内容正文:
高二物理
一、单项选择题∶本题共7小题,每小题4分,共28分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的。
1. 关于电源和电流,以下说法正确的是( )
A. 电源的作用是在电源内部把电子由负极搬运到正极,保持两极之间有稳定的电势差
B. 电源实质上也是一个用电器,也需要外界提供能量
C. 单位时间内通过导体横截面的电荷量越多,导体中的电流越大
D. 导体中的电流一定是由自由电子的定向移动形成的
2. 一段均匀铜导体的电阻为r,横截面积为S,导体两端所加电压为U,电子的电荷量为e,导体中单位体积内的自由电子数为n,则电子在铜导体中定向移动的速率为( )
A. B. C. D.
3. 如图所示,用某种金属材料制成长为a、宽为b、厚为c的长方体,且。电流沿AB方向的电阻为,电流沿CD方向的电阻为,电流沿EF方向的电阻为,则等于( )
A. 8∶2∶1 B. 8∶1∶4 C. 16∶1∶2 D. 16∶1∶4
4. 如图所示,其中电流表A的量程为0.6A,表盘均匀划分为30个小格,每一小格表示0.02A;的阻值等于电流表内阻的;的阻值等于电流表内阻的2倍;的阻值与电流表内阻相等。若用电流表A的表盘刻度表示流过接线柱1的电流值,则下列分析正确的是( )
A. 将接线柱1、2接入电路时,每一小格表示0.04A
B. 将接线柱1、2接入电路时,每一小格表示0.06A
C. 将接线柱1、3接入电路时,每一小格表示0.08A
D. 将接线柱1、3接入电路时,每一小格表示0.10A
5. 相距为L的点电荷A、B带电荷量分别为+4q和-q,如图所示,今引入第三个点电荷C,使三个点电荷都处于平衡状态,则C的电荷量和放置的位置是 ( )
A. -q,在A左侧距A为L处
B. -2q,在A左侧距A为L处
C. +4q,在B右侧距B为L处
D. +2q,在B右侧距B为L处
6. 一个带绝缘底座的空心金属球A带有的正电荷,其上端开有适当小孔,有绝缘柄的金属小球B带有的负电荷,使B球和A球内壁接触,如图所示,则A、B带电荷量分别为( )
A. 、 B. 、
C. 、 D. 、
7. 某静电场在x轴上的电场强度E随x的变化关系(图像)如图所示,x轴正方向为电场强度正方向。一个带正电的点电荷仅在电场力作用下由静止开始沿x轴运动,在x轴上的a、b、c、d四点间隔相等,则下列说法正确的是( )
A. 点电荷由a运动到d的过程中加速度先减小后增大
B. b和d两点处电势相等
C. 点电荷由a运动到d的过程中电势能先增大再减小
D. 点电荷从b运动到a电场力做的功小于从c运动到b电场力做的功
二、多选题:(本题共3小题,每小题6分,共18分。在每小题给出的四个选项中,有多个选项符合题目要求。全部选对6分,选对但不全部对的3分,选错的0分)
8. 如图所示为双板式静电除尘器的工作原理简化图,高压电源两极分别连接放电极与收尘极板、,在放电极表面附近形成强大的电场,使周围的空气电离;粉尘颗粒进入静电除尘区域,粉尘颗粒吸附负离子后带负电,粉尘颗粒在电场力的作用下向极板、迁移并沉积,以达到除尘目的。已知图中虚线为电场线,、、三点在同一直线上,,粉尘颗粒在运动过程中电荷量不变且忽略颗粒之间的相互作用,则下列说法正确的是( )
A. 高压电源一定为直流电源,且端为电源的负极
B. 到极板、的粉尘颗粒的电势能均减小
C. 不同粉尘颗粒在、、点受到的电场力大小为
D. 、、三点的电势满足
9. 如图所示,两块较大的金属板A、B平行水平放置并与一电源相连,闭合后,两板间有一质量为、带电量为的油滴恰好在点处于静止状态。则下列说法正确的是( )
A. 在仍闭合的情况下,若将A板向下平移一小段位移,则油滴向上加速运动,G中有的电流
