2024教科版高中物理必修第三册同步练习（有解析）--全书综合测评（二）

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2024教科版高中物理必修第三册同步
全书综合测评(二)
注意事项
1.全卷满分100分。考试用时75分钟。
2.无特殊说明,本试卷中重力加速度g取10 m/s2。
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.司南是我国著名科技史学家王振铎根据春秋战国时期的《韩非子》书中和东汉时期思想家王充写的《论衡》书中“司南之杓,投之于地,其柢指南”的记载,考证并复原勺形的指南器具。书中的“柢”指的是司南的长柄,如图所示。司南是用天然磁铁矿石琢成一个勺形的东西,放在一个刻着方位的光滑盘上,当它静止时,其长柄(　　)
A.将指向北方　　　　B.将指向东方
C.顶端相当于磁体的S极　　　　D.顶端相当于磁体的N极
2.静电给人们带来很多方便,但有时也带来很多麻烦,甚至造成危害。因此我们在应用静电的同时也要注意防范。下列生活情境中,利用了静电屏蔽原理的是 (　　)
A.静电复印机
B.燃气灶上电子点火器的针头电极
C.超高压带电作业所穿衣服的织物中掺入了金属丝
D.雷雨天,武当山金殿的屋顶常出现“雷火炼殿”的奇观
3.图(a)所示的电路中,K与L间接一智能电源,用以控制电容器C两端的电压UC。如果UC随时间t的变化如图(b)所示,则下列描述电阻R两端电压UR随时间t变化的图像中,正确的是 (　　)
(a)　(b)
A　　　　B
C　　　　D
4.已知一只表头的量程为0~100 mA,内阻Rg=100 Ω。现将表头改装成电流、电压两用的电表,如图所示,已知R1=200 Ω,R2=1 kΩ,则下列说法正确的是 (　　)
A.用O、a两端时是电压表,最大测量值为110 V
B.用O、b两端时是电压表,最大测量值为160 V
C.用O、a两端时是电流表,最大测量值为200 mA
D.用O、b两端时是电流表,最大测量值为200 mA
5.如图所示,一个U形金属导轨水平放置,其上放有一个金属导体棒ab,有一磁感应强度为B的匀强磁场斜向上穿过轨道平面,且与竖直方向的夹角为θ。在下列各过程中,一定能在轨道回路里产生感应电流的是 (　　)
A.ab向左运动,同时增大磁感应强度B
B.使磁感应强度B减小,θ角同时也减小
C.ab向右运动,同时使θ减小
D.ab向右运动,同时增大磁感应强度B和θ角(0°<θ<90°)
6.在平面直角坐标系的x轴上关于原点O对称的P、Q两点各放一个等量点电荷后,x轴上各点电场强度E随坐标x的变化曲线如图所示。规定沿x轴正向为场强的正方向,则下列说法正确的是 (　　)
A.将一个正试探电荷从P点沿x轴移向Q点的过程中电势能先增大后减小
B.x轴上从P点到Q点的电势先降低后升高
C.若将一个正试探电荷从两点电荷连线的垂直平分线上的一侧移至另一侧对称点的过程中一定是电场力先做正功后做负功
D.若将一个正试探电荷从两点电荷连线的垂直平分线上的一侧移至另一侧对称点的过程中受到的电场力先增大后减小
7.如图所示,电荷量为+q的点电荷与电荷量为-Q的均匀带电薄板相距2d,点电荷到带电薄板的垂线通过板的几何中心O。若图中A点的电场强度大小为E0,方向水平向右,则图中B点的电场强度大小为(静电力常量为k) (　　)
A.-E0
C.
