2017-2018学年北京市第四中学高二上学期期中考试物理试题 解析版

2017-2018学年北京市第四中学高二上学期期中考试物理试题 解析版

北京市第四中学2017-2018学年高二上学期期中考试物理试题 一、选择题 ‎1. 下列物理量是矢量的有（ ）‎ A. 电流 B. 电场强度 C. 电势差 D. 电势能 ‎【答案】A ‎【解析】矢量是既有大小又有方向的物理量，电场强度是矢量，A正确；标量是只有大小没有方向的物理量，电势差，电势能和电流都是标量，故BCD错误．‎ ‎2. 关于机械波，下列说法中正确的是（ ）‎ A. 两个相邻波峰间的距离是一个波长 B. 同种均匀介质中，频率越高的波，传播速度越快 C. 任一振动质点每经过一个周期沿波的传播方向移动一个波长的距离 D. 干涉和衍射是波特有的现象 ‎【答案】AD ‎【解析】两个相邻波峰间的距离是一个波长，A正确；波的传播速度与波的性质以及介质的性质有关，与波的本身频率没有关系，B错误；任一振动质点都只在自己的平衡位置附近振动，并不随波向前移动，所以每经过一个周期沿波的传播方向移动的距离为零，C错误；干涉和衍射是波特有的现象，D正确．‎ ‎3. 已知时间内通过均匀导体某一横截面的自由电子数为，电子电荷量为，导体模截面积为，单位体积内的自由电子数为，则电子定向移动的速度为（ ）‎ A. B. C. D. ‎ ‎【答案】D ‎【解析】试题分析：由电流的定义可求得电流，再由可求得电子的定向移动速度．‎ 由，可得，由可得，D正确．‎ ‎4. 真空中有甲、乙两个点电荷相距为，它们间的静电引力为．若甲的电荷量变为原来的倍，乙的电荷量保持不变，它们间的距离变为，则它们之间的静电引力将变为（ ）‎ A. B. C. D. ‎ ‎【答案】A ‎【解析】根据库仑定律可知，若甲的电荷量变为原来的倍，乙的电荷量不变，它们间的距离变为后，，A正确．‎ ‎5. 一列简谐横波在时刻的波形如图中实线所示，在时刻的波形如图中虚线所示，由此可以判定此列波（ ）‎ A. 波长一定是 B. 周期可能是 C. 一定向右传播 D. 传播速度一定是 ‎【答案】AB ‎【解析】试题分析：相邻两个波峰或波谷之间的距离等于波长，由波动图象可直接读出波长．根据波的周期性得到周期的通项，考虑到波的传播方向未知，还要注意波可能有两种不同的传播方向．‎ 根据图像得出波长是，A正确；若波向x轴正方向传播，则，则，不可能存在，若波向x负轴传播，则，则，故可能存在，周期不确定，则传播速度也不确定，B正确CD错误；．‎ ‎6. 随着中国电信业的发展，国产手机在手机市场上已经占有了相当大的市场份额．如图所示是中国科健股份有限公司生产的一块手机电池外壳上的文字说明，由此可知（ ）‎ A. 该手机电池的电动势为 B. 该手机电池的电动势为 C. 该手机待机状态下的平均电流为 D. 该手机待机状态下的平均电流为 ‎【答案】BD ‎【解析】由铭牌数据可知，电源电动势为，该电池容量；根据，则，故BD正确．‎ ‎7. 如图（a），、是一条电场线上的两点，将一个电子从点处由静止释放，电子从运动到过程中，它运动的图线如图（b）所示，则以下判断正确的是（ ）‎ A. 该电场可能是匀强电场 B. 电子在点受到的电场力大于电子在点受到的电场力 C.点的电势低于点的电势 D. 从运动到，电子的电势能逐渐增大 ‎【答案】BC ‎【解析】因为v-t图线的斜率变小，故加速度变小，因此电场力变小，所以电场强度变小，即：，所以A错误B正确；电子运动方向为从a到b，做加速运动，所以电场力方向从a到b，而电子受到的电场力与场强方向相反，故场强向左，沿场强方向，电势变小，故b点电势较大，即，电子的动能增大，电势能减小，故从a到b电势能减小，C正确D错误．‎ ‎8. 