B. 在仍闭合的情况下,若将A板向右平移一小段位移,则油滴仍然静止,G中有的电流
C. 若将断开,且将A板向左平移一小段位移,点电势降低
D. 若将断开,再将A板向下平移一小段位移,点电势不变
10. 如图甲,一带电粒子沿平行板电容器中线MN以速度平行于极板进入(记为时刻),同时在两板上加一按图乙变化的电压。已知粒子比荷为k,带电粒子只受电场力的作用且不与极板发生碰撞,经过一段时间,粒子以平行极板方向的速度射出,则下列说法中正确的是( )
A. 若粒子在时未射出,则粒子在垂直极板方向的速度不为0
B. 粒子射出时的速度大小一定为
C. 若粒子在时未射出,则粒子在垂直极板方向的位移大小为(d为极板间距)
D. 极板间距离d需满足,粒子才不会与极板碰撞
三、非选择题∶本题共5小题,共54分。
11. 某同学用如图1所示的装置探究向心力大小与速度、半径的关系。小球被细绳悬挂在铁架台上,悬挂点有一力传感器(可测细绳中的拉力),悬挂点正下方有一光电门,小球经过最低点时球心恰好挡住光电门发出的光。测得小球的质量为,直径为,悬线长度为,已知当地的重力加速度大小为。
(1)为了完成本实验,需要采取的科学方法是____。
A. 微元法 B. 控制变量法
(2)改变小球释放的高度以改变小球经过最低点时的速度大小,通过实验得到多组小球经过最低点时的拉力及挡光时间数据,作出图线如图2所示,图像纵轴上的截距的物理意义为____。
(3)保持光电门的位置不变,改变力传感器的高度和绳长,每次均使小球静止时恰好位于光电门处,将小球拉至同一高度由静止释放,测量多组小球经过最低点时的拉力及对应的绳长数据,为了得到向心力与半径的关系,应该作出____(填“”或“”)图像。
12. 某同学用图1所示电路观察电容器的充放电现象,并估测该电容器的电容。现有的器材∶直流电源(电压为8V),电阻箱(0-999.9Ω),单刀双掷开关,电流传感器,待测电容器,导线若干。
(1)实验时,应先将开关掷向____端(填“”或“”),由计算机得到的图像如图2所示,由此可知,开关闭合瞬间,流经电阻箱的电流为____mA,此瞬间,电容器对电流的阻碍为零,可简化为导线,则此次实验电阻箱接入电路的阻值为______Ω。
(2)若该同学数得图2阴影部分的面积为38个小格,由此可知此次充电过程,电容器存储的电荷量为______C,该电容器的电容为______μF。
13. 如图所示,两竖直虚线间的距离为L,其间的区域存在方向水平向右的匀强电场(图中未画出)。自该区域左方的A点将质量为m、电荷量分别为q和的带电小球M、N先后以相同的初速度沿平行于电场的方向射出。小球在重力作用下进入电场区域,并从该区域的右边界离开。已知N离开电场时的速度方向竖直向下;M在电场中做直线运动,刚离开电场时的动能为N刚离开电场时的动能的3倍。不计空气阻力,重力加速度大小为g。求:
(1)M与N在电场中运动的时间之比;
(2)A点距电场左边界的水平距离x;
(3)该电场的电场强度大小。
14. 如图所示,真空中A、B、C三点构成等边三角形,边长为L。若将三个电荷量均为的点电荷分别固定在A、B、C三点,已知静电力常量为k。求:
(1)A处点电荷对C处点电荷作用力的大小F;
(2)A、B连线中点电场强度的大小E。
15. 如图所示,两个带有等量正电荷的点电荷固定在匀强电场中a、b两点,两点电荷的电荷量均为+q,两点电荷连线与匀强电场方向垂直。若将一质量为m、电荷量为+Q的检验电荷放置在图中的P点,其恰好能够静止在该位置。已知a、b两点之间的距离为6d,P点到a、b连线中点O的距离为4d。现使该检验电荷在P点获得沿电场线方向的某一初速度,不计该检验电荷的重力作用,静电力常量为k。
(1)求检验电荷在P点所受库仑力的大小;
