流流过
D.如果在电容器C1中间插入有机玻璃后,闭合开关S2,则电阻R2上会有向左的瞬时电流流过
11.如图1所示,水平地面上边长为L的正方形ABCD区域埋有与地面平行的金属管线。为探测金属管线的位置、走向和埋覆深度,先让金属管线载有电流,然后用闭合的试探小线圈P(穿过小线圈的磁场可视为匀强磁场)在地面探测,如图2所示,将暴露于地面的金属管接头接到电源的一端,将接地棒接到电源的另一端,这样金属管线中就有沿管线方向的电流。使线圈P在直线BD上的不同位置保持静止时(线圈平面与地面平行),线圈中没有感应电流。将线圈P静置于A处,当线圈平面与地面平行时,线圈中有感应电流,当线圈平面与射线AC成37°角且保持静止时,线圈中感应电流消失。下列说法正确的是(已知sin 37°=0.6,cs 37°=0.8)( )
A.金属管线沿AC走向
B.金属管线沿BD走向
C.图2中的电源为电压恒定并且较大的直流电源
D.金属管线的埋覆深度为223L
12.如图甲所示,O、A是某电场中的一条电场线上的两点,在电场线上以O点为坐标原点建立坐标轴。一正电荷仅在电场力作用下沿电场线从O点到A点运动过程中的v-t图像如图乙所示。则坐标轴上各点电势随坐标变化的φ-x图像和电荷电势能Ep随坐标变化的Ep-x图像中可能正确的是 ( )
三、非选择题(本题共6小题,共60分)
13.(6分)某同学利用图甲所示电路测定电源的电动势和内阻,所使用的器材有:待测干电池两节、电流表A(量程为0~0.6 A,内阻为RA)、电阻箱R(最大阻值为99.99 Ω)、开关。按图甲所示电路图连接电路,然后闭合开关S,改变电阻箱R的阻值,并记录对应的电流表的示数I。多次调节电阻箱R重复实验,并记录多组电阻箱的阻值R和电流表A的示数I。由实验数据绘出1I-R图像如图乙所示。
甲
乙
(1)根据图甲,用R、RA、E、r表示1I,得1I= ;
(2)若已知电流表A的内阻RA为0.5 Ω,则电源的电动势E= V(结果保留三位有效数字)、内阻r= Ω(结果保留两位有效数字)。
14.(8分)某市质监局对市场上出售的纯净水质量进行了抽测,结果发现有九成样品的细菌超标或电阻率不合格(电阻率是检验纯净水是否合格的一项重要指标)。
(1)对纯净水样品进行检验时,将采集的水样装入绝缘性能良好的塑料圆柱形容器内(如图甲),容器两端用直径为D的金属圆片电极密封(忽略容器壁的厚度)制成检查样品。实验步骤如下:
A.用游标卡尺和螺旋测微器分别测量样品的直径D及其厚度L,如图乙、丙所示,则游标卡尺及螺旋测微器读数分别为 mm, mm。
B.选用多用电表的电阻“×1 k”挡,按正确的操作步骤测此样品的电阻,表盘的示数如图丁所示,则其阻值约为 kΩ。
丁
(2)为更精确地测量其电阻,可供选择的器材如下:
电流表A1(量程0~1 mA,内阻约为2 Ω);
电流表A2(量程0~100 μA,内阻约为10 Ω);
电压表V1(量程0~1 V,内阻r=10 kΩ);
电压表V2(量程0~15 V,内阻约为30 kΩ);
定值电阻R0=10 kΩ;
滑动变阻器R(最大阻值5 Ω);
电源E(电动势约为4 V,内阻r0约为1 Ω);
开关、导线若干。
根据你选择的器材,请在线框内画出实验电路图并标注所选器材符号(如:A1或A2);
(3)该检验样品的厚度为L,直径为D,若用以上电路测量,电压表的示数为U,电流表的示数为I,则检验样品的电阻率为ρ= (用相应物理量的字母表示)。
15.(8分)如图所示,A、B两带电小球的质量均为m,电荷量的大小均为Q(未知)。小球A系在长为L的绝缘轻绳下端,小球B固定于悬挂点的正下方。平衡时,小球A、B位于同一高度,轻绳与竖直方向成60°角。已知重力加速度为g,静电力常量为k,求:
(1)若小球B带负电,小球A的电性;
(2)小球A所受静电力F的大小;
(3)小球A、B所带电荷量的大小Q。
16.(12分)一匀强电场的方向平行于xOy平面,平面内b、c、d三点的位置如图所示,三点的电势分别为8 V、16 V、24 V,则:
(1)a处的电势φa是多少?(写出必要的计算或说明)
(2)质子(e=1.6×10-19 C)由a经过b到c电场力做功多少?
