人教版高中物理必修第三册模块综合检测含答案

模块综合检测

一、选择题(共12题,每题4分,共48分,第 1～6题只有一项符合题目要求,第7～12题有多项符合题目要求。全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)

1.下列说法正确的是(　B　)

A.元电荷实质就是电子(或质子)本身

B.元电荷是表示跟电子所带电荷量数值相等的电荷量

C.摩擦起电是通过摩擦创造出了等量的异种电荷的过程

D.不论是摩擦起电还是感应起电,都是创造出了电荷

解析:元电荷是指电子或质子所带的电荷量,数值为e=1.60×10-19 C,不是电子(或质子)本身,故A错误,B正确;电荷既不能被创生,也不能被消灭,不论摩擦起电还是感应起电,本质都是电荷的转移,故C、D

错误。

2.如图所示为电视机显像管偏转线圈的示意图,磁环上的偏转线圈通以图示方向的电流时,圆环的圆心O处的磁场方向是(　B　)

A.向左

B.向上

C.向下

D.向右

解析:通电的两个线圈可视为通电螺线管,两通电螺线管又可近似看成两个条形磁铁,其等效图如图所示。两个条形磁铁的下端均为N极,因此,O点的磁场方向向上,故B正确。

3.关于电场强度,下列说法正确的是(　A　)

A.电场中某点的电场强度在数值上等于单位电荷在该点所受的静

电力

B.电场强度的方向总是跟静电力的方向一致

C.在点电荷Q附近的任意一点,如果没有把试探电荷q放进去,则这一点的电场强度为零

D.根据公式E=可知,电场强度跟静电力成正比,跟放入电场中的电荷的电荷量成反比

解析:根据公式E=可知电场中某点的电场强度在数值上等于单位电荷在该点所受的静电力,选项A正确;电场强度的方向总是跟正电荷所受的静电力方向一致,选项B错误;电场中某点的电场强度由电场本身决定,与是否放入试探电荷无关,与试探电荷所受的静电力和试探电荷的电荷量无关,选项C、D错误。

4.电阻R和电动机M串联接到电路中,如图所示,已知电阻R跟电动机M线圈的电阻相同,开关闭合后,电动机正常工作,设电阻R和电动机两端的电压分别为U1和U2;经过时间t,电流通过电阻R做功为W1,产生的热量为Q1;电流通过电动机M做功为W2,产生的热量为Q2,则有(　B　)

A.U1=U2,Q1<Q2 B.W1<W2,Q1=Q2

C.W1<W2,Q1<Q2 D.U1>U2,Q1=Q2

解析:设开关接通后,电路中电流为I,对于电阻R,由欧姆定律得U1=IR,对于电动机,U2>IR,则U1<U2。根据公式W=UIt可得W1<W2,根据焦耳定律得Q1=I2Rt,Q2=I2Rt,则Q1=Q2。故B正确。

5.在如图所示的电路中,电源电动势为E,内阻为r,闭合开关后,滑动变阻器滑片P向左移动。下列结论正确的是(　A　)

A.电流表读数变小,电压表读数变大

B.小灯泡L变亮

C.电容器C上电荷量减小

D.电源的总功率变大

解析:闭合开关后,滑动变阻器滑片P向左移动,总电阻变大,电流表读数变小,电压表读数变大,小灯泡L变暗,A项正确,B项错误;电容器C上电压增大,电荷量增大,C项错误;电源的总功率变小,D项错误。

6.如图所示,一带电荷量为q的小球A固定于左侧绝缘支架上,右侧有一倾角为37°的绝缘光滑斜面,质量为m的带电小球B静止于斜面上,恰与A球处于同一高度。已知A、B间距离为d,静电力常量为k,重力加速度为g,(取sin 37°=0.6,cos 37°=0.8)则下列说法正确的是(　C　)

A.A、B带异种电荷

B.B受到的静电力方向沿斜面向上

C.B所带电荷量大小为

D.B受到斜面的支持力大小为mg

解析:带电小球B静止于斜面上,恰与A球处于同一高度,说明两小球带同种电荷,B受到的静电力方向水平向右,A、B错误;对小球B受力分析,静电力为k=mgtan 37°,解得q′=,B受到斜面的支持力大小为FN==mg,故选C。

