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(满分:100分 网阅作业,选择题请在答题区内作答)
一、单项选择题(本题共4小题,每小题4分,共16分。每小题只有一个选项符合题目要求)
1.根据安培分子电流假说,下列说法中不正确的是 ( )
A.不管磁体、非磁体,其内部均存在分子电流
B.没有磁性的物体内分子电流的取向杂乱无章,分子电流形成的磁性彼此抵消,总体对外不显磁性
C.原来没有磁性的物体被磁化后,内部分子电流的方向变得大致相同,且不易再被打乱
D.磁体内存在分子电流,非磁体内不存在分子电流
2.如图所示,磁感线呈弧形,虚线框内有产生以上弧形磁感线的磁场源,则下列图中的磁场源不可能是 ( )
3.研究磁现象时,常常要讨论穿过某一面积的磁场及其变化,为此引入了磁通量的概念。在电场中也可以定义电通量,如图甲所示,设在电场强度为E的匀强电场中,有一个与电场方向垂直的平面,面积为S,我们把E与S的乘积称为穿过这个面积的电通量,用字母ΦE表示,即ΦE=ES。假设真空中O点有一点电荷q,以O为球心,分别以r1、r2为半径作两个球面,如图乙所示。设通过半径为r1的球面的电通量为ΦE1,通过半径为r2的球面的电通量为ΦE2。则ΦE1与ΦE2的比值为 ( )
A. B. C. D.1
4.如图所示的电路,两电表均为理想电表,电源的内阻不可忽略,R1>r。开始滑动变阻器的滑片位于图示的位置,则在滑片向上滑动的过程中,下列选项正确的是 ( )
A.电源的输出功率增大 B.流过R1的电流减小
C.两电表的示数均增大 D.电源的总功率减小
二、双项选择题(本题共4小题,每小题6分,共24分。每小题有多个选项符合题目要求,全部选对得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分)
5.如图所示,一长立方体金属块ABCD-A'B'C'D'的电阻率为ρ,已知AB边长为a,BC边长为b,AA'边长为h,给AA'D'D面与BB'C'C面加上U的电压,通过立方体的电流为I,则该立方体接入电路中的电阻值为 ( )
A. B. C. D.
6.如图1所示,有一种电吹风由线圈电阻为r的小型电动机与电阻为R的电热丝串联组成,电路如图2所示,将电吹风接在电路中,电吹风两端的电压为U,电吹风正常工作,此时电热丝两端的电压为U1,则下列判断正确的是 ( )
A.电热丝的电流大小为
B.电动机线圈的发热功率为
C.电动机消耗的功率为(U-U1)
D.>
7.如图所示,两个倾角相等、底端相连的光滑绝缘轨道被固定在竖直平面内,空间存在平行于该竖直平面水平向右的匀强电场。带正电的甲、乙小球(均可视为质点)在轨道上同一高度保持静止,间距为L,甲、乙所带电荷量分别为q、2q,质量分别为m、2m,静电力常量为k,重力加速度大小为g。甲、乙所受静电力的合力大小分别为F1、F2,匀强电场的电场强度大小为E,不计空气阻力,则 ( )
A.F1=F2
B.E=
C.若将甲、乙互换位置,二者仍能保持静止
D.若撤去甲,乙下滑至底端时的速度大小v=
8.如图,两个平行金属板P、Q正对竖直放置,P板中心位置处固定一水平光滑绝缘细杆,细杆上套有一质量为m、电荷量为+q的圆环,杆长度与P、Q间距相等。Q板右边相距为0.5L处有两水平放置的长为L、间距为d的平行金属板M、N。现在P、Q板间加一电压U0,在M、N板间加另一电压,小圆环从细杆左边由静止开始运动,从Q板上的小孔飞出,恰好从M板的左侧边缘进入板间,最后从下极板N的右侧边缘水平飞出,不计极板的厚度及小圆环的大小,不计边缘效应,重力加速度为g。下列说法正确的是 ( )
