人教版高中物理选修31第一章综合能力测试docx.docx
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第一章综合能力测试
本卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分。
满分100分,时间90分钟。
第Ⅰ卷(选择题 共40分)
一、选择题(共10小题,每小题4分,共40分,在每小题给出的四个选项中,有的小题只有一个选项符合题目要求,有些小题有多个选项符合题目要求,全部选对的得4分,选不全的得2分,有选错或不答的得0分)
1.2012年9月19日鹤壁市山城区4名小学生校园遭雷击,引起了市委、市政府的高度重视,要求有关部门加大防雷避雷知识的宣传,提高广大人民群众的防范意识,做好防雷工作,保障人民群众安全。
假如在户外我们遭遇雷电,下列防雷措施可行的是( )
①在大树下避雷雨
②停留在山顶、山脊的凉亭等地方避雷雨
③不要快速开摩托、快骑自行车和在雨中狂奔
④在空旷地带,最好关掉手机电源
A.①③ B.②③ C.①④ D.③④
答案:
D
解析:
表面具有突出尖端的导体,在尖端的电荷分布密度很大,使得其周围电场很强,就可能使其周围的空气发生电离而引发尖端放电。
因此不要在大树下避雨;别停留在山顶、山脊的凉亭等地方;快速开摩托、快骑自行车和在雨中狂奔,身体的跨步越大,电压就越大,雷电也越容易伤人;在空旷地带使用手机通话,手机很有可能成为闪电的放电对象。
2.(2012·寿光高二检测)如图所示某区域电场线关于O1、O2对称,正方形ABCD也关于O1O2对称。
关于A、B、C、D四点场强的大小和电势的高低关系中,正确的是( )
A.EA=EB=EC=ED
B.EA=EB>EC=ED
C.φA=φD>φB=φC
D.φA>φD>φC>φB
答案:
BD
解析:
根据电场线的分布情况可知,该区域的电场是等量异种点电荷形成的电场,由对称性可知:
EA=EB,EC=ED,由电场线的疏密程度可知:
EA>ED,EB>EC,故A错B对,根据沿电场线电势降低得φA>φB,φD>φC,又由等势面与电场线垂直得:
φA>φD,φC>φB。
所以C错D对。
3.(2012·盘锦市高二检测)两个大小相同、可看成是点电荷的金属小球a和b,分别带有等量异种电荷,被固定在绝缘水平面上,这时两球间静电引力的大小为F。
现用一个不带电、同样大小的绝缘金属小球C先与a球接触,再与b球接触后移去,则a、b两球间静电力大小变为( )
A.F/2B.F/4
C.3F/8D.F/8
答案:
D
解析:
由题意知F=k
F′=k
所以F′=
,选项D正确。
4.如图所示,虚线为某电场的等势面,今有两个带电粒子(重力不计),以不同的速率,沿不同的方向,从A点飞入电场后,沿不同的轨迹1和2运动,由轨迹可以断定( )
A.两个粒子带电量一定不同
B.两个粒子的电性一定不同
C.粒子1的动能和粒子2的电势能都是先减少后增大
D.经过B、C两点,两粒子的速度可能不等
答案:
BCD
解析:
由等势线的形状知,这是一个位于圆心的点电荷产生的电场,两个粒子与点电荷的作用情况是相反的,所以两个粒子电性一定不同。
粒子1的动能先减小后增大,粒子2的电势能先减小后增大。
到B、C两点时两个粒子的速度可能相同也可能不同,无法确定。
5.(2012·江西南昌二中第二次统考)如图所示,虚线a、b、c代表电场中的三个等势面,相邻等势面之间的电势差相等,即Uab=Ubc,实线为一带负电的质点仅在电场力作用下通过该区域时的运动轨迹,P、R、Q是这条轨迹上的三点,R同时在等势面b上,在质点由Q运动到P的过程中( )
A.三个等势面中,c的电势最高
B.带电质点在P点的电势能比在Q点的小
C.带电质点在P点的动能与电势能之和比在Q点的小
D.带电质点在P点的加速度比在Q的加速度小
答案:
A
解析:
