2024鲁科版高中物理必修第三册同步练习--全书综合测评

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2024鲁科版高中物理必修第三册同步
全书综合测评
注意
事项　1.本试卷满分100分,考试用时75分钟。
2.无特殊说明,本试卷中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.下列说法中正确的是 (　　)
A.点电荷就是体积很小的带电体
B.体积大的带电体肯定不能看成点电荷
C.静电感应不是创造了电荷,只是电荷从物体的一部分转移到另一部分
D.摩擦起电的实质是电子的转移,得到电子带正电
2.下列说法中正确的是 (　　)
A.根据公式U=Ed知,在匀强电场中两点间的距离越大,电势差就越大
B.在任何电路中,计算电功都可以用W=UIt,计算电热都可以用Q=I2Rt
C.电源的电动势越大,电源所能提供的电能就越多
D.由公式φ=可知,φ与Ep成正比,与放入电场中的检验电荷的电荷量 q 成反比
3.如图所示的匀强磁场中有一闭合矩形导线框,则在图示时刻能产生感应电流的是 (　　)
A B
C D
4.一灯泡的额定电压为220 V、额定功率为100 W,当其正常工作时,11分钟内通过灯丝横截面的电荷量为 (　　)
A.300 C B.200 C
C.10 C D.5 C
5.如图所示,一圆心为O的圆中有两条互相垂直的直径AC和BD,电荷量分别为+Q、-Q的点电荷放在圆周上,它们的位置关于AC对称。两个点电荷的连线与AC的交点为P,取无穷远电势为零,则下列说法正确的是 (　　)
A.P点的场强和电势都为0
B.O点和C点场强相同,且点电荷+q沿直线从O到C运动的过程中电势能先增大后减小
C.在B点放一个点电荷可能使O点的电场强度变为零
D.点电荷-q在B点具有的电势能大于在D点具有的电势能
6.科考队进入某一磁矿区域后,发现指南针原来指向正北的N极逆时针转过30°(如图所示),设该位置地磁场磁感应强度水平分量为B,则磁矿所产生的磁感应强度水平分量最小时的值为 (　　)
A. B.B C.2B D.
7.在如图所示的电路中,电源的负极接地,其电动势为E、内电阻为r,R1、R2为定值电阻,R3为滑动变阻器,C为电容器。在滑动变阻器的滑动触头P自a端向b端滑动的过程中,下列说法正确的是 (　　)
A.电压表示数变小
B.电流表示数变小
C.电容器C所带电荷量增多
D.a点的电势降低
8.某同学将一直流电源的总功率PE、输出功率PR和电源内部的发热功率Pr随电流I变化的图线画在了同一坐标系内,如图所示,则下列选项正确的是 (　　)
A.图中的直线表示输出功率PR
B.当电流I=1 A时Pr=8 W
C.当电流为1.5 A时,外电阻大小为 Ω
D.电源的电动势为8 V,内阻r=2 Ω
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,由PO和QO两块光滑绝缘的平板组成的“V”形组合体固定在水平地面上,两平板互相垂直,平板PO与地面的夹角α=37°,在两个平板上各放置一个带同种电荷的小球A和B,A、B 带的电荷量分别为q和2q,A、B恰在同一条水平线上静止。小球A和B可看成点电荷,A的质量为m,静电力常量为k,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,则 (　　)
A.B对A的库仑力是A对B的库仑力的2倍
B.A、B两球所受平板的支持力大小均为 mg
C.B球的质量为m
D.A、B两球间的距离为2q
10.如图甲所示,两个等量同种点电荷P、Q固定于光滑绝缘水平面上,电荷量q为+1×10-3 C、质量m为0.02 kg的小球从a点静止释放,沿中垂线运动到电荷连线中点O过程中的v-t图像如图乙中图线①所示,其中b点处为图线切线斜率最大的位置,图中②为过b点的切线,则下列说法正确的是 (　　)
A.P、Q带正电荷
B.b点的场强Eb=30 V/m
C.a、b两点间的电势差为90 V
D.小球从a到O的过程中电势能先减少后增加
11.不计重力的带电粒子在某电场区域内的运动轨迹如图所示,三个等势面是平行等距的,a、b、c是轨迹上的三个点。下列说法正确的是 (　　)
A.粒子在三点的电势能大小关系为EpcB.粒子在三点所受的电场力不相等
C.粒子在a点的加速度等于在b点的加速度
D.粒子在三点所具有的动能大小关系为Ekc12.空间中存在一静电场,一电子从x=0处以一定的初速度沿+x方向射出,仅在电场力作用下在x轴上做直线运动,其电势能Ep随位置x变化的关系图像如图所示。则下列判断正确的是 (　　)
A.x1处电场强度比x3处电场强度大
B.x2处电势最高、电场强度最小
C.x3处的电场强度方向沿x轴正方向
D.电子在x=0处的速度大于x3处的速度
三、非选择题(本题共6小题,共60分)
13.(10分)某实验小组尝试测量一段电阻丝的电阻率。可供选择的器材有:
A.电池组E(电动势为3 V,内阻约5 Ω);
B.电压表V(量程为0~3 V,内阻约15 kΩ);
C.电阻箱R(0~999.9 Ω);
D.开关、导线若干。
完成下列填空:
(1)把电阻丝拉直后用螺旋测微器测量电阻丝的直径,测量结果如图甲所示,其读数为d=　　　　 mm。
(2)将电阻丝两端固定在有刻度尺的接线板两端的接线柱上,在被固定的电阻丝上夹一个与接线柱c相连的小金属夹P。实验要求将a、c端接入电路,且将小金属夹P右移、电阻箱的阻值减小时,接入电路的电压表读数保持不变,如图乙所示,请用笔画线代替导线在图丙中完成电路的连接。
(3)图乙中电压表读数为U=　　　　 V。
(4)改变金属夹P与电阻丝接触点的位置,调整电阻箱接入电路中的阻值,使电压表读数保持不变,如图乙所示。重复多次,记录每一次电阻箱的阻值R和接入电路的电阻丝长度L,数据如表格所示。断开开关,整理实验器材。请在图丁中描点,并作出R-L图像。
R/Ω 21.0 17.0 13.0 9.0
L/cm 20.00 40.00 60.00 80.00
(5)根据R-L图像和已知数据,可求出该电阻丝的电阻率为　　　　 Ω·m。(计算结果保留两位有效数字)
14.(12分)某实验小组研究两个未知元件X和Y的伏安特性,使用的器材包括电压表(内阻约为3 kΩ)、电流表(内阻约为1 Ω)、定值电阻等。
(1)使用多用电表粗测元件X的电阻。选择“×1”欧姆挡测量,示数如图(a)所示,读数为　　　　Ω。据此应选择图中的　　　　[填“(b)”或“(c)”]电路进行实验。
(2)连接所选电路,闭合S,滑动变阻器的滑片P从左向右滑动,电流表的示数逐渐　　　　(填“增大”或“减小”),依次记录电流及相应的电压值,将元件X换成元件Y,重复实验。
(3)图(d)是根据实验数据作出的U-I图线,由图可判断元件　　　(填“X”或“Y”)是非线性元件。
(4)该小组还借助X和Y中的线性元件和阻值R=21 Ω的定值电阻,测量待测电池组的电动势E和内阻r,如图(e)所示。闭合S1和S2,电压表读数为3.00 V;断开S2,读数为1.00 V,利用图(d)可算得E=　　　　 V,r=　　　　 Ω(结果均保留两位有效数字,电压表视为理想电压表)。
15.(7分)如图甲所示,空间内存在着方向竖直向下、场强大小E=2×105 V/m的匀强电场,一质量m=1.5×10-8 kg、电荷量q=+3×10-10 C的带电粒子从空间中的P点以初速度v0水平射出。设粒子射出时为初始时刻,之后某时刻,带电粒子的速度与水平方向的夹角为θ,则tan θ与时间t的关系图像如图乙所示,粒子的重力忽略不计。
(1)求粒子的初速度v0的大小;
(2)若粒子运动过程中经过图中Q点,且P、Q连线与水平方向的夹角α=45°,求P、Q两点间的距离。
甲
乙
16.(8分)如图,在足够长的光滑绝缘水平直轨道上方h高度的P点,固定一个电荷量为+Q的点电荷,一质量为m、带电荷量为+q的物块(可视为质点),从轨道上的A点以初速度v0沿轨道向右运动,当运动到P点正下方B点时速度为v,已知点电荷产生的电场在A点的电势为φ(取无穷远处电势为零),P、A连线与水平轨道的夹角为60°,试求:(重力加速度为g)
(1)物块在A点时对轨道的压力;
(2)点电荷+Q产生的电场在B点的电势。
17.(8分)某市有20万台空调机,每台空调机在夏季平均使用60天,每天耗电8 kW·h。为了节约能源,该市政府建议大家都把室内设定温度提高1 ℃,这样每台空调机每天可节省6%的电能。那么这样做能使该市在夏季节省多少电能 已知标准煤的热值是2.92×107 J/kg。发电厂的发电效率是30%。请计算一下,这项节能建议的实现能在1年内节约多少吨标准煤 (结果均保留两位有效数字)
18.(15分)在如图所示的电路中,电源的电动势E=28 V,内阻r=2 Ω,电阻R1=12 Ω,R2=R4=4 Ω,R3=8 Ω,C为平行板电容器,其电容C=3.0 pF,虚线到两极板的距离相等,极板长L=0.20 m,两极板的间距d=1.0×10-2 m。
(1)若最初开关S处于断开状态,则将其闭合后,流过R4的电荷量为多少
(2)若开关S断开时,有一个带电微粒沿虚线方向以v0=2.0 m/s的初速度射入平行板电容器的两极板间,带电微粒刚好沿虚线匀速运动,则当开关S闭合后,此带电微粒以相同的初速度沿虚线方向射入两极板间后,能否从极板间射出 (要求写出计算和分析过程)
答案与解析
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1.C 2.B 3.B 4.A 5.C 6.A
7.D 8.C 9.CD 10.BC 11.AC 12.AD
1.C　当带电体间的距离比它们自身的大小大得多,以致带电体的形状和大小对它们间相互作用力的影响可忽略时,这样的带电体就可看做点电荷,带电体能否看做点电荷是由研究问题的性质决定的,与自身大小、形状和带电荷量多少无关,A、B错误;静电感应是电荷从物体的一部分转移到另一个部分,而不是创造了电荷,C正确;摩擦起电的实质是电子从一个物体转移到另一个物体,物体原来呈电中性,失去电子的物体带正电,得到电子的物体带负电,D错误。
2.B　匀强电场中电势差与电场强度的关系式U=Ed,d为沿电场线方向的距离,两点间的距离越大,电势差不一定大,A选项错误;在任何电路中,计算电功都可以用 W=UIt,计算电热都可以用 Q=I2Rt,B选项正确;电源的电动势越大,表示电源把其他形式的能转化为电能的本领越强,提供的电能不一定越多,C选项错误;φ=是电势的定义式,φ与Ep、q无关,由电场本身性质决定,D选项错误。
3.B　A选项中,保持线框平面始终与磁感线平行,线框在磁场中向右运动,磁通量不变,一直为零,无感应电流,故A错误;B选项中,保持线框平面始终与磁感线垂直,线框在磁场中向右运动,离开磁场,磁通量减小,有感应电流,故B正确;C选项中,保持线框平面始终与磁感线垂直,线框在磁场中向上运动,磁通量不变,无感应电流,故C错误;D选项中,保持线框平面始终与磁感线垂直,线框在磁场中向右运动,故磁通量不变,无感应电流,故D错误;故选B。
4.A　通过灯丝的电流为I== A= A,则11分钟内通过灯丝横截面的电荷量为q=It=×11×60 C=300 C,故A正确,B、C、D错误。
5.C　+Q在P点产生的场强方向向右,-Q在P点产生的场强方向也向右,根据场强叠加原理可知P点的场强不为0,故A错误。OC连线是等量异种点电荷电场中一条等势线,则点电荷+q沿直线从O到C的过程中电势能不变,故B错误;根据场强叠加原理可知, O点的场强水平向右,故在B点放一个电荷量合适的负点电荷,该点电荷在O点产生场强水平向左,与两电荷在O点产生的合场强等大反向,故可能使O点的电场强度变为零,故C正确;根据沿电场线方向电势降低,结合电场线的分布情况可知,B点的电势高于D点电势,由电势能公式Ep=qφ分析可知:点电荷-q在B点的电势能小于在D点具有的电势能,故D错误。
