高中物理必修3物理 全册全单元精选试卷检测题(WORD版含答案)
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高中物理必修3物理 全册全单元精选试卷检测题(Word 版 含答案)一、必修第3册 静电场及其应用解答题易错题培优(难)1.(1)科学家发现,除了类似太阳系的恒星-行星系统,还存在许多双星系统,通过对它们的研究,使我们对宇宙有了较深刻的认识.双星系统是由两个星体构成,其中每个星体的线度(直径)都远小于两星体间的距离,一般双星系统距离其它星体很远,可以当做孤立系统处理.已知某双星系统中每个星体的质量都是M 0,两者相距L ,它们正围绕两者连线的中点做匀速圆周运动,引力常量为G .①求该双星系统中每个星体的线速度大小v ;②如果质量分别为m 1和m 2的质点相距为r 时,它们之间的引力势能的表达式为12p m m E Gr=-,求该双星系统的机械能. (2)微观世界与宏观世界往往存在奇妙的相似性.对于氢原子模型,因为原子核的质量远大于电子质量,可以忽略原子核的运动,形成类似天文学中的恒星-行星系统,记为模型Ⅰ.另一种模型认为氢原子的核外电子并非绕核旋转,而是类似天文学中的双星系统,核外电子和原子核依靠库仑力作用使它们同时绕彼此连线上某一点做匀速圆周运动,记为模型Ⅱ.假设核外电子的质量为m ,氢原子核的质量为M ,二者相距为r ,静电力常量为k ,电子和氢原子核的电荷量均为e .已知电荷量分别为+q 1和-q 2的点电荷相距为r 时,它们之间的电势能的表达式为12p q q E kr=-. ①模型Ⅰ、Ⅱ中系统的能量分别用E Ⅰ、 E Ⅱ表示,请推理分析,比较E Ⅰ、 E Ⅱ的大小关系; ②模型Ⅰ、Ⅱ中电子做匀速圆周运动的线速度分别用v Ⅰ、v Ⅱ表示,通常情况下氢原子的研究采用模型Ⅰ的方案,请从线速度的角度分析这样做的合理性.【答案】(1)①v =②202M G L -(2)①2-2ke r②模型Ⅰ的简化是合理的【解析】(1)① 22002/2M M v G L L =,解得 v =②双星系统的动能2200k 0012222GM GM E M v M L L =⨯==,双星系统的引力势能20P GM E L =-,该双星系统的机械能E=E k +E p =202M G L - (2)①对于模型Ⅰ:22I 2mv ke r r =,此时电子的动能E k Ⅰ=22ke r又因电势能2pI e E k r =-,所以E Ⅰ= E k Ⅰ+E p Ⅰ=2-2ke r对于模型Ⅱ:对电子有:22121mvker r=,解得22112mv rrke=对于原子核有:22222Mvker r=,解得22222Mv rrke=因为r1+r2=r,所以有22221222+mv r Mv rr ke ke=解得E kⅡ=2 221211222ke mv Mvr+=又因电势能2peE kr=-Ⅱ,所以EⅡ= E kⅡ+E pⅡ=2-2ker即模型Ⅰ、Ⅱ中系统的能量相等,均为2 -2 ker②解法一:模型Ⅰ中:对于电子绕原子核的运动有22II2=mvkem vr rω=,解得2I2=kevm rω模型Ⅱ中:对电子有:22II1II21=mvkem vr rω=,解得2II21=kevm rω对于原子核有:22222=ke MvM vr rω=,因ω1=ω2,所以mvⅡ=Mv又因原子核的质量M远大于电子的质量m,所以vⅡ>>v,所以可视为M静止不动,因此ω1=ω2=ω,即可视为vⅠ=vⅡ.故从线速度的角度分析模型Ⅰ的简化是合理的.②解法二:模型Ⅰ中:对于电子绕原子核的运动有22I2mvker r=,解得Iv模型Ⅱ中:库仑力提供向心力:222122=kemr Mrrωω== (1)解得12=r Mr m;又因为r1+r2=r所以1=Mrm M+2=mrm M+带入(1)式:ω=所以:()21=?ke M v r r m M m ω=+Ⅱ ()22=?ke mv r r m M Mω=+又因原子核的质量M 远大于电子的质量m ,所以v Ⅱ>>v ,所以可视为M 静止不动;故从线速度的角度分析模型Ⅰ的简化是合理的.2.