8.如图所示电路中,ABCD是由同种金属材料制成的离电源足够远的正方形导线框,O为其对角线交点,已知AB、BC、CD三根导线粗细相同且其半径是导线AD半径的3倍,通电直导线周围某点的磁感应强度B=,I是导线中的电流,r是某点到导线的直线距离,k是常数。下列说法正确的是 (　　)
A.导线AD与导线AB的电阻相等
B.导线AD中的电流是导线AB中的电流大小的3倍
C.O点处的磁感应强度大小为0
D.O点处的磁感应强度方向垂直纸面向里
二、多项选择题(本题共3小题,每小题4分,共12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.如图所示是某种型号玩具马达,它的一些参数如表格所示,则以下说法中正确的是 (　　)
　
型号 F130-17100-38
额定电压 3 V
额定电流 0.25 A
效率 60%
额定转速 11 000 r/min
A.该马达的电阻为12 Ω
B.该马达的电阻为4.8 Ω
C.该马达正常工作时机械功率为0.75 W
D.该马达正常工作时消耗的功率为0.75 W
10.如图所示为某电场的电场强度E随时间t变化的图像。当t=0时,在此电场中由静止释放一个带电粒子,设带电粒子只受电场力的作用,则下列说法中正确的是 (　　)
A.带电粒子将始终向同一个方向运动
B.2 s末带电粒子回到原出发点
C.3 s末带电粒子的速度为零
D.0~3 s内,电场力做的总功为零
11.如图所示的电路中,E为电源,其内电阻为r,V为理想电压表,L为阻值恒为2r的小灯泡,定值电阻R1的阻值恒为r,R3为半导体材料制成的光敏电阻,电容器两极板处于水平状态,闭合开关S,电容器中心P点有一带电油滴处于静止状态,电源负极接地,则下列说法正确的是 (　　)
A.若将R2的滑片上移,则电压表的示数变小
B.若突然将电容器上极板上移,则油滴在P点电势能增加
C.若光照变强,则油滴会向上运动
D.若光照变强,则灯泡变亮
三、非选择题(本题共5小题,共64分)
12.(10分)学习小组正在进行“测量某金属导体电阻率”的实验。取该金属制成的一个“圆柱形”导体,用游标卡尺测量其长度L、用螺旋测微器测量其直径d,如图所示。
(1)请读出长度L和直径d,L=　　　　 cm,d=　　　　 mm。
(2)设“圆柱形”导体的电阻为Rx,接入如图所示的电路中,请将以下实验步骤补充完整。
第一步:闭合开关S前,先将滑动变阻器R的滑片P滑到最右端;
第二步:调节电阻箱R2,使其处于某一适当值;
第三步:闭合开关S,移动滑片P,使电流计G有适当的读数;
第四步:调节R2,使电流计G中的电流为零;
第五步:读出R2,可得Rx=　　　　(用R1、R2、R3表示)。
13.(12分)某同学想利用如图甲中所示的实验器材测量多用电表“×1”挡的内部电源的电动势。
(1)请在图上用笔画线代替导线将电路连接完整。
(2)调节滑动变阻器的滑片,记录多组欧姆表示数R和电流表示数I,作出R-图线如图乙所示。由图乙可求得电动势E=　　　　 V。(结果保留2位有效数字)
甲
乙
(3)忽略偶然误差,本实验的测量值E测与真实值E真比较,E测　　　　E真(填“<”“=”或“>”)。
(4)若多用电表长期使用后,内部电源的内阻变大,电动势变小,测量电阻时仍能欧姆调零,一切操作正确,则电阻测量值R测与真实值R真比较,R测　　　　R真(填“<”“=”或“>”)。
14.(10分)如图所示,固定于水平面上的金属架CDEF处在磁场中,磁场方向与水平面夹角θ=30°。一金属棒MN与磁场方向垂直,并垂直于CD、EF在框架上向右以速度v=1 m/s做匀速运动。t=0时,磁感应强度B0=2 T,此时金属棒到达的位置恰好使左侧回路构成一个边长为L=1 m的正方形。
(1)求t=0时刻,穿过金属棒与框架所围成回路的磁通量Φ0;
(2)为使金属棒MN中不产生感应电流,从t=0开始,推导出磁感应强度B随时间t变化的关系式。
15.(14分)如图所示是某研究性学习小组自制的电子秤原理图,它利用电压表的示数来指示物体的质量。托盘、弹簧上端和滑动变阻器滑片固定在一起,托盘和弹簧的质量不计,O、A间有可收缩的导线,当盘中没有放物体时,电压表的示数为0。已知电阻R0=5 Ω,滑动变阻器最大阻值为15 Ω,电源电压U=3 V,电压表的量程为0~3 V。现将1 kg的物体放在托盘中,滑片刚好指在距R上端处(不计摩擦,弹簧始终在弹性限度内),请计算回答:
(1)将1 kg的物体放在托盘中时,电压表的示数为多少
(2)该电子秤能测量的最大质量是多少 此质量数应标在电压表多少伏的位置上