(2)求检验电荷经过a、b连线中点时加速度的大小;
(3)已知OP连线之间P'点(图中未画出)的电场强度与P点的电场强度相等,且OP'长度为nd,另已知电荷量为+Q的点电荷在距离它为r处的电势为,若要使检验电荷能从P点到达O点,求检验电荷的初动能满足的条件。
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高二物理
一、单项选择题∶本题共7小题,每小题4分,共28分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的。
1. 关于电源和电流,以下说法正确的是( )
A. 电源的作用是在电源内部把电子由负极搬运到正极,保持两极之间有稳定的电势差
B. 电源实质上也是一个用电器,也需要外界提供能量
C. 单位时间内通过导体横截面的电荷量越多,导体中的电流越大
D. 导体中的电流一定是由自由电子的定向移动形成的
【答案】C
【解析】
【详解】A.电源内部非静电力将电子从正极搬运到负极,从而维持两极电势差,而非从负极到正极,故A错误;
B.电源是提供能量的装置,不是用电器,故B错误;
C.根据电流定义式
可知单位时间内通过导体横截面的电荷量越多,电流越大,故C正确;
D.导体中的电流是带电粒子定向移动形成的,但带电粒子不一定是自由电子,如导电溶液中的带电粒子是正负离子,故D错误。
故选C。
2. 一段均匀铜导体的电阻为r,横截面积为S,导体两端所加电压为U,电子的电荷量为e,导体中单位体积内的自由电子数为n,则电子在铜导体中定向移动的速率为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】
【详解】根据欧姆定律有
根据电流的微观表达式
联立解得电子定向移动的速率为
故选B。
3. 如图所示,用某种金属材料制成长为a、宽为b、厚为c的长方体,且。电流沿AB方向的电阻为,电流沿CD方向的电阻为,电流沿EF方向的电阻为,则等于( )
A. 8∶2∶1 B. 8∶1∶4 C. 16∶1∶2 D. 16∶1∶4
【答案】D
【解析】
【详解】设金属材料的电阻率为,根据电阻定律可知,电流沿AB方向时电阻
电流沿CD方向时电阻
电流沿EF方向时电阻
则
故选D。
4. 如图所示,其中电流表A的量程为0.6A,表盘均匀划分为30个小格,每一小格表示0.02A;的阻值等于电流表内阻的;的阻值等于电流表内阻的2倍;的阻值与电流表内阻相等。若用电流表A的表盘刻度表示流过接线柱1的电流值,则下列分析正确的是( )
A. 将接线柱1、2接入电路时,每一小格表示0.04A
B. 将接线柱1、2接入电路时,每一小格表示0.06A
C. 将接线柱1、3接入电路时,每一小格表示0.08A
D. 将接线柱1、3接入电路时,每一小格表示0.10A
【答案】D
【解析】
【详解】AB.设电流表A的内阻为RA,总电流为,用电流表A的表盘刻度表示流过接线柱1的电流值时,若将接线柱1、2接入电路,电流表A先与串联后再与R1并联,根据并联电路的特点可得
代入数据,解得
则每一小格表示0.10A,故AB错误;
CD.若将接线柱1、3接入电路时,电流表A先与串联后再与R1并联最后再和串联,则
代入数据,解得
则每一小格表示0.10A,故C错误,D正确。
故选D。
5. 相距为L的点电荷A、B带电荷量分别为+4q和-q,如图所示,今引入第三个点电荷C,使三个点电荷都处于平衡状态,则C的电荷量和放置的位置是 ( )
A. -q,在A左侧距A为L处
B. -2q,在A左侧距A为L处
C. +4q,在B右侧距B为L处
D. +2q,在B右侧距B为L处
【答案】C
【解析】
