内容正文:
高中物理单元测试 —— 第二章 静电场的应用(适中版01)(原卷版)
学校:___________姓名:___________班级:___________考号:___________
一、单选题
1.(本题4分)如图所示是一个常用的电容器,关于它的说法中正确的是( )
A.电容器可以储存电荷,且电荷量越多电容越大
B.加在这个电容器两端的电压为25V时,它的电容是220μF
C.加在这个电容器两端的电压低于50V时它就不能工作
D.这个电容器电容是220μF,即0.22F
2.(本题4分)如图是种电容式键盘,每个键下面还有一块可上下移动的小金属片。与该金属片隔有一定空气间隙的是另一块固定的小金属片。这样两块金属片就组成个小平行板电容器。当键被按下时,引起电容改变的因素是( )
A.两块金属片间的电压
B.两块金属片上的电量
C.两块金属片间的距离
D.两块金属片的正对面积
3.(本题4分)如图所示,高高的建筑物顶端都设置有避雷针,避雷针通过导线和大地相连,而且避雷针的末端都比较尖锐,这样做的目的是( )
A.防止电压过高时发生放电现象
B.更容易使避雷针和云层之间发生放电现象
C.防止与大地相连的导线中电流过大
D.使避雷针发生静电屏蔽现象从而保护建筑物
4.(本题4分)某科学博物馆有一个令人印象深刻的实验演示:将人安置在一个巨大的金属笼内,即使外加于金属笼的高电压产生巨大火花,金属笼内的人依然毫发无伤。依据前述实验结果,若将一导体球壳置于电场中,则下列电场线分布示意图,何者正确?(各选项中实线代表不偏折的电场线,虚线代表垂直射入或穿出导体球壳表面的电场线)( )
A. ` B.
C. D.
5.(本题4分)如图所示,平行板电容器与直流电源连接,且上极板与静电计的金属球相连,静电计所带电量很少,可被忽略,电容器下极板和静电计的金属外壳均接地。闭合开关,电容器充电稳定后静电计指针偏转的角度为ɑ,此时断开开关,忽略边缘效应,下列说法正确的是( )
A.若将上极板缓慢上移,电容器两极板间的电势差不变
B.若将上极板缓慢上移,P点的电势不变
C.若将上极板缓慢左移,P点的电势不变
D.若将上极板缓慢左移,静电计指针偏转角α不变
6.(本题4分)有一种电子仪器叫做示波器,可以用来观察电信号随时间变化,如图是它核心部件示波管的原理图,由电子枪、偏转电极、荧光屏等组成,管内抽真空。电子枪产生热电子,当两对偏转电极不加偏转电压时,电子正好打在荧光屏中心。设热电子初速度为零,经过加速电压加速后进入偏转电极、,电子最终打在荧光屏上某处出现亮斑以便观察,不计电子重力、电子间相互作用。下列说法正确的是( )
A.若要使亮斑由中心点移至如图a点,需在上加上偏转电压,且
B.若要使亮斑由中心点移至如图b点,需在和均加上偏转电压且X、Y均接高电势
C.若电子打在b点的基础上,仅减小加速电压少许,荧光屏上亮斑将出现在b点右下方
D.若电子打在b点的基础上,仅增大加速电压少许,荧光屏上亮斑将出现在b点左下方
7.(本题4分)如图甲,多级直线加速器由多个横截面积相同的金属圆筒依次排列,其中心轴线在同一直线上,序号为奇数和偶数的圆筒分别与图乙所示交变电源两极相连。时,位于金属圆板(序号为0)中央的电子,由静止开始加速。若已知电子的质量为、电荷量为、交流电周期为,电子通过圆筒间隙的时间不计,忽略相对论效应,下列说法正确的是( )
A.电子在圆筒内做匀加速直线运动
B.电子在第2个与第4个圆筒中的速度之比为1∶2
C.电子在各圆筒中的运动时间均为
D.图甲中各圆筒的长度之比为1∶∶……
二、多选题
8.(本题6分)如图,原来不带电的金属球壳内壁接地,将一带正电的小球放入其中,但不与球壳接触,则( )