(3)画出一条经过a点的电场线(保留作图痕迹,注明相应符号)。
17.(12分)如图所示电路,灯泡L的额定电压为4 V,额定功率为4 W,滑动变阻器总电阻为10 Ω,当开关S断开时,理想电压表读数为20 V,当开关S闭合,滑动变阻器的滑片移到某位置时恰能使灯泡正常发光,此时电压表读数为16 V。求:
(1)灯泡正常发光时的电阻;
(2)电源的电动势和内阻;
(3)滑动变阻器消耗的功率。
18.(14分)在如图所示的电路中,电源的电动势E=28 V,内阻r=2 Ω,电阻R1=12 Ω,R2=R4=4 Ω,R3=8 Ω,C为平行板电容器,其电容C=3.0 pF,虚线到两极板的距离相等,极板长L=0.20 m,两极板的距离d=1.0×10-2 m。
(1)若开关S处于断开状态,则将其闭合后,流过R4的电荷量为多少?
(2)若开关S断开时,有一个带电微粒沿虚线方向以v0=2.0 m/s的初速度射入平行板电容器的两极板间,带电微粒刚好沿虚线匀速运动。问:当开关S闭合后,此带电微粒以相同的初速度沿虚线方向射入两极板间,能否从极板间射出?(要求写出计算和分析过程)
附加题(15分)
如图甲所示,真空中水平放置的平行金属板A、B间距为a,紧邻两板右侧有一荧光屏,O点为荧光屏的中心。A、B两板间加如图乙所示周期为4t0的变化电压(U0已知),现有大量粒子由静止开始,经电压为U1的加速电场后,沿平行板正中间水平射入A、B两板之间。甲粒子在t=0时刻进入A、B两板间,经过时间4t0打在荧光屏上P点,已知平行金属板长为L,粒子质量为m、电荷量为q,所有粒子均从A、B两板间射出。不计粒子重力和粒子间相互作用,求:
甲
乙
(1)加速电压U1;
(2)OP的长度;
(3)粒子在荧光屏上的落点与O点间距的最大值与最小值之比。
答案全解全析
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1.B 一对正负电子可以湮灭成两个光子,由电荷守恒定律可知光子不带电,选项B正确。
2.C 线圈有磁感线穿过区域的面积为S=L22,磁通量大小为Φ=BS=BL22,选项C正确。
3.B 把线圈变成圆形(周长不变)、使磁场增强或减弱、使线圈以过a、b的直线为轴旋转,均会导致线圈磁通量发生变化,会产生感应电流,而使线圈在磁场中加速平移,磁通量不变,不会产生感应电流,选项B正确。
4.C 由安培定则可知,L1中的电流在a点产生的磁场方向垂直纸面向外,在b点产生的磁场方向垂直纸面向里,故L1中的电流在a、b两点产生磁场的磁感应强度不相同,选项A错误;L2中的电流在a、b两点产生磁场的磁感应强度方向均垂直纸面向外,选项B错误;根据磁感应强度的叠加原理,可得a点的磁感应强度比b点的大,选项D错误,C正确。
5.D 由题图知,P、Q两点电场强度的方向不同,选项A错误;M更靠近左边电荷,则电场强度方向向右,同理N点的电场强度方向向左,选项B错误;沿电场线方向电势降低,等量同种点电荷连线的中垂线上,O点电势最高,中垂线上关于O点对称的两点电势相等,则R、S两点电势相等,选项C错误,D正确。
6.C 因为电动机不是纯电阻,所以不能用欧姆定律来计算它的内阻,电动机的内阻r≠UI,选项A错误;该电动机正常工作时的总功率为UI,发热功率为(1-η)UI,B、D错误,C正确。
7.C 设A、B两球之间的距离为L,由于B球处于平衡状态,根据平衡条件可得,竖直方向有mg=kq1q2L2·sin 30°,又小球A在小球B处产生的场强大小为EB=kq1L2,解得EB=2mgq2,选项C正确。
8.D 由R=ρLS知,因为导线AD与导线AB是同种材料,即电阻率相同,且长度相同,但其粗细不同,故电阻不相等,选项A错误;由题意有RAB=RBC=RCD=19RAD,由欧姆定律可得导线AD中的电流是导线AB中的电流大小的13,选项B错误;由题意可得,通电直导线周围某点的磁感应强度为B=kIr,由安培定则可知,导线AB、BC、CD在O处产生的磁感应强度方向垂直纸面向里,导线AD在O处产生的磁感应强度方向垂直纸面向外,又导线AD中的电流是导线AB、BC、CD中电流大小的13,所以O点处的磁感应强度大小不为0,方向垂直纸面向里,选项C错误,D正确。
9.BD 滑片P从右端滑到左端,外电路电阻变小,总电流变大,L2变亮。并联部分电压变小,L3变暗,流过L3的电流变小,总电流变大,则流过L1的电流变大,L1变亮,选项A错误,B正确。并联部分电压变小,电压表V1示数变小,L2两端电压变大,V2示数变大,由于路端电压变小,所以ΔU1>ΔU2,选项C错误,D正确。