【详解】三个电荷要平衡,必须三个电荷的一条直线,外侧二个电荷相互排斥,中间电荷吸引外侧两个电荷,所以外侧两个电荷距离大,要平衡中间电荷的拉力,必须外侧电荷电量大,中间电荷电量小,所以C必须为正电,在B的右侧,设C所在位置与B的距离为r,则C所在位置与A的距离为 ,要能处于平衡状态,以A对C的电场力大小等于B对C的电场力大小,设C的电量为Q,则有
解得
对点电荷A,其受力也平衡,则
解得
即C带正电,电荷量为4q,在B的右侧距B为L处。
故选C。
6. 一个带绝缘底座的空心金属球A带有的正电荷,其上端开有适当小孔,有绝缘柄的金属小球B带有的负电荷,使B球和A球内壁接触,如图所示,则A、B带电荷量分别为( )
A. 、 B. 、
C. 、 D. 、
【答案】B
【解析】
【详解】B球与A球接触后成为一个新的导体,由于带电导体的电荷只能分布于导体的外表面,因此
故选B。
7. 某静电场在x轴上的电场强度E随x的变化关系(图像)如图所示,x轴正方向为电场强度正方向。一个带正电的点电荷仅在电场力作用下由静止开始沿x轴运动,在x轴上的a、b、c、d四点间隔相等,则下列说法正确的是( )
A. 点电荷由a运动到d的过程中加速度先减小后增大
B. b和d两点处电势相等
C. 点电荷由a运动到d的过程中电势能先增大再减小
D. 点电荷从b运动到a电场力做的功小于从c运动到b电场力做的功
【答案】D
【解析】
【详解】A.由a运动到d的过程中,由题图可以看出电场强度先增大后减小,故电场力先增大后减小,加速度先增大后减小,选项A错误;
B.从a向右电场强度沿x轴负方向,则从b到d处逆着电场线方向移动,电势升高,选项B错误;
C.从a到d处逆着电场线方向移动,电势升高,正电荷的电势能一直增大,选项C错误;
D.由题图可知,a和b之间的平均电场强度小于b和c之间的平均电场强度,根据公式W=qEd可知,电荷从b运动到a电场力做功小于从c运动到b电场力做功,选项D正确。
故选D。
二、多选题:(本题共3小题,每小题6分,共18分。在每小题给出的四个选项中,有多个选项符合题目要求。全部选对6分,选对但不全部对的3分,选错的0分)
8. 如图所示为双板式静电除尘器的工作原理简化图,高压电源两极分别连接放电极与收尘极板、,在放电极表面附近形成强大的电场,使周围的空气电离;粉尘颗粒进入静电除尘区域,粉尘颗粒吸附负离子后带负电,粉尘颗粒在电场力的作用下向极板、迁移并沉积,以达到除尘目的。已知图中虚线为电场线,、、三点在同一直线上,,粉尘颗粒在运动过程中电荷量不变且忽略颗粒之间的相互作用,则下列说法正确的是( )
A. 高压电源一定为直流电源,且端为电源的负极
B. 到极板、的粉尘颗粒的电势能均减小
C. 不同粉尘颗粒在、、点受到的电场力大小为
D. 、、三点的电势满足
【答案】BD
【解析】
【详解】A.粉尘颗粒吸附负离子后带负电,粉尘颗粒在电场力的作用下向集尘极迁移并沉积,则端为电源的正极,故A错误;
B.电场力对放电极左侧和右侧的粉尘颗粒都做正功,电势能都减小,故B正确;
C.由电场线可知,但不同的颗粒带的电荷量的大小不知道,则电场力无法分析,故C错误;
D.由图可知,,由可得
则
解得,故D正确。
故选BD。
9. 如图所示,两块较大的金属板A、B平行水平放置并与一电源相连,闭合后,两板间有一质量为、带电量为的油滴恰好在点处于静止状态。则下列说法正确的是( )
A. 在仍闭合的情况下,若将A板向下平移一小段位移,则油滴向上加速运动,G中有的电流
B. 在仍闭合的情况下,若将A板向右平移一小段位移,则油滴仍然静止,G中有的电流
C. 若将断开,且将A板向左平移一小段位移,点电势降低
D. 若将断开,再将A板向下平移一小段位移,点电势不变
【答案】AD
【解析】
【详解】A.在仍闭合的情况下,若将A板向下平移一小段位移,根据