A.球壳内壁带负电
B.球壳外壁带负电
C.球壳外壁带正电
D.若将接地线去掉再移去带正电的小球,球壳外壁带负电
9.(本题6分)蜡烛火焰是一种含有电子、正离子、中性粒子的气体状物质。如图所示,将一根蜡烛放在平行板电容器中间,当电容器两极与电压恒定的直流电源相连后,发现蜡烛火焰在摆动。现将两板间的距离减小,则下列说法正确的是( )
A.电容器两极板的电容变大
B.极板间的电场使电子向右运动,正离子向左运动,形成电风,使火焰摆动
C.两板间的距离减小的过程中,火焰向中间集中,摆动的幅度变大
D.两板间的距离减小的过程中,火焰将会分叉,甚至火焰会熄灭
10.(本题6分)如图所示,长轻质绝缘细绳上端固定,下端连接一个可视为质点的带电小球,小球静止在水平向右且足够大的匀强电场中的点,绳与竖直方向的夹角,小球的质量,重力加速度,,。下列说法正确的是( )
A.若将小球移至悬点正下方的最低点,然后由静止释放,小球能获得的最大速率为
B.若将小球移至悬点正下方的最低点,然后由静止释放,小球能获得的最大速率为
C.小球静止于点时,若将细绳剪断,0.4 s内小球的机械能增加量为
D.小球静止于点时,若将细绳剪断,0.4 s内小球的机械能增加量为
三、实验题
11.(本题6分)某实验小组利用如图甲所示电路“观察电容器的充、放电现象”。实验前电容器不带电。实验时,先将开关S接1,待电路稳定后,将开关S接2,电流、电压传感器将信息传入计算机。计算机记录的电流随时间变化的I-t曲线如图乙所示。
(1)将开关S接1时,电流从_____(填“a到b”或“b到a”)流过电阻器R;
(2)若充电和放电过程中图像与坐标轴 围成的面积分别为S1和S2,则乙图中图像与坐标轴围成的面积S1______S2(选填“>”、“<”或“=”);
(3)实验小组先后对同一个不带电的电容器充电,i-t曲线分别如图丙所示,造成图像不同的主要原因可能是改变了______(填“电源两端电压”或“电阻器的电阻”)。
12.(本题9分)某校学习小组要测定一个电容器的电容,选用器材如下:
待测电容器;电流传感器(内阻不计);电压表;干电池(1.5V,内阻忽略不计);定值电阻;单刀双掷开关;导线若干;
实验过程如下:①按图甲所示的电路图正确连接电路;②将开关S与“1”端连接,电源向电容器充电;③将开关S掷向“2”端,测得电流随时间变化的图线如图丙中的实线所示。请回答下列问题:
(1)充电完成时,电压表示数如图乙所示,则其大小为______V。
(2)在电容器充电与放电过程中,通过电流传感器的电流方向______(选填“相同”或“相反”)。
(3)开关与“2”端相连,电压表示数将______(填“逐渐变大”、“逐渐变小”或“不变”)。
(4)电容器的电容______F(保留2位有效数字)
(5)若将定值电阻换为,重复③。则电流随时间变化的图线应该是图丁中的曲线______(选填“”或“”)。
四、解答题
13.(本题10分)如图所示,平行板电容器的两个极板与水平面形成的角度为。若一电荷量为q的正电小球恰能沿图中虚线所示水平向左做匀加速直线运动通过电容器,已知小球的质量为m,平行板电容器之间的距离为d,重力加速度为g。求:
(1)上极板带的电性及小球的加速度大小;
(2)下极板与上极板的电势差。
14.(本题13分)如图所示的电路,电压为U的直流电源与定值电阻、滑动变阻器以及水平放置的平行板电容器构成回路,定值电阻阻值大小为,平行板间距为d。当调节滑动变阻器时,质量为m的带电小球在板间恰好能做匀速直线运动。不计空气阻力,重力加速度大小为g。求:
(1)小球的带电量大小;