10.ABC i-t图线与坐标轴所围的面积代表电容器所带电荷量,由图乙可知C1所带的电荷量大,用同一个电源充电,稳定时电压相同,由C=QU知C1>C2,选项A、B正确。电容器的下极板带负电,稳定时两电容器的电压相等,当C1中间插入有机玻璃后,电容增大,闭合S2,C1带电荷量将要变大,C2对C1充电,所以电流向右通过R2,选项C正确,D错误。
11.BD 由题意可知,线圈P在直线BD上的不同位置保持静止时(线圈平面与地面平行),线圈中没有感应电流,说明穿过线圈的磁通量不变,则金属管线沿BD走向,故A错误,B正确。由题意可知,当线圈在A处静止时存在感应电流,则说明磁场是变化的,故金属管线中的电流一定是变化的,故C错误。线圈平面与AC成37°角时,线圈中感应电流消失,说明A处的磁场方向与地面成37°角,则由几何关系可知,埋覆深度d与OA长度的关系为d=OA·tan 53°,解得深度d=223L,故D正确。
12.AD 由v-t图像可知,正电荷仅在电场力作用下沿电场线从O点到A点,电场力做负功,正电荷的加速度逐渐减小,即从O到A电势升高得越来越慢,选项A正确,B错误;由于电势升高得越来越慢,则正电荷的电势能增大得越来越慢,选项C错误,D正确。
13.答案 (1)1ER+RA+rE(2分)
(2)3.00(2.96~3.04均可)(2分) 0.50(0.49~0.55均可)(2分)
解析 (1)由闭合电路欧姆定律可得E=I(R+RA+r),解得1I=R+RA+rE=1ER+RA+rE。(2)由(1)可知,1I-R图线的斜率为1E,纵轴截距为RA+rE。根据题图乙可得图线斜率约为0.33 V-1,则E=3.00 V(2.96~3.04 V都可),同样根据题图乙得r=0.50 Ω(0.49~0.55 Ω都可)。
14.答案 (1)29.8(1分) 3.192(1分) 22(1分) (2)见解析(3分) (3)πUrD22L(Ir-U)(2分)
解析 (1)游标卡尺的读数为2.9 cm+8×0.1 mm=29.8 mm,螺旋测微器读数为3 mm+19.2×0.01 mm=3.192 mm。多用电表示数为22×1 kΩ=22 kΩ。
(2)电源电动势为4 V,直接使用电压表V1量程太小,电压表V2量程又太大,可以把电压表V1与定值电阻R0串联,增大其量程进行实验,故电压表选择V1;通过待测电阻的电流最大约为ERx=422 000 A=0.000 18 A,所以电流表选择A2;为使待测电阻的电压可以从零开始连续调节,变阻器的最大阻值又远小于待测电阻的阻值,所以变阻器采用分压式接法,由于电压表内阻已知,所以电流表采用外接法,实验电路图如图所示。
(3)根据电路图得U+UrR0I-Ur=Rx,又Rx=ρLS=ρLπD22,其中R0=r,整理可以得到ρ=πUrD22L(Ir-U)。
15.答案 (1)负 (2)3mg (3)L233mgk
解析 (1)由B带负电,A、B相互排斥,可知A带负电。(2分)
(2)由库仑定律可知,小球A所受静电力向右;小球A处于平衡状态,受库仑力F、重力mg以及绳子的拉力T,合力为零,根据平行四边形定则有
F=mg tan 60°=3mg(2分)
(3)根据库仑定律有F=kQ2r2(2分)
r=L sin 60°(1分)
解得Q=L233mgk(1分)
16.答案 (1)见解析 (2)-2.56×10-18 J (3)见解析
解析 (1)根据匀强电场的性质,由于ab与cd平行且相等,则有
φa-φb=φc-φd(3分)
代入数据,解得φa=0(3分)
(2)质子由a经过b到c电场力做功为
Wac=eUac=e(φa-φc)=-2.56×10-18 J(3分)
(3)如图所示(3分)
17.答案 (1)4 Ω (2)20 V 2 Ω (3)28 W
解析 (1)灯泡正常发光时的电阻
RL=UL2P1=164 Ω=4 Ω(2分)
(2)当S断开时,理想电压表的读数等于电源的电动势,故E=20 V(2分)
当开关S闭合,滑动变阻器的滑片移到某位置时恰能使灯泡正常发光,此时电压表读数为16 V,则电源内电压为U内=E-16 V=4 V,外电路结构为滑动变阻器左边部分和灯泡并联后再和滑动变阻器右边部分串联,设滑动变阻器左边部分电阻为Rx,灯泡正常发光,所以并联部分的电压为4 V,则滑动变阻器右边部分分得的电压为12 V,所以有
RL·RxRL+Rx∶(10 Ω-Rx)=1∶3(2分)