可知电容器电容增大,依题意电容器与电源保持连通状态,极板间电压不变,由
可知极板上电荷量增加,电容器处于充电状态,G中有的电流。根据
可知极板间匀强电场的场强变大,根据
可知油滴所受电场力增大,将向上加速运动。故A正确;
B.同理可知,在仍闭合的情况下,若将A板向右平移一小段位移,极板的正对面积减小,电容器电容减小,极板上电荷量减小,电容器处于放电状态,G中有的电流。根据
可知极板间匀强电场的场强不变,油滴仍然静止。故B错误;
C.若将断开,则极板上电荷量不变,将A板向左平移一小段位移,根据
可知电容器电容减小,由
可知极板间电压增大,根据
可知电场强度增大,P、B间电势差增大,B板接地,点电势升高。故C错误;
D.同理可知,若将断开,极板上电荷量不变,根据
可知匀强电场的场强不变,P、B间电势差不变,B板接地,点电势不变。故D正确。
故选AD。
10. 如图甲,一带电粒子沿平行板电容器中线MN以速度平行于极板进入(记为时刻),同时在两板上加一按图乙变化的电压。已知粒子比荷为k,带电粒子只受电场力的作用且不与极板发生碰撞,经过一段时间,粒子以平行极板方向的速度射出,则下列说法中正确的是( )
A. 若粒子在时未射出,则粒子在垂直极板方向的速度不为0
B. 粒子射出时的速度大小一定为
C. 若粒子在时未射出,则粒子在垂直极板方向的位移大小为(d为极板间距)
D. 极板间距离d需满足,粒子才不会与极板碰撞
【答案】BC
【解析】
【详解】A.粒子在垂直极板方向运动,加速,先减速再反向加速,末垂直速度不为0,但粒子最终要以平行极板速度射出(垂直速度为0),所以若未射出,此时垂直速度不符合射出条件,A错误;
B.粒子射出时垂直极板方向速度为0,水平方向速度始终为v,所以射出速度大小为v,B正确;
C.粒子进入电容器后,在平行于极板方向做匀速直线运动,垂直极板方向的运动图像如图所示
位移
由图像面积可知粒子在垂直极板方向的位移大小为,C正确;
D.粒子在垂直方向最大位移出现在或等时刻,位移
要使粒子不与极板碰撞,需
即
D错误。
故选BC。
三、非选择题∶本题共5小题,共54分。
11. 某同学用如图1所示的装置探究向心力大小与速度、半径的关系。小球被细绳悬挂在铁架台上,悬挂点有一力传感器(可测细绳中的拉力),悬挂点正下方有一光电门,小球经过最低点时球心恰好挡住光电门发出的光。测得小球的质量为,直径为,悬线长度为,已知当地的重力加速度大小为。
(1)为了完成本实验,需要采取的科学方法是____。
A. 微元法 B. 控制变量法
(2)改变小球释放的高度以改变小球经过最低点时的速度大小,通过实验得到多组小球经过最低点时的拉力及挡光时间数据,作出图线如图2所示,图像纵轴上的截距的物理意义为____。
(3)保持光电门的位置不变,改变力传感器的高度和绳长,每次均使小球静止时恰好位于光电门处,将小球拉至同一高度由静止释放,测量多组小球经过最低点时的拉力及对应的绳长数据,为了得到向心力与半径的关系,应该作出____(填“”或“”)图像。
【答案】(1)B (2)##小球受到的重力大小
(3)
【解析】
【分析】
【小问1详解】
本实验需要探究多个物理量间的关系,因此选用控制变量法,故选B。
【小问2详解】
对小球在最低点受力分析
即
图线为不过原点的一条直线,截距的物理意义为
【小问3详解】
由
因此应该作出图像。
【点睛】
12. 某同学用图1所示电路观察电容器的充放电现象,并估测该电容器的电容。现有的器材∶直流电源(电压为8V),电阻箱(0-999.9Ω),单刀双掷开关,电流传感器,待测电容器,导线若干。
(1)实验时,应先将开关掷向____端(填“”或“”),由计算机得到的图像如图2所示,由此可知,开关闭合瞬间,流经电阻箱的电流为____mA,此瞬间,电容器对电流的阻碍为零,可简化为导线,则此次实验电阻箱接入电路的阻值为______Ω。