(2)调节滑动变阻器,求小球在板间运动时加速度大小。
15.(本题16分)如图所示,竖直放置的平行板电容器两板间电势差为,xOy平面坐标系第象限内分布着沿y轴正方向的匀强电场,一个带负电的粒子从电容器左板处由静止开始加速,穿过右板后垂直于y轴从P点处射入电场,并从x轴上的A点处射出。已知P点的纵坐标为1m,A点的横坐标为2m,带电粒子的电荷量与质量的比值,不考虑带电粒子所受的重力。
(1)求带电粒子从平行板电容器射出时的速度大小;
(2)粒子打在A点的速度;
(3)求匀强电场的场强E;
(4)若在过y轴上的B点处放一张感光胶片,感光胶片与x轴平行,B点的纵坐标为-1m。带电粒子打到感光胶片上会使胶片曝光。求感光胶片上曝光点的横坐标。
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高中物理单元测试 —— 第二章 静电场的应用(适中版01)(解析版)
学校:___________姓名:___________班级:___________考号:___________
一、单选题
1.(本题4分)如图所示是一个常用的电容器,关于它的说法中正确的是( )
A.电容器可以储存电荷,且电荷量越多电容越大
B.加在这个电容器两端的电压为25V时,它的电容是220μF
C.加在这个电容器两端的电压低于50V时它就不能工作
D.这个电容器电容是220μF,即0.22F
【答案】B
【详解】A.电容器可以储存电荷,但电容的大小与带电量和电压等无关,A错误;
B.电容的大小与所加电压无关,加在这个电容器两端的电压为25V时,它的电容是220μF,B正确;
C.50V是电容器能正常工作的最大电压,加在这个电容器两端的电压低于50V时它同样可以正常工作,C错误;
D.这个电容器电容是220μF,即,D错误。
故选B。
2.(本题4分)如图是种电容式键盘,每个键下面还有一块可上下移动的小金属片。与该金属片隔有一定空气间隙的是另一块固定的小金属片。这样两块金属片就组成个小平行板电容器。当键被按下时,引起电容改变的因素是( )
A.两块金属片间的电压
B.两块金属片上的电量
C.两块金属片间的距离
D.两块金属片的正对面积
【答案】C
【详解】平行板电容器电容的决定式
当键被按下时,其下方金属片与另一块固定的小金属片之间距离减小,电容C增大,平行板电容器的电容取决于组成电容器的材料性质以及内部结构,与电容器是否带电无关,故ABD错误,C正确。
故选C。
3.(本题4分)如图所示,高高的建筑物顶端都设置有避雷针,避雷针通过导线和大地相连,而且避雷针的末端都比较尖锐,这样做的目的是( )
A.防止电压过高时发生放电现象
B.更容易使避雷针和云层之间发生放电现象
C.防止与大地相连的导线中电流过大
D.使避雷针发生静电屏蔽现象从而保护建筑物
【答案】B
【详解】首先明确尖端放电原理:导体尖端的电荷密度很大,附近的电场很强,空气中的带电粒子在强电场作用下剧烈运动,会使空气电离,从而容易发生放电现象。避雷针末端尖锐,就是利用了尖端放电原理。当带电云层靠近建筑物时,避雷针的尖端处电荷密度大,附近电场强,更容易使避雷针和云层之间发生放电现象,将云层所带电荷导入大地,从而保护建筑物。B正确。
故选B。
4.(本题4分)某科学博物馆有一个令人印象深刻的实验演示:将人安置在一个巨大的金属笼内,即使外加于金属笼的高电压产生巨大火花,金属笼内的人依然毫发无伤。依据前述实验结果,若将一导体球壳置于电场中,则下列电场线分布示意图,何者正确?(各选项中实线代表不偏折的电场线,虚线代表垂直射入或穿出导体球壳表面的电场线)( )
