精品解析：吉林省长春市东北师范大学附属中学2024-2025学年高二上学期9月月考物理试题

2024—2025学年上学期高二年级 （物理）学科阶段验收考试试卷 考试时间：75分钟 满分：100分 一、选择题：本题共12小题，每小题5分，共60分。在每小题给出的四个选项中，第1～8题只有一项符合题目要求，第9～12题有多项符合题目要求。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。 1. 历史上很多科学家对电磁学理论的发展都做出很大贡献，下列有关说法正确的是（ ） A. 法拉第提出电场概念，并指出电场和电场线都是客观存在的 B. 元电荷e的数值最早是由法国学者库仑用实验测得的 C. 卡文迪什通过扭秤实验得出了库仑定律 D. 美国科学家富兰克林通过实验发现，雷电性质与摩擦产生的电的性质完全相同 2. 场是一种客观存在的物质，组合体与地球之间的万有引力是通过引力场产生的。类比用电场线描述静电场，可以用引力场线描述引力场。不考虑其它天体的影响，地球周围的引力场线分布与下列电场的电场线分布相似的是（ ） A. 匀强电场 B. 孤立点电荷电场 C. 两个等量同种电荷的电场 D. 两个等量异种电荷的电场 3. 真空中静止放置一个带电量为+Q的点电荷，若取无穷远处为零电势点，则距离点电荷为r处的电势为。若距离点电荷距离为R处电势为φ0，则此处电场强度大小为（　　） A. B. C. D. 4. 如图所示，一带负电荷的金属球，外面同心地罩一不带电的金属球壳，则在球壳中点P处的场强大小与电势（设无穷远处为电势零点）分别为（　　） A. E = 0，φ > 0 B. E = 0，φ < 0 C. E = 0，φ = 0 D. E > 0，φ < 0 5. 在“用传感器观察电容器的充放电过程”实验中，按图甲所示连接电路。电源两端电压保持不变。单刀双掷开关S先跟2相接，某时刻开关改接1，一段时间后，把开关再改接2，此后实验中使用了电流传感器来采集电流随时间的变化情况，实验得到的图像如图乙所示。下列有关说法正确的是（ ） A. 在电容器放电过程中电阻R两端的电压保持不变 B. 在电容器充电过程中电容器的电容随电量增大而不断变大 C. 如果不改变电路其他参数，只减小电阻R的阻值，则此过程的曲线与坐标轴所围成的面积将增大 D. 如果只增大电容器两极板间的距离，那么曲线与坐标轴所围成的面积将减小 6. 离地面高度h（h远小于地球半径r）以下大气层可视为电阻率较大的电解质。假设由于雷暴对大气层的“电击”，使得离地面高度h处的大气层与带负电的地球表面之间形成稳定电场，其电势差约为U。已知雷暴每秒钟给地球充电的电荷量约为Q，球面表面积公式为。下列说法正确的是（ ） A. 充电电流的方向由大气层指向地球表面 B. 雷暴给地球的充电电流平均值约为 C. 该大气层的等效电阻为 D. 该大气层的等效电阻率为 7. 如图所示，在正方形abcd两个顶点a、b放置两个相同的正点电荷q，O为正方形的中心，O处的电场强度大小为E，将一试探电荷从无穷远处移到O点，电场力做功为W。若在d处再放置一个带电量为q的正点电荷，则此时O点场强大小及将同样的试探电荷从无穷远处移到O点电场力做功为（　　） A. ， B. ， C. ， D. ， 8. 已知均匀带电的无穷大平面在真空中激发的电场中各处的场强相同。现有一平行板电容器，极板面积为S，两板间隔为d，其中充满空气（空气的介电常数取为ε）。当两极板上加电压U时，忽略边缘效应，且静电力常量为k，两极板间的相互作用力大小为（　　） A B. C. D. 9. 