2024-2025学年河南省郑州第四高级中学高二（上）第一次月考物理试卷（含解析）

2024-2025学年河南省郑州第四高级中学高二（上）第一次月考
物理试卷
一、单选题：本大题共7小题，共28分。
1.以下情景描述不符合物理实际的是( )
A. 处于静电平衡的导体内部电场强度处处为
B. 火车拐弯时规定行驶速率为，若速率大于，则轮缘挤压外轨
C. 在平直的公路上，汽车以加速度由静止启动，行驶过程中阻力不变。当速度增加到时，汽车的功率刚好达到额定功率，则汽车的阻力为
D. 离心机利用离心现象分离血液
2.物理学家在研究带电粒子在特殊电场中运动规律时，设计了一种特殊的电场：在正方形四个顶点固定等量同种电荷，电场线如图，则正方形内部电场强度为零的点个数是( )
A. 个
B. 个
C. 个
D. 个
3.沿空间某直线建立轴，该直线上的静电场方向沿轴，某点电势的随位置变化的图像如图所示，一电荷量为带负电的试探电荷，经过点时动能为，速度沿轴正方向，若该电荷仅受电场力，则其将( )
A. 不能通过点
B. 在点两侧往复运动
C. 能通过点
D. 在点两侧往复运动
4.均匀带电的球壳在球外空间产生的电场等效于电荷集中于球心处产生的电场。如图所示，在半球面上均匀分布正电荷，总电荷量为，球面半径为，为通过半球顶点与球心的轴线，在轴线上有，两点，，已知点的场强大小为，则点的场强大小为( )
A. B. C. D.
5.如图所示，沿纸面方向的匀强电场内有一长方形区域，点有一质子源，以相同大小的初速度沿各个方向射入电场，其中到达、两处的质子具有相同大小的速度。已知，，质子电荷量为，质量为，不计质子重力，下列说法正确的是( )
A. 电场方向由指向
B. 电场强度大小为
C. 长方形区域内两点间电势差的最大值为
D. 质子能从长方形区域飞出的最大速度为
6.质量的带正电滑块，轻轻放在传送带底端。传送带与水平方向夹角为，与滑块间动摩擦因数为，电动机带动传送带以速度顺时针匀速转动。滑块受到沿斜面向上的恒定电场力作用，则内( )
A. 滑块动能增加 B. 滑块机械能增加
C. 由于放上滑块电机多消耗电能为 D. 滑块与传送带间摩擦产热为
7.刑法修正案八将醉驾入刑。我国法律规定当每的气体中酒精浓度大于或等于小于为酒驾，大于或等于为醉驾。图甲是便携式酒精测试仪的原理图，两端电压，是酒精气体传感器，其阻值随酒精气体浓度变化的规律如图乙所示，是报警器，其电阻值恒定为。在对某司机的检测中，电压表的示数为，则该司机( )
A. 醉驾 B. 酒驾
C. 喝酒但不到酒驾标准 D. 没喝酒
二、多选题：本大题共5小题，共25分。
8.如图所示，绝缘轻杆的两端固定带有等量异号电荷的小球不计重力。开始时，两小球分别静止在、位置。现外加一匀强电场，在静电力作用下，小球绕轻杆中点转到水平位置。取点的电势为下列说法正确的有( )
A. 电场中点电势低于点
B. 转动中两小球的电势能始终相等
C. 该过程静电力对两小球均做负功
D. 该过程两小球的总电势能增加
9.如图所示，在竖直平面内固定着一根光滑绝缘细杆，细杆左侧点处固定着一个带正电的点电荷，以为圆心、为半径的圆周与细杆交于、两点，点为的中点。现将一质量为、电荷量为的小球可视为质点套在杆上从点由静止释放，小球滑到点时的速度大小为。已知重力加速度为，点和点的高度差为，取为零电势点，则下列说法正确的是( )
A. 、两点的电势差为
B. 小球从点到点过程电场力做的功为
C. 小球滑至点时的速度大小为
D. 点的电势为
10.如图，水平放置长为的平行金属板右侧有一竖直挡板。金属板间的电场强度大小为，其方向随时间变化的规律如图所示，其余区域的电场忽略不计。质量为、电荷量为的带电粒子任意时刻沿金属板中心线射入电场，均能通过平行金属板，并打在竖直挡板上。已知粒子在电场中的运动时间与电场强度变化的周期相同，不计粒子重力，则( )
A. 金属板间距离的最小值为 B. 金属板间距离的最小值为
C. 粒子到达竖直挡板时的速率都大于 D. 粒子到达竖直挡板时的速率都等于
11.如图，质量均为的两小物块、放置在绝缘光滑的无限长水平面上，带电量均为，初始距离为。某时刻给物块水平向右的初速度，之后两物块均沿直线运动，且未发生碰撞。取。静电力常量取。则( )
A. 释放时加速度大小为 B. 两物块运动过程中机械能守恒
C. 运动过程中两物块电势能先增大后减小 D. 末状态的速度大于
12.小灯泡伏安特性曲线如图所示，图中电源电动势，内阻滑动变阻器阻值。闭合开关，在的变化范围内，小灯泡的功率可能为( )