(2)若该同学数得图2阴影部分的面积为38个小格,由此可知此次充电过程,电容器存储的电荷量为______C,该电容器的电容为______μF。
【答案】(1) ①. ②. 80 ③. 100
(2) ①. ②. 475
【解析】
【小问1详解】
[1]先将开关S掷向a端,给电容器充电,再掷向b端,让电容器放电。
[2]由图2可知开关闭合瞬间流经电阻箱R的电流为80mA;
[3]由欧姆定律可知
【小问2详解】
[1]电容器储存的电荷量
[2]由可得,该电容器的电容为
13. 如图所示,两竖直虚线间的距离为L,其间的区域存在方向水平向右的匀强电场(图中未画出)。自该区域左方的A点将质量为m、电荷量分别为q和的带电小球M、N先后以相同的初速度沿平行于电场的方向射出。小球在重力作用下进入电场区域,并从该区域的右边界离开。已知N离开电场时的速度方向竖直向下;M在电场中做直线运动,刚离开电场时的动能为N刚离开电场时的动能的3倍。不计空气阻力,重力加速度大小为g。求:
(1)M与N在电场中运动的时间之比;
(2)A点距电场左边界的水平距离x;
(3)该电场的电场强度大小。
【答案】(1);(2);(3)
【解析】
【详解】(1)设两小球的初速度为v0,在电场中N小球在水平方向做匀减速直线运动,满足方程
在电场中M小球在水平方向做匀加速直线运动,满足方程
解得
(2)在进入电场之前M、N均做平抛运动,满足
设在进入电场的瞬间速度与水平方向的夹角为,M在电场中做直线运动,则可得
又
可得
可得
(3)在电场中N在竖直方向做匀加速直线运动,离开电场时
在电场中M在竖直方向做匀加速直线运动,离开电场时
又结合(1)(2)问结果可得
14. 如图所示,真空中A、B、C三点构成等边三角形,边长为L。若将三个电荷量均为的点电荷分别固定在A、B、C三点,已知静电力常量为k。求:
(1)A处点电荷对C处点电荷作用力的大小F;
(2)A、B连线中点电场强度的大小E。
【答案】(1)
(2)
【解析】
【小问1详解】
由库仑定律可知,A处点电荷对C处点电荷作用力的大小
【小问2详解】
如图所示
由电场叠加原理可知,两处的点电荷在处合场强为零,因此A、B连线中点电场强度的大小
15. 如图所示,两个带有等量正电荷的点电荷固定在匀强电场中a、b两点,两点电荷的电荷量均为+q,两点电荷连线与匀强电场方向垂直。若将一质量为m、电荷量为+Q的检验电荷放置在图中的P点,其恰好能够静止在该位置。已知a、b两点之间的距离为6d,P点到a、b连线中点O的距离为4d。现使该检验电荷在P点获得沿电场线方向的某一初速度,不计该检验电荷的重力作用,静电力常量为k。
(1)求检验电荷在P点所受库仑力的大小;
(2)求检验电荷经过a、b连线中点时加速度的大小;
(3)已知OP连线之间P'点(图中未画出)的电场强度与P点的电场强度相等,且OP'长度为nd,另已知电荷量为+Q的点电荷在距离它为r处的电势为,若要使检验电荷能从P点到达O点,求检验电荷的初动能满足的条件。
【答案】(1)
(2)
(3)
【解析】
【小问1详解】
根据几何关系可知,a点到P点的距离为
电荷为+Q的点电荷,受到a、b两点处点电荷的库仑力,大小均为
所以受到的库仑力合力为
代入数据后,可得
【小问2详解】
检验电荷在P点处能够保持静止,有
可解得匀强电场的强度为
检验电荷在ab中点处受到的库仑力为零,只受到静电力,有
解得
【小问3详解】
检验电荷只要能到达点就可以到达点,若刚好到达点,则从P点到达点的过程由动能定理
又
解得
故
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