质点由Q运动到P,画出通过R点时质点的运动方向(右上)和电场力方向(向下),判断电场线方向向上,三个等势面中,c的电势最高,选项A正确;由于电场力方向与运动方向成钝角,所以电场力做负功,电势能增大,即带电质点在P点的电势能比在Q点的大,选项B错误;由于只有电场力做功,所以动能和电势能之和守恒,选项C错误;等势面越密的地方电场越强,所以P点的电场强度比Q大,即带电质点在P点的加速度比在Q的加速度大,选项D错误。
6.(2012·豫南九校联考)如图所示,固定在地面上的粗糙绝缘斜面ABCD的倾角为θ,空间中存在着与AB边平行的水平匀强电场,场强大小为E。
将一个带正电的小物块(可视为质点)放置在这个斜面上,小物块质量为m,所带电荷量为q,与斜面间的动摩擦因数为μ。
若小物块静止,则下列说法中正确的是( )
A.小物块受到五个力的作用
B.小物块所受的摩擦力等于μmgcosθ
C.小物块所受的摩擦力大于qE
D.小物块所受的摩擦力等于mgcosθ
答案:
C
解析:
小物块受到重力、支持力、摩擦力和电场力四个力的作用,选项A错误;小物块在沿斜面方向上受到水平向右的电场力qE、沿斜面方向的重力分力mgsinθ和静摩擦力作用,由受力平衡可知F静=
>qE,所以选项B、D错误,C正确。
7.(2012·平度一中高二检测)
如图所示是静电除尘的原理示意图。
A为金属管,B为金属丝,在A、B之间加上高电压,使B附近的空气分子被强电场电离为电子和正离子,电子在向A极运动过程中被烟气中的煤粉俘获,使煤粉带负电,最终被吸附到A极上,排出的烟就比较清洁了。
有关静电除尘的装置,下列说法正确的是( )
A.金属管A应接高压电源的正极,金属丝B接负极
B.金属管A应接高压电源的负极,金属丝B接正极
C.C为烟气的进气口,D为排气口
D.D为烟气的进气口,C为排气口
答案:
AC
解析:
因带负电的煤粉吸附到A极上,所以A应接电源的正极,A正确、B错误。
由烟气要向上运动知D为排气口,所以C正确、D错误。
8.(2011·东北地区名校联考)
如图所示,A、B均为半个绝缘正方体,质量为m,在A、B内部各嵌入一个带电小球,A带电量为+q,B带电量为-q,且两个小球的球心连线垂直于AB接触面。
A、B最初靠在竖直的粗糙墙上。
空间有水平向右的匀强电场,场强大小为E,重力加速度为g。
现将A、B无初速度释放,下落过程中始终相对静止,忽略空气阻力,则下列说法中正确的是( )
A.两物块下落的加速度大小均为g
B.两物块下落的加速度大小应小于g
C.A、B之间接触面上的弹力为零
D.B受到A的摩擦力作用,方向沿接触面向上
答案:
AD
解析:
两物体始终相对静止,可将两物体看做一个整体,整体只受重力作用,故下落加速度一定等于g,A项正确,B项错;再对B作受力分析,B受重力,水平向左的电场力,垂直于A、B接触面的电荷吸引力,若A、B之间无弹力,更不可能有摩擦力,则以上三个力的合力不可能竖直向下,故C项错;A对B有垂直于接触面向下的压力,因为B的加速度大小为g,故B所受的电场力、A中电荷对B的吸引力、A对B的压力以及A对B的摩擦力合力应为零,故A对B的摩擦力方向一定沿接触面向上,D项正确。
9.(2010·江苏苏、锡、常、镇四市一模)如图所示,在光滑绝缘水平面上的a、b两点上固定两个带同种电荷的相同金属小球P、Q(均可视为点电荷),P球所带的电荷量等于Q球所带的电荷量。
在ab连线上的c点释放一带电小滑块M,滑块由静止开始向右运动。
在滑块向右运动的过程中,下列说法正确的是( )
A.滑块受到的电场力先减小后增大
B.滑块的电势能一直减小
C.滑块的动能先增大后减小
D.在ab连线上必定有一点d,使得c、d两点间的电势差Ucd=0
答案:
ACD
解析:
小球P、Q带同种电荷,且P球电荷量等于Q球所带的电荷量,则在二者连线上电场强度为零的点O位于ab中点。