解得Rx=4 Ω(1分)
则此时干路电流I=2ULRL=2 A(1分)
则电源的内阻r=U内I=2 Ω(2分)
(3)滑动变阻器消耗的功率
P2=UL2Rx+(12V)26Ω=28 W(2分)
18.答案 (1)6.0×10-12 C (2)不能 原因见解析
解析 (1)S断开时,电阻R3两端电压
U3=ER3R2+R3+r=16 V(2分)
S闭合后,外电路的总电阻
R=R1(R2+R3)R1+R2+R3=6 Ω(1分)
则路端电压U=RER+r=21 V(1分)
电阻R3两端的电压U3'=R3R2+R3U=14 V(1分)
流过R4的电荷量
ΔQ=CU3-CU3'=6.0×10-12 C(2分)
(2)设带电微粒的质量为m、带电荷量为q,当开关S断开时,有
qU3d=mg(2分)
当开关S闭合后,设带电微粒的加速度大小为a,则
mg-qU3'd=ma(2分)
假设带电微粒刚好能从极板间射出,则水平方向有
t=Lv0(1分)
竖直方向有y=12at2(1分)
联立解得y=6.25×10-3 m>d2
故带电微粒不能从极板间射出。(1分)
附加题
答案 (1)mL232qt02 (2)13t02U0q2am (3)53
解析 (1)分析可知,甲粒子刚进入A、B两板间时的速度为
v0=L4t0(1分)
粒子在加速电场中,由动能定理得
qU1=12mv02(1分)
解得U1=mL232qt02(1分)
(2)0~2t0,粒子在竖直方向上的加速度为
a'=Eqm=U0qam(1分)
2t0时,竖直速度为vy1=a'·2t0=2t0U0qam(1分)
2t0时,竖直位移为y1=vy12·2t0=2t02U0qam(1分)
2t0~3t0,粒子在竖直方向上做匀速运动,竖直位移为
y2=vy1t0=2t02U0qam(1分)
3t0~4t0,粒子在竖直方向上做匀加速运动,加速度为a'。4t0时,竖直速度为
vy2=vy1+a't0=3t0U0qam(1分)
3t0~4t0,竖直位移为
y3=vy1+vy22t0=5t02U0q2am(1分)
整个过程的竖直位移为
y=y1+y2+y3=13t02U0q2am(1分)
(3)当粒子在竖直方向上,先加速3t0后匀速t0时,在荧光屏上的落点与O点间距最大,为
Y=vy22·3t0+vy2t0=15t02U0q2am(2分)
粒子在竖直方向上,先匀速t0后加速3t0时,在荧光屏上的落点与O点间距最小,为
Y'=vy22·3t0=9t02U0q2am(2分)
则最大值与最小值之比为YY'=53(1分)
1.本试卷满分100分,考试用时75分钟。
2.无特殊说明,本试卷中g取10 m/s2。
一、单项选择题(本题共8小题,每小题3分,共24分。每小题只有一个选项符合题目要求)
1.北京正负电子对撞机(BEPC)是世界八大高能加速器之一,是我国第一台高能加速器,也是高能物理研究的重大科技基础设施。一对正负电子可以湮灭成两个光子,可判断光子不带电的理论依据是( )
A.能量守恒定律 B.电荷守恒定律
C.库仑定律 D.牛顿三大定律
2.如图,在水平虚线MN右方存在方向竖直向下的匀强磁场,磁感应强度大小为B。边长为L的n匝线圈垂直磁场放置,线圈左边一半在磁场外,右边一半在磁场内。穿过线圈的磁通量的大小为( )
A.12nBL2 B.nBL2 C.12BL2 D.BL2
3.如图所示,线圈abcd在磁场区域ABCD中,线圈中没有感应电流产生的是( )
A.把线圈变成圆形(周长不变)
B.使线圈在磁场中加速平移
C.使磁场增强或减弱
D.使线圈以过a、b的直线为轴旋转
4.如图所示,纸面内有两条互相垂直的长直绝缘导线L1、L2,L1中的电流方向向右,L2中的电流方向向上,L2的左侧有a、b两点,它们关于L1对称,且两点到L2的距离相等,则( )
A.L1中的电流在a、b两点产生磁场的磁感应强度相同
B.L2中的电流在a、b两点产生磁场的磁感应强度方向相反
C.a点的磁感应强度比b点的大
D.a、b两点的磁感应强度大小相等
5.两个等量同种点电荷的电场线如图所示,图中电场线上下左右均对称。点P、Q,点M、N,点R、S关于两点电荷连线的中点O对称,则( )
A.P、Q两点电场强度相同
B.M、N两点电场强度相同
C.R、S两点电势不相等
D.在两点电荷连线的中垂线上O点电势最高
6.如图所示是某大型超市新安装的自动扶梯,其电动机额定电压为U,额定电流为I,效率为η,则下列说法正确的是( )