A.M板比水平绝缘杆低
B.M板与水平绝缘杆间的高度为
C.M、N间电势差为UMN=-
D.小圆环在M、N间运动过程中,电场力做的功为mgd
三、非选择题(共60分,其中9、10、11题为填空题,12题为实验题,13、14、15题为计算题)
9.(4分)如图甲所示,电源电压E=12 V、内阻不计,灯泡L的额定电压为9 V,其伏安特性曲线如图乙所示,滑动变阻器R的最大阻值为10 Ω,灯泡L的阻值随电流的增大而 ,灯泡L的额定功率为 W,滑动变阻器接入电路的阻值至少为 ________Ω。
10.(4分)如图甲所示,在某电场中建立x坐标轴,一个电子仅在电场力作用下沿x轴正方向运动,经过A、B、C三点,已知xC-xB=xB-xA。该电子的电势能Ep随坐标x变化的关系如图乙所示。A点电场强度 B点的电场强度,A、B两点电势差的绝对值 B、C两点电势差的绝对值,电子经过A点的速率 ____________经过B点的速率。(选填“大于”“小于”或“等于”)
11. (4分)如图为静电除尘机原理示意图,废气先经过一个机械过滤装置再进入静电除尘区,带负电的尘埃在电场力的作用下向集尘极迁移并沉积,以达到除尘目的。图中虚线为电场线(方向未标)。不考虑尘埃在迁移过程中的相互作用和电量变化,则图中A点电势 B点电势,尘埃在迁移过程中电势能 。
12.(8分)某兴趣小组设计了测量盐水电导率的实验。所用器材有:电源E(电动势恒定,内阻可忽略);毫安表(量程15 mA,内阻可忽略);电阻R1(阻值500 Ω)、R2(阻值500 Ω)、R3(阻值600 Ω)和R4(阻值200 Ω);开关S1和S2;装有耐腐蚀电极板和温度计的有机玻璃样品池;导线若干。请完成下列实验操作和计算。
(1)电路连接
图(a)为实验原理图。在图(b)的实物图中,已正确连接了部分电路,只有R4一端的导线还未连接,该导线应接到R3的 (填“左”或“右”)端接线柱。(2分)
(2)盐水电导率和温度的测量
①测量并记录样品池内壁的长宽高,在样品池中注满待测盐水。
②闭合开关S1, 开关S2,毫安表的示数为10.0 mA,记录此时毫安表的示数;计算得到流过样品池的电流I1为 mA;(2分)
③ 开关S2,毫安表的示数为15.0 mA,记录此时毫安表的示数;计算得到流过样品池的电流I2为 mA;(2分)
④断开开关S1,测量并记录盐水的温度。
(3)根据上述数据,计算得到样品池两电极板间待测盐水的电阻为 Ω,进而可求得该温度时待测盐水的电导率。(2分)
13.(12分)已知山东某校地面处的地磁场水平分量约为3×10-5 T,该校物理兴趣小组做估测磁体附近磁感应强度的实验。他们将一小罗盘磁针放在一个水平放置的螺线管附近的轴线上,如图所示。小磁针静止时N极指向y轴正方向,当接通电源后,发现小磁针N极指向与y轴正方向成60°角的方向。请在图上标明螺线管导线的绕向,并求出该通电螺线管在小磁针处产生的磁感应强度大小。(保留一位有效数字)
14.(13分)如图所示,电荷量为-e、质量为m的电子从A点沿与电场线垂直的方向射入匀强电场,初速度为v0,当它通过电场中B点时,其速度与电场线方向成150°角,不计电子的重力,以A点的电势为零。求:
(1)电子在B点的速度vB的大小;(6分)
(2)B点的电势φB。(7分)
15.(15分)如图,电源电动势E=26 V,内阻r=1 Ω,电路中定值电阻R1阻值为25 Ω。平行板电容器C的极板水平放置,两极板长L=20 cm,板间距离为d=5 cm,电容C=30 μF。闭合开关S,电路达到稳定时:
(1)求电阻R1消耗的电功率及电容器C所带的电荷量;(7分)