A. ` B.
C. D.
【答案】D
【详解】导体球壳放置在电场中,导体球壳处于静电平衡状态,内部电场强度为0,即没有电场线,导体球壳是等势体,根据电场线方向与等势线方向垂直,可知导体球壳表面的电场线垂直导体球壳表面。
故选D。
5.(本题4分)如图所示,平行板电容器与直流电源连接,且上极板与静电计的金属球相连,静电计所带电量很少,可被忽略,电容器下极板和静电计的金属外壳均接地。闭合开关,电容器充电稳定后静电计指针偏转的角度为ɑ,此时断开开关,忽略边缘效应,下列说法正确的是( )
A.若将上极板缓慢上移,电容器两极板间的电势差不变
B.若将上极板缓慢上移,P点的电势不变
C.若将上极板缓慢左移,P点的电势不变
D.若将上极板缓慢左移,静电计指针偏转角α不变
【答案】B
【详解】AB.断开开关后,电容器所带电荷量不变。上极板缓慢上移时,正对面积不变,板间场强
不变,两板间距离增大,由
知电势差增大;点到下极板距离不变,下极板接地,则
不变,故A错误,B正确。
CD.上极板缓慢左移时,两板正对面积减小,不变,由
知板间场强增大,对板间固定点,下极板接地且不变,
随增大而增大;两板间距离不变,
增大,静电计指针偏转角增大,故C错误,D错误。
故选B。
6.(本题4分)有一种电子仪器叫做示波器,可以用来观察电信号随时间变化,如图是它核心部件示波管的原理图,由电子枪、偏转电极、荧光屏等组成,管内抽真空。电子枪产生热电子,当两对偏转电极不加偏转电压时,电子正好打在荧光屏中心。设热电子初速度为零,经过加速电压加速后进入偏转电极、,电子最终打在荧光屏上某处出现亮斑以便观察,不计电子重力、电子间相互作用。下列说法正确的是( )
A.若要使亮斑由中心点移至如图a点,需在上加上偏转电压,且
B.若要使亮斑由中心点移至如图b点,需在和均加上偏转电压且X、Y均接高电势
C.若电子打在b点的基础上,仅减小加速电压少许,荧光屏上亮斑将出现在b点右下方
D.若电子打在b点的基础上,仅增大加速电压少许,荧光屏上亮斑将出现在b点左下方
【答案】C
【详解】A.若要使亮斑由中心点移至如图a点,有竖直位移,需在上加上偏转电压,由于向下偏转,下极板电势高,所以,故A错误;
B.若要使亮斑由中心点移至如图b点,有竖直和水平位移,需在和均加上偏转电压,水平偏向X,竖直偏向,所以且X、均接高电势,故B错误;
C.若电子打在b点的基础上,仅减小加速电压少许,则水平速度减小,在极板间运动时间变长,偏转位移更大,则荧光屏上亮斑将出现在b点右下方,故C正确;
D.根据以上分析可知,若电子打在b点的基础上,仅增大加速电压少许,在极板间运动时间减小,荧光屏上亮斑将出现在b点左上方,故D错误。
故选C。
7.(本题4分)如图甲,多级直线加速器由多个横截面积相同的金属圆筒依次排列,其中心轴线在同一直线上,序号为奇数和偶数的圆筒分别与图乙所示交变电源两极相连。时,位于金属圆板(序号为0)中央的电子,由静止开始加速。若已知电子的质量为、电荷量为、交流电周期为,电子通过圆筒间隙的时间不计,忽略相对论效应,下列说法正确的是( )
A.电子在圆筒内做匀加速直线运动
B.电子在第2个与第4个圆筒中的速度之比为1∶2
C.电子在各圆筒中的运动时间均为
D.图甲中各圆筒的长度之比为1∶∶……
【答案】D
【详解】A.金属圆筒中电场为零,电子不受电场力,做匀速运动,故A错误;
BD.电子进入第n个圆筒时,经过n次加速,根据动能定理
解得
所以,电子在第2个与第4个圆筒中的速度之比为;
第n个圆筒长度
则各圆筒的长度之比为1∶∶……,故B错误,D正确;
C.只有电子在每个圆筒中匀速运动时间为时,才能保证每次在缝隙中被电场加速,故C错误。
故选D。
二、多选题
8.(本题6分)如图,原来不带电的金属球壳内壁接地,将一带正电的小球放入其中,但不与球壳接触,则( )
A.球壳内壁带负电
B.球壳外壁带负电
C.球壳外壁带正电
D.若将接地线去掉再移去带正电的小球,球壳外壁带负电
【答案】AD
【详解】ABC.由静电屏蔽知识可得,未接地前电场线分布特点如图,球壳内壁带负电,球壳外壁带正电。