16.(18分)如图所示,光滑绝缘斜面高度h=0.45 m,斜面底端与光滑绝缘水平轨道用小圆弧连接,水平轨道边缘紧靠平行板中心线。正对的平行板和电阻及输出电压恒定为U的电源构成如图所示电路,平行板板长为L=0.9 m,板间距离d=0.6 m,定值电阻阻值为R0(未知),可以看作质点的带电小球电荷量q=-0.01 C、质量m=0.03 kg,从斜面顶端静止下滑。
(1)若S断开,小球刚好沿平行板中心线做直线运动,求电源的电压U;
(2)在(1)的条件下,若S闭合,调节滑动变阻器,使其接入电路的电阻R1=6 Ω,小球获得4 m/s2的加速度,求电阻R0的阻值;
(3)在(1)(2)的条件下,若S闭合,调节滑动变阻器,使其接入电路的电阻R2=2 Ω,判断小球能否飞出平行板。
答案与解析
全书综合测评(二)
1.C 2.C 3.A 4.B 5.C 6.D
7.A 8.D 9.BD 10.CD 11.BD
1.C　这就是传统的指南针,“柢”指的是司南的长柄,所以当司南静止时,长柄指的方向为南方,勺口指的方向就是北方,所以顶端相当于磁体的S极,C正确。
2.C　静电复印机利用了静电吸附原理,A错误;燃气灶上电子点火器的针头电极利用了尖端放电原理,B错误;超高压带电作业所穿衣服的织物中掺入了金属丝,这是利用了静电屏蔽原理,C正确;雷雨天,武当山金殿的屋顶常出现“雷火炼殿”的奇观,这是放电现象,D错误。
3.A　
图形剖析　
根据C=t,所以图像的斜率为,则1~2 s内的电流I12与3~5 s内的电流I35关系为I12=2I35,且两段时间中的电流方向相反,根据欧姆定律I=可知R两端电压大小关系满足U12=2U35,由于电流方向不同,故选A。
4.B　
图形剖析　
由电路图可知,用O、a两端时是电流表,
有I=Ig+=150 mA,故A、C错误;
用O、b两端时是电压表,
有U=IgRg+R2=160 V,故B正确,D错误。
5.C　ab向左运动,闭合回路面积变小,同时增大磁感应强度B,可能使穿过闭合回路的磁通量保持不变,则可能不会产生感应电流,选项A错误;因穿过闭合回路的磁通量Φ=BS cos θ,若使磁感应强度B减小,θ角同时也减小,则磁通量可能不变,则可能不会产生感应电流,选项B错误;ab向右运动,闭合回路面积变大,同时使θ减小,根据Φ=BS cos θ可知一定能使穿过闭合回路的磁通量变大,则一定能产生感应电流,选项C正确;ab向右运动,闭合回路面积变大,同时增大磁感应强度B和θ角(0°<θ<90°),根据Φ=BS cos θ可知磁通量可能不变,则可能不会产生感应电流,选项D错误。
6.D　由电场分布可知,P处点电荷带正电,Q处点电荷带负电,P、Q之间的电场线从P点指向Q点,则将一个正试探电荷从P点沿x轴移向Q点的过程中电场力做正功,电势能一直减小,故A错误;x轴上从P点到Q点的电势一直降低,故B错误;两点电荷连线的垂直平分线是等势面,则若将一个正试探电荷从两点电荷连线的垂直平分线上的一侧移至另一侧对称点的过程中电场力不做功,故C错误;两点电荷连线的垂直平分线上,在两点电荷连线的中点处场强最大,则将一个正试探电荷从两点电荷连线的垂直平分线上的一侧移至另一侧对称点的过程中受到的电场力先增大后减小,故D正确。
7.A　点电荷在A点产生的电场强度为E1=,
方向水平向左,故带电薄板在A点产生的场强
E2=E1+E0=k+E0,方向水平向右。
根据对称性,带电薄板在B点产生的场强与在A点产生的场强等大反向,根据电场叠加原理,可知B点场强大小
EB=k+E0,
合场强方向水平向左。故选A。
8.D　由R=知,因为导线AD与导线AB是同种材料,即电阻率相同,且长度相同,但其粗细不同,故电阻不相等,选项A错误;
由题意有RAB=RBC=RCD=RAD,由欧姆定律可得导线AD中的电流是导线AB中的电流大小的,选项B错误;
由题意可得,通电直导线周围某点的磁感应强度为B=,
由安培定则可知,导线AB、BC、CD在O处产生的磁感应强度方向垂直纸面向里,导线AD在O处产生的磁感应强度方向垂直纸面向外,
又因为导线AD中的电流是导线AB、BC、CD中电流大小的,所以O点处的磁感应强度大小不为0,方向垂直纸面向里,选项C错误,D正确。
9.BD　该马达正常工作时消耗的功率P=UI=3×0.25 W=0.75 W,
该马达正常工作时机械功率为P1=P×60%=0.45 W,
该马达正常工作时消耗的热功率P2=P×40%=0.3 W,
该马达的电阻r=,解得r=4.8 Ω,选B、D。
10.CD　带电粒子在第1 s内的加速度大小为a1=,在第2 s内的加速度大小为a2=,故a2=2a1,因此带电粒子先加速1 s再减速0.5 s时速度为零,接下来的0.5 s将反向加速,v-t图像如图所示。
带电粒子在0~1 s匀加速运动,在1~2 s内先匀减速后反向加速,所以不是始终向同一个方向运动,故A错误;根据速度时间图像与横轴围成的面积表示位移可知,在t=2 s时,带电粒子没有回到出发点,故B错误;由解析中的图可知,3 s末带电粒子的瞬时速度刚好减到0,故C正确;粒子只受电场力作用,根据动能定理知0~3 s内动能变化为0,即电场力做的总功为零,故D正确。
11.BD　电路稳定时,电容器相当于断路,R2相当于导线,所以将R2的滑片上移时,电压表的示数不变,选项A错误。若突然将电容器上极板上移,电容器两板间电压不变,板间场强减小,由ΔU=EΔd知,由于P点与下极板间的距离不变,则P点与下极板间的电势差减小,而下极板的电势为零,所以P点电势降低,由于油滴带负电,所以油滴在P点电势能增加,选项B正确。若光照变强,光敏电阻R3阻值减小,电路中的总电阻减小,则干路电流变大,通过小灯泡的电流变大,灯泡变亮;电容器两端电压为U=E-I(r+R1),I变大,则U变小,即电容器两板间的电压变小,场强变小,油滴所受的电场力变小,因此油滴要向下极板运动,选项C错误,D正确。
12.答案　(1)10.400(3分)　2.152(2.151~2.153均正确)(3分)　
(2)(4分)
解析　(1)导体长度为
L=10.4 cm+0.05 mm×0=10.400 cm,
导体的直径为
d=2 mm+0.01 mm×15.2=2.152 mm。
(2)电流计G中的电流为零时,R1与R2两端的电压相等,R3与Rx两端的电压也相等,由分压原理可得,解得Rx=。
13.答案　(1)见解析图(3分)　(2)1.4(3分)　(3)=(3分)　(4)>(3分)
解析　(1)电路连接如图所示。
(2)根据电路结构结合闭合电路的欧姆定律可知I=,
即R=E·-R内,
由图像可知E=k= V=1.4 V。
(3)该实验中电流表的内阻不会使实验存在系统误差,则测量值E测与真实值E真比较E测=E真。
(4)当电源电动势和内阻变化后,欧姆调零时,其内阻R内=,电源电动势变小,则欧姆表内阻R内变小,用欧姆表测电阻时有I=,由于R内变小,I变小,指针跟原来的位置相比偏左了,所测电阻偏大。
14.答案　(1)1 Wb　(2)B=(T)
解析　(1)由磁通量定义可知Φ0=B0S=B0L2 sin θ (2分)
解得Φ0=1 Wb(1分)
(2)设经过时间t,磁感应强度为B,
这一过程中金属棒运动的距离为x=vt (2分)
此时穿过回路的磁通量为
Φ=BL(L+x) sin θ (2分)
为使MN中不产生感应电流,
则BL(L+vt) sin θ=B0L2 sin θ (2分)
解得B=(T) (1分)
15.答案　(1)1.5 V　(2)3 kg　2.25 V处
解析　(1)当滑片位于距R上端处时,有
R总=R0+ Ω=10 Ω(2分)
此时电路中的电流为
I= A=0.3 A(2分)
电压表的示数为
UR=I·=0.3 A×5 Ω=1.5 V(2分)
(2)因为弹簧的伸长量(或压缩量)与弹簧所受拉力(或压力)成正比,又因为1 kg物体放在托盘中时,滑片指在距R上端处,故滑片指到R最下端时,就是该电子秤所能测量的最大质量,应为3 kg, (2分)
此时,电路中的总电阻为
R总'=R0+R=5 Ω+15 Ω=20 Ω(2分)
电路中的电流为
I'= A=0.15 A(2分)
电压表的示数为
U'=I'R=0.15×15 V=2.25 V<3 V,没有超过电压表的量程, (2分)
故电子秤所能测量的最大质量是3 kg,应标在电压表示数为2.25 V处。
16.答案　(1)18 V　(2)4 Ω　(3)恰好从极板右侧边缘飞出
解析　(1)当S断开时,两极板间电势差等于电源电压U,由平衡条件得mg=-q (2分)
解得U=18 V(1分)
(2)当S闭合时,对带电小球,由牛顿第二定律有mg-(-q)E1=ma1 (1分)
两极板间电势差
UC1=E1d=10.8 V(1分)
当S闭合,R1=6 Ω时,R1和R0串联,电容器与R1并联,R1两端电压有UR1=UC1
根据串联分压有 (1分)
得R0=4 Ω(1分)
(3)小球下滑过程机械能守恒,
由机械能守恒定律得mgh= (2分)
得小球进入平行板间的初速度为v0=3 m/s(1分)
当S闭合,R2=2 Ω时, (1分)
得电容器两端电压UC2=6 V
对小球,由牛顿第二定律得mg-(-q)E2=ma2 (1分)
UC2=E2d (1分)
得a2= m/s2 (1分)
带电小球在极板间做类平抛运动,竖直方向有y=a2t2 (1分)
水平方向有L=v0t (1分)
联立求得y=0.3 m(1分)
即y=,带电小球恰好从极板右侧边缘飞出。 (1分)
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