模块综合检测（含解析）高中物理鲁科版（2019）必修 第三册

模块综合检测
(本试卷满分：100分)
一、单项选择题(本题共8小题，每小题3分，共24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.为探究“什么情况下磁可以生电”，某同学组装了如图所示的实验装置，图中ab是一根细直铜导线。闭合开关，当ab沿竖直方向上下运动时，电流表指针没有发生偏转，下列说法正确的是(　　)
A．感应电流太小，无法使电流表指针发生偏转
B．铜直导线太细，应换用较粗的铜棒
C．应该把ab改为左右运动
D．应该把磁体的N、S极对调
4．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，下列判断正确的是(　　)
A．灯泡L的阻值随电流的增大而减小
B．灯泡L的额定功率为13.5 W
C．灯泡L消耗的电功率最小时滑动变阻器接入电路的阻值为9 Ω
D．滑动变阻器接入电路的阻值至少为6 Ω
5.静电场在x轴上的场强E随x的变化关系如图所示，x轴正向为场强正方向，带正电的点电荷沿x轴运动，则该正点电荷(　　)
A．在x2和x4处电势能相等
B．由x1运动到x3的过程中电势能增大
C．由x1运动到x4的过程中电势先减小后增大
D．由x1运动到x4的过程中电场力先减小后增大
6．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
7.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(　　)
A．每个尘埃的运动轨迹都与一条电场线重合
B．图中A点电势低于B点电势
C．尘埃在迁移过程中做匀变速运动
D．尘埃在迁移过程中电势能增大
8.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、多项选择题(本题共4小题，每小题4分，共16分。每小题有多个选项符合题目要求，全部选对得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分)
9.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.
10．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.>
11．如图甲所示，某电场中的一条电场线恰好与x轴重合，A点的坐标为xA＝2.5 m，一质子从坐标原点O运动到A点，电势能增加了50 eV，x轴上各点电势的变化规律如图乙所示，则下列说法正确的是(　　)
A．x轴上各点的电场强度都沿x轴负方向
B．质子沿x轴从O点到A点加速度越来越大
C．A点的电场强度大小为25 V/m
D．质子在A点的电势能为75 eV
12．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(本题共5小题，共60分)
13.(6分)探究电容器充放电规律，实验装置如图甲所示，有电源E、定值电阻R0、电容器C、单刀双掷开关S。
(1)为测量电容器充放电过程电压U和电流I的变化，需在①、②处接入测量仪器，位置②应该接入测________(选填“电流”或“电压”)仪器。
(2)接通电路并接通开关，当电压表示数最大时，电流表示数为________。
(3)根据测到的数据，某过程中电容器两端电压U与电流I的关系图如图乙所示，该过程为______(选填“充电”或“放电”)。放电过程中电容器两端电压U随时间t变化关系如图丙所示，0.2 s时R0消耗的功率________ W。
14.(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)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；
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；
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。
15.(14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)
16.(16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；
(2)B点的电势φB。
17.(16分)为研究电动机驱动灯光喷泉时水柱刚离开喷口瞬间的速度，某同学依据如图所示的电路开展探究测量。闭合开关S，直流电动机M正常工作，测得流过电源的电流为8 A。已知电源电动势为76 V、内阻为2 Ω，灯泡电阻恒为20 Ω，电动机的线圈电阻为4 Ω，喷管的横截面积为5×10－2 m2，水的密度ρ＝1.0×103 kg/m3，重力加速度g取10 m/s2。
(1)求电动机正常工作时的输出功率；
(2)电动机用以驱动喷泉，求水柱刚离开喷口瞬间的速度。
模块综合检测
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C　当ab沿竖直方向上下运动时，电流表指针没有发生偏转，说明铜直导线上下运动没有切割磁感线，闭合回路磁通量不发生变化，没有产生感应电流，换用较粗铜棒或将磁体的N、S极对调，铜直导线竖直上下运动，仍不切割磁感线，所以电流表指针还是不会发生偏转，A、B、D错误；把ab改为左右运动，铜直导线切割磁感线，闭合回路磁通量发生变化，会产生感应电流，即电流表指针会发生偏转，C正确。
4．选B　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，A错误；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，B正确；由于灯泡与滑动变阻器串联，因此当滑动变阻器接入电路的阻值最大，即10 Ω时，电路中电流最小，灯泡L消耗的电功率最小，C错误；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，D错误。
5．选B　由题图可知，从x1到x4的过程中电场强度始终为负值，即电场强度沿x轴负方向，根据沿电场强度方向电势降低，所以从x1到x4的过程中电势升高，正电荷的电势能增大，故A、C错误，B正确；根据电场强度的定义式可知F＝Eq，由x1运动到x4的过程中，电场强度先增大后减小，所以电场力先增大后减小，故D错误。
6．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＝4πr12，则通过半径为r1的球面的电通量为ΦE1＝E1S1＝·4πr12＝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＝4πr22，则通过半径为r2的球面的电通量为ΦE2＝E2S2＝·4πr22＝4πkq，可知ΦE1与ΦE2的比值为1，故D正确。
7．选B　带电尘埃仅受电场力，电场线为直线时，运动轨迹才有可能与电场线重合，并且要求初速度为零或者方向与电场线方向一致；尘埃运动方向和电场力方向有夹角时，运动轨迹不能与电场线重合，A错误；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点电势低于B点电势，B正确；放电极与集尘极间的电场为非匀强电场，尘埃所受的电场力是变化的，尘埃的加速度是变化的，C错误；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，D错误。
8．选A　由输出功率P＝I2R外＝2R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。
9．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。
10．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)>2r，化简可得>，D正确。
11．选AD　由题图乙可知，从O点到A点电势逐渐升高，根据沿电场线方向电势逐渐降低可知，x轴上各点的电场强度都沿x轴负方向，故A正确；根据E＝＝，可知题图乙中图线的斜率表示该电场的电场强度，即为定值，由牛顿第二定律可得a＝，所以质子沿x轴从O点到A点加速度保持不变，故B错误；根据W电＝－ΔEp，又UOA＝，E＝，联立解得E＝20 V/m，UOA＝－50 V，故C错误；根据UOA＝φ0－3φ0，质子在A点的电势能为EpA＝e×3φ0，联立解得EpA＝75 eV，故D正确。
12．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＝mv02－0，出射后做平抛运动，进入M、N板间前竖直方向有y＝gt12，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＝t22，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。
13．解析：(1)由题图甲可知，位置②与电容器并联，应接入测电压仪器。
(2)电压表示数最大时，电容器充电完毕，电流表示数为0。
(3)电容器放电时电压和电流都减小，图像逆向分析，该过程为电容器放电过程。
放电过程中电容器两端电压等于R0两端电压，由题图丙可知t＝0.2 s时，电容器两端电压为U＝8 V，由题图乙可知当U＝8 V时，电流I＝40 mA，则电阻R0消耗的功率为P＝8×40×10－3 W＝0.32 W。
答案：(1)电压　(2)0　(3)放电　0.32
14．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
15．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
16．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)＝mvB2－mv02，解得φB＝。
答案：(1)2v0　(2)
17．解析：(1)闭合S后，电动机两端电压UM＝E－Ir
灯泡两端电压等于电动机两端电压，则流过灯泡的电流为IL＝，流过电动机的电流为IM＝I－IL
电动机的输出功率P出＝UMIM－IM2RM＝200 W。
(2)设水柱刚离开喷口速度为v0，在极短时间Δt内从喷管喷出的水的质量为Δm，则Δm＝ρSv0Δt
极短时间内电动机输出功率的瞬时值等于增加水动能功率的平均值，有P出＝
化简得P出＝，解得v0＝2 m/s。
答案：(1)200 W　(2)2 m/s
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