球壳是个等势体,无论是内壳还是外壳接地,都是大地上的电子受电场力作用逆着电场线与外壳正电中和,使外壳不带电,球壳内壁仍带负电,故A正确,BC错误;
D.若将接地线去掉再移出正电荷,则负电荷都分布在外表面,壳外壁带负电,故D正确。
故选AD。
9.(本题6分)蜡烛火焰是一种含有电子、正离子、中性粒子的气体状物质。如图所示,将一根蜡烛放在平行板电容器中间,当电容器两极与电压恒定的直流电源相连后,发现蜡烛火焰在摆动。现将两板间的距离减小,则下列说法正确的是( )
A.电容器两极板的电容变大
B.极板间的电场使电子向右运动,正离子向左运动,形成电风,使火焰摆动
C.两板间的距离减小的过程中,火焰向中间集中,摆动的幅度变大
D.两板间的距离减小的过程中,火焰将会分叉,甚至火焰会熄灭
【答案】ABD
【详解】A.两板间的距离变小,由可知电容变大,A项正确;
B.通电后,极板间有水平向左的电场,电子和正离子分别向右和向左运动的过程中形成电风,使火焰摆动,B项正确;
CD.两板间的距离减小,由可知电场强度增大,电子和正离子受到的电场力增大,电风更大,因此火焰会分叉,甚至会熄灭,故C项错误,D项正确。
故选ABD。
10.(本题6分)如图所示,长轻质绝缘细绳上端固定,下端连接一个可视为质点的带电小球,小球静止在水平向右且足够大的匀强电场中的点,绳与竖直方向的夹角,小球的质量,重力加速度,,。下列说法正确的是( )
A.若将小球移至悬点正下方的最低点,然后由静止释放,小球能获得的最大速率为
B.若将小球移至悬点正下方的最低点,然后由静止释放,小球能获得的最大速率为
C.小球静止于点时,若将细绳剪断,0.4 s内小球的机械能增加量为
D.小球静止于点时,若将细绳剪断,0.4 s内小球的机械能增加量为
【答案】AC
【详解】AB.球在点静止,受力平衡,由平衡条件得
解得
从悬点正下方最低点释放小球后,最大速度出现在平衡位置点(合力为零,速度最大),对小球从最低点到点过程用动能定理
解得,故A正确,B错误;
CD.剪断细绳后,小球机械能的增加量等于电场力做的功(重力做功不改变机械能)。
水平方向加速度
内水平位移
电场力做功(即机械能增加量),故C正确,D错误。
故选AC。
三、实验题
11.(本题6分)某实验小组利用如图甲所示电路“观察电容器的充、放电现象”。实验前电容器不带电。实验时,先将开关S接1,待电路稳定后,将开关S接2,电流、电压传感器将信息传入计算机。计算机记录的电流随时间变化的I-t曲线如图乙所示。
(1)将开关S接1时,电流从_____(填“a到b”或“b到a”)流过电阻器R;
(2)若充电和放电过程中图像与坐标轴 围成的面积分别为S1和S2,则乙图中图像与坐标轴围成的面积S1______S2(选填“>”、“<”或“=”);
(3)实验小组先后对同一个不带电的电容器充电,i-t曲线分别如图丙所示,造成图像不同的主要原因可能是改变了______(填“电源两端电压”或“电阻器的电阻”)。
【答案】(1)b 到 a
(2)=
(3)电源两端电压
【详解】(1)[1] 将开关 S 接 1 时,电容器开始充电,常规电流由电源正极经开关、电流传感器流向电容器上极板,电容器下极板与电源负极之间的电流通过电阻器 从流向,故电流从 到流过电阻器。
(2)[2] 图像与坐标轴围成的面积大小表示通过电路的电荷量。电容器充电稳定后所带电荷量等于放电过程中释放的电荷量,所以
(3)[3] 对同一电容器,充电后电荷量 。若只改变电阻器的电阻,充电电流大小和持续时间会改变,但图像面积对应的总电荷量不变;图丙两次图像面积不同,说明电容器最终所带电荷量不同,主要原因可能是改变了电源两端电压。
12.(本题9分)某校学习小组要测定一个电容器的电容,选用器材如下:
待测电容器;电流传感器(内阻不计);电压表;干电池(1.5V,内阻忽略不计);定值电阻;单刀双掷开关;导线若干;
实验过程如下:①按图甲所示的电路图正确连接电路;②将开关S与“1”端连接,电源向电容器充电;③将开关S掷向“2”端,测得电流随时间变化的图线如图丙中的实线所示。请回答下列问题:
