
1. 下列說法正確的是( )
A. 帶電粒子在電場中一定沿電場線運動
B. 帶電粒子在電場中一定受到電場力的作用
C. 帶電粒子在磁場中一定受到洛倫茲力作用
D. 通電導(dǎo)線在磁場中一定受到安培力的作用
【答案】B
【解析】A.帶電粒子在電場中不一定沿電場線運動,與帶電粒子的初狀態(tài)有關(guān),故A錯誤;
B.帶電粒子在電場中一定受到電場力的作用,故B正確;
CD.帶電粒子在磁場中不一定受到洛倫茲力的作用,通電導(dǎo)線在磁場中也不一定受安培力作用,比如帶電粒子速度方向或通電導(dǎo)線平行于磁場方向時,故CD錯誤。
故選B。
2. 關(guān)于單擺做簡諧振動,下列說法正確的是( )
A. 擺球經(jīng)過平衡位置時合力為零
B. 擺球經(jīng)過平衡位置時回復(fù)力不為零
C. 僅增大擺球質(zhì)量,單擺周期增大
D. 僅增大擺長,單擺周期增大
【答案】D
【解析】AB.單擺做簡諧運動的過程中,擺球經(jīng)過平衡位置時,回復(fù)力為零,但所受的合力提供向心力,故所受合力不為零,故AB錯誤;
CD.由單擺周期公式
可知擺球質(zhì)量對周期無影響,擺長越長,周期越大,故C錯誤,D正確。
故選D。
3. 關(guān)于教材中的四個實驗裝置,下列說法正確的是( )
A. 圖(a)中導(dǎo)體棒ab切割磁感線時,回路內(nèi)會產(chǎn)生感應(yīng)電流
B. 圖(b)中線圈繞OO′軸旋轉(zhuǎn)時,線圈內(nèi)會產(chǎn)生感應(yīng)電流
C. 圖(c)中長直導(dǎo)線中電流增大時,線圈內(nèi)會產(chǎn)生感應(yīng)電流
D. 圖(d)中閉合開關(guān)后,小磁針偏離原來位置并在新位置保持靜止
【答案】A
【解析】A.圖(a)中導(dǎo)體棒ab切割磁感線時,閉合回路中磁通量發(fā)生變化,回路內(nèi)會產(chǎn)生感應(yīng)電流,故A正確;
B.圖(b)中線圈繞OO'軸旋轉(zhuǎn)時,閉合回路中磁通量一直為零,線圈內(nèi)不會產(chǎn)生感應(yīng)電流,故B錯誤;
C.圖(c)中長直導(dǎo)線中電流增大時,閉合回路中磁通量左右相互抵消,一直為零,線圈內(nèi)不會產(chǎn)生感應(yīng)電流,故C錯誤;
D.圖(d)中閉合開關(guān)瞬間,B中產(chǎn)生感應(yīng)電流,小磁針偏離原來位置,但由于A所接為直流電源,B中感應(yīng)電流很快消失,小磁針又將重新回到原來的位置,故D錯誤。
故選A。
4. 材料、長度相同,橫截面積不同的電阻絲Ra、Rb與兩個小燈泡L1、L2按圖示電路連接,單刀雙擲開關(guān)接1時,燈泡發(fā)光。當(dāng)開關(guān)接2時,下列說法正確的是( )
A. L1的亮度增大B. L2的亮度減小
C. 電源的總功率減小D. 電源的效率減小
【答案】C
【解析】AB.電阻絲Ra、Rb材料、長度相同,Ra的橫截面積比Rb的大,則
所以當(dāng)開關(guān)接2時,電路總電阻增大,根據(jù)閉合電路歐姆定律知總電流減小,則L1的亮度減小。總電流減小,電源的內(nèi)電壓和L1的電壓都減小,則L2的電壓增大,其亮度增大,故AB錯誤;
C.電源的總功率為
I減小,E不變,則P減小,故C正確;
D.電源的效率為
當(dāng)開關(guān)接2時,電路總電阻增大,路端電壓U增大,則電源的效率增大,故D錯誤。
故選C。
5. 如圖所示,直角三角形ABC處于平行紙面的勻強(qiáng)電場中,AB = 4 cm,BC = 3 cm。將電荷量為2 × 10?4 C的正點電荷從A點移到B點,電場力做功為零,從B點移到C點,克服電場力做功為6 × 10?4 J。下列說法正確的是( )
A. 電場強(qiáng)度方向由A指向BB. 電場強(qiáng)度方向由B指向C
C. 電場強(qiáng)度大小為0.75 V/cmD. 電場強(qiáng)度大小為1 V/cm
【答案】D