电鳗体内从头到尾都有一些类似小型电池的细胞，这些细胞就像许多叠在一起的叠层电池，这些“电池”串联起来后，电鳗的头和尾之间就产生了很高的电压，此时电鳗的头和尾的周围空间产生类似于等量点电荷（O为两点电荷连线的中点）的强电场。如图所示，虚线为该电场的等势线，实线ABCD是以O点为中心的正方形，点A和D在同一等势线上，点B和C在另一等势线上。则下列说法正确的是（ ） A. 电鳗的头部和尾部带同种电荷 B. 电鳗头部和尾部带异种电荷 C. A点与C点的电场强度相同 D. A点与C点的电场强度大小相同，但方向不同 10. 如图，平行板电容器与电压为U的直流恒压电源相连，改变电容器板间距离d，待电路稳定后，带正电的粒子质量为m、电荷量为q，从靠近左板处由静止释放，测得粒子从出发至右板所用的时间为t，到达右板的速度大小为v，重复上述过程，完成多次实验。板间电场可视为匀强电场，粒子所受重力忽略不计。下列图像正确的是（　　） A. B. C. D. 11. 竖直平面内有一匀强电场，电场方向与水平方向夹角为37°。现在竖直平面内建立坐标系，水平x轴上各点的电势随坐标x的变化规律如图所示。现将一带负电小球在处无初速度释放，小球沿x轴做直线运动。处电势为0V，取，，则（ ） A. 小球的比荷约为 B. 匀强电场的场强大小为400V/m C. 小球沿x轴正方向做加速度大小为的匀加速直线运动 D. 坐标为，的点的电势为25V 12. 如图所示，绝缘轻杆两端固定带电小球a和b，一正点电荷放在轻杆的左侧。现将轻杆绕中点O转动，在位置MN和位置EF时两小球的电势能总量刚好相等。则（ ） A. a、b两球一定带同种电荷 B. a球的带电量比b球少 C. a球由E转动到M，电场力对其一定做正功 D. b球在N点的电势能可能小于F点的电势能 二、计算题：本题共3小题，13题10分，14题12分，15题18分。请在答题纸上指定的位置写出必要的解答过程，只有结果没有解答过程不得分。 13. 如图，AB为真空中点电荷电场中的一条直线，C、D是直线上间距为d的两点，直线上C点场强最大，大小为E，D点场强大小为C点场强大小的四分之一，静电力常量为k。 （1）求场源电荷的电荷量； （2）若在原点电荷关于C点的对称点放一个与原点电荷完全相同的点电荷，求C、D两点的场强大小。 14. 一匀强电场，电场强度方向水平向左，如图所示，一个质量为m、带正电的小球以初速度v从O点出发，在静电力与重力的作用下，恰能沿与电场强度的反方向成θ角的直线运动（如图所示）。 （1）求小球运动到最高点时的电势能与在O点时的电势能之差； （2）若电场方向变为水平向右，其他初始条件不变，求小球运动到最高点时的电势能与在O点时的电势能之差； 15. 图甲是某粒子控制设备的核心装置，图乙是其正视图，装置的左侧为两个水平正对放置的长方形金属板abcd和a′b′c′d′，OO′是其水平中心轴线，金属板ab边长L = 0.24 m，bc边足够长，金属板间距d = 0.8 m；让下金属板接地，上金属板的电势φ随时间t变化关系如图丙所示，周期T = 6 × 10−5 s，t = 0 s时刻上金属板的电势高。从t = 0 s时刻开始，一束负离子由aa′dd′面中心点O处沿OO′方向连续射入两板间，已知每个离子的比荷，入射速度v0 = 4 × 103 m/s。离子间相互作用及重力不计，sin37° = 0.6，cos37° = 0.8。