A.该电动机的内阻为UI
B.该电动机的输出功率为UI
C.该电动机的发热功率为(1-η)UI
D.该电动机正常工作时的总功率大于UI
7.如图所示,绝缘直角框架固定在地面上,水平杆上固定一带电荷量为+q1的小球A,竖直杆上穿着一个质量为m、带电荷量为-q2的小球B。当A、B连线与水平杆成30°角时,小球B处于平衡状态,小球B与竖直杆之间的摩擦不计,重力加速度为g,小球可看成质点。则小球A所带电荷在小球B处产生的场强大小为 ( )
A.2mgq1 B.3mgq1 C.2mgq2 D.3mgq2
8.如图所示电路中,ABCD是由同种金属材料制成的离电源足够远的正方形导线框,O为其对角线交点,已知AB、BC、CD三根导线粗细相同且其半径是导线AD半径的3倍,通电直导线周围某点的磁感应强度B=kIr,I是导线中的电流,r是某点到导线的直线距离,k是常数。则下列说法正确的是( )
A.导线AD与导线AB的电阻相等
B.导线AD中的电流是导线AB中的电流大小的3倍
C.O点处的磁感应强度大小为0
D.O点处的磁感应强度方向垂直纸面向里
二、多项选择题(本题共4小题,每小题4分,共16分。每小题有多个选项符合题目要求。全部选对得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
9.如图所示,电源的内阻不可忽略,电压表均为理想电压表,闭合开关S,当滑动变阻器的滑片P从右端滑到左端时,下列说法正确的是( )
A.小灯泡L2变暗,L1、L3变亮
B.小灯泡L3变暗,L1、L2变亮
C.相比V2,V1示数变化量较小
D.相比V1,V2示数变化量较小
10.如图甲所示,用一个电源分别给两个中间为真空的平行板电容器充电。开始时,开关全部断开,然后将S1分别接到1、2两处,稳定后断开。两个电容器充电过程中电流随时间变化的情况如图乙所示,则下列说法正确的是( )
A.电容器的电容大小关系为C1>C2
B.两个电容器两端的电压大小关系为U1=U2
C.如果在电容器C1中间插入有机玻璃后,闭合开关S2,则电阻R2上会有向右的瞬时电流流过
D.如果在电容器C1中间插入有机玻璃后,闭合开关S2,则电阻R2上会有向左的瞬时电流流过
11.如图1所示,水平地面上边长为L的正方形ABCD区域埋有与地面平行的金属管线。为探测金属管线的位置、走向和埋覆深度,先让金属管线载有电流,然后用闭合的试探小线圈P(穿过小线圈的磁场可视为匀强磁场)在地面探测,如图2所示,将暴露于地面的金属管接头接到电源的一端,将接地棒接到电源的另一端,这样金属管线中就有沿管线方向的电流。使线圈P在直线BD上的不同位置保持静止时(线圈平面与地面平行),线圈中没有感应电流。将线圈P静置于A处,当线圈平面与地面平行时,线圈中有感应电流,当线圈平面与射线AC成37°角且保持静止时,线圈中感应电流消失。下列说法正确的是(已知sin 37°=0.6,cs 37°=0.8)( )
A.金属管线沿AC走向
B.金属管线沿BD走向
C.图2中的电源为电压恒定并且较大的直流电源
D.金属管线的埋覆深度为223L
12.如图甲所示,O、A是某电场中的一条电场线上的两点,在电场线上以O点为坐标原点建立坐标轴。一正电荷仅在电场力作用下沿电场线从O点到A点运动过程中的v-t图像如图乙所示。则坐标轴上各点电势随坐标变化的φ-x图像和电荷电势能Ep随坐标变化的Ep-x图像中可能正确的是 ( )
三、非选择题(本题共6小题,共60分)
13.(6分)某同学利用图甲所示电路测定电源的电动势和内阻,所使用的器材有:待测干电池两节、电流表A(量程为0~0.6 A,内阻为RA)、电阻箱R(最大阻值为99.99 Ω)、开关。按图甲所示电路图连接电路,然后闭合开关S,改变电阻箱R的阻值,并记录对应的电流表的示数I。多次调节电阻箱R重复实验,并记录多组电阻箱的阻值R和电流表A的示数I。由实验数据绘出1I-R图像如图乙所示。
甲
乙
(1)根据图甲,用R、RA、E、r表示1I,得1I= ;
(2)若已知电流表A的内阻RA为0.5 Ω,则电源的电动势E= V(结果保留三位有效数字)、内阻r= Ω(结果保留两位有效数字)。
14.(8分)某市质监局对市场上出售的纯净水质量进行了抽测,结果发现有九成样品的细菌超标或电阻率不合格(电阻率是检验纯净水是否合格的一项重要指标)。
(1)对纯净水样品进行检验时,将采集的水样装入绝缘性能良好的塑料圆柱形容器内(如图甲),容器两端用直径为D的金属圆片电极密封(忽略容器壁的厚度)制成检查样品。实验步骤如下:
A.用游标卡尺和螺旋测微器分别测量样品的直径D及其厚度L,如图乙、丙所示,则游标卡尺及螺旋测微器读数分别为 mm, mm。
B.选用多用电表的电阻“×1 k”挡,按正确的操作步骤测此样品的电阻,表盘的示数如图丁所示,则其阻值约为 kΩ。
丁
(2)为更精确地测量其电阻,可供选择的器材如下:
电流表A1(量程0~1 mA,内阻约为2 Ω);
电流表A2(量程0~100 μA,内阻约为10 Ω);
电压表V1(量程0~1 V,内阻r=10 kΩ);
电压表V2(量程0~15 V,内阻约为30 kΩ);
定值电阻R0=10 kΩ;
滑动变阻器R(最大阻值5 Ω);
电源E(电动势约为4 V,内阻r0约为1 Ω);
开关、导线若干。
根据你选择的器材,请在线框内画出实验电路图并标注所选器材符号(如:A1或A2);
(3)该检验样品的厚度为L,直径为D,若用以上电路测量,电压表的示数为U,电流表的示数为I,则检验样品的电阻率为ρ= (用相应物理量的字母表示)。
15.(8分)如图所示,A、B两带电小球的质量均为m,电荷量的大小均为Q(未知)。小球A系在长为L的绝缘轻绳下端,小球B固定于悬挂点的正下方。平衡时,小球A、B位于同一高度,轻绳与竖直方向成60°角。已知重力加速度为g,静电力常量为k,求:
(1)若小球B带负电,小球A的电性;
(2)小球A所受静电力F的大小;
(3)小球A、B所带电荷量的大小Q。
16.(12分)一匀强电场的方向平行于xOy平面,平面内b、c、d三点的位置如图所示,三点的电势分别为8 V、16 V、24 V,则:
(1)a处的电势φa是多少?(写出必要的计算或说明)
(2)质子(e=1.6×10-19 C)由a经过b到c电场力做功多少?
(3)画出一条经过a点的电场线(保留作图痕迹,注明相应符号)。
17.(12分)如图所示电路,灯泡L的额定电压为4 V,额定功率为4 W,滑动变阻器总电阻为10 Ω,当开关S断开时,理想电压表读数为20 V,当开关S闭合,滑动变阻器的滑片移到某位置时恰能使灯泡正常发光,此时电压表读数为16 V。求:
(1)灯泡正常发光时的电阻;
(2)电源的电动势和内阻;
(3)滑动变阻器消耗的功率。
18.(14分)在如图所示的电路中,电源的电动势E=28 V,内阻r=2 Ω,电阻R1=12 Ω,R2=R4=4 Ω,R3=8 Ω,C为平行板电容器,其电容C=3.0 pF,虚线到两极板的距离相等,极板长L=0.20 m,两极板的距离d=1.0×10-2 m。
(1)若开关S处于断开状态,则将其闭合后,流过R4的电荷量为多少?
(2)若开关S断开时,有一个带电微粒沿虚线方向以v0=2.0 m/s的初速度射入平行板电容器的两极板间,带电微粒刚好沿虚线匀速运动。问:当开关S闭合后,此带电微粒以相同的初速度沿虚线方向射入两极板间,能否从极板间射出?(要求写出计算和分析过程)
附加题(15分)
如图甲所示,真空中水平放置的平行金属板A、B间距为a,紧邻两板右侧有一荧光屏,O点为荧光屏的中心。A、B两板间加如图乙所示周期为4t0的变化电压(U0已知),现有大量粒子由静止开始,经电压为U1的加速电场后,沿平行板正中间水平射入A、B两板之间。甲粒子在t=0时刻进入A、B两板间,经过时间4t0打在荧光屏上P点,已知平行金属板长为L,粒子质量为m、电荷量为q,所有粒子均从A、B两板间射出。不计粒子重力和粒子间相互作用,求:
甲
乙
(1)加速电压U1;
(2)OP的长度;
(3)粒子在荧光屏上的落点与O点间距的最大值与最小值之比。
答案全解全析
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1.B 一对正负电子可以湮灭成两个光子,由电荷守恒定律可知光子不带电,选项B正确。
2.C 线圈有磁感线穿过区域的面积为S=L22,磁通量大小为Φ=BS=BL22,选项C正确。
3.B 把线圈变成圆形(周长不变)、使磁场增强或减弱、使线圈以过a、b的直线为轴旋转,均会导致线圈磁通量发生变化,会产生感应电流,而使线圈在磁场中加速平移,磁通量不变,不会产生感应电流,选项B正确。
4.C 由安培定则可知,L1中的电流在a点产生的磁场方向垂直纸面向外,在b点产生的磁场方向垂直纸面向里,故L1中的电流在a、b两点产生磁场的磁感应强度不相同,选项A错误;L2中的电流在a、b两点产生磁场的磁感应强度方向均垂直纸面向外,选项B错误;根据磁感应强度的叠加原理,可得a点的磁感应强度比b点的大,选项D错误,C正确。