7.下列有关静电的说法正确的是(　AD　)

A.复印机是利用静电吸附作用工作的

B.为了美观,最好把避雷针顶端设计成球形

C.电工穿用铜丝编织的高压作业服是因为该衣服不容易被扯破

D.飞机的机轮上装有搭地线或用导电橡胶做轮胎都是为了防止静电危害

解析:复印机是利用静电吸附作用工作的,A正确;避雷针利用尖端放电的原理来避雷,故避雷针必须设计成针状,不能设计成球形,B错误;当电工直接处于高压电场中时,很容易因静电感应而被电到,但若穿着用铜丝编织的作业服,当达到静电平衡时,作业服的屏蔽作用使作业服内电场强度保持为零,对电工起保护作用,C错误;飞机的机轮上装有搭地线或用导电橡胶做轮胎都是为了及时将产生的静电导走,防止静电危害,D正确。

8.一根横截面积为S的铜导线,通过电流为I。已知铜的密度为ρ,铜的摩尔质量为M,电子电荷量为e,阿伏加德罗常数为NA,设每个铜原子只提供一个自由电子,单位体积内的自由电子数为n,铜导线中自由电子定向移动的速率为v,t时间内穿过导线横截面的自由电子数为N0,下列关系式正确的是(　BCD　)

A.I=N0e B.It=N0e

C.N0=vtSn D.N0=NA

解析:电流为I=neSv==,有It=N0e,N0=vtSn,A错误,B、C正确;设体积V内自由电子数为N,则n===NA,所以N0=vtSn=vtS·NA,D正确。

9.如图所示,两根相互平行的长直导线过纸面上的M、N两点,且与纸面垂直,导线中通有大小相等、方向相同的电流。a、O、b在M、N的连线上,O为MN的中点,c、d位于MN的中垂线上,且a、b、c、d到O点的距离均相等。关于以上几点处的磁场,下列说法正确的是(　AB　)

A.O点处的磁感应强度为零

B.a、b两点处的磁感应强度大小相等、方向相反

C.c、d两点处的磁感应强度大小相等、方向相同

D.a、c两点处的磁感应强度的方向相同

解析:直导线M在O点的磁感应强度大小为B,竖直向下,同理可知,直导线N在O点的磁感应强度大小也为B,竖直向上,故O点处的磁感应强度为零,A正确;直导线M、N在a点的磁感应强度方向相反,但M产生的磁感应强度较大,故a点的合磁感应强度竖直向下,同理可知,b点的合磁感应强度竖直向上,大小与a点的相等,故a、b两点处的磁感应强度大小相等、方向相反,B正确;如图所示,B为c点的合磁感应强度,方向水平向右;同理可知,d点的磁感应强度与c点大小相等,方向水平向左,C错误;由B、C的分析可知,a、c两点处的磁感应强度的方向不同,D错误。

10.如图所示,K、L、M为静电场中的3个相邻的等差等势面,一带电粒子射入此静电场中后,沿abcde轨迹运动。已知K<L<M,且粒子在ab段做减速运动。下列判断正确的是(　CD　)

A.粒子带负电

B.粒子在a点的加速度大于在c点的加速度

C.粒子在a点与e点的速度大小相等

D.粒子在a点的电势能小于在d点的电势能

解析:因为K<L,且带电粒子在ab段做减速运动,因此粒子带正电,A错误;由等势面分布情况可知,该电场与等量异种点电荷形成的电场类似,可知a点电场强度小于c点电场强度,因此粒子在a点的加速度小于在c点的加速度,B错误;a点和e点处在同一等势面上,因此粒子在a、e两点的动能、电势能都相等,即速度大小相等,C正确;b点和d点处在同一等势面上,粒子在b、d两点的电势能相等,由于带电粒子在ab段做减速运动,静电力做负功,电势能增加,则粒子在a点的电势能小于在b点和d点的电势能,D正确。

11.如图所示,平行正对金属板水平放置,与电源、开关构成电路,闭合开关,两板间一个带电微粒处于静止状态,微粒的带电荷量保持不变,则下列判断正确的是(　AD　)