求： （1）t = 0 s时刻射入的离子射出平行板时速度大小和射出平行板时竖直方向偏转距离； （2）求从金属极板间射出的离子束宽度； （3）求从t = 0 s开始半个周期内，哪一时刻入射的离子可以从bb′cc′面与OO′水平中心轴线交点O′出射； 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $$ 2024—2025学年上学期高二年级 （物理）学科阶段验收考试试卷 考试时间：75分钟 满分：100分 一、选择题：本题共12小题，每小题5分，共60分。在每小题给出的四个选项中，第1～8题只有一项符合题目要求，第9～12题有多项符合题目要求。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。 1. 历史上很多科学家对电磁学理论的发展都做出很大贡献，下列有关说法正确的是（ ） A. 法拉第提出电场概念，并指出电场和电场线都是客观存在的 B. 元电荷e的数值最早是由法国学者库仑用实验测得的 C. 卡文迪什通过扭秤实验得出了库仑定律 D. 美国科学家富兰克林通过实验发现，雷电的性质与摩擦产生的电的性质完全相同 【答案】D 【解析】 【详解】A．法拉第提出电场概念，电场是客观存在的，但是电场线是人们假想的，选项A错误； B．电荷量e的数值最早是由美国学者密立根用实验测得的，故B错误； C．卡文迪什通过扭秤实验得出了万有引力常量，选项C错误； D．美国科学家富兰克林通过实验发现，雷电的性质与摩擦产生的电的性质完全相同，选项D正确。 故选D。 2. 场是一种客观存在的物质，组合体与地球之间的万有引力是通过引力场产生的。类比用电场线描述静电场，可以用引力场线描述引力场。不考虑其它天体的影响，地球周围的引力场线分布与下列电场的电场线分布相似的是（ ） A. 匀强电场 B. 孤立点电荷的电场 C. 两个等量同种电荷的电场 D. 两个等量异种电荷的电场 【答案】B 【解析】 【详解】根据点电荷的电场线分布特点可知，地球周围的引力场线分布与下列电场的电场线分布相似的是孤立点电荷的电场，故B正确，ACD错误。 故选B。 3. 真空中静止放置一个带电量为+Q的点电荷，若取无穷远处为零电势点，则距离点电荷为r处的电势为。若距离点电荷距离为R处电势为φ0，则此处电场强度大小为（　　） A. B. C. D. 【答案】A 【解析】 【详解】由题意可知，距离点电荷距离为R处电势和电场强度大小分别为 可得 故选A。 4. 如图所示，一带负电荷的金属球，外面同心地罩一不带电的金属球壳，则在球壳中点P处的场强大小与电势（设无穷远处为电势零点）分别为（　　） A. E = 0，φ > 0 B. E = 0，φ < 0 C. E = 0，φ = 0 D. E > 0，φ < 0 【答案】B 【解析】 【详解】带负电荷的金属球在金属球壳内外表面间的场强与金属球壳内外表面感应电荷产生的场强相抵消，金属球壳处于静电平衡状态，故在球壳中点P处的场强大小为 金属球壳处于静电平衡状态，故金属球壳为等势体，设无穷远处为电势零点，金属球壳在带负电荷的金属球附近，则整个球壳电势为负值，即P处的电势为 故选B。 5. 在“用传感器观察电容器充放电过程”实验中，按图甲所示连接电路。电源两端电压保持不变。单刀双掷开关S先跟2相接，某时刻开关改接1，一段时间后，把开关再改接2，此后实验中使用了电流传感器来采集电流随时间的变化情况，实验得到的图像如图乙所示。下列有关说法正确的是（ ） A. 在电容器放电过程中电阻R两端的电压保持不变 B. 在电容器充电过程中电容器的电容随电量增大而不断变大 C. 如果不改变电路其他参数，只减小电阻R的阻值，则此过程的曲线与坐标轴所围成的面积将增大 D. 如果只增大电容器两极板间的距离，那么曲线与坐标轴所围成的面积将减小 【答案】D 【解析】 【详解】A．在电容器放电过程中电流逐渐减小，可知电阻R两端的电压逐渐减小，选项A错误； B．