5.D 由题图知,P、Q两点电场强度的方向不同,选项A错误;M更靠近左边电荷,则电场强度方向向右,同理N点的电场强度方向向左,选项B错误;沿电场线方向电势降低,等量同种点电荷连线的中垂线上,O点电势最高,中垂线上关于O点对称的两点电势相等,则R、S两点电势相等,选项C错误,D正确。
6.C 因为电动机不是纯电阻,所以不能用欧姆定律来计算它的内阻,电动机的内阻r≠UI,选项A错误;该电动机正常工作时的总功率为UI,发热功率为(1-η)UI,B、D错误,C正确。
7.C 设A、B两球之间的距离为L,由于B球处于平衡状态,根据平衡条件可得,竖直方向有mg=kq1q2L2·sin 30°,又小球A在小球B处产生的场强大小为EB=kq1L2,解得EB=2mgq2,选项C正确。
8.D 由R=ρLS知,因为导线AD与导线AB是同种材料,即电阻率相同,且长度相同,但其粗细不同,故电阻不相等,选项A错误;由题意有RAB=RBC=RCD=19RAD,由欧姆定律可得导线AD中的电流是导线AB中的电流大小的13,选项B错误;由题意可得,通电直导线周围某点的磁感应强度为B=kIr,由安培定则可知,导线AB、BC、CD在O处产生的磁感应强度方向垂直纸面向里,导线AD在O处产生的磁感应强度方向垂直纸面向外,又导线AD中的电流是导线AB、BC、CD中电流大小的13,所以O点处的磁感应强度大小不为0,方向垂直纸面向里,选项C错误,D正确。
9.BD 滑片P从右端滑到左端,外电路电阻变小,总电流变大,L2变亮。并联部分电压变小,L3变暗,流过L3的电流变小,总电流变大,则流过L1的电流变大,L1变亮,选项A错误,B正确。并联部分电压变小,电压表V1示数变小,L2两端电压变大,V2示数变大,由于路端电压变小,所以ΔU1>ΔU2,选项C错误,D正确。
10.ABC i-t图线与坐标轴所围的面积代表电容器所带电荷量,由图乙可知C1所带的电荷量大,用同一个电源充电,稳定时电压相同,由C=QU知C1>C2,选项A、B正确。电容器的下极板带负电,稳定时两电容器的电压相等,当C1中间插入有机玻璃后,电容增大,闭合S2,C1带电荷量将要变大,C2对C1充电,所以电流向右通过R2,选项C正确,D错误。
11.BD 由题意可知,线圈P在直线BD上的不同位置保持静止时(线圈平面与地面平行),线圈中没有感应电流,说明穿过线圈的磁通量不变,则金属管线沿BD走向,故A错误,B正确。由题意可知,当线圈在A处静止时存在感应电流,则说明磁场是变化的,故金属管线中的电流一定是变化的,故C错误。线圈平面与AC成37°角时,线圈中感应电流消失,说明A处的磁场方向与地面成37°角,则由几何关系可知,埋覆深度d与OA长度的关系为d=OA·tan 53°,解得深度d=223L,故D正确。
12.AD 由v-t图像可知,正电荷仅在电场力作用下沿电场线从O点到A点,电场力做负功,正电荷的加速度逐渐减小,即从O到A电势升高得越来越慢,选项A正确,B错误;由于电势升高得越来越慢,则正电荷的电势能增大得越来越慢,选项C错误,D正确。
13.答案 (1)1ER+RA+rE(2分)
(2)3.00(2.96~3.04均可)(2分) 0.50(0.49~0.55均可)(2分)
解析 (1)由闭合电路欧姆定律可得E=I(R+RA+r),解得1I=R+RA+rE=1ER+RA+rE。(2)由(1)可知,1I-R图线的斜率为1E,纵轴截距为RA+rE。根据题图乙可得图线斜率约为0.33 V-1,则E=3.00 V(2.96~3.04 V都可),同样根据题图乙得r=0.50 Ω(0.49~0.55 Ω都可)。
14.答案 (1)29.8(1分) 3.192(1分) 22(1分) (2)见解析(3分) (3)πUrD22L(Ir-U)(2分)
解析 (1)游标卡尺的读数为2.9 cm+8×0.1 mm=29.8 mm,螺旋测微器读数为3 mm+19.2×0.01 mm=3.192 mm。多用电表示数为22×1 kΩ=22 kΩ。
(2)电源电动势为4 V,直接使用电压表V1量程太小,电压表V2量程又太大,可以把电压表V1与定值电阻R0串联,增大其量程进行实验,故电压表选择V1;通过待测电阻的电流最大约为ERx=422 000 A=0.000 18 A,所以电流表选择A2;为使待测电阻的电压可以从零开始连续调节,变阻器的最大阻值又远小于待测电阻的阻值,所以变阻器采用分压式接法,由于电压表内阻已知,所以电流表采用外接法,实验电路图如图所示。