图（a）为一列简谐横波在时的波形图，图（b）为媒质中平衡位置在处的质点的振动图像，是平衡位置为的质点（图中未标出）．下列说法正确的是（ ）‎ A. 波向方向传播，且波速为 B. 波向方向传播，且波速为 C. 时，点向方向运动 D. 时，点向方向运动 ‎【答案】BC ‎【解析】试题分析：先根据质点的振动图象，判断波的传播方向，再根据波长和周期求波速；据波形成的条件和特点分析P质点的振动情况．‎ 由图（a）可以知道该简谐横波波长为，由图（b）知周期为，则波速为，根据图（b）的振动图象可以知道，在处的质点在时振动方向向下，根据走坡法，可知该波向左传播，故A错误B正确；由题可知，在t=2s时质点P在波谷位置，周期，故时过了，故P质点正通过平衡位置向+y方向运动，C正确D错误．‎ ‎9. ‎ 通过研究平行板电容器的电容影响因素的实验，我们知道：极板间距离、极板的正对面积及两极板间插入的介质是影响平行板电容器电容的几个因素．在实验中，如图所示连接平行板和静电计，若保持平行板电容器所带电荷量不变，欲使静电计的张角减小，以下做法中可行的是（ ）‎ A. 仅将板向右移 B. 仅将板向上移 C. 仅向两板之间插入绝缘介质板 D. 仅向两板之间插入金属导体板 ‎【答案】ACD ‎【解析】仅向右平移，导致两极板间距减小，根据可知电容增大，由于所带电荷量不变，根据可知两极板间的电势差减小，即静电计的夹角减小，A正确；仅将B板向上移，则两极板正对面积减小，根据可知电容增小，由于所带电荷量不变，根据可知两极板间的电势差增大，即静电计的夹角增大，B错误；仅向两板之间插入绝缘介质板，则增大，根据可知电容增大，由于所带电荷量不变，根据可知两极板间的电势差减小，即静电计的夹角减小，C正确；而向两板间插入金属板时，板间距离减小，根据可知电容增大，由于所带电荷量不变，根据可知两极板间的电势差减小，即静电计的夹角减小，D正确．‎ ‎10. 某电场中的电场线如图所示，带电粒子在电场中仅受电场力的作用，其运动轨迹如图中虚线，、是其轨迹上的两点．以下判断正确的是（ ）‎ A. 粒子带正电 B. 粒子在点的加速度小于其在点的加速度 C. 粒子在点速度小于其在点的速度 D. 粒子在点电势能小于其在点的电势能 ‎【答案】ABC ‎【解析】由于电荷只受电场力作用，所以电荷受到的电场力指向轨迹内侧，即电荷的受力沿着电场线的方向，所以电荷为正电荷，故A正确；电场线密的地方电场的场度大，电场线疏的地方电场的强度小，由图可以知道，点的场强大于点的场强的大小，在点的受力大于在的受力，所以粒子在点的加速度小于它在点的加速度，B正确；正电荷沿着电场的方向运动，所以电场力做正功，电荷的电势能减小，动能增加，所以粒子在点速度小于其在点的速度，在点的电势能大于它在点的电势能，C正确D错误．‎ ‎11. 如图所示，将一个半径为的不带电的金属球放在绝缘支架上，金属球的右侧与球心等高处放置一个电荷量为的点电荷，到金属球表面的最近距离也为．由于静电感应，金属球上将产生感应电荷．设静电力常量为，则关于金属球内的电场以及感应电荷的分布情况，以下说法中正确的是（ ）‎ A. 电荷与感应电荷在金属球内任何位置激发的电场强度都是等大且反向的 B. 感应电荷在金属球球心处激发的电场强度，方向水平向右 C. 感应电荷全部分布在金属球的表面上 D. 金属球右侧表面的电势高于其左侧表面 ‎【答案】AC ‎【解析】试题分析：金属球在+Q的电场处于静电平衡状态，内部场强处处为0，A正确；Q在球心处产生的场强为方向向左，而金属球内部场强为0，故感应电荷在球心处产生的场强为方向向右，B错误；处于静电平衡的导体内部没有电荷，电荷分布在导体表面，C正确；处于静电平衡的导体是一个等势体，D错误。‎ 考点：静电现象的解释。‎ ‎12. 如图所示，带电粒子以平行极板的速度从左侧中央飞入匀强电场，恰能从右侧擦极板边缘飞出电场（粒子重力不计），若粒子的初动能变为原来的 倍，还要使粒子保持擦极板边缘飞出，可采用的方法是（ ）‎ A. 仅将极板的长度变为原来的倍 B. 仅将两板之间的距离变为原来的 C. 仅将两板之间的电势差变为原来的倍 D. 仅将极板长度和两板之间的距离都变为原来的 ‎【答案】C ‎【解析】试题分析：根据题目所给的信息，找到粒子在竖直方向位移表达式，讨论其中各个物理量的变化对竖直方向的位移的影响，从而分析解题．‎ 粒子在竖直方向上做匀加速直线运动，加速度为，在水平方向上做匀速直线运动，故运动时间为，所以粒子的竖直偏量，故若粒子的初动能变为原来的倍，仍要想使粒子保持擦极板边缘飞出，将极板的长度变为原来的倍，板间距离应该变为原来的，将两板之间的电势差变为原来的2倍，故C正确．‎ ‎13. 在光滑的水平面上，有一边长为的正方形区域，该区域存在匀强电场，场强方向与正方形的一边平行，场强大小为．一个质量为、带电量为的小球，从某一边的中点以垂直于该边的水平初速度射入正方形区域，当它再次运动到正方形区域边缘时，它具有的动能可能的是（ ）‎ A. B. ‎ C. D. ‎ ‎【答案】ABD ‎【解析】试题分析：当速度与合力方向平行时，做直线运动，可能加速直线，也可能做减速直线；当速度与合力垂直时，做曲线运动，故存在多种情况，要分别讨论．‎ ‎①若电场方向与速度方向平行且反向时，小球在匀强电场中做匀减速直线运动，若能达到 BD端，根据动能定理得： 则到达另一端时的动能为：；若不能到达BD端，则又返回到AC段，电场力做功为零，则动能为：．‎ ‎②若电场方向与速度方向平行且同向时，小球在匀强电场中做匀加速直线运动，根据动能定理得，解得．‎ ‎③当电场力的方向与小球运动方向垂直时，若能从上下边缘射出，根据动能定理得：，解得动能为；‎ 不能从上下边缘射出，而是从右边缘射出，在电场中的运动时间，则偏转位移为，根据动能定理得，解得动能为，综上所述ABD正确．‎ ‎14. 如图所示，静电场方向平行于轴，其电势随的分布可简化为如图所示的折线．一个带负电的粒子在电场中以为中心，沿轴方向在区间之间做周期性运动，．若、、为已知量，且已知该粒子的比荷为．利用这些数据结合图像可以得出（ ）‎ A. 该电场为匀强电场，且电场强度大小为 B. 粒子运动时的加速度大小为 C. 在处粒子速度最大，为 D. 粒子做周期性运动，且运动周期为 ‎【答案】AD ‎【解析】试题分析：图可知，电势随x均匀变化，则可知电场为匀强电场，由电势差与电场强度的关系可求得电场强度，即可求得电场力，由牛顿第二定律求得加速度．根据动能定理可求得粒子经过时的速度大小；根据对称性可知粒子从 开始运动的四分之一周期内做匀加速直线运动，根据求得从-A到O点的时间，然后根据求解周期．‎ 由图可以知道，与d（或-d）两点间的电势差为．电势随x均匀变化，电场为匀强电场，则电场强度的大小为：，A正确；粒子所受的电场力的大小为，由牛第二定律得加速度为，B错误；设粒子经过时速度的大小为，从到过程，由动能定理得，解得，C错误；粒子从开始运动的四分之一周期内做匀加速直线运动，根据可得用时，周期，D正确．‎ 二、填空题 ‎15. 将一电量为的电荷从电场中的点移到点，电场力做功为，则、两点的电势差__________；再把这个电荷从点移到点，电场力做功，则、两点的电势差__________；、、三点中电势最高的点的是__________点．‎ ‎【答案】 (1). 600 (2). -400 (3). A ‎【解析】依据电场力做功，解得，即 依据电场力做功，解得，即 故，即 综上所述，故最高点是点．‎ ‎16. 示波器的核心部件是示波管，下图是它的原理图．如果在偏转电极之间和偏转电极之间都没加电压，电子束从电子枪射出后沿直线传播，打在荧光屏中心，从右向左观察，在那里产生一个亮斑．‎ ‎（1）如果在电极之间不加电压，但在之间加不变的电压，使的电势比高（即正负），则电子打在荧光屏上的位置位于__________上（填、、或，是荧光屏中心）；当所加电压增大时，电子打在荧光屏上的位置将__________．（填“上移”、“下移”或“不变”）‎ ‎（2）如果在之间加正弦电压，如图甲所示，而在电极之间加随时间线性变化的电压，如乙图所示，则荧光屏上看到的图形是丙图中的__________．‎ ‎ ‎ A． B．‎ C． D．‎ ‎【答案】 (1). （1）OY (2). 上移 (3). （2）A ‎ ‎ ‎（2）电子在荧光屏偏转的距离与偏转电压成正比，则在偏转电极YY′上加按正弦规律变化的电压，电子在荧光屏偏转的距离按正弦规律变化，而在偏转电极XX′上加图乙所示的扫描电压，水平方向电子不断从右向左匀速扫描，在荧光屏上出现一条正弦曲线，A正确．‎ ‎17. 如图所示，平行板电容器与电源连接，为两板间一点．闭合电键给电容器充电后再断开电键，然后再将极板移到虚线所示位置，则与不移极板前比较，点电场强度将__________；点电势将__________；（填“变大”、“变小”或“不变”）‎ ‎【答案】 (1). 不变 (2). 不变 ‎【解析】试题分析：抓住电容器的电荷量不变，结合电容的决定式和定义式，以及匀强电场的场强公式得出电场强度的变化，从而得出P与下极板电势差的变化，得出P点电势变化．‎ 三、简答与计算题 ‎18. （1）如图，把导体、在带正电的旁边相碰一下后分开，分开后、是否带电？若带电，、分别带何种电荷？‎ ‎（2）如图，把导体、在带电体旁边相碰一下后分开，然后分别接触一个小电动机的两个接线柱，如果小电动机非常灵敏，它便会开始转动．当电动机还没停止时，又立刻把、在旁边相碰一下再分开，之后再和小电动机两接线柱接触．如此下去，小电动机便能不停地转动．这将成为永动机违背能量守恒定律．小电机的能量来自于哪，说说你的观点．‎ ‎【答案】（1）答案（2）见解析.‎ ‎【解析】（1）导体、在带正电的旁边相碰一下，AB上的自由电荷移动到了C上，AB失去自由电荷而带正电．‎ ‎（2）没有违背能量守恒定律不是永动机，、在旁边相碰一下分开，由于静电感应，、‎ 分别带上了不同电荷，在把、分开的过程中要克服之间的静电力做功，在这个过程中把机械能转化为电能，然后、，再去接触小电动机，使小电动机转动起来，这个过程把电能转化成机械能．‎ ‎19. 如图所示，长为的绝缘细线一端悬于点，另一端系一质量为、电荷量为的小球．现将此装置放在水平向右的匀强电场中，小球静止在点，此时细线与竖直方向成角．重力加速度为，，．‎ ‎（1）求该匀强电场的电场强度的大小．‎ ‎（2）若将小球向左拉起至与点处于同一水平高度且细绳刚好张紧，将小球由静止释放，求小球运动到最低点时的速度大小．‎ ‎【答案】（1）（2）‎ ‎【解析】（1）小球受三个力作用处于平衡状态，有，可得．‎ ‎（2）小球从水平位置到竖直方向的过程中重力和电场力做功，根据动能定理得，，联立计算得出：．‎ ‎20. 如图所示，质量为、电荷量为的带电粒子初速度为零，经电压为加速电场加速后，从两板中央进入偏转电场，板间电压为、板间距离为、板长为，然后粒子射到距偏转场右端为屏上的点，若不加偏转电压，粒子打在屏上的点，粒子的重力不计，求 ‎（1）带电粒子穿出偏转场时的偏转角（初末速度的夹角）．‎ ‎（2）间的距离．‎ ‎（3）粒子通过偏转电场过程中动能的增加量．‎ ‎【答案】（1）（2）（3）‎ ‎【解析】试题分析：由速度时间公式求出粒子射出电场时竖直分速度，再根据数学知识，即可求得速度的偏转角θ的正切，即可求得速度的偏转角θ．粒子离开偏转电场后做匀速直线运动，水平方向做匀速直线运动求出运动时间，竖直方向亦做匀速直线运动由时间和速度求出偏转位移，再加上电场中的侧位移即为OP的距离；动能的增量等于电场力做的功，据此求解动能的增加量．‎ ‎（1）经过加速电场时，根据动能定理可知，‎ 进入偏转电场，根据牛顿第二定律可得，竖直方向向下，‎ 在水平方向上粒子做匀速直线运动，故有 在竖直方向上做初速度为零的匀加速直线运动，故有，‎ 所以带电粒子穿出偏转场时．‎ 所以带电粒子穿出偏转场时的偏转角 ‎（2）粒子在竖直方向上的偏移量，依据几何关系：，‎ 解得：．‎ ‎（3）偏转过程中电场力做功 故动能增量为．‎ ‎21. 如图所示，一对平行板之间存在竖直向下的匀强电场，电场强度为，将板接地，此时板电势，在板的正上方高为的处有一质量为、带电量为的小球，以的初速度竖直向下抛出，重力加速度为，求 ‎（1）点处的电势．‎ ‎（2）当小球运动到点正下方距金属板高为的点时的速度大小．‎ ‎（3）根据功能关系证明小球在向下运动过程中，动能、重力势能、电势能之和为定值．‎ ‎【答案】（1）（2）（3）见解析.‎ ‎【解析】（1）依据场强的决定式，即，解得．‎ ‎（2）依据动能定理，解得．‎ ‎（3）证明，向下移动的过程中，设距离板的高度为，依据动能定理，，此时的重力势能为，此时的电势能，变化前的电势能，重力势能，动能为，故，故之和为．‎ ‎22. 两个平行金属板、如图乙所示放置，、两板电势差时间做周期性变化，大小总保持为，周期为，如图甲所示，极板附近有一个粒子源，可以释放初速度为零、质量为，带电荷量为的粒子，由于电场力的作用由静止开始运动．不计粒子的重力 ‎（1）若在时发出的电子在时恰好到达极板，求两极板间距离．‎ ‎（2）若已知两极板间距离为，在时发出的粒子不能到达极板，求此时发出的粒子距板的最大距离．‎ ‎（3）求两极板间距离满足怎样的条件时，粒子到达极板时的动能最大．‎ ‎【答案】（1）；（2）；（3）‎ ‎【解析】（1）根据牛顿第二定律可得，依据几何关系，解得．‎ ‎（2）根据牛顿第二定律可得，依据几何关系，代入关系式中，解得：．‎ ‎（3）当全部加载到两极板之间速度最大，即，解得．‎ ‎23. 场是物理学中的重要概念、有电场、磁场、重力场等等．现真空中存在空间范围足够大的、水平向右的匀强电场．在电场中，若将一个质量为、带正电的小球由静止释放，运动中小球的速度与竖直方向夹角为．现将该小球从电场中某点以初速度竖直向上抛出．已知重力加速度为，（取，）．求运动过程中 ‎（1）小球从抛出点至最高点电场力做的功．‎ ‎（2）小球的最小速度的大小及方向．‎ ‎（3）如果将小球受到的重力和电场力的合力等效为一个新的场力，仿照电场强度的定义，把新的场力与小球的质量的比值定义为新场场强．求该新场场强的大小和方向．‎ ‎【答案】（1）；（2）0.6v0；垂直合力方向向右上方；（3） 方向与竖直方向夹角 ‎【解析】试题分析：小球静止释放时，由于所受电场力与重力均为恒力，故其运动方向和合外力方向一致，根据这点可以求出电场力大小，然后根据运动的分解，求解小球在电场方向上的位移，进而求得电场力做的功；小球抛出后，水平方向做匀加速直线运动，竖直方向上做竖直上抛运动，用运动的合成求出运动过程中合速度的表达式，然后利用数学求极值的办法即可求出最小速度；新场强为合力的加速度和方向．‎ ‎（1）电场力的大小，方向水平向右 小球竖直向上做匀减速运动，加速度为：‎ 水平方向做匀加速运动，加速度 小球上升到最高点的时间 此过程小球沿电场方向的位移为 电场力做功 ‎（2）水平速度：，竖直速度：，小球的速度，‎ 由以上各式得出：，计算得出当时，有最小值，，垂直合力方向向右上方．‎ ‎（3）依据几何关系，即，方向与竖直方向夹角．‎ ‎ ‎ ‎ ‎