电容器的电容由电容器本身决定，与电容器带电量无关，则在电容器充电过程中电容器的电容不变，选项B错误； C．曲线与坐标轴所围成的面积等于电容器所带的电量值，则如果不改变电路其他参数，只减小电阻R的阻值，则此过程的曲线与坐标轴所围成的面积不变，选项C错误； D．如果只增大电容器两极板间的距离，根据 可知电容器的电容C减小，根据 Q=CU 可知，电容器带电量减小，那么曲线与坐标轴所围成的面积将减小，选项D正确。 故选D。 6. 离地面高度h（h远小于地球半径r）以下的大气层可视为电阻率较大的电解质。假设由于雷暴对大气层的“电击”，使得离地面高度h处的大气层与带负电的地球表面之间形成稳定电场，其电势差约为U。已知雷暴每秒钟给地球充电的电荷量约为Q，球面表面积公式为。下列说法正确的是（ ） A. 充电电流的方向由大气层指向地球表面 B. 雷暴给地球的充电电流平均值约为 C. 该大气层的等效电阻为 D. 该大气层的等效电阻率为 【答案】D 【解析】 【详解】A．雷暴给地球充电，即大量负电荷流向地球，可知充电电流的方向由地球表面指向大气层，选项A错误； B．雷暴每秒钟给地球充电的电荷量约为Q，则雷暴给地球的充电电流平均值约为 选项B错误； C．该大气层的等效电阻为 选项C错误； D．根据 可得该大气层的等效电阻率为 选项D正确。 故选D。 7. 如图所示，在正方形abcd两个顶点a、b放置两个相同的正点电荷q，O为正方形的中心，O处的电场强度大小为E，将一试探电荷从无穷远处移到O点，电场力做功为W。若在d处再放置一个带电量为q的正点电荷，则此时O点场强大小及将同样的试探电荷从无穷远处移到O点电场力做功为（　　） A. ， B. ， C. ， D. ， 【答案】B 【解析】 【详解】由题意可知，O点到a、b、d三点的距离相等，且a、b、d三点均放置电量为q的正电荷，则三个点电荷在O点产生的电场强度大小相等，设为E0，如图，当只在a、b两点放置电荷时，O点的场强大小为 如图，当在a、b、d三点放置电荷时，O点的场强大小为 由题意可知，试探电荷从无穷远处移到O点过程中，a、b、d三点的点电荷对试探电荷所做的功均相同，为，故该过程电场力对试探电荷做功为 故选B。 8. 已知均匀带电的无穷大平面在真空中激发的电场中各处的场强相同。现有一平行板电容器，极板面积为S，两板间隔为d，其中充满空气（空气的介电常数取为ε）。当两极板上加电压U时，忽略边缘效应，且静电力常量为k，两极板间的相互作用力大小为（　　） A. B. C. D. 【答案】A 【解析】 【详解】平行板电容器的电容定义式和决定式分别为 平行板电容器两板间的电场强度大小为 所以单个平行板产生的电场强度大小为 两极板间的相互作用力大小为 联立可得 故选A。 9. 电鳗体内从头到尾都有一些类似小型电池的细胞，这些细胞就像许多叠在一起的叠层电池，这些“电池”串联起来后，电鳗的头和尾之间就产生了很高的电压，此时电鳗的头和尾的周围空间产生类似于等量点电荷（O为两点电荷连线的中点）的强电场。如图所示，虚线为该电场的等势线，实线ABCD是以O点为中心的正方形，点A和D在同一等势线上，点B和C在另一等势线上。则下列说法正确的是（ ） A. 电鳗的头部和尾部带同种电荷 B. 电鳗的头部和尾部带异种电荷 C. A点与C点的电场强度相同 D. A点与C点的电场强度大小相同，但方向不同 【答案】BC 【解析】 【详解】AB．由等势线的分布可知，电鳗的头部和尾部带异种电荷，选项A错误，B正确； CD．由等量异种电荷的电场分布可知，A点与C点的电场强度大小方向均相同，即两点场强相同，选项C正确，D错误。 