(2)某时刻一带电粒子a从靠近电容器上极板的左边缘以水平速度v0=200 m/s进入两板间,恰好从下极板的右边缘射出,不计粒子重力,求该粒子的比荷。(8分)
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1.选D 由安培的分子电流假说可知,任何物体内部均存在分子电流,故A正确,D错误;物体对外不显磁性,是因为物体内分子电流的取向杂乱无章,分子电流形成的磁性彼此抵消,总体对外不显磁性,故B正确;物体被磁化是因为物体内部分子电流方向变得大致相同,且由于相互的吸引作用,不易被打乱,故C正确。本题选错误的,故选D。
2.选D 题图A和题图C的磁铁均可以形成题图所示的磁感线;由安培定则可判断,题图B中通电螺线管的磁场与题图C中条形磁铁的磁场相似,也可形成题图所示的磁感线;题图D中环形电流磁场的磁感线是一些围绕环形导线的闭合曲线,不能形成题图所示的磁感线,故选D。
3.选D 根据库仑定律,距离点电荷为r1的球面处的电场强度为E1=,距离点电荷为r1的球面的面积为S1=4π,则通过半径为r1的球面的电通量为ΦE1=E1S1=·4π=4πkq;同理,距离点电荷为r2的球面处的电场强度为E2=,距离点电荷为r2的球面的面积为S2=4π,则通过半径为r2的球面的电通量为ΦE2=E2S2=·4π=4πkq,可知ΦE1与ΦE2的比值为1,故D正确。
4.选A 由输出功率P=I2R外=R外=可知,外电路电阻与电源内阻相等时电源输出功率最大,因为R1>r,则外电路电阻始终大于电源内阻,在滑片向上滑动的过程中,外电路电阻减小,则电源的输出功率增大,故A正确;滑片上滑的过程中滑动变阻器接入电路中的阻值减小,电路中总电阻减小,总电流增大,由P=EI知,电源总功率增大,且内电压增大,外电压减小,即电压表示数减小,电阻R1两端的电压增大,故并联电路两端的电压减小,通过电流表的电流减小,故B、C、D错误。
5.选AB 由欧姆定律知,该立方体接入电路中的电阻值为R=,故A正确;由R=ρ,知R=ρ,故B正确,C、D错误。
6.选CD 因为电动机是非纯电阻用电器,因此欧姆定律不成立,A、B错误;电动机两端的电压为UM=U-U1,通过电动机的电流为IM=IR=,电动机消耗的功率为PM=UMIM=(U-U1),C正确;对电动机有PM>P热,代入得(U-U1)>r,化简可得>,D正确。
7.选AB 对两球进行受力分析,如图所示,设两球间的静电力大小为F,轨道的倾角为θ,对甲球根据平衡条件有FN1cos θ=mg,F=FN1sin θ+Eq,对乙球有FN2cos θ=2mg,FN2sin θ=F+2Eq,联立解得F=4Eq,故==,又F=,解得E=,故A、B正确;若将甲、乙互换位置,若二者仍能保持静止,同理可得对甲有FN1'cos θ=mg,FN1'sin θ=F+Eq,对乙有FN2'cos θ=2mg,FN2'sin θ+2Eq=F,联立可得F+4Eq=0,无解,假设不成立,故C错误;若撤去甲,对乙球根据动能定理2mg·tan θ-2Eq·=·2mv2,根据上述可知tan θ=,联立解得v=,故D错误。
8.选BC 小圆环在P、Q板间做匀加速直线运动,设出射速度为v0,根据动能定理有qU0=m-0,出射后做平抛运动,进入M、N板间前竖直方向有y=g,水平方向有0.5L=v0t1,解得y==,A错误;小圆环从M板左侧边缘进入M、N板间电场后,在水平方向上做匀速直线运动,在竖直方向上做匀减速直线运动,直到竖直速度变为0,然后水平飞出,有L=v0t2,d=,小圆环从下极板N的右侧边缘水平飞出,则竖直速度为零,则gt1=t2,解得2t1=t2,U=,y=,M、N间电势差为UMN=-,B、C项正确;从小圆环开始做平抛运动到从下极板N的右侧边缘水平飞出的过程中,竖直方向根据动能定理有mg(y+d)+W=0,可得电场力做的功为W=-mgd,D错误。