(1)充电完成时,电压表示数如图乙所示,则其大小为______V。
(2)在电容器充电与放电过程中,通过电流传感器的电流方向______(选填“相同”或“相反”)。
(3)开关与“2”端相连,电压表示数将______(填“逐渐变大”、“逐渐变小”或“不变”)。
(4)电容器的电容______F(保留2位有效数字)
(5)若将定值电阻换为,重复③。则电流随时间变化的图线应该是图丁中的曲线______(选填“”或“”)。
【答案】(1)1.50
(2)相反
(3)逐渐变小
(4)
(5)
【详解】(1)由图可知,电压表的分度值为0.1V,需要估读到分度值下一位,读数为1.50V。
(2)在电容器充电过程中,通过电流传感器的电流方向向右;在电容器放电过程中,通过电流传感器的电流方向向左;则在电容器充电与放电过程中,通过电流传感器的电流方向相反。
(3)开关与“2”端相连,电容器放电,所带的电荷量减少,根据
可知电容器两端的电压减小,则电压表示数将逐渐变小。
(4)由图像得到开始时电流为
故电容器两端的初始电压为
根据可知图像所围成的面积表示电荷量,每一小格表示的电荷量为
不足半格舍去,大于半格算一格,由图可知有30个小格,则电容器初始所带电荷量为
电容器的电容为
(5)若将定值电阻换为,电阻变大,则放电的电流变小,根据可知放电时间变长,故为曲线c。
四、解答题
13.(本题10分)如图所示,平行板电容器的两个极板与水平面形成的角度为。若一电荷量为q的正电小球恰能沿图中虚线所示水平向左做匀加速直线运动通过电容器,已知小球的质量为m,平行板电容器之间的距离为d,重力加速度为g。求:
(1)上极板带的电性及小球的加速度大小;
(2)下极板与上极板的电势差。
【答案】(1)带负电,gtanθ;(2)
【详解】(1)带电小球恰能沿图中虚线所示水平向左做匀加速直线运动,说明合力方向水平向左,对小球受力分析如图所示
电场力垂直电容器极板斜向左上,小球带正电,所以上极板带负电。
对小球受力分析,由牛顿第二定律
mgtanθ=ma
解得
a=gtanθ
(2)由以上分析,根据平衡条件可知
mg=qEcosθ
平行板电容器中的场强为
联立解得
14.(本题13分)如图所示的电路,电压为U的直流电源与定值电阻、滑动变阻器以及水平放置的平行板电容器构成回路,定值电阻阻值大小为,平行板间距为d。当调节滑动变阻器时,质量为m的带电小球在板间恰好能做匀速直线运动。不计空气阻力,重力加速度大小为g。求:
(1)小球的带电量大小;
(2)调节滑动变阻器,求小球在板间运动时加速度大小。
【答案】(1);(2)
【详解】(1)当时,平行板间电压为
对小球分析,根据平衡条件有
由
联立解得,小球的带电量大小为
(2)当时,平行板间电压为
对小球分析,根据牛顿第二定律有
联立可得,小球在板间运动时加速度大小为
15.(本题16分)如图所示,竖直放置的平行板电容器两板间电势差为,xOy平面坐标系第象限内分布着沿y轴正方向的匀强电场,一个带负电的粒子从电容器左板处由静止开始加速,穿过右板后垂直于y轴从P点处射入电场,并从x轴上的A点处射出。已知P点的纵坐标为1m,A点的横坐标为2m,带电粒子的电荷量与质量的比值,不考虑带电粒子所受的重力。
(1)求带电粒子从平行板电容器射出时的速度大小;
(2)粒子打在A点的速度;
(3)求匀强电场的场强E;
(4)若在过y轴上的B点处放一张感光胶片,感光胶片与x轴平行,B点的纵坐标为-1m。带电粒子打到感光胶片上会使胶片曝光。求感光胶片上曝光点的横坐标。
【答案】(1)
(2),方向与x轴正向夹角
(3)
(4)
【详解】(1)带电粒子从平行板电容器加速,由动能定理有
解得
解得
(2)粒子进入第一象限后,做类平抛运动,轴方向有
轴方向有
解得
A点合速度大小
粒子打在A点的速度方向与轴正方向夹角为,斜向右下。
(3)竖直方向
解得
(4)设粒子从A到感光胶片时的水平位移为d,则
所以感光胶片上曝光点的横坐标
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