【解析】因為將電荷量為2 × 10?4 C的正點電荷從A點移到B點,電場力做功為零,所以直線AB為一條等勢線,又因為從B點移到C點,克服電場力做功為6 × 10?4 J,所以BC間電勢差為
因為電場線與等勢線相交處互相垂直,且沿電場線方向電勢逐漸降低,所以電場強(qiáng)度方向由C指向B,由勻強(qiáng)電場中電勢差與電場強(qiáng)度的關(guān)系可知
其中
UCB = ?UBC
dBC = 3 cm
聯(lián)立可得
故選D。
6. 生物電是細(xì)胞或組織在生命活動中產(chǎn)生的電現(xiàn)象,安靜狀態(tài)下細(xì)胞膜存在靜息電位,其機(jī)理為鉀離子K+從膜內(nèi)流向膜外后,導(dǎo)致細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)與外側(cè)存在電勢差。安靜狀態(tài)下膜內(nèi)外兩側(cè)電勢呈現(xiàn)外正內(nèi)負(fù),電荷分布如圖所示。下列說法正確的是( )
A. 靜息電位Uab正
B. K+在a點電勢能大于在b點電勢能
C. K+外流過程中,電場力對K+做負(fù)功
D. 安靜狀態(tài)下,將靈敏電流計的兩極分別插入膜內(nèi)和膜外后,指針不偏轉(zhuǎn)
【答案】C
【解析】AB.靜息電位Uab為負(fù),因為b點周圍有很多正電荷,電勢高,a點周圍有很多負(fù)電荷,電勢低,所以Uab為負(fù),K+帶正電,在電勢高的地方電勢能大,故AB錯誤;
C.K+外流過程中,克服電場力做功,電場力對K+做負(fù)功,故C正確;
D.安靜狀態(tài)下,將靈敏電流計的兩極分別插入膜內(nèi)和膜外后,因為膜內(nèi)和膜存在電勢差,電荷發(fā)生定向移動,指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),故D錯誤。
故選C。
7. 將矩形線圈按照圖示方式靜止放置于勻強(qiáng)磁場中,閉合開關(guān)后線圈能繞轉(zhuǎn)軸向一個方向持續(xù)轉(zhuǎn)動的是( )
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】BD.根據(jù)左手定則可知,BD選項中線圈左右兩側(cè)導(dǎo)線受到的安培力合力為0,不會使線圈發(fā)生偏轉(zhuǎn),故BD錯誤;
AC.根據(jù)左手定則,剛開始線圈左側(cè)導(dǎo)線受到的安培力方向向向下,右側(cè)導(dǎo)線受到的安培力方向向上,會使導(dǎo)線圈沿逆時針方向轉(zhuǎn)動,但A選項中,線圈轉(zhuǎn)過半周后受到的安培力方向與線圈原來的速度方向反向,不能使之持續(xù)轉(zhuǎn)動,C圖中轉(zhuǎn)過半周時通過的電流方向與速度方向相同,可以持續(xù)轉(zhuǎn)動下去,故A錯誤,C正確。
故選C。
二、多項選擇題:本題共3小題,每小題6分,共18分。在每小題給出的四個選項中,有多項符合題目要求。全部選對的得6分,選對但不全的得3分,有選錯的得0分。
8. 圖(a)為一列簡諧橫波在t0時刻的波形圖,P、Q分別是平衡位置為x2m和x8m處的質(zhì)點,圖(b)為質(zhì)點P的振動圖像。則下列說法正確的是( )
A. 該波沿x軸正方向傳播
B. 該波的周期為1s
C. 該波的傳播速度大小為4m/s
D. 0~2.5s內(nèi),質(zhì)點Q運動的路程為50cm
【答案】CD
【解析】B.由乙圖可知周期為
T2s
故B錯誤;
C.由甲圖可知波長為8m,結(jié)合周期,可知波速為
解得
故C正確;
A.由乙圖P點的振動圖像可知P點之后向下振動,結(jié)合甲圖的波形圖,可知該波的傳播方向為沿x軸負(fù)方向,故A錯誤;
D.由乙圖可知周期2s,故完成
次全振動,故Q點通過的路程為
故D正確。
故選CD。
9. 洛倫茲力演示儀結(jié)構(gòu)如圖所示,圓形勵磁線圈通電流后,在線圈內(nèi)部產(chǎn)生垂直紙面方向的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B = 9.2 × 10?4 T。正中央為半徑r = 10 cm的球形玻璃框,電子槍位于玻璃框球心的正下方,電子從靜止開始經(jīng)U = 1.0 × 103 V的加速電壓加速,并從A點水平向左垂直進(jìn)入磁場。電子打到玻璃框最左端的C點,速度偏轉(zhuǎn)角為60°。不計電子重力,下列說法正確的是( )
A. 勵磁線圈內(nèi)電流沿順時針方向
B. 僅增大加速電壓可使電子在玻璃框內(nèi)做完整圓周運動
C. 電子的運動半徑為
D. 電子的荷質(zhì)比約為1.67 × 108 C/kg
【答案】AC
【解析】A.電子速度方向水平向左,電子向上偏轉(zhuǎn),說明電子剛射入磁場時所受洛倫茲力豎直向上,由左手定則可知,磁場垂直于紙面向里,由安培定則可知,勵磁線圈中電流沿順時針方向,故A正確;
B.電子在加速電場中加速,由動能定理得
電子磁場中做勻速圓周運動,洛倫茲力提供向心力,由牛頓第二定律得
解得
僅增大加速電壓U,電子在磁場中的軌道半徑r增大,電子會打在玻璃框上,不能做完整的圓周運動,故B錯誤;
C.電子在磁場中做勻速圓周運動,運動軌跡如圖所示
由幾何知識可知
故C正確;
D.電子在加速電場中加速,由動能定理得
電子在磁場中做勻速圓周運動,洛倫茲力提供向心力,由牛頓第二定律得
代入數(shù)據(jù)解得,電子的比荷
故D錯誤。
10. 圖(a)為示波管的部分原理圖,電子經(jīng)加速電壓加速后,向右進(jìn)入水平偏轉(zhuǎn)電極,電極X、X′間加上圖(b)所示的掃描電壓,內(nèi)部可視為勻強(qiáng)電場(豎直偏轉(zhuǎn)電極未畫出)。已知加速電壓為U,水平偏轉(zhuǎn)電極長L1,間距d,電極右端到熒光屏距離為L2,當(dāng)掃描電壓周期為T,峰值為U0時,熒光屏上可見一亮點在水平方向上移動。電子比荷為,不計電子重力及電子間的相互作用力,電子通過水平偏轉(zhuǎn)電極的時間極短。關(guān)于掃描過程,下列說法正確的是( )
A. 電子射入偏轉(zhuǎn)電極時的速度大小為
B. 0~入射的電子有可能打到圖(a)所示亮點a的位置
C. 若要在熒光屏上看到一條水平亮線,應(yīng)該降低掃描頻率
D. 熒光屏上亮點移動的速度為
【答案】BD
【解析】A.電子在加速電場中,根據(jù)動能定理
可得,電子射入偏轉(zhuǎn)電極時的速度
故A錯誤。
B.在時間內(nèi),掃描電壓為正,電子在水平偏轉(zhuǎn)電極間受到沿X′X的電場力,會向X側(cè)偏轉(zhuǎn),所以 入射的電子有可能打到圖(a)所示亮點a的位置,故B正確。
C.在熒光屏上看到一條水平亮線的條件需要減小掃描時間,即提高掃描頻率,使得電子在熒光屏上的位置快速變化,由于視覺暫留效應(yīng),人眼就會看到一條連續(xù)的亮線,而不是降低掃描頻率,故C錯誤。
D.電子在水平偏轉(zhuǎn)電極間做類平拋運動,水平方向
豎直方向做勻加速直線運動,由牛頓第二定律有
所以有
離開偏轉(zhuǎn)電場豎直方向速度為vy,有
電子離開偏轉(zhuǎn)電場,做勻速直線運動,水平方向位移
豎直方向有
則電子所打位置與O之間的距離為
由題圖可知,其偏轉(zhuǎn)電場U與時間在0~T內(nèi)關(guān)系由題圖結(jié)合數(shù)學(xué)知識可知為
將其代入,整理有
由速度的定義可知,其是物體運動的位移與其時間的比值,在數(shù)學(xué)上的表示即為位移與時間函數(shù)的一階導(dǎo),可得熒光屏上亮斑移動的速度
故D正確。
故選BD。
三、實驗題:本題共2個小題,共14分。
11. 某同學(xué)用圖(a)電路觀察平行板電容器的充、放電過程。電路中的電流傳感器與計算機(jī)相連,可顯示電路中電流隨時間的變化。圖(a)中電源電動勢為6V,實驗前電容器不帶電。先使S與“1”相連給電容器充電;充電結(jié)束后使S與“2”相連,直至放電完畢。計算機(jī)記錄電流隨時間變化的i﹣t曲線如圖(b)。
(1)充電結(jié)束后,使S與“2”相連時,流過R2的電流方向為 ___________(選填“從左往右”或“從右往左”);
(2)圖(b)中陰影部分面積S1___________S2(選填“>”“<”或“=”);
(3)若在上述實驗放電完畢后將平行板電容器兩極板間距離增大,再使S與“1”端相連給電容器充電,并記錄此時得到的曲線得到陰影部分面積S3(未畫出),則S2___________S3(選填“>”“<”或“=”)。
【答案】(1)從右向左 (2)= (3)>
【解析】(1)[1]電容器的右極板與電源的正極相連,所以電容器的右極板帶正電荷,充電結(jié)束后,使S與“2”相連時,電容器放電,正電荷從右極板經(jīng)電阻和電容器左極板的負(fù)電荷中和,所以流過R2的電流方向為從右向左;
(2)[1]i﹣t圖像與坐標(biāo)軸所圍面積表示電荷量,在橫軸上方的面積表示給電容器充電的電荷量;橫軸下方的面積表示電容器放電的電荷量,所以
S1S2
(3)[1]將平行板電容器兩極板間距離增大,根據(jù)
C
可知,電容器的電容變小,電源電壓不變,根據(jù)
QCU
可知,電容器帶電荷量減少,而i﹣t圖像與坐標(biāo)軸所圍面積表示電荷量,所以
S2S3
12. 甲同學(xué)在使用手電筒時發(fā)現(xiàn)燈泡發(fā)出的光變暗了,于是想到將手電筒里串聯(lián)的兩節(jié)舊干電池中的一節(jié)更換為同規(guī)格的新電池,將新、舊電池搭配使用。乙同學(xué)則指出課本必修第三冊中在關(guān)于電池組相關(guān)內(nèi)容中提到同型號的新、舊電池不合適組成電池組。于是,甲、乙兩同學(xué)想設(shè)計方案來探究手電筒中將新、舊電池搭配使用是否合理。
Ⅰ.一節(jié)舊干電池的電動勢約為1.4V,內(nèi)阻約為幾歐姆。為測量其電動勢和內(nèi)阻,實驗室提供以下器材:電壓表(量程0~3V,內(nèi)阻很大),電流表(量程0~0.6A,內(nèi)阻約2Ω),滑動變阻器(0~20Ω),開關(guān)S和導(dǎo)線若干。
(1)為盡量減小實驗誤差,實驗電路圖應(yīng)采用 _______(填“圖(a)”或“圖(b)”)方案;
(2)通過多次測量并記錄對應(yīng)的電流表示數(shù)I和電壓表示數(shù)U,利用這些數(shù)據(jù)畫出了U﹣I圖線,如圖(c)所示。由圖線得此干電池的電動勢E= ___________V,內(nèi)阻r= ___________Ω。
Ⅱ.兩同學(xué)獲知手電筒中小燈泡的電阻為4Ω(電阻視為不變),且通過查閱資料得出電動勢和內(nèi)阻分別為(E1,r1)和(E2,r2)的兩電池串聯(lián)后形成的電池組的電動勢為E1+E2,內(nèi)阻為r1+r2。
(3)兩同學(xué)獲悉一節(jié)同型號新電池的電動勢為1.5V,內(nèi)阻為0.2Ω。若將已測得電動勢和內(nèi)阻的舊電池與一節(jié)同型號的新電池串聯(lián)作為電池組為小燈泡供電時,電池組效率為η1;兩節(jié)同型號的新電池串聯(lián)作為電池組為小燈泡供電時,電池組效率為η2,則 ___________。
【答案】(1)(a) (2)1.38 3.8 (3)0.55
【解析】(1)電流表內(nèi)阻約為2Ω,如果采用圖(b)所示電路圖電池內(nèi)阻的測量誤差太大,為減小實驗誤差,應(yīng)選擇圖(a)所示電路圖
(2)[1] [2]由閉合電路的歐姆定律
U=E-Ir
由圖(c)所示圖像可知,電池的電動勢
E=1.38V
內(nèi)阻
r
(3)由閉合電路的歐姆定律得
I1,I2
電池組的效率
η1,η2
代入數(shù)據(jù)解得
0.55
四、計算題:本題共3個小題,共40分。
13. 某小組通過實驗測得玩具電動機(jī)電流隨電壓變化的I﹣U圖像如圖所示,電壓小于1V時,電動機(jī)不轉(zhuǎn),且圖像為直線;當(dāng)電壓U=6V時,電動機(jī)恰好正常工作。忽略電動機(jī)內(nèi)阻變化。求:
(1)電動機(jī)的內(nèi)阻r;
(2)電動機(jī)正常工作時電動機(jī)的輸出功率P和機(jī)械效率η(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。
【答案】(1)1Ω (2)12W, 67%
【解析】(1)由I﹣U圖像可得電壓為1V時,電流為1A,此時電動機(jī)不轉(zhuǎn),其電路為純電阻電路,內(nèi)阻為
(2)電動機(jī)正常工作時,從I﹣U圖像可得電壓為U=6V,電流為I=2A,電動機(jī)消耗的電功率為
P=UI=6×2W=12W
電動機(jī)的發(fā)熱功率為
P熱=I2r=22×1W=4W
電動機(jī)正常工作時電動機(jī)的輸出功率為
P機(jī)械=P-P熱=12W-4W=8W
電動機(jī)正常工作時電動機(jī)的機(jī)械效率為
14. 如圖所示,地面上方存在范圍足夠大、方向水平向右的勻強(qiáng)電場,長為L的絕緣輕繩一端固定在離地高度為3L的O點,另一端連接一個質(zhì)量為m、電荷量為q(q>0)的帶電小球(可視為點電荷),小球靜止時繩與豎直方向夾角θ=45°,重力加速度為g,不計空氣阻力。
(1)求勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度大小E;
(2)將小球拉到與O點等高的B點,給小球一豎直向下的初速度,求小球運動到O點正下方C點時的速度大小v;
(3)在(2)問情況下,小球運動到C點時細(xì)繩突然斷裂,求從細(xì)繩斷裂到小球落到地面所需的時間t及落地點與O點的水平距離x。
【答案】(1) (2) (3)2, 2(1)L
【解析】(1)小球靜止時,對小球分析受力可知小球帶正電,如圖所示
由平衡條件得
解得
(2)小球從B點到C點,根據(jù)動能定理得
解得
(3)細(xì)繩突然斷裂后,小球在重力和電場力的作用下做勻變速曲線運動,豎直方向做自由落體運動,則有
解得
小球水平方向加速度大小為
下落過程,小球水平方向的位移為
解得落地點與O點的水平距離
15. 如圖所示,勻強(qiáng)磁場區(qū)域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ寬度為L,區(qū)域Ⅰ高度為,區(qū)域Ⅱ、Ⅲ上下無限延伸,三個區(qū)域磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等,方向如圖。磁場左右兩側(cè)沿軸線O1O2分別存在方向如圖所示的電場,場強(qiáng)大小與到磁場邊界的距離x成正比,即E=k0x(k0為比例系數(shù))。一質(zhì)量為m,帶電量為q(q>0)的粒子以速度v0從磁場Ⅰ左邊界中點O1垂直邊界射入,經(jīng)Ⅰ、Ⅱ區(qū)域邊界上的P點進(jìn)入Ⅱ區(qū)域,速度方向與邊界夾角為60°。忽略邊界效應(yīng)及粒子重力。求:
(1)勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B;
(2)粒子從O1點出發(fā)到第一次回到O1點的過程中,在磁場運動的路程s1及電場中運動的路程s2;
(3)粒子運動一個完整周期的總時間(已知回復(fù)力為的簡諧振動,周期為)。
【答案】(1) (2), (3)
【解析】(1)粒子在勻強(qiáng)磁場中運動,洛倫茲力提供向心力,可得
由幾何關(guān)系可得
聯(lián)立可得
(2)結(jié)合題意,可得下圖
粒子在磁場中運動,由幾何關(guān)系可知,其軌跡所對圓心角為
軌跡長度為
聯(lián)立可得
粒子在電場中,由動能定理可得
由對稱性可知
聯(lián)立可得
(3)結(jié)合前面分析可知
粒子所受電場力為
一個周期內(nèi),粒子在電場中共做一個完整的簡諧振動,對應(yīng)時間為
粒子運動一個完整周期的總時間
聯(lián)立可得
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