9.根据R=知,灯泡L的阻值等于图线上的点与原点连线斜率的倒数,可知灯泡L的阻值随电流的增大而增大;从图像可以看出灯泡两端电压为9 V时,电流为1.5 A,额定功率为P=UI=13.5 W;灯泡L两端电压为额定电压9 V时,电流为1.5 A,设此时滑动变阻器两端的电压为U1,则滑动变阻器接入电路的阻值Rx== Ω=2 Ω。
答案:增大 13.5 2
10. 一个电子仅在电场力作用下沿x轴正方向运动,由题图乙可知电势能一直减小,则电子从A点到B点电场力做正功,电势升高,根据动能定理可知,电子的动能增加,速度增大;根据ΔEp=-W电=-qEΔx,可知Ep-x图像的斜率大小体现电场强度的大小,因此从A点到B点,电场强度逐渐减小,A点的电场强度大于B点的电场强度;由A点到B点电场强度减小,电子通过相同位移时,电场强度越大电势差越大,则A、B两点电势差UAB的绝对值大于B、C两点电势差UBC的绝对值。
解析:大于 大于 小于
11.带负电的尘埃在电场力的作用下向集尘极迁移,可知集尘极带正电荷,是正极,所以电场线方向由集尘极指向放电极,A点更靠近放电极,所以题图中A点电势小于B点电势;根据电势能Ep=qφ,可知负电荷从低电势处向高电势处移动,电势能减小。
答案:小于 减小
12.解析:(1)根据题图(a)电路可知,R4一端的导线应接到R3的右端接线柱。
(2)②闭合开关S1,断开开关S2,毫安表的示数为10.0 mA,则通过电阻R4的电流为I4=,根据电路构造可知,流过样品池的电流为I1=I3+I4=40.0 mA;
③闭合开关S2,毫安表的示数为15.0 mA,则流过R4的电流为I4'=,流过样品池的电流为I2=I3'+I4'=60.0 mA。
(3)设待测盐水的电阻为R0,根据闭合电路欧姆定律,开关S2断开时,E=I1
开关S2闭合时,E=I2
联立解得R0=100 Ω。
答案:(1)右 (2)②断开 40.0 ③闭合 60.0 (3)100
13.解析:接通电源后,小磁针N极指向是地磁场和通电螺线管磁场的合磁场的方向,由此可判定通电螺线管的磁场在小磁针处方向水平向右,由安培定则判断螺线管导线绕向如甲图所示。
由题意知地磁场水平分量By=3×10-5 T,
设通电螺线管产生的磁场为Bx。
由图乙知=tan 60°,得Bx=3×10-5× T≈5×10-5 T。
答案:见解析图甲 5×10-5 T
14.解析:(1)电子进入匀强电场后在电场力作用下做匀变速曲线运动,根据运动的分解可知,电子在垂直于电场线方向上做匀速直线运动。将电子在B点的速度分解到水平方向和竖直方向,则vB==2v0。
(2)电子从A运动到B过程,由动能定理得
-e(0-φB)=m-m,解得φB=。
答案:(1)2v0 (2)
15.解析:(1)闭合开关S,电路达到稳定时,由闭合电路欧姆定律有I=,解得I=1 A
电阻R1消耗的电功率P=I2R1=25 W
电容器C两端电压U=IR1=25 V
电容器C所带电荷量Q=CU=7.5×10-4 C。
(2)粒子a在两板间做类平抛运动,在水平方向上有L=v0t
在竖直方向上有d=at2,a=
联立解得=200 C/kg。
答案:(1)25 W 7.5×10-4 C (2)200 C/kg
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