6.A　小磁针N极的受力方向即磁场方向,如图所示
磁矿所产生的磁场使原来指向正北的N极逆时针转过30°,根据三角形定则可知,磁矿所产生的磁感应强度水平分量最小时方向与图中虚线垂直,则大小为B sin 30°=B,B、C、D错误,A正确。
7.D　电压表测量电阻R1两端的电压,电流表测量电阻R3支路的电流,当滑动变阻器的滑动触头P自a端向b端滑动时,电路总电阻变小,干路电流变大,内电压变大,路端电压变小,电阻R1两端的电压变大,故A选项错误;电阻R2两端的电压变小,流过的电流变小,由于干路电流变大,故流过电阻R3的电流变大,B选项错误;电容器两端电压等于电阻R2两端的电压,所以电容器所带电荷量Q=CU减少,C选项错误;由于电源负极接地,a点的电势等于电阻R2两端的电压,故a点的电势降低,D选项正确。
8.C　电源的总功率PE=EI,E不变,对应如图直线a,电源的输出功率PR=IE-I2r,对应图线c,故A错误;电源内部的发热功率Pr=I2r,对应图线b,当I=1 A时Pr=4 W,故B错误;电源的电动势E== V=8 V,由Pr=I2r,解得r==4 Ω,故D错误;当电流为1.5 A时,由闭合电路欧姆定律可知I=,解得R= Ω,故C正确。故选C。
9.CD　A与B间的库仑力是一对相互作用力,故A对B的库仑力与B对A的库仑力大小一定相等,A选项错误;分析小球A、B的受力情况,对于A球,根据平衡条件,有NA cos 37°=mg,NA sin 37°=FBA,对于B球,根据平衡条件,有NB cos 53°=mBg,NB sin 53°=FAB,FBA=FAB,联立解得NA=1.25mg,FBA=0.75mg,NB=mg,mB=m,故B选项错误,C选项正确;根据库仑定律可得FBA=k,解得r=2q,D选项正确。
10.BC　带正电的小球从a点由静止释放向上做加速运动,可知受到向上的电场力,则aO线上的场强方向竖直向上,故两电荷带负电,A错误;v-t图线上的斜率表示加速度,可得ab==1.5 m/s2①,根据牛顿第二定律得qEb=mab②,①②联立解得Eb=30 V/m,故B正确;对小球由a到b,由动能定理得qUab=m-m,由题图乙可得vb=3 m/s,代入解得Uab=90 V,故C正确;由题图乙可知,小球的速度一直增大,电场力一直做正功,故电势能一直减小,故D错误。选B、C。
11.AC　粒子在电场中运动时,只有电场力做功,故电势能与动能之和应是恒定不变的,由图可知,粒子受力方向指向轨迹的凹侧,电场线的方向竖直向上,粒子受力方向竖直向下,则粒子带负电,由Ep=qφ可知粒子在b点时的电势能最大,在c点的电势能最小,则可判断在c点的动能最大,在b点的动能最小,A正确,D错误;因表示电场中三个等势面的三条虚线是平行且等间距的,由此可判断电场是匀强电场,所以带电粒子在电场中各点受到的电场力相等,加速度相等,B错误,C正确。
12.AD　根据电势能与电势的关系可知Ep=qφ,场强与电势差的关系E=,所以E=·。Ep-x图像的斜率为,因为x1处图像的斜率比x3处的斜率大,所以x1处电场强度比x3处电场强度大,故A正确;由于电子带负电,在x2处,电子的电势能最大,电势最低,x2处图像的斜率为0,电场强度为0,故B错误;电子从x2到x3,电势能减小,电场力做正功,则x3处的电场强度方向沿x轴负方向,故C错误;根据能量守恒,电子在x=0处的电势能小于电子在x3处的电势能,则电子在x=0处的动能大于在x3处的动能,所以电子在x=0处的速度大于在x3处的速度,故D正确。
13.答案　(1)0.400(2分)　(2)如图甲所示(2分)　(3)2.50(2分)　(4)如图乙所示(2分)　(5)2.5×10-6(2分)
解析　(1)螺旋测微器的读数为0+40.0×0.01 mm=0.400 mm。
(2)实验要求a、c端接入电路,且P右移、电阻箱阻值减小时,电压表读数保持不变,则电阻箱和电阻丝应该串联,电压表测量两者的电压之和。实验电路连接见答案图甲。