A. B. C. D.
三、实验题：本大题共2小题，共18分。
13.探究电容器充放电规律，实验装置如图甲所示，有电源，定值电阻，电容器，单刀双掷开关。
为测量电容器充放电过程电压和电流变化，需在、处接入测量仪器，位置应该接入测______电流、电压仪器。
接通电路并接通开关，当电压表示数最大时，电流表示数为______。
根据测到数据，某过程中电容器两端电压与电流的关系图如图乙所示。该过程为______充电、放电。放电过程中电容器两端电压随时间变化关系如图丙所示。时消耗的功率______。
14.为了测量某待测电阻的阻值，约为，提供了以下器材：
电压表量程，内阻很大；
电压表量程，内阻很大；
电流表量程，内阻约；
电流表量程，内阻约；
电源电动势约为，内阻约为；
定值电阻，允许最大电流；
滑动变阻器，允许最大电流；
滑动变阻器，允许最大电流；
单刀单掷开关一个，导线若干。
为了使测量范围尽可能大，电压表应选______，电流表应选______，滑动变阻器应选______。填字母代号
请在虚线框内画出测量电阻的实验电路图。
某次测量中，电压表示数为时，电流表示数为，则计算待测电阻阻值的表达式为 ______。用字母表示
四、计算题：本大题共3小题，共29分。
15.如图为一简单调光电路，电源两端电压，灯泡额定电压，电阻，定值保护电阻，调光电阻的最大阻值为。求：
灯泡正常发光时，通过定值电阻电流的大小；
调光电阻阻值调至最大时灯泡两端的电压。计算结果保留一位小数
16.如图，竖直平面内有一边长为的正方形，边水平，将质量、电荷量的带正电小球自点沿方向抛出，恰好通过点，重力加速度。
求小球抛出时的速度大小；
若只增加一个平行平面的匀强电场大小未知，将小球自点由静止释放，恰好沿运动，求电场强度的最小值；
若只在平面内增加一个方向平行的匀强电场大小未知，将小球自点沿某方向未知抛出，恰好能先后通过、两点，且从到和从到的时间相等，求小球通过点时的动能大小。
17.如图所示，在平面直角坐标系中，第一象限中有沿轴负方向的匀强电场，第三象限中有沿轴正方向的匀强电场，电场强度大小均为，第四象限中有沿轴正方向的匀强电场图中未画出，在处垂直轴放置一足够长的挡板。质量为、电荷量为的正离子从点沿轴正方向开始运动，经点进入第一象限，最终垂直打在挡板上，点坐标为。离子重力不计。求：
离子第一次经过轴时的速度大小及方向；
离子第二次经过轴时的横坐标；
第四象限中电场强度大小的可能值。
答案解析
1.
【解析】解：处于静电平衡的导体内部电场强度处处为，故A正确；
B.火车拐弯时规定行驶速率为，若速率大于，重力和支持力的合力不足以提供向心力，外轨对轮缘有挤压，根据牛顿第三定律知轮缘挤压外轨，故B正确；
C.在平直的公路上，汽车以加速度由静止启动，行驶过程中阻力不变。当速度增加到时，汽车的功率刚好达到额定功率，则汽车的牵引力为，故C错误；
D.离心机利用离心现象分离血液，故D正确。
本题选择不正确的
故选：。
处于静电平衡的导体内部电场强度处处为；火车转弯时靠重力和铁轨对火车支持力的合力提供向心力；牵引力等于功率与速度的比值；根据离心现象的应用分析。
知道处于静电平衡下的导体的特点，火车转弯的物理规律，机车启动的规律以及离心现象的应用是解题的基础。
2.
【解析】解：由点电荷场强公式可知，四个等量同种电荷在正方形中心点产生的合场强为零。在正方形内部取、、、四个点，所在直线、所在直线与正形的边平行。
上方两个点电荷在点产生的合场强竖直向下，下方两个点电荷在点产生的合场强竖直向上，又因为间的电场线方向向下，点上方的电场线方向向上，则点的场强应该为零，同理、、三点的合场强也为零，则正方形内部电场强度为零的点个数是个，故ACD错误，B正确；
故选：。
根据电场线的分布特点结合电场关于两电荷的连线对称分析解答。
等量同种电荷的电场线即关于两电荷的连线对称，又关于它们连线的中垂线对称分析判断。
3.
【解析】解：在图像中，图像的斜率表示电场强度的大小，因此在处，场强为零。
A.假设试探电荷能到达，电场力做功
根据动能定理
代入数据解得，假设成立，故A错误；
当，场强方向沿轴正方向，试探电荷所受电场力沿轴负方向，试探电荷做减速运动至速度为零，再向左做加速运动，重新回到处时，动能为，速度方向沿轴负方向；
在范围，场强方向沿轴负方向，电场力方向沿轴正方向，试探电荷做减速运动；
设动能减为零时的电势为，根据动能定理
解得
因此，试探电荷还未运动到处，速度减速至零；
当试探电荷减速至零后，试探电荷又向右做加速运动，再次到达处速度达到最大，在区域，试探做减速运动至速度为零，再向左先做加速运动，后做减速运动至零，即试探电荷在点两侧往复运动，故B正确，CD错误。
故选：。
在图像中，图像的斜率表示电场强度的大小，斜率为零场强为零；斜率的正、负表示场强的方向，负电荷所受电场力与场强方向相反，结合动能定理和试探电荷的运动速度分析其运动状态，然后作答。
本题主要考查了图像的斜率的含义，电场力做功公式以及动能定理；知道负电荷所受电场力的方向与场强方向相反。
4.
【解析】解：若将带电量为的球面放在处，均匀带电的球壳在球外空间产生的电场等效于电荷集中于球心处产生的电场。
则在、点所产生的电场为，
由题知当半球面如图所示点的场强大小为为，则点的场强为：，
故选：。
均匀带电的球壳在球外空间产生的电场等效于电荷集中于球心处产生的电场，
假设将带电量为的球面放在处在、点所产生的电场和半球面在点的场强对比求解．
本题解题关键是抓住对称性，找出两部分球面上电荷产生的电场关系．
5.
【解析】解：、质子在、两点具有相同动能，故B、为等势点，匀强电场的电场线垂直于等势线，而质子由点运动到、两点过程中动能增加，电场力做正功，且质子带正电，故电场方向如图所示，故A错误；
B、由到，由动能定理得：
解得：
故B错误；
C、由以上分析可知，、两点间电势差最大，为
故C正确；
D、质子由点出电场时电场力做功最多，速度最大，由到，由动能定理得：
解得：，故D错误．
故选：。
质子在、两点具有相同动能，故B、为等势点，匀强电场的电场线垂直于等势线，根据动能定理解得电场强度，、两点间电势差最大，根据解得最大值，再结合动能定理解得最大速度。
本题考查了带电粒子在电场中运动问题，考查了力与运动关系，功与能的关系，冲量与动量关系力学三大知识点的综合分析能力。根据题目已知，选择正确的物理原理解答。粒子在电场中做曲线运动，往往应用运动的合成与分解解答，分运动具有等时性与独立性。
6.
【解析】解：设滑块开始在传动带上的加速度为，根据牛顿第二定律有
解得
末，滑块末速度为
位移为
传送带位移为
则，滑块动能为
故A错误；
B.滑块机械能增加
，故B错误；
C.电机多消耗电能
，故C正确；
D.滑块与传送带间摩擦产热为
代入数据解得，故D错误。
故选：。
先根据牛顿第二定律得到加速度，然后根据运动学公式得到速度，可得到动能；根据电场力和摩擦力做功计算机械能的变化；根据传送带克服摩擦力做的功计算；根据摩擦力与滑块与传送带相对位移的乘积计算。
本题考查了功能关系，知道机械能的变化量等于重力以外的力做的功，因摩擦产生的热量等于摩擦力与相对位移的乘积。
7.
【解析】解：由图甲可知，和是串联关系，则流过和的电流大小相同，可知当电压表的示数为时，两端的电压为，根据串联电路电压之比等于电阻之比特点，可得此时的电阻值也为，对应乙图，该驾驶员气体酒精浓度大约为，属于醉驾，故A正确，BCD错误；
故选：。
本题根据串联电路电压之比等于电阻之比，结合乙图电阻对应的酒精浓度分析。
本题考查了串联电路的特点，理解电压、电流、电阻在电路中的关系，利用串联电流处处相同的特点是解决此类问题的关键。
8.
【解析】本题考查了带电小球在电场中运动过程中做功及电势能的变化，一定要掌握电场力做功与电势能变化的关系，知道电场力做正功，电势能减小。
解答：
A、根据顺着电场线电势降低，可得电场中点电势低于点，故A正确；
B、设，开始状态轻杆与电场线方向的夹角为，根据匀强电场中电势差与场强的关系得：
取点的电势为，则有：
解得：
同理可得：
又根据电势能与电势的关系得小球的电势能为：，
所以两小球的电势能始终相等，故B正确；
、转动中两小球都沿电场力方向移动一段距离，根据电场力做功的条件可知，该过程静电力对两小球均做正功，所以该过程两小球的总电势能减小，故CD错误。
故选：。
9.
【解析】解：、小球从点到点过程，受重力和电场力的作用，由动能定理可得
又
解得、两点的电势差为，故A错误；
B、根据点电荷的电场特征可知，、两点所在的圆是一个等势面，小球从点到点过程中电场力做的功为零，故B错误；
C、由几何关系可得段的竖直高度为
小球从点到点过程，根据动能定理可得
解得小球滑至点时的速度大小，故C正确；
D、以点为零电势点，则有
解得点的电势，故D正确。
故选：。
A、小球从点到点的过程，受重力和电场力的作用，根据动能定理求解电势差；
B、、两点所在的圆是一个等势面，所以小球从点到点过程电场力做的功为零；
C、根据动能定理求解速度；
D、、两点所在的圆是一个等势面，两点电势相等。
考查对电势、电场力做功的理解，与动能定理结合解答。
10.
【解析】解：在、、时刻进入电场的粒子在电场中的竖直位移最大，粒子在电场中运动的时间为，则竖直方向先做匀加速运动后做匀减速运动，由对称性，则沿竖直方向受到电场力的作用，做初速度为零的匀加速运动，所以竖直方向的位移为
金属板间距离的最小值为
故A正确，B错误；
粒子出离电场时的水平速度均为
在竖直方向上，时刻进入电场的粒子，根据图像可知，粒子先加速时间为，然后再减速时间，在时刻速度减为零；然后再反向加速时间，再反向减速时间，即在时刻出离电场时竖直速度再次减为零，粒子出离电场后做匀速直线运动，则达到竖直挡板时的速率等于，故C错误，D正确。
故选：。
根据对称性以及位移时间公式可求出竖直方向的位移从而得到两极板间的最小值；根据运动学公式，以及对运动的分析，可得到粒子到达竖直挡板时的速率的要求。
学生在解决本题时，应注意对于变化的电场问题，要根据电场的周期性变化找到粒子在不同电场情况下的运动情况。
11.
【解析】解：、物块释放时，在水平方向上受到向左的库仑力：，结合牛顿第二定律：，得出加速度大小为，故A正确；
B、两物块运动过程中有电场力做功，则机械能不守恒，故B错误；
C、运动过程中两物块之间的距离先减小后增加，则电场力先做负功后做正功，则电势能先增大后减小，故C正确；
D、当两者距离再次达到时，设两者速度分别为、，由动量守恒，，解得，此后物体在库仑力的作用下向右加速，物体在库仑力的作用下向左加速，即末状态的速度大于，故D正确。
故选：。
对物块进行受力分析，结合牛顿第二定律计算出加速度的大小，而且物块之间的库仑力属于组成系统的内力，所以动量守恒，利用能量守恒和动量守恒求解即可。
本题以电场的知识作为切入点，综合考查了受力分析，库仑定律以及能量的变化情况等，为中等偏上难度的综合题型。
12.
【解析】解：利用作图法，将滑动变阻器等效为电源内阻，作出电源的图像，可知滑动变阻器接入电路的阻值为时， ，滑动变阻器接入电路的阻值为时， ．
故灯泡功率：．
故AD错误，BC正确。
故选：。
将滑动变阻器等效为电源内阻，作电源的图像，与灯泡伏安特性曲线的交点为极值，求得电功率即可。
本题考查电功率的计算，关键注意将滑动变阻器等效为电源内阻，同时根据图像与伏安特性的交点确定电功率大小范围。
13.电压 放电
【解析】解：处把原电路断开串联接入测量仪器，应该是电流表，处与电容器并联连接，应该是测电压的仪器；
接通电路并接通开关，当电压表示数最大为时，根据图乙电流表示数为；
电容器充电时电压低，充电电流强，放电时电流随电压的降低而减小，所以图乙对应放电过程，根据图丙，当时，对应的电压为，结合图乙，此时的放电电流为，电路中只有消耗电功率，所以消耗的功率为。
故答案为：电压；；放电，。
根据两个位置接入电路是串联还是并联结合电流表串联与电压表并联特点进行判断；
根据图乙最大电压读数最大电流；
根据电容器充当和放电电流随电压变化的特点进行判断，结合各图中对应的电流和电压的数据根据功能关系计算电阻消耗功率。
考查电容器的充放电问题，结合各图像深刻理解各参数的变化情况和充放电的实质，体会能量的转化和守恒思想。
14.