故选BC。 10. 如图，平行板电容器与电压为U的直流恒压电源相连，改变电容器板间距离d，待电路稳定后，带正电的粒子质量为m、电荷量为q，从靠近左板处由静止释放，测得粒子从出发至右板所用的时间为t，到达右板的速度大小为v，重复上述过程，完成多次实验。板间电场可视为匀强电场，粒子所受重力忽略不计。下列图像正确的是（　　） A. B. C. D. 【答案】AC 【解析】 【详解】AB．对于带正电的粒子，在匀强电场中受电场力作用，根据动能定理，有 可得 可知，粒子到达右板的速度v的大小与板间距离d无关，A正确、B错误； CD．设粒子在电场中运动的加速度为，有 联立可得 可知，粒子从出发至右板所用的时间与板件距离成正比，C正确、D错误。 故选AC。 11. 竖直平面内有一匀强电场，电场方向与水平方向夹角为37°。现在竖直平面内建立坐标系，水平x轴上各点的电势随坐标x的变化规律如图所示。现将一带负电小球在处无初速度释放，小球沿x轴做直线运动。处电势为0V，取，，则（ ） A. 小球的比荷约为 B. 匀强电场的场强大小为400V/m C. 小球沿x轴正方向做加速度大小为的匀加速直线运动 D. 坐标为，的点的电势为25V 【答案】ACD 【解析】 【详解】B．由图像可知 而 可得 E=500V/m 电场方向与水平方向夹角为37°指向第三象限，选项B错误； AC．小球沿x轴做直线运动可知，受斜向右上的电场力和竖直向下的重力，合力沿x轴方向，可知 可得 解得 选项AC正确； D．因O点电势为零，坐标为，的点的电势为 选项D正确。 故选ACD。 12. 如图所示，绝缘轻杆两端固定带电小球a和b，一正点电荷放在轻杆的左侧。现将轻杆绕中点O转动，在位置MN和位置EF时两小球的电势能总量刚好相等。则（ ） A. a、b两球一定带同种电荷 B. a球的带电量比b球少 C. a球由E转动到M，电场力对其一定做正功 D. b球在N点的电势能可能小于F点的电势能 【答案】ABD 【解析】 【详解】A．根据题意，a、b两球电势能总量刚好相等，说明点电荷对a、b两球所做的总功为零，若a、b两球电性不同，则点电荷对两个小球同时做正功或负功，则电势能必然增大或减少，与题意不符，故a、b两球电性一定相同，故A正确； B．a球由E转动到M，则b球由F转到N，点电荷对两球做功大小应相等，根据点电荷的电场特点可知M，N两点电势相同，令点电荷带正电，则电场力做功 WEM=qaUEM WFN=qbUNF 距离相等，电场强度的大小 EEM＞EFN 根据电场强度跟电势差的关系U=Ed可得 UEM＞UFN 可得 qa＜qb 故B正确； C．若点电荷的电性与两球电性相反，则a球由E转动到M，电场力对其一定做负功，故C错误； D．若点电荷的电性与两球电性相反，则b球由N转动到F，电场力对其一定做负功，小球的电势能增大，所以b球在N点的电势能小于F点的电势能；若是点电荷的电性与两球的电性相同，则b球由N转动到F，电场力对其一定做正功，小球的电势能减小，所以b球在N点的电势能一定F点的电势能，故D正确。 故选ABD。 二、计算题：本题共3小题，13题10分，14题12分，15题18分。请在答题纸上指定的位置写出必要的解答过程，只有结果没有解答过程不得分。 13. 如图，AB为真空中点电荷电场中的一条直线，C、D是直线上间距为d的两点，直线上C点场强最大，大小为E，D点场强大小为C点场强大小的四分之一，静电力常量为k。 （1）求场源电荷的电荷量； （2）若在原点电荷关于C点的对称点放一个与原点电荷完全相同的点电荷，求C、D两点的场强大小。 【答案】（1） （2）0， 【解析】 【小问1详解】 由题意得C点与点电荷连线与AB垂直。 