(3)电压表读数时估读到0.01 V,故电压表读数为2.50 V。
(4)R-L图像见答案图乙。
(5)由作出的R-L图像可知|k|=20 Ω/m,设电阻箱和电阻丝总电阻为R总,由电阻定律可知R总-R=ρ,得R=-ρ+R总,故|ΔR|=|ΔL|·,=|k|=,代入题给数据得ρ=S|k|=π×(0.2×10-3)2×20 Ω·m=2.5×10-6 Ω·m。
14.答案　(1)10(2分)　(b)(2分)　(2)增大(2分)　(3)Y(2分)　(4)3.2(2分)　0.50(2分)
解析　(1)指针指示数字“10”,挡位为“×1”欧姆挡,故读数为10×1 Ω=10 Ω 。RX约为电流表内阻的10倍,是电压表内阻的,可见待测电阻很小,故采用电流表外接法,即应选择(b)图电路。
(2)当P向右滑动时,未知元件上分到的电压增大,因此电流增大,即电流表读数逐渐增大。
(3)由题图(d)可知,元件X对应的U-I关系图线为直线,元件Y对应的U-I关系图线为曲线,即元件Y对应的电压与电流的比值并不固定,因此Y是非线性元件。
(4)由题图(d)可知,线性元件X的电阻为RX=10 Ω,由闭合电路欧姆定律可得E=U+r可知,
当S2闭合时,E=3.00 V+r,
当S2断开时,有E=1.00 V+(r+21 Ω),
联立解得E=3.2 V,r=0.50 Ω 。
15.答案　(1)40 m/s　(2) m
解析　(1)粒子仅在电场力作用下做类平抛运动,竖直方向上,根据牛顿第二定律有
Eq=ma (1分)
竖直方向的速度vy=at
水平方向的速度vx=v0
根据题意可知tan θ== (2分)
根据图乙可得tan θ=100 s-1t (1分)
则=100 s-1
解得v0=40 m/s(1分)
(2)根据题意可知,水平位移x=v0t
竖直位移y=at2
P、Q连线与水平方向的夹角α=45°
则tan α=
代入数据得运动时间t=2×10-2 s(1分)
根据几何关系得出PQ=x
联立解得PQ= m(1分)
16.答案　(1)mg+　方向竖直向下
(2)(-v2)+φ
解析　(1)两带电体间的库仑力为F=k (1分)
其中r= (1分)
对物块受力分析,可得N=mg+F sin 60° (1分)
由以上三式得N=mg+ (1分)
根据牛顿第三定律,可得物块对轨道的压力
N'=N=mg+,方向竖直向下。 (1分)
(2)物块从A运动到B点的过程中,由动能定理得,
qUAB=mv2-m (1分)
又UAB=φ-φB (1分)
解得φB=(-v2)+φ (1分)
17.答案　2.1×1013 J　2.4×103 t
解析　设可节省的电能为E,则
E=8×6%×60×20×104 kW·h=5.76×106 kW·h≈2.1×1013 J (4分)
设1年内节约的标准煤的质量为m,则由能量守恒定律有
2.92×107 J/kg×m×30%=E (2分)
解得m≈2.4×106 kg=2.4×103 t(2分)
18.答案　(1)6.0×10-12 C　(2)见解析
解析　(1)S断开时,电阻R3两端的电压U3==16 V(1分)
S闭合后,外电路的总电阻R==6 Ω(1分)
路端电压U==21 V(1分)
电阻R3两端的电压U'3=U=14 V(1分)
闭合开关后流过R4的电荷量ΔQ=CU3-CU'3=6.0×10-12 C(2分)
(2) 设带电微粒的质量为m、带电荷量为q,当开关S断开时,有
q=mg (2分)
当开关S闭合后,设带电微粒的加速度为a,则有mg-q=ma (2分)
假设带电微粒能从极板间射出,则水平方向有
t= (1分)
竖直方向有y=at2 (1分)
由以上各式联立解得
y=6.25×10-3 m> (2分)
故带电微粒不能从极板间射出。 (1分)
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