【解析】解：因为电源电动势为，所以被测电阻两端电压不会超过，所以电压表选择；
电源电压为，所以电路中的最大电流不会超过
故电流表选择；
本实验要求测量范围尽可能大，所以应该选用滑动变阻器的分压式，故滑动变阻器应该选用。
因题目要求所测量的值的变化范围尽可能大一些，故可知应采用滑动变阻器分压接法；由于电流表量程只有，若只接待测电阻，电路中电流过大损坏电流表，故可将定值电阻接入与待测电阻串联；由于电压表的内阻很大，则有
故电压表分流较小，故应采用电流表外接法；故电路如下图所示
由欧姆定律可知
解得
故答案为：，，；
。
根据电源电动势选择电压表、根据估算电流选择电流表、根据实验要求选择滑动变阻器；
根据误差分析选择电流表的接法；
根据欧姆定律推导。
本题关键掌握伏安法测电阻的实验原理、元器件的选择方法和误差分析。
15.解：灯泡正常发光时，灯泡的电压，则定值电阻的电压为
定值电阻的电流为
解得
调光电阻阻值调至最大值时，外电路总电阻为
灯泡两端电压为
解得
答：灯泡正常发光时，通过定值电阻电流的大小为；
调光电阻阻值调至最大时灯泡两端的电压为。
【解析】灯泡正常发光时，先确定的电压，再由欧姆定律求通过定值电阻电流的大小；
调光电阻阻值调至最大时，求出外电路总电阻，再求解灯泡两端的电压。
对于直流电路的计算问题，首先要明确电路的结构，其次要掌握串并联的特点，根据欧姆定律解答。
16.解：小球做平抛运动通过点，设水平和竖直方向的位移分别为、，则
代入数据解得小球抛出时的速度大小为
如图所示
图
电场力与重力的合力应沿方向，且当电场力与垂直时电场强度最小，由图可知
解得电场强度的最小值为
以方向为轴，垂直的方向为轴，建立如图所示的坐标系
图
由题意可知小球受到沿轴负方向的电场力和重力，合力沿轴负方向，其轨迹为抛物线。设小球抛出时速度大小为、方向与轴的夹角为，加速度为，从到的时间为，由图可知
点坐标为
又有
，，
联立可得，小球抛出时的动能为
解得
根据对称性可知小球通过点的动能为
答：小球抛出时的速度大小为；
电场强度的最小值为；
小球通过点时的动能大小为。
【解析】根据平抛运动规律解答；
根据受力分析作图，当电场力与垂直时电场强度最小，根据共点力平衡条件解得；
根据类平抛运动规律结合动能定理解答。
本题考查带电粒子运动的综合问题，要求掌握运动过程分析、受力分析，能量分析，运用动能定理和运动学公式求解。
17.解：离子从到做类平抛运动，则
在点时，设速度与轴正方向夹角为，则
解得：
离子第一次经过轴时的速度大小
解得：
从点运动到第二次经过轴过程中，水平方向
竖直方向
解得：
离子第二次经过轴时的横坐标为。
若离子在第四象限垂直打在挡板上，如图甲
离子做类平抛运动
解得：
若离子在第一象限垂直打在挡板上，如图乙
在第四象限运动的水平位移为，则
解得：
答：离子第一次经过轴时的速度大小为 ，与轴正方向夹角为；
离子第二次经过轴时的横坐标为；
第四象限中电场强度大小的可能值为。
【解析】根据离子从到做类平抛运动水平和竖直方向的规律求解；
从点运动到第二次经过轴过程中根据基本的运动学公式即可求解；
做出离子在第四象限垂直打在挡板上和离子在第一象限垂直打在挡板上的轨迹图，再根据运动学公式求解。
本题主要考查了带电粒子在电场中运动的问题，要求同学们能正确分析粒子的受力情况，再通过受力情况分析粒子的运动情况，熟练掌握类平抛运动的基本公式。
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