c点释放一带电小滑块M,由静止开始向右运动,说明P、M带同种电荷,电场力先做正功,滑过O点后电场力做负功,滑块的电势能先减少后增大,动能先增大后减小,选项C对而B错;途经O点受力为零,选项A正确;由电场线的分布情况可知,选项D正确。
10.(2012·潍城区高二联考)在光滑水平面上有一荷质比
=1.0×10-7C/kg的带正电小球,静止在O点,以O点为原点,在水平面内建立坐标系Oxy,现突然加一沿x轴正方向、电场强度为2.0×106V/m的匀强电场,小球开始运动。
经过1.0s,所加电场突然变为沿y轴正方向,电场强度大小不变。
则小球运动的轨迹和位置坐标正确的是下图中的( )
答案:
C
解析:
小球加速度大小a=
=0.20m/s2,1s末小球速度vx=at=0.20m/s,沿x轴方向距离x1=
at2=
×0.20×12m=0.10m。
第2s内小球做类平抛运动,x方向x2=vxt=0.20m,沿y轴方向y2=
at2=
×0.20×12m=0.1m,故第2s末小球坐标为(0.30m,0.10m),故C正确。
第Ⅱ卷(非选择题 共60分)
二、填空题(共3小题,共18分。
把答案直接填在横线上)
11.(4分)著名物理学家法拉第曾经冒着被电击的危险,做了一个著名的实验——“法拉第笼”实验,如右图所示,法拉第把自己关在金属笼内,当笼外发生强大的静电放电时,他并未受到任何影响,并且验电器也无任何显示。
这个实验的原理是________。
答案:
静电屏蔽
解析:
此实验的原理是静电屏蔽。
静电屏蔽不但可以使金属笼(或金属壳)内部不受外部电场的影响,还可以通过把金属笼(或金属壳)接地的方法隔离内部带电体的电场对外界的影响。
12.(6分)(2012·潍坊三校高二检测)用控制变量法,可以研究影响平行板电容器电容的因素(如图所示)。
设两极板正对面积为S,极板间的距离为d,静电计指针偏角为θ。
实验中,极板所带电荷量不变,若
(1)保持S不变,增大d,则θ将________。
(填“变大”“变小”或“不变”)
(2)保持d不变,减小S,则θ将________。
(填“变大”“变小”或“不变”)
答案:
(1)变大
(2)变大
解析:
由平行板电容器C=
及C=
可知,保持S不变,增大d,电容C减小,电荷量Q不变,电势差U增大,静电计指针偏角θ增大;保持d不变,减小S,电容C减小,电荷量Q不变,电势差U增大,静电计指针偏角θ增大。
13.(8分)
密立根油滴实验首先测出了元电荷的数值,其实验装置如图所示,油滴从喷雾器喷出,以某一速度进入水平放置的平行板之间。
今有一带负电的油滴,不加电场时,油滴由于受到重力作用加速下落,速率变大,受到的空气阻力也变大,因此油滴很快会以一恒定速率v1匀速下落。
若两板间加一电压,使板间形成向下的电场E,油滴下落的终极速率为v2。
已知运动中油滴受到的阻力可由斯托克斯公式f=6πηrv计算(其中r为油滴半径,η为空气粘滞系数)。
实验时测出r、v1、v2,E、η为已知,则
(1)油滴的带电量________。
(2)经多次测量得到许多油滴的Q测量值如下表(单位10-19C)
6.41
8.01
9.65
11.23
12.83
14.48
分析这些数据可知____________。
答案:
(1)q=
(2)电荷的最小电量即元电荷为1.6×10-19C
解析:
(1)没有加电压时,达到v1有mg=f1=6πrηv1
加上电压后,受到向上的阻力和电场力,有mg=f2+QE=6πrηv2+QE
解以上两式得到油滴电量q=
(2)在误差范围内,可以认为油滴的带电量总是1.6×10-19C的整数倍,故电荷的最小电量即元电荷为1.6×10-19C。
三、论述·计算题(共4小题,共42分。
解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤,只写出最后答案不能得分,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)
14.(10分)(广州高二检测)光滑绝缘导轨,与水平面成45°角,两个质量均为m,带等量同种电荷的小球A、B,带电量均为q,静止于导轨的同一水平高度处,如图所示。
求两球之间的距离。
答案:
q
解析:
设两球之间的距离为x,相互作用的库仑力为F,则:
F=k
由平衡条件得:
Fcos45°=mgsin45°
由以上两式解得:
x=q
15.(10分)(2012·太原五中高二检测)
已知,规定离场源电荷无穷远处电势为零之后,在点电荷电场中电势φ与场源电荷电荷量Q及离点电荷的距离之间的关系为φ=k
,其中k为静电力常量,k=9.0×109N·m2/C2。
如图所示,某处固定一带电量为Q=+1×10-6C,可看作点电荷的带电小球,另一电荷量为q=+4×10-12C的试探电荷从电场中A点沿曲线(图中实线)运动到B点,已知A、B两点与带电小球球心之间的距离分别为rA=20cm,rB=10cm。
求
(1)A、B间的电势差UAB。
(2)从A到B过程中,试探电荷电势能的变化量。
答案:
(1)-4.5×104V
(2)1.8×10-7J
解析:
(1)根据点电荷电势公式,可得A、B两点的电势分别为:
φA=k
=4.5×104V,φB=k
=9.0×104V,
故A、B间的电势差UAB=φA-φB=-4.5×104V
(2)设从A到B过程中电势能变化量为ΔEp,根据电场力做功与电势能变化的关系有:
ΔEp=-WE=-qUAB,代入数值得ΔEp=1.8×10-7J
16.(11分)静电喷漆技术具有效率高、浪费少、质量好、有利于工人健康等优点,其装置如图所示。
A、B为两块平行金属板,间距d=0.40m,两板间有方向由B指向A,大小为E=1.0×103N/C的匀强电场。
在A板的中央放置一个安全接地的静电油漆喷枪P,油漆喷枪的半圆形喷嘴可向各个方向均匀地喷出带电油漆微粒,油漆微粒的初速度大小均为v0=2.0m/s,质量m=5.0×10-15kg、带电量为q=-2.0×10-16C。
微粒的重力和所受空气阻力均不计,油漆微粒最后都落在金属板B上.试求:
(1)电场力对每个微粒所做的功。
(2)微粒打在B板上的动能。
(3)微粒到达B板所需的最短时间。
(4)微粒最后落在B板上所形成的图形及面积的大小。
答案:
(1)8.0×10-14J
(2)9.0×10-14J (3)0.1s (4)圆形 0.25m2
解析:
(1)W=qEd=8.0×10-14J。
(2)W=Ekt-Ek0
Ekt=W+Ek0=W+
mv
=9.0×10-14J
(3)Ekt=
mv
,vt=
=6.0m/s。
=
,所以t=
=0.1s。
(4)圆形
a=
=40m/s2,Rm=v0t1,d=
at
,
S=πR
=π(v0t1)2=πv
=0.25m2。
17.(11分)(2012·枣庄模拟)如图所示,两块平行金属板竖直放置,两板间的电势差U=1.5×103V(仅在两板间有电场),现将一质量m=1×10-2kg、电荷量q=4×10-5C的带电小球从两板的左上方距两板上端的高度h=20cm的地方以初速度v0=4m/s水平抛出,小球恰好从左板的上边缘进入电场,在两板间沿直线运动,从右板的下边缘飞出电场,求:
(1)金属板的长度L。
(2)小球飞出电场时的动能Ek。
答案:
(1)0.15m
(2)0.175J
解析:
(1)小球到达左板上边缘时的竖直分速度:
vy=
=2m/s
设小球此时速度方向与竖直方向之间的夹角为θ,则:
tanθ=
=2
小球在电场中沿直线运动,所受合力方向与运动方向相同,设板间距为d,则:
tanθ=
=
L=
,解得L=
=0.15m
(2)进入电场前mgh=
mv
-
mv
电场中运动过程qU+mgL=Ek-
mv
解得Ek=0.175J
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