河北省武邑中学2020学年高二物理上学期期中试卷（含解析）

河北省武邑中学2020学年高二物理上学期期中试卷（含解析）

河北省武邑中学2020学年高二上学期期中考试物理试题 ‎ 一、选择题 ‎1.法拉第是19世纪最伟大的实验物理学家之一，他在电磁学研究方面的卓越贡献如同伽利略、牛顿在力学方面的贡献一样，具有划时代的意义，正是他提出了电场的概念。 关于静电场场强的概念，下列说法正确的是（　 ）‎ A. 由E=F/q可知，某电场的场强E与q成反比，与F成正比 B. 正、负检验电荷在电场中同一点受到的电场力方向相反，所以某一点场强方向与放入检验电荷的正负有关 C. 电场中某一点的场强与放入该点的检验电荷的正负无关 D. 电场中某点不放检验电荷时，该点场强等于零 ‎【答案】C ‎【解析】‎ 试题分析：电场强度是一个比值定义，与放入的检验电场受到的大小与F和及带电量q无关，是由电场本身的性质决定的，A错误，C正确；电场强度的方向规定与正电荷受力的方向相同，负电荷受力的方向与电场强度方向相反，因此与正负电荷无关，B错误；一旦通过检验电荷测出了该点的电场强度，把检验电荷移走，该点的电场强仍不变，与是否有检验电荷无关，D错误。‎ 考点：电场强度 ‎2.关于曲线运动下列叙述正确的是（　　）‎ A. 物体受到恒定外力作用时，就一定不能做曲线运动 B. 物体只有受到一个方向不断改变的力，才可能做曲线运动 C. 物体受到不平行于初速度方向的外力作用时，就做曲线运动 D. 平抛运动是一种非匀变速曲线运动 ‎【答案】C ‎【解析】‎ ‎【详解】物体受到恒定外力作用时，也可能做曲线运动，例如平抛运动，选项A 错误；当物体受到一个与速度方向不共线的力时，即物体受到不平行于初速度方向的外力作用时，物体就做曲线运动，选项B错误，C正确；平抛运动的加速度恒定为g，则是一种匀变速曲线运动，选项D错误；故选C.‎ ‎3.将悬挂在细线上的带正电的小球A放在不带电的金属空心球C内(不与球接触)，另有一个悬挂在细线上的带负电的小球B向C靠近，如图所示，于是有(　　)‎ A. .A向左偏离竖直方向，B向右偏离竖直方向 B. A的位置不变，B向右偏离竖直方向 C. .A向左偏离竖直方向，B的位置不变 D. .A和B的位置都不变 ‎【答案】B ‎【解析】‎ A在空心金属球内，由于静电感应，使得C外表面带正电，B、C相互吸引，所以B向右偏；‎ 而金属空腔C可以屏蔽外部的B的电场，所以B的电荷对空腔C的内部无影响，所以A位置不变．故B正确，ACD错误；故选B．‎ 点睛：考查静电感应现象，掌握同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引．并理解外部电场对空心球内部没有影响，即为静电屏蔽．‎ ‎4.如图，三个固定的带电小球a、b和c，相互间的距离分别为ab=‎5 cm，bc=‎3 cm，ca=‎4 cm。小球c所受库仑力的合力的方向平衡于a、b的连线。设小球a、b所带电荷量的比值的绝对值为k，则（ ）‎ A. a、b的电荷同号，‎ B. a、b的电荷异号，‎ C. a、b的电荷同号，‎ D. a、b的电荷异号，‎ ‎【答案】D ‎【解析】‎ 本题考查库仑定律、受力分析及其相关的知识点。‎ 对小球c所受库仑力分析，画出a对c的库仑力和b对c的库仑力，若a对c的库仑力为排斥力， ac的电荷同号，则b对c的库仑力为吸引力，bc电荷为异号， ab的电荷为异号；若a对c的库仑力为引力，ac的电荷异号，则b对c的库仑力为斥力，bc电荷为同号， ab的电荷为异号，所以ab的电荷为异号。设ac与bc的夹角为θ，利用平行四边形定则和几何关系、库仑定律可得，Fac=k’，Fbc=k’，tanθ=3/4，tanθ= Fbc / Fac，ab电荷量的比值k=，联立解得：k=64/27，选项D正确。‎ ‎【点睛】此题将库仑定律、受力分析、平行四边形定则有机融合，难度不大。‎ ‎5.平行板间加如图所示的周期性变化的电压，重力不计的带电粒子静止在平行板中央，从t＝时刻开始将其释放，运动过程无碰板情况，则能定性描述粒子运动的速度图象的是(　　)‎ A. ‎ B. ‎ C. ‎ D. ‎ ‎【答案】A ‎【解析】‎ ‎【详解】从t＝时刻开始释放粒子，则粒子向极板做加速运动，在t=T时刻，电场反向，可知加速度反向，粒子做减速运动，根据运动的对称性可知，t=3T/2时刻，速度减到零，以后粒子重复原来的运动，即不断的向一个方向加速、减速、加速、减速……，故选项A正确，BCD错误；故选A.‎ ‎6.两个可自由移动的点电荷分别放在A、B两处，如图所示。A处为带电荷量为的正电荷，B处为带电荷量为的负电荷，且，另取一个可以自由移动的点电荷P，放在AB直线上，欲使整个系统处于平衡状态，则 A. P为负电荷，且放于A左方 B. P为负电荷，且放于B右方 C. P为正电荷，且放于B右方 D. P为正电荷，且放于A、B之间 ‎【答案】C ‎【解析】‎ 假设P放在Q1Q2之间，那么Q1对P的电场力和Q2对P的电场力方向相同，P不能处于平衡状态．假设P放在Q1左边，那么Q1对P的电场力大于Q2对P的电场力，P不能处于平衡状态．则P只能放在Q2右边，要使整个系统处于平衡状态，则P只能带正电；故选C.‎ 点睛：我们可以去尝试假设P带正电或负电，根据平衡条件求解它应该放在什么地方，能不能使整个系统处于平衡状态，不行再继续判断．‎ ‎7.如图所示，六面体真空盒置于水平面上，它的ABCD面与EFGH面为金属板，其他面为绝缘材料。ABCD面带正电，EFGH面带负电。从小孔P沿水平方向以相同速度射入三个质量相同的带正电液滴A、B、C，最后分别落在1、2、3三点。则下列说法正确的是(　　)‎ A. 三个液滴在真空盒中都做平抛运动 B. 三个液滴的运动时间不一定相同 C. 三个液滴落到底板时的速率相同 D. 液滴C所带电荷量最多 ‎【答案】D ‎【解析】‎ A．三个液滴具有水平速度，但除了受重力以外，还受水平方向的电场力作用，不是平抛运动，故A错误；‎ B．在竖直方向上三个液滴都做自由落体运动，下落高度又相同，运动时间必须相同，故B错误；‎ C．因为重力做功相同，而电场力对液滴做功最多，它落到底板时的速率最大，故C错误；‎ D．在相同的运动时间内，液滴 水平位移最大，说明它在水平方向的加速度最大，它受到的电势力最大，根据可知电荷量也最大，故D正确．‎ 故选D。‎ ‎【点睛】真空盒内有水平向右的电场，正电荷在电场中受到向右的电场力，不可能做平抛运动；根据液滴的受力情况，运用运动的分解法，由牛顿第二定律和运动学公式结合进行分析。‎ ‎8.地面附近处的电场的电场线如图所示,其中一条方向竖直向下的电场线上有a、b两点,高度差为h。质量为m、电荷量为-q的检验电荷，从a点由静止开始沿电场线运动，到b点时速度为。下列说法中正确的是(　　)‎ A. 质量为m、电荷量为+q的检验电荷，从a点由静止起沿电场线运动到b点时速度为 B. 质量为m、电荷量为+2q的检验电荷，从a点由静止起沿电场线运动到b点时速度为 C. 质量为m、电荷量为-2q的检验电荷，从a点由静止起沿电场线运动到b点时速度仍为 D. 质量为m、电荷量为-2q的检验电荷，在a点由静止开始释放，点电荷将沿电场线在a、b两点间来回运动 ‎【答案】D ‎【解析】‎ ‎【详解】A、从a到b的过程中，运用动能定理，对−q有：，对于q有：，两式相加化简得，故A错误；‎ B、对+2q运用动能定理：，联立解得，故B错误；‎ C. 对−2q运用动能定理：，联立解得，故C错误；‎ D、由以上分析可知，电荷量为-2q的检验电荷，到达b点时，速度为零，说明电场力大于重力，故接下来向上运动，根据电场线的分布可知，越向上，电场力越小，最终会小于重力，当速度减为零后，又会向下运动，如此往复，故D正确；‎ 故选D。‎ ‎【点睛】粒子在电场力与重力共同做功下，导致重力势能、电势能与动能间相互转化，但它们的之和不变；电场力做功，导致电势能变化，重力做功，导致重力势能变化。‎ ‎9.关于电动势，下列说法正确的是( )‎ A. 电源两极间的电压等于电源电动势 B. 电动势越大的电源，将其他形式的能转化为电能就越多 C. 电源电动势的数值等于内、外电压之和 D. 电源电动势由电源本身决定，与外电路的组成无关 ‎【答案】CD ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ 电动势是描述电源把其它形式的能量转化为电能本领的物理量；‎ 电源电动势等于电源没有接入电路前两极间的电压，等于电路内外电压之和；‎ ‎【详解】A、电源没有接入电路时两极间的电压等于电源电动势，在闭合电路中电源两极间的电压是路端电压，电源电动势的数值等于内、外电压之和，故A错误，C正确；‎ B、电动势越大的电源，将其他形式的能转化为电能的本领越大，但不是将其他形式的能转化为电能就越多，故B错误；‎ D、电动势是描述电源把其它形式的能量转化为电能本领的物理量，大小由电源本身决定，与外电路的组成无关，故D正确。‎ ‎【点睛】本题考查了电动势的概念、电源工作时能量的转化等问题，重点掌握电动势的物理意义，需要熟练掌握基础知识即可正确解题。‎ ‎10.如图所示，在区域I和区域II内分别存在着与纸面垂直的匀强磁场，一带电粒子沿着弧线apb由区域I运动到区域II．已知圆弧ap与圆弧pb的弧长之比为2∶1，下列说法正确的是( )‎ A. 粒子在区域I和区域II中的速率之比为2∶1‎ B. 粒子通过圆弧ap、pb的时间之比为2∶1‎ C. 圆弧ap与圆弧pb对应的圆心角之比为2∶1‎ D. 区域I和区域II的磁场方向相反 ‎【答案】BD ‎【解析】‎ 由于洛伦兹力不做功，所以粒子在两个磁场中的运动速度大小不变，即粒子在区域I和区域II中的速率之比为1：1，A错误；根据，v相同，则时间之比等于经过的弧长之比，即粒子通过圆弧ap、pb的时间之比为2：1，B正确；圆心角，，由于磁场的磁感应强度之比不知，故半径之比无法确定，则转过的圆心角之比无法确定，故C错误；根据曲线运动的条件，可知洛伦兹力的方向与运动方向的关系，再由左手定则可知，两个磁场的磁感应强度方向相反，故D正确；故选BD．‎ 点睛：此题考查粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，掌握半径与周期公式，理解运动时间与圆心角及周期关系，同时知道洛伦兹力对粒子不做功．‎ ‎11.四个电荷量大小相同的点电荷位于正方形四个角上，电性与各点电荷附近的电场线分布如图所示．ab、cd分别是正方形两组对边的中垂线，O为中垂线的交点，P、Q分别为ab、cd上的两点，OP>OQ，下列说法中正确的是（ ）‎ A. P、Q两点电势相等，场强也相同 B. P点的电势比M点的高 C. PM两点间的电势差大于QM间的电势差 D. 带负电的试探电荷在Q点时比在M点时电势能小 ‎【答案】BD ‎【解析】‎ ‎【详解】A、电场线的疏密表示场强的大小，电场线越密，电场强度越大，根据图象知P点的电场强度比Q点的小。根据电场线与等势面垂直，可知ab与cd是两条等势线，则P与O的电势相等，Q与O的电势也相等，所以P、Q两点的电势相等;故A错误.‎ B、ab连线上各点的电势相等，M点比ab连线上各点的电势低，则M点的电势比P点的低;故B正确.‎ C、由于P、Q两点电势相等，所以PM两点间的电势差等于QM间的电势差;故C错误.‎ D、P、Q两点的电势相等，则Q点的电势高于M点的电势，而负电荷在电势高处电势能小，所以带负电的试探电荷在Q点的电势能比在M点小;故D正确.‎ 故选BD.‎ ‎【点睛】本题的关键要掌握电场线的分布情况，理解电场的叠加原理，掌握电场线的两个物理意义：电场线的疏密表示场强的大小，电场线方向表示电势的高低．‎ ‎12.如图所示，一个内壁光滑的绝缘细直管竖直放置．在管子的底部固定一电荷量为Q的正点电荷．在距离底部点电荷为h2的管口A处，有一电荷量为q、质量为m的点电荷由静止释放，在距离底部点电荷为h1的B处速度恰好为零．现让一个电荷量为q、质量为‎3m的点电荷仍在A处由静止释放，已知静电力常量为k，重力加速度为g，则该点电荷运动过程中（ ）‎ A. 速度最大处与底部点电荷的距离是 B. 速度最大处与底部点电荷的距离是 C. 运动到B处的速度是 D. 运动到B处的速度是 ‎【答案】BC ‎【解析】‎ 当点电荷的质量为m时，则在下落过程中受重力和电库仑力，下落到B点时速度为零，由动能定理可得：，即，当点电荷的质量变为‎3m时，下落到B点时库仑力不变，故库仑力做功不变，由动能定理得，解得；当重力等于库仑力时，合力为零，此时速度最大，，解得，‎ 故BC正确，AD错误，故选BC.‎ ‎【点睛】由题意可知，电荷在下落过程中受重力、库仑力，由动能定理可得出两力做功的关系；同理可应用动能定理求出当质量变化时B点的速度；通过对过程的分析可得出速度最大处的位置；并通过电场力做功的正负，来判定电势能增加还是降低．‎ 二、实验题 ‎13.某同学设计如图所示电路研究电源电流和内电压的关系，用伏特表测内电压U ‎，用电流表测电流I，通过活塞改变内电阻r，做出如图所示U-I图线。若电池的电动势为E，外电路阻值R一定，则UM=_____，斜率k=_____。U随I变化的表达式为______，IM表示r趋近_____（选“无限大”或“‎0”‎）的电流且IM=____。（用E、R、U、I、r表示）‎ ‎（2）如图所示为欧姆表原理示意图，电流表满偏电流3mA，变阻器R0电阻调节范围为0~5000 Ω，内部电源标称值为6V，但实际电动势为5.4V，且内阻增大，但仍能调零，调零后测得电阻读数比实际值_________（填“偏大”、“偏小”）。‎ ‎【答案】 (1). （1）E (2). R (3). U=E-IR (4). 0 (5). (6). （2）偏大 ‎【解析】‎ ‎（1）根据闭合电路欧姆定律可知，内压U=E-IR，则可知图象与纵坐标的交点为电源的电动势；故UM=E；图象的斜率表示外电阻R；图象与横坐标交点表示内电压为零，故说明内阻为零；此时电流；‎ ‎（2）欧姆表内阻，电流表满偏电流Ig不变，电源电动势E变小，则欧姆表总内阻要变小，由闭合电路欧姆定律可得：，R测=-R，由于内阻R变小，则待测电阻阻值R测偏大，电池内阻增大，故R0的阻值调零时一定偏小，所以测量电阻读数比实际值大.‎ ‎14.如图所示，一半径为R的光滑圆环，竖直放在水平向右的匀强电场中，匀强电场的电场强度大小为E．环上a、c是竖直直径的两端，b、d是水平直径的两端，质量为m的带电小球套在圆环上，并可沿环无摩擦滑动，已知小球自a点由静止释放，沿abc运动到d点时速度恰好为零，可得小球所受重力_____（选填“大于”、“小于”或“等于”）带电小球所受的静电力。小球在_____（选填“a”、“b”、“c”或“d”）点时的电势能最小。‎ ‎【答案】 (1). 等于 (2). b ‎【解析】‎ 根据动能定理，从a到d过程，有：mg•R-qE•R=0，解得：qE=mg，即电场力与重力大小相等，故重力场和电场的复合场中的最低点在bc段圆弧的中点处，小球运动此处时动能最大；根据功能关系，除重力外其余力做功等于机械能的增加量；小球受到重力、电场力和环的弹力作用，弹力沿径向，速度沿着切向，故弹力一直不做功，除重力外只有电场力做功，由于电场力水平向左，故运动到b点时，电场力做的功最多，机械能增量最大，电势能最小.‎ ‎15.一平行板电容器板长为Ｌ，两板间距离为d将其倾斜放置，如图所示，两板间形成一匀强电场。现有一质量为m，电量为 +Ｑ的油滴以初速度v．自左侧下板边缘处水平进入两板之间，沿水平方向运动并恰从右侧上板边缘处离开电场．那么，两板间电势差的大小为________.‎ ‎【答案】 ；‎ ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ 微粒在电场中受到重力和电场力，而做直线运动，电场力与重力的合力方向与速度方向在同一直线上，否则就做曲线运动．根据几何关系求出电场强度，再根据U=Ed求解电势差。‎ ‎【详解】微粒在电场中受到重力和电场力，而做直线运动，电场力与重力的合力方向与速度方向在同一直线上，所以电场力方向必定垂直极板向上，则 解得：‎ 两板间电势差的大小U=Ed= 。‎ ‎【点睛】本题是带电粒子在电场中运动的问题，关键是分析受力情况，判断出粒子做匀加速直线运动，根据几何关系求出电场强度。‎ 三、计算题 ‎16.如图所示电路中，电源电动势E＝12V，内电阻r＝1.0Ω，电阻R1＝9.0Ω，R2＝15Ω，电流表A的示数为‎0.4A，求电阻R3的阻值和它消耗的电功率．‎ ‎【答案】电阻R3的阻值为30Ω，它消耗的电功率为1.2W ‎【解析】‎ R2两端电压为：U2=I2R2=0.4×15V=6V 内阻r及R1两端电压为：U=E-U2=12V-6V=6V 干路中电流为：‎ R3中电流为：I3=I-I2=‎0.6A-0.4A=‎‎0.2A R2和R3并联，电压相等即U2=U3=6V R3阻值为：‎ R3功率为：P3=U3I3=6×0.2W=1.2W ‎【点睛】对于直流电路的计算问题，关键理清电路结构，然后结合串并联电路电流与电压的关系、闭合电路欧姆定律列式求解．‎ ‎17.两物块A、B用轻弹簧相连，质量均为‎2 kg，初始时弹簧处于原长，A、B两物块都以v＝‎6 m/s的速度在光滑的水平地面上运动，质量‎4 kg的物块C静止在前方，如图所示．B与C碰撞后二者会粘在一起运动．则在以后的运动中：‎ ‎（1）当弹簧的弹性势能最大时，物块A的速度为多大？‎ ‎（2）系统中弹性势能的最大值是多少？‎ ‎【答案】（1） （2）12J ‎【解析】‎ ‎（1）当A、B、C三者的速度相等时弹簧的弹性势能最大．由A、B、C三者组成的系统动量守恒，（mA＋mB）v＝（mA＋mB＋mC）·vABC 解得vABC＝m/s＝‎3 m/s ‎（2）B、C碰撞时B、C组成的系统动量守恒，‎ 设碰后瞬间B、C两者速度为vBC，‎ 则mBv＝（mB＋mC）vBC，vBC＝m/s＝‎2 m/s 设物块A、B、C速度相同时弹簧的弹性势能最大为Ep，根据能量守恒 Ep＝（mB＋mC）＋mAv2－（mA＋mB＋mC）＝×（2＋4）×22J＋×2×62J－×（2＋2＋4）×32J＝12 J ‎18.如图所示，质量m＝5.0×10‎-8千克的带电粒子，以初速v0=‎2m/s 的速度从水平放置的平行金属板A、B的中央，水平飞入电场，已知金属板长‎0.1m，板间距离d＝2×10‎-2m，当UAB=1000V时，带电粒子恰好沿直线穿过电场，若两极板间的电势差可调，要使粒子能从两板间飞出，UAB的变化范围是多少?(g取‎10m/s2)‎ ‎【答案】‎ ‎【解析】‎ 试题分析：（1）当UAB=103V时，带电粒子恰能做匀速直线运动，则有 Eq=qU/d=mg 得q =mgd/U=1×10―‎11C。‎ ‎（2）当微粒正好从B出去，带电粒子在电场中受到竖直向上的电场力和竖直向下的重力，在电场中做类平抛运动，有水平方向 L=v0t1‎ 竖直方向d/2=a1t12/2 ②‎ mg―qU1/d=ma1③‎ 联立①、②、③代入数据得U1=200V。‎ ‎（3）当粒子正好从A出去，带电粒子在电场中受到竖直向上的电场力和竖直向下的重力，在电场中做类平抛运动，水平方向L=v0t2…④‎ 竖直方向d/2=a2t22/2 ⑤‎ qU2/d―mg =ma2⑥‎ 联立④、⑤、⑥代入数据得U2=1800V。‎ 综上所述，AB间电压在[ 200V，1800V ]之间 考点：带电粒子在电场中的偏转。‎ ‎19.如图所示，连接在电路中的电阻大小分别为,,电容器的电容为,电流表的内阻不计.若电路中接入电动势E=3V、内阻的直流电源，则闭合开关S，待电路稳定后，试求：‎ ‎（1）电路稳定后电流表的示数；‎ ‎（2）电路稳定后电容器两端的电压；‎ ‎（3）在断开电源时通过的电荷量 ‎【答案】（1）‎0.6A；（2）1.2V；（3）1.8×10‎-5C；‎ ‎【解析】‎ ‎（1）由于闭合开关S，待电路稳定后R1、R2被短路，电容器支路断路，故由闭合电路欧姆定律得：‎ 由于闭合开关S，待电路稳定后R1、R2中均无电流通过，即R1、R2两端的电压都为零，即：‎ 故电容器两端的电压 再断开电源后，电容器通过电阻R1、R2、R3进行放电.由于放电电路为R1、R2并联后再与R3串联，故通过R1的电荷量为电容器带电荷量的一半.‎ 而原来电容器所带的电荷量 故通过R1的电荷量