(3)根据电路图得U+UrR0I-Ur=Rx,又Rx=ρLS=ρLπD22,其中R0=r,整理可以得到ρ=πUrD22L(Ir-U)。
15.答案 (1)负 (2)3mg (3)L233mgk
解析 (1)由B带负电,A、B相互排斥,可知A带负电。(2分)
(2)由库仑定律可知,小球A所受静电力向右;小球A处于平衡状态,受库仑力F、重力mg以及绳子的拉力T,合力为零,根据平行四边形定则有
F=mg tan 60°=3mg(2分)
(3)根据库仑定律有F=kQ2r2(2分)
r=L sin 60°(1分)
解得Q=L233mgk(1分)
16.答案 (1)见解析 (2)-2.56×10-18 J (3)见解析
解析 (1)根据匀强电场的性质,由于ab与cd平行且相等,则有
φa-φb=φc-φd(3分)
代入数据,解得φa=0(3分)
(2)质子由a经过b到c电场力做功为
Wac=eUac=e(φa-φc)=-2.56×10-18 J(3分)
(3)如图所示(3分)
17.答案 (1)4 Ω (2)20 V 2 Ω (3)28 W
解析 (1)灯泡正常发光时的电阻
RL=UL2P1=164 Ω=4 Ω(2分)
(2)当S断开时,理想电压表的读数等于电源的电动势,故E=20 V(2分)
当开关S闭合,滑动变阻器的滑片移到某位置时恰能使灯泡正常发光,此时电压表读数为16 V,则电源内电压为U内=E-16 V=4 V,外电路结构为滑动变阻器左边部分和灯泡并联后再和滑动变阻器右边部分串联,设滑动变阻器左边部分电阻为Rx,灯泡正常发光,所以并联部分的电压为4 V,则滑动变阻器右边部分分得的电压为12 V,所以有
RL·RxRL+Rx∶(10 Ω-Rx)=1∶3(2分)
解得Rx=4 Ω(1分)
则此时干路电流I=2ULRL=2 A(1分)
则电源的内阻r=U内I=2 Ω(2分)
(3)滑动变阻器消耗的功率
P2=UL2Rx+(12V)26Ω=28 W(2分)
18.答案 (1)6.0×10-12 C (2)不能 原因见解析
解析 (1)S断开时,电阻R3两端电压
U3=ER3R2+R3+r=16 V(2分)
S闭合后,外电路的总电阻
R=R1(R2+R3)R1+R2+R3=6 Ω(1分)
则路端电压U=RER+r=21 V(1分)
电阻R3两端的电压U3'=R3R2+R3U=14 V(1分)
流过R4的电荷量
ΔQ=CU3-CU3'=6.0×10-12 C(2分)
(2)设带电微粒的质量为m、带电荷量为q,当开关S断开时,有
qU3d=mg(2分)
当开关S闭合后,设带电微粒的加速度大小为a,则
mg-qU3'd=ma(2分)
假设带电微粒刚好能从极板间射出,则水平方向有
t=Lv0(1分)
竖直方向有y=12at2(1分)
联立解得y=6.25×10-3 m>d2
故带电微粒不能从极板间射出。(1分)
附加题
答案 (1)mL232qt02 (2)13t02U0q2am (3)53
解析 (1)分析可知,甲粒子刚进入A、B两板间时的速度为
v0=L4t0(1分)
粒子在加速电场中,由动能定理得
qU1=12mv02(1分)
解得U1=mL232qt02(1分)
(2)0~2t0,粒子在竖直方向上的加速度为
a'=Eqm=U0qam(1分)
2t0时,竖直速度为vy1=a'·2t0=2t0U0qam(1分)
2t0时,竖直位移为y1=vy12·2t0=2t02U0qam(1分)
2t0~3t0,粒子在竖直方向上做匀速运动,竖直位移为
y2=vy1t0=2t02U0qam(1分)
3t0~4t0,粒子在竖直方向上做匀加速运动,加速度为a'。4t0时,竖直速度为
vy2=vy1+a't0=3t0U0qam(1分)
3t0~4t0,竖直位移为
y3=vy1+vy22t0=5t02U0q2am(1分)
整个过程的竖直位移为
y=y1+y2+y3=13t02U0q2am(1分)
(3)当粒子在竖直方向上,先加速3t0后匀速t0时,在荧光屏上的落点与O点间距最大,为
Y=vy22·3t0+vy2t0=15t02U0q2am(2分)
粒子在竖直方向上,先匀速t0后加速3t0时,在荧光屏上的落点与O点间距最小,为
Y'=vy22·3t0=9t02U0q2am(2分)
则最大值与最小值之比为YY'=53(1分)
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