因为 即 所以点电荷O与CD构成直角三角形，且角ODC为30°。 故 解得 则C点场强 解得 【小问2详解】 两点电荷在C点场强等大反向，故C点和场强为0； 两点电荷在D点的场强与直线成30°角，有 解得 14. 一匀强电场，电场强度方向水平向左，如图所示，一个质量为m、带正电的小球以初速度v从O点出发，在静电力与重力的作用下，恰能沿与电场强度的反方向成θ角的直线运动（如图所示）。 （1）求小球运动到最高点时的电势能与在O点时的电势能之差； （2）若电场方向变为水平向右，其他初始条件不变，求小球运动到最高点时电势能与在O点时的电势能之差； 【答案】（1） （2） 【解析】 【小问1详解】 由题意可知，电场力与重力的合力沿初速度v反方向，则有 水平方向有 过程中有功能关系 故小球运动到最高点时电势能与在O点时的电势能之差为 解得 【小问2详解】 电场反向后，电场力与重力的关系仍满足 竖直方向到最高点满足 水平方向有 解得 此时小球运动到最高点时的电势能与在O点时的电势能之差 解得 15. 图甲是某粒子控制设备的核心装置，图乙是其正视图，装置的左侧为两个水平正对放置的长方形金属板abcd和a′b′c′d′，OO′是其水平中心轴线，金属板ab边长L = 0.24 m，bc边足够长，金属板间距d = 0.8 m；让下金属板接地，上金属板的电势φ随时间t变化关系如图丙所示，周期T = 6 × 10−5 s，t = 0 s时刻上金属板的电势高。从t = 0 s时刻开始，一束负离子由aa′dd′面中心点O处沿OO′方向连续射入两板间，已知每个离子的比荷，入射速度v0 = 4 × 103 m/s。离子间相互作用及重力不计，sin37° = 0.6，cos37° = 0.8。求： （1）t = 0 s时刻射入的离子射出平行板时速度大小和射出平行板时竖直方向偏转距离； （2）求从金属极板间射出的离子束宽度； （3）求从t = 0 s开始半个周期内，哪一时刻入射的离子可以从bb′cc′面与OO′水平中心轴线交点O′出射； 【答案】（1）5 × 103 m/s，0.225 m （2）0.216 m （3）2.5 × 10−5 s 【解析】 【小问1详解】 负离子穿过平行板的时间为 t = 0时刻进入平行板的负离子的竖直速度与时间关系图像如图 前半周期内加速度大小为 同理得后半周期内加速度大小为 时刻竖直方向速度大小为 t = T时刻竖直方向速度大小为 离子射出时速度 竖直方向的偏移位移为 符合题意，所以竖直方向的偏移位移为0.225 m 【小问2详解】 不同时刻进入的离子在平行板间的运动时间均为一个电压变化周期，竖直方向初速度为零，加速度竖直向上的时间和加速度竖直向下的时间均为半个周期，与零时刻进入的离子相同，故离子从平行板射出时竖直方向速度相同，出射速度相同，结合图像如图 设速度方向与水平成θ角，则 解得 当0时刻进入平行板的离子向上偏转的最大位移为 当时刻进入平行板的离子向下偏转的最大位移为 由此可知所有离子与水平方向成37°射出，离子束宽度为 【小问3详解】 竖直方向上从初速度为0经历加速再减速为0的两段过程时间比与两种电压的加速度成反比，因为两种电压的加速度为两倍关系，故设入射后各段运动的时间分别为： 第一段：向上加速的时间为t，向上减速到0的时间则为2t； 第二段：紧接着向下加速的时间为，向下减速到0的时间为； 第三段：最后向上加速的时间为。 一个周期内向上和向下的竖直位移大小相等，有 解得 故入射时刻为 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $$