
一、單選題:本題共7小題,每小題4分,共28分。每小題只有一個(gè)選項(xiàng)符合題目要求。
1. 如圖所示的電場線MN上有一點(diǎn)A,圖中能正確表示A點(diǎn)電場強(qiáng)度的是(其中①沿電場線的切線方向)( )
A. ①B. ②C. ③D. ④
【答案】A
【解析】
【詳解】電場強(qiáng)度的方向沿電場線的切線方向,可知圖中能正確表示A點(diǎn)電場強(qiáng)度的是①。
故選A。
2. 如圖所示是定性探究電荷間相互作用力與兩電荷的電荷量,以及兩電荷之間的距離關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置。該實(shí)驗(yàn)的研究方法是( )
A. 理想實(shí)驗(yàn)法B. 等效替代法C. 微小量放大法D. 控制變量法
【答案】D
【解析】
【詳解】定性探究電荷間相互作用力與兩電荷的電荷量,以及兩電荷之間的距離關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置。該實(shí)驗(yàn)的研究方法是先保持一個(gè)物理量不變(如兩電荷的電荷量,或兩電荷之間的距離),探究另一個(gè)物理量跟電荷間相互作用力之間的關(guān)系,該實(shí)驗(yàn)的研究方法是控制變量法。
故選D。
3. 如圖所示為某建筑物上的避雷針和帶電云層之間的電場線分布示意圖,a、b、c是同一電場線上的點(diǎn),且,則( )
A. 帶電云層帶正電
B. a、b、c三點(diǎn)的場強(qiáng)相同
C. a、b間與b、c間的電勢差相等
D. 云層上的電荷導(dǎo)入大地時(shí),電流從避雷針流向云層
【答案】D
【解析】
【詳解】A.電場線方向指向云層,則云層帶負(fù)電,A項(xiàng)錯(cuò)誤;
B.電場線的密度越大,電場強(qiáng)度越大,故
B項(xiàng)錯(cuò)誤;
C.因?yàn)?,根?jù)
因?yàn)?br>故a、b間與b、c間電勢差不相等,C項(xiàng)錯(cuò)誤;
D.云層帶負(fù)電,地面則可視為帶正電,當(dāng)云層上的負(fù)電荷導(dǎo)入大地時(shí),可視為正電荷從避雷針移動(dòng)到云層,即電流從避雷針流向云層,D項(xiàng)正確。
故選D。
4. 下面是某同學(xué)對一些公式的理解,其中正確的是( )
A. 真空中點(diǎn)電荷的電場強(qiáng)度公式僅適用于點(diǎn)電荷電場,適用于任何電場
B. 電勢差的比值定義式適用于任何電場,且跟、無關(guān)
C. 由公式可知,電場中某點(diǎn)的電勢與成反比
D. 由可知,電場中任意兩點(diǎn),b間的距離越大,兩點(diǎn)間電勢差也一定越大
【答案】B
【解析】
【詳解】A.真空中點(diǎn)電荷的電場強(qiáng)度公式僅適用于點(diǎn)電荷電場,僅適用于勻強(qiáng)電場,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;
B.電勢差的比值定義式適用于任何電場,且跟、無關(guān)、B正確;
C.公式是電勢比值定義式,與均無關(guān),選項(xiàng)C錯(cuò)誤;
D.公式中的指兩點(diǎn)沿電場方向的距離,間的距離大,二者沿電場方向的距離不一定大,兩點(diǎn)間電勢差不一定越大,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。
故選B。
5. 平靜的水面上停著一只小船,船頭站立著一個(gè)人,人的質(zhì)量為,船的質(zhì)量為,從某時(shí)刻起,人以的速度向船尾走去,走到船尾時(shí)他突然停止走動(dòng)。不計(jì)水對船的阻力,船長為,則下列說法正確的是( )
A. 人在船上走動(dòng)過程中,船的速度為
B. 人在船上走動(dòng)過程中,人的位移是船的位移的2倍
C. 走動(dòng)時(shí)人的動(dòng)量大于小船的動(dòng)量
D. 人突然停止走動(dòng)后,小船由于慣性的緣故還會(huì)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)
【答案】B
【解析】
【詳解】A.對船和人組成的系統(tǒng),水平方向上動(dòng)量守恒,以人速度方向?yàn)檎较颍蓜?dòng)量守恒定律得
可得人在船上走動(dòng)過程中,船的速度為
故A錯(cuò)誤;
B.人從船頭走到船尾,設(shè)人和船對地發(fā)生的位移大小分別為和,以人速度方向?yàn)檎较?,由?dòng)量守恒定律得
其中
解得
,
即人在船上走動(dòng)過程中,人的位移是船的2倍,故B正確;
C.由系統(tǒng)動(dòng)量守恒可知,走動(dòng)時(shí)人的動(dòng)量與小船的動(dòng)量等大反向,故C錯(cuò)誤;
D.人“突然停止走動(dòng)”是指人和船相對靜止,設(shè)這時(shí)人、船的速度為,則
所以
說明船的速度立即變?yōu)榱悖蔇錯(cuò)誤。
故選B。
6. 如圖所示,在勻強(qiáng)電場中,有邊長為8cm的圓內(nèi)接等邊三角形ABC,三角形所在平面與勻強(qiáng)電場的電場線平行,O點(diǎn)為該三角形的中心,三角形各頂點(diǎn)的電勢分別為,DE是平行于AB過O點(diǎn)的直線,D、E是直線與圓周的兩個(gè)交點(diǎn)。下列說法正確的是( )
A. O點(diǎn)電勢為8V
B. 勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)大小為150V/m,方向由A指向C
C. 在三角形ABC的外接圓上的E點(diǎn)電勢最低
D. 將電子由D點(diǎn)移到E點(diǎn),電子的電勢能減少了
【答案】D
【解析】
【詳解】A.由題意,AB中點(diǎn)電勢為
V
由幾何關(guān)系可知,O點(diǎn)電勢為10V,故A錯(cuò)誤;
B.AB與CO連線垂直,勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)大小為
電場線由高電勢指向低電勢,則電場方向由A指向B,故B錯(cuò)誤;
C.D點(diǎn)和E點(diǎn)是圓上沿電場線方向電勢最低點(diǎn)和最高點(diǎn),故C錯(cuò)誤;
D.由幾何關(guān)系,圓形半徑為
m
D點(diǎn)和E點(diǎn)的電勢差為
將電子由D點(diǎn)移到E點(diǎn),電勢升高,電子的電勢能減少
eV
故D正確。
故選D。
7. 正方形四個(gè)頂點(diǎn)上放置著電荷量相同的、電性如圖所示的點(diǎn)電荷,為正方形兩對角線的交點(diǎn),、、、分別為、、、的中點(diǎn)。取無窮遠(yuǎn)處電勢為零,下列說法正確的是( )
A. 、、、四點(diǎn)的場強(qiáng)相同
B. 、、、四點(diǎn)的電勢均為零
C. 將一質(zhì)子從點(diǎn)沿移動(dòng)到點(diǎn)的過程中,電場力先做正功再做負(fù)功
D. 將一電子從點(diǎn)沿移動(dòng)到點(diǎn)的過程中,電勢能先增加后減小
【答案】D
【解析】
【分析】
【詳解】A.、、、四點(diǎn)的場強(qiáng)大小相同,但是方向不同,所以A錯(cuò)誤;
B.、兩點(diǎn)的場強(qiáng)方向指向O點(diǎn),、兩點(diǎn)的場強(qiáng)方向的反射沿長線指向O點(diǎn),O點(diǎn)電勢為0,根據(jù)沿著電場線方向電勢逐點(diǎn)降低,則有
,
所以B錯(cuò)誤;
C.將一質(zhì)子從點(diǎn)沿移動(dòng)到點(diǎn)的過程中,電場力一直做正功,所以C錯(cuò)誤;
D.將一電子從點(diǎn)沿移動(dòng)到點(diǎn)的過程中,電場力先做負(fù)功再做正功,電勢能先增加后減小,所以D正確;
故選D。
二、多選題:本題共3小題,每小題5分,共15分。每小題有多個(gè)選項(xiàng)符合題目要求。全部選對的得6分,選對不全的得3分,有選錯(cuò)的得0分。
8. 兩個(gè)相同的金屬小球(可看作點(diǎn)電荷),帶電量之比為1∶7,在真空中相距為r,相互間的庫侖力為F,現(xiàn)將兩小球相互接觸后再放回原來的位置上,則它們間的庫侖力可能變?yōu)椋? )
A. 9FB.
C. 16FD.
【答案】BD
【解析】
【詳解】開始時(shí)兩電荷間庫侖力為
若兩電荷帶同種電荷,則接觸后各帶電量為4q,則庫侖力
若兩電荷帶異種電荷,則接觸后各帶電量為3q,則庫侖力
故選BD。
9. 如圖所示,真空環(huán)境中,兩個(gè)等量同種正電荷分別固定在A、C兩點(diǎn)。已知ABCD為菱形,菱形的對角線相交于O點(diǎn),不計(jì)電子的重力,則( )
A.
B. B、D兩處場強(qiáng)相同
C. 若在B點(diǎn)靜止釋放一電子,電子在B、D間往復(fù)運(yùn)動(dòng),加速度一定先減小后增大
D. 若在B點(diǎn)給電子一方向垂直紙面大小合適的速度,電子可能繞O點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)
【答案】AD
【解析】
【詳解】AB.在等量同種電荷連線的中垂線上,根據(jù)對稱性可知B、D兩點(diǎn)的電場強(qiáng)度大小相同,方向相反,電勢相同,故A正確,B錯(cuò)誤;
C.因OB,OD距離未知,無法判斷從O到B(O到D)電場強(qiáng)度是一直增大,還是先增大后減小,故無法判斷電子的加速度的變化情況,C錯(cuò)誤;
D.在垂直紙面且經(jīng)過BD兩點(diǎn)的圓上,所有點(diǎn)的電勢相等,并且電子受到的電場力指向O點(diǎn),與速度方向垂直,電子可能繞O點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),D正確。
故選AD。
10. 如圖所示,在光滑絕緣水平面上, A、B兩小球質(zhì)量分別為2m、m,帶電量分別為+q、+2q.某時(shí)刻 A有指向B的速度v0而B球速度為零,之后兩球在運(yùn)動(dòng)中始終未相碰,當(dāng)兩小球從該時(shí)刻開始到第一次相距最近的過程中
A. 任意時(shí)刻A、B兩小球的加速度大小之比均為1:2
B. 兩小球構(gòu)成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒,電勢能減少
C. A球減少的機(jī)械能大于B球增加的機(jī)械能
D. 電場力對A球做功的大小為
【答案】AC
【解析】
【詳解】因?yàn)閮尚∏蛩軒靵隽Υ笮∠嗟?,A、B兩小球質(zhì)量分別為2m、m,由牛頓第二定律可知A、B兩小球的加速度大小之比均為1:2;A、B兩小球所受外力為零,故系統(tǒng)動(dòng)量守恒,由于兩小球所受庫侖力做負(fù)功,故電勢能增加;運(yùn)動(dòng)過程中A球減少的機(jī)械能向B的機(jī)械能和電勢能轉(zhuǎn)化,故A球減少的機(jī)械能大于B球增加的機(jī)械能;兩小球相距最近時(shí),速度相同為,由動(dòng)量守恒可 可得,由動(dòng)能定理可得電場力對A球做功為.綜上分析,AC正確.
三、實(shí)驗(yàn)題:本題共2小題,共計(jì)16分。
11. 在“用傳感器觀察電容器的充電和放電”實(shí)驗(yàn)中,電路圖如圖甲所示。所用電容器的電容,電源輸出電壓恒為,測得放電過程的圖像如圖乙所示。
(1)實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)先讓電容器充電,應(yīng)將開關(guān)S擲向________(填“1”或“2”)端。
(2)由圖乙可知,每小格表示的電荷量大小為,則電容器在放電過程中釋放的電荷總量約為________(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。
(3)如果將電阻換成一個(gè)阻值更大的電阻,則放電過程持續(xù)的時(shí)間將________或“變短”),放電過程釋放的電荷量________(填“變多”、“不變”或“變少”)。
【答案】(1)1 (2)
(3) ① 變長 ②. 不變
【解析】
【小問1詳解】
實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)先讓電容器充電,應(yīng)將電容器與電源接通,則開關(guān)擲向1;
【小問2詳解】
根據(jù)
可知圖像和坐標(biāo)軸圍成的面積表示電容器在放電過程中釋放的電荷量,則有
小問3詳解】
[1]由于電阻對電流有阻礙作用,若將電阻換一個(gè)阻值較大電阻,放電的瞬時(shí)電流變小,圖像更加平緩些,則放電時(shí)間將變長;
[2]根據(jù)
可知,與電阻無關(guān),不改變電路其它參數(shù),只增大電阻,則放電過程釋放的電荷量不變。
12. 在“探究碰撞中的不變量”實(shí)驗(yàn)中,通過碰撞后做平拋運(yùn)動(dòng)測量速度的方法來進(jìn)行實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示,實(shí)驗(yàn)原理如圖乙所示。
(1)實(shí)驗(yàn)室有如下A、B、C三個(gè)小球,則入射小球應(yīng)該選取________進(jìn)行實(shí)驗(yàn)(填字母代號);
A. B. C.
(2)已有的實(shí)驗(yàn)器材有:斜槽軌道,大小相等質(zhì)量不同的小球兩個(gè),重錘線一條,白紙,復(fù)寫紙,圓規(guī)。實(shí)驗(yàn)中還缺少的測量器材有________;
(3)小球釋放后落在復(fù)寫紙上會(huì)在白紙上留下印跡。多次試驗(yàn),白紙上留下了10個(gè)印跡,如果用畫圓法確定小球的落點(diǎn),圖丙中畫的三個(gè)圓最合理的是________;
(4)關(guān)于本實(shí)驗(yàn),下列說法正確的是________;
A. 小球每次都必須從斜槽上的同一位置靜止釋放
B. 必須測量出斜槽末端到水平地面的高度
C. 實(shí)驗(yàn)中需要用到重垂線
D. 斜槽必須足夠光滑且末端保持水平
(5)若兩球發(fā)生彈性碰撞,用刻度尺測量、距點(diǎn)的距離分別為、,及第(1)題結(jié)論,通過驗(yàn)證等式________(用題中所給、字母表示)是否成立,從而驗(yàn)證該碰撞是否為彈性碰撞。
【答案】(1)B (2)刻度尺
(3)C (4)AC
(5)
【解析】
【小問1詳解】
為了保證入射小球碰撞后不反彈,入射球的質(zhì)量要大于被碰球的質(zhì)量,為了使兩球發(fā)生對心碰撞,則要求兩球的半徑相同,故入射球選擇直徑為、質(zhì)量為的小球,被碰球選擇直徑為、質(zhì)量為的小球。
故選B。
【小問2詳解】
已有的實(shí)驗(yàn)器材有:斜槽軌道,大小相等質(zhì)量不同的小球兩個(gè),重錘線一條,白紙,復(fù)寫紙,圓規(guī)。因?yàn)樾枰獪y量小球落地的水平位移,所以實(shí)驗(yàn)中還缺少的測量器材有刻度尺。
【小問3詳解】
如果采用畫圓法確定小球的落點(diǎn),應(yīng)該讓所畫的圓盡可能把大多數(shù)落點(diǎn)包進(jìn)去,且圓的半徑最小,這樣所畫圓的圓心即為小球落點(diǎn)的平均位置。
故選C
【小問4詳解】
A.為了讓小球每次平拋的速度相等,實(shí)驗(yàn)中需要讓小球每次都必須從斜槽上的同一位置靜止釋放,故A正確;
B.兩個(gè)小球下落時(shí)間相同,可以用位移代替初速度,故不需要求出時(shí)間,所以不需要測量高度,故B錯(cuò)誤;
C.與重力方向一致的線叫重垂線,用重垂線保證桌腿與地面垂直,即桌面與地面水平,從而保證小球能做嚴(yán)格的平拋運(yùn)動(dòng),故C正確;
D.小球每次從斜槽的同一位置滾下,不需要斜面光滑,且為使小球做平拋運(yùn)動(dòng),斜槽的末端需調(diào)成水平,故D錯(cuò)誤。
故選AC。
【小問5詳解】
設(shè)圖中MN之間的虛線落點(diǎn)為P點(diǎn),分析可知碰前入射球落點(diǎn)為P點(diǎn),碰撞后入射球落點(diǎn)為M點(diǎn),被碰小球落點(diǎn)為N點(diǎn),故入射球碰撞前的速度為
碰撞后入射球和被碰球的速度分別為
根據(jù)動(dòng)量守恒定律有
聯(lián)立整理得
根據(jù)機(jī)械能守恒定律,有
因
再結(jié)合上式,整理可得
再根據(jù)上式動(dòng)量守恒可得
將上兩式,聯(lián)立消掉,可得到和的關(guān)系為
代回
有
四、解答題:本題共3小題,共計(jì)41分,請寫出必要的文字說明和重要數(shù)學(xué)演算步驟。
13. 一質(zhì)量為m的子彈以速度水平射入并穿過靜置在光滑水平地面上的木塊如圖所示,已知木塊的質(zhì)量為M,子彈穿過木塊的時(shí)間為t,木塊對子彈的阻力恒為f。求:
(1)子彈對木塊的沖量大小及方向;
(2)子彈穿過木塊后,子彈和木塊運(yùn)動(dòng)的速度。
【答案】(1),方向水平向右;(2),
【解析】
【詳解】(1)規(guī)定向右為正,子彈對木塊的沖量
子彈對木塊沖量大小為,方向水平向右
(2)設(shè)子彈穿過木塊后,子彈的運(yùn)動(dòng)速度為,木塊的運(yùn)動(dòng)速度為,以水平向右為正方向,根據(jù)動(dòng)量定理
對子彈,有
對木塊,有
解得
14. 長為L的輕質(zhì)絕緣細(xì)線一端懸于O點(diǎn),另一端系一質(zhì)量為m、電荷量為的小球(可視為質(zhì)點(diǎn))。如圖所示,在空間施加方向沿水平向左的勻強(qiáng)電場,小球靜止在A點(diǎn),此時(shí)細(xì)線與豎直方向夾角為。已知,,電場的范圍足夠大,重力加速度為g。
(1)求勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度大小E;
(2)求A、O兩點(diǎn)間的電勢差大小U;
(3)保持細(xì)線始終張緊,將小球從A點(diǎn)拉起至與O點(diǎn)處于同一水平高度的B點(diǎn)。將小球由B點(diǎn)靜止釋放,求小球運(yùn)動(dòng)至A點(diǎn)時(shí)速度的大小v。
【答案】(1);(2);(3)
【解析】
【詳解】(1)小球靜止在A點(diǎn),對小球進(jìn)行受力分析,根據(jù)平衡條件有
解得
(2)勻強(qiáng)電場中,根據(jù)電場強(qiáng)度與電勢差的關(guān)系有
解得
(3)將小球由B點(diǎn)靜止釋放,小球做圓周運(yùn)動(dòng),小球運(yùn)動(dòng)至A點(diǎn)過程,根據(jù)動(dòng)能定理有
結(jié)合上述解得
15. 示波管裝置如圖甲所示,它由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成,管內(nèi)抽成真空,電子從靜止經(jīng)大小為的電壓加速后以一定速度沿軸線連續(xù)射入偏轉(zhuǎn)電極,偏轉(zhuǎn)電極的極板沿軸線方向長度為l,間距為d,極板右側(cè)到熒光屏的距離為D。已知電子電荷量為e,質(zhì)量為m,重力不計(jì)。
(1)求電子進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電極時(shí)的速度v0;
(2)若偏轉(zhuǎn)電極所加電壓為,求電子離開偏轉(zhuǎn)電場時(shí)豎直方向的偏移量及偏轉(zhuǎn)角正切值;
(3)若偏轉(zhuǎn)電極兩端加圖乙所示的周期性電壓,電壓最大值為、電場變化周期為T,且T遠(yuǎn)大于電子在電場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間,求熒光屏上亮點(diǎn)經(jīng)過時(shí)的速度大小v。
【答案】(1);(2),;(3)
【解析】
【詳解】(1)電子在加速場中加速,由動(dòng)能定理得
解得
(2)電子在偏轉(zhuǎn)場中做類平拋運(yùn)動(dòng),設(shè)豎直方向的偏移量為y,偏轉(zhuǎn)角為。水平方向勻速運(yùn)動(dòng)
豎直方向加速運(yùn)動(dòng)
其中
解得
偏轉(zhuǎn)角正切值為
其中
解得
(3)設(shè)電子打到熒光屏上的豎直位移為Y,由幾何關(guān)系可得
解法1
結(jié)合圖像可知,在一個(gè)周期T內(nèi)
將其代入,整理得
可知亮點(diǎn)的位置隨時(shí)間均勻變化,即做勻速運(yùn)動(dòng)。則經(jīng)過時(shí)的速度大小
解法2
光點(diǎn)移動(dòng)的速度
由圖像可知
則經(jīng)過時(shí)的速度大小
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