A.微粒一定带负电

B.断开开关,微粒会向下运动

C.断开开关,再将上板上移一小段距离,微粒会向下运动

D.保持开关闭合,上板向上移一小段距离,微粒会向下移动

解析:闭合开关达到稳定后,两板间的电场方向竖直向下,在两板间有一带电微粒恰好处于静止状态,则有静电力等于重力,静电力方向向上,那么微粒带负电,A正确;当断开开关,则两极板上的电荷量不变,根据C=,C=,E=,平行板电容器两极板间电场强度E=,平行板电容器两极板间电场强度与板间距没关系,电场强度不变,根据F=Eq,微粒受到的静电力不变,因此静电力仍等于重力,则微粒仍处于静止状态,B、C错误;保持开关闭合,两板间电压不变,上板向上移一小段距离,两极板间的距离d增大,根据E=,则电场强度减小,根据F=Eq,微粒受到的静电力减小,因此静电力小于重力,则微粒会向下移动,D正确。

12.如图所示,电源电动势为12 V,电源内阻为 1.0 Ω,电路中的电阻R0为1.5 Ω,小型直流电动机M的内阻为0.5 Ω,闭合开关S后,电动机转动,电压表读数为7.0 V。则以下判断中正确的是(　BCD　)

A.电动机的电流为14 A

B.电动机的电功率为14 W

C.电动机输出功率为12 W

D.电源的输出功率为20 W

解析:电源电动势为12 V,电压表读数为7.0 V,可得R0以及电源内阻消耗电压共为U=12 V-7.0 V=5.0 V,根据闭合电路欧姆定律有I==

A=2 A,所以通过电动机的电流为2 A,选项A错误;电动机总功率P总=IU′=2×7.0 W=14 W,选项B正确;电动机的内阻发热功率

P热=I2r′=22×0.5 W=2 W,所以输出功率P出=P总-P热=12 W,选项C正确;电源总功率P′=IE=2×12 W=24 W,电源的内耗功率P内=I2r=22×

1.0 W=4 W,电源输出功率P出′=P′-P内=20 W,选项D正确。

二、非选择题(共52分)

13.(6分)有一内阻未知(2 kΩ～6 kΩ)、量程为 0～3 V的直流电压表。某同学用一多用电表的欧姆挡,直接去测量该电压表的内阻,则欧姆挡的选择开关应拨至倍率“×　　　　”挡。该同学先将红、黑表笔短接调零后,应选图　　　　[选填“(甲)”或“(乙)”]的方式连接。在实验中,欧姆表的刻度盘如图(丙)所示,则电压表的电阻应为

　　　　 Ω。 

解析:当欧姆表的指针指在中间位置附近时,测量值较为准确,电压表内阻约为2 kΩ～6 kΩ,表盘中央刻度线约为15,为准确测量电压表内阻,应选择“×100”挡,欧姆表的正极插孔与内部电源的负极相连,与电压表构成一闭合回路,电流从负极插孔流出,进入电压表的正极,应选择图(甲)方式连接;由图示表盘可知,电压表的电阻为40×

100 Ω=4 000 Ω。

答案:100　(甲)　4 000(每空2分)

14.(10分)如图(甲)所示是某同学设计的测量电源的电动势和内阻的实验电路图,图中电压表V的量程为0～3 V,虚线框内为用表头G改装的电流表(解决G量程不够的问题),根据实验要求,完成下列问题。

(1)已知表头G的满偏电流Ig=200 mA、内阻Rg=0.40 Ω,电路中已将它改装为最大量程600 mA 的电流表,则R1=　　　　 Ω。

(2)通过移动变阻器R的滑片,得到多组电压表V的读数U和表头G的读数I,作出如图(乙)的图像,某次测量时,电压表示数如图(丙)所示,则读数为　　　　 V,此时对应G的电流为　　　　 mA。

(3)请根据图(乙)求出电源的电动势E等于　　　　 V,电源内阻等于　　　　 Ω(结果保留小数点后两位)。 

解析:(1)由串、并联电路规律,改装为最大量程600 mA的电流表,则有IgRg=(I-Ig)R1,

解得R1== Ω=0.20 Ω。

(2)电压表读数为2.60 V。

由图像可知电压为2.60 V时,表头G的读数为100 mA。

(3)由闭合电路欧姆定律有E=U+3I(r+),

整理得U=E-3(r+)I,

由图像可知E=2.93 V。

3(r+)= Ω=3.312 5 Ω,

代入数据解得r≈0.97 Ω。

答案:(1)0.20　(2)2.60　100

(3)2.93　0.97(每空2分)

15.(6分)把一长20 cm的直导线放入永磁体产生的匀强磁场中,使导线和磁场方向垂直,导线中的电流是2.0 A,受到的磁场力大小是3.6×10-2 N。求:

(1)永磁体产生的匀强磁场的磁感应强度的大小;

(2)将导线从磁场中取走后,永磁体产生的匀强磁场的磁感应强度的大小。

解析:(1)根据磁感应强度定义式得B== T=9×10-2 T。(4分)

(2)磁感应强度的大小只与磁场本身有关,将导线从磁场中取走后,永磁体产生的匀强磁场的磁感应强度大小仍为9×10-2 T。      (2分)

答案:(1)9×10-2 T　(2)9×10-2 T

16.(8分)如图所示,带电球A用绝缘细线悬挂于天花板下,将其置于平行金属板MN产生的水平匀强电场中,并处于静止状态,细线与竖直方向的夹角为θ=37°,小球的质量为m、带电荷量为q,MN板间距离为d(取sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,重力加速度为g)。求:

(1)小球所带电荷电性以及电场强度E的大小;

(2)平行金属板间的电压的大小。

解析:(1)对小球受力分析,如图所示

则有tan 37°==,                              (2分)

解得E=,                                        (1分)

小球带正电。                                       (2分)

(2)根据电势差公式有U=Ed,

解得UMN=Ed=。                                   (3分)

答案:(1)小球带正电　　(2)

17.(10分)如图所示,一电荷量为q、质量为m的带电粒子以初速度v0由P点射入匀强电场,入射方向与电场线垂直。粒子从Q点射出电场时,其速度方向与电场线成30°角。已知匀强电场的宽度为d,不计重力作用。求:

(1)从Q点射出时粒子的速度大小v;

(2)带电粒子由P到Q在竖直方向的偏移量;

(3)匀强电场的电场强度E的大小。

解析:(1)如图所示,由类平抛运动的规律和几何知识得

粒子在Q点竖直方向的分速度vy==v0,

粒子在Q点的速度v==2v0。                    (3分)

(2)设粒子在竖直方向的偏移量为y,粒子在电场中的运动时间为t,

则有y==v0t,

水平方向做匀速直线运动,则有d=v0t,由以上两式得y=d。  (3分)

(3)由静电力做功等于粒子动能的变化,得Eqy=mv2-m=m,

(2分)

解得E=。                                       (2分)

答案:(1)2v0　(2)d　(3)

18.(12分)如图(甲)所示的电路中,K与L间接一智能电源,可以产生恒定电流来给电容器进行持续充电。某次充电过程中电容器两端电压U随时间t的变化如图(乙)所示。已知电容器的电容为C,定值电阻的阻值为R,U0、t0为已知量。则:

(1)求 时刻电容器所带的电荷量;

(2)结合电流的定义式,求电路中的电流及 时刻K、L间的电压;

(3)结合静电力做功的表达式和电容器的电荷量Q与两端电压U的关系图像[如图(丙)所示],求 0～t0时间内,智能电源消耗的电能。

解析:(1)由图(乙)知道,时刻电容器两端电压为,时刻电容器所带的电荷量q=。                                    (2分)

(2)由电流的定义式可知流过电路中的电流I==C,

由图(乙)可得I=C,                                    (2分)

时刻,电容器及电阻两端的电压分别为UC=,UR=IR=,

由串联电路电压关系可知UKL=UC+UR=(1+)。             (2分)

(3)设0～t0时间内电容器储存的电能为EC,电阻上产生的焦耳热为QR,由静电力做功的表达式及QU图像与坐标轴所围面积的物理意义可知0～t0时间内电容器储存的电能EC=QU=C,            (2分)

(由其他合理方法求得也可得分)

由焦耳定律知0～t0时间内R上产生的焦耳热QR=I2Rt0=R,  (2分)

故在0～t0时间内智能电源消耗的电能E=EC+QR=C(1+)。 (2分)

答案:(1)

(2)C　(1+)

(3)C(1+)