如图所示,在沿水平方向的匀强电场中,有一长度l =0. 5m 的绝缘轻绳上端固定在O点,下端系一质量21010m .-=⨯kg 、带电量82.010q -=⨯C 的小球(小球的大小可以忽略)在位置B 点处于静止状态,此时轻绳与竖直方向的夹角α=37°,空气阻力不计,sin37°=0. 6,cos37°=0. 8,g =10m/s 2. (1)求该电场场强大小;(2)在始终垂直于轻绳的外力作用下将小球从B 位置缓慢拉动到细绳竖直位置的A 点,求外力对带电小球做的功;(3)过B 点做一等势面交电场线于C 点(C 点未画出),使轻绳与竖直方向的夹角增大少许(不超过5°),再由静止释放,求小球从C 点第一次运动到B 点的时间,并写出分析求解过程.【答案】(1) 63.7510E =⨯N/C (2)21.2510F W J -=⨯ (3)0.31t s =【解析】 【详解】(1)带电小球静止,受到合力等于零,电场力与重力的关系是:tan Eq mg α=,即tan mgE qα=代入数值计算得电场场强大小:63.7510/E N C =⨯(2)小球在外力作用下从B 位置缓慢移动到A 位置过程中,根据动能定理有:sin (cos )0F W Eql mg l l αα-+-=所以sin tan (cos )F mgW q mg l l qααα=-- 代入数值解得电场场强大小:21.2510F W J -=⨯(3)分析受力可知:小球在运动过程中,重力和电场力的合力为恒力,大小为5cos 4mg F mg α== 类比研究单摆的方法可知,小球的运动与单摆类似,回复力由上述合力沿圆周切向的分力提供。
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高中物理必修3物理 全册全单元精选试卷检测题(Word 版 含答案)一、必修第3册 静电场及其应用解答题易错题培优(难)1.(1)科学家发现,除了类似太阳系的恒星-行星系统,还存在许多双星系统,通过对它们的研究,使我们对宇宙有了较深刻的认识.双星系统是由两个星体构成,其中每个星体的线度(直径)都远小于两星体间的距离,一般双星系统距离其他星体很远,可以当做孤立系统处理.已知某双星系统中每个星体的质量都是M 0,两者相距L ,它们正围绕两者连线的中点做匀速圆周运动,引力常量为G . 求: ①该双星系统中星体的加速度大小a ; ②该双星系统的运动周期T .(2)微观世界与宏观世界往往存在奇妙的相似性.对于氢原子模型,因为原子核的质量远大于电子质量,可以忽略原子核的运动,形成类似天文学中的恒星-行星系统,记为模型Ⅰ.另一种模型认为氢原子的核外电子并非绕核旋转,而是类似天文学中的双星系统,核外电子和原子核依靠库仑力作用使它们同时绕彼此连线上某一点做匀速圆周运动,记为模型Ⅱ.已知核外电子的质量为m ,氢原子核的质量为M ,二者相距为r ,静电力常量为k ,电子和氢原子核的电荷量大小均为e .①模型Ⅰ、Ⅱ中系统的总动能分别用E k Ⅰ、 E k Ⅱ表示,请推理分析,比较E k Ⅰ、 E k Ⅱ的大小关系;②模型Ⅰ、Ⅱ中核外电子做匀速圆周运动的周期分别用T Ⅰ、T Ⅱ表示,通常情况下氢原子的研究采用模型Ⅰ的方案,请从周期的角度分析这样简化处理的合理性.【答案】(1) ①02GM a L = ②2T = (2) ①2k k II =2ke E E r =Ⅰ ②T T ⅠⅡ为M >>m ,可得T Ⅰ≈T Ⅱ,所以采用模型Ⅰ更简单方便. 【解析】 【详解】(1)①根据万有引力定律和牛顿第二定律有:2002GM M a L=解得02GM a L =②由运动学公式可知,224π2La T =⋅解得2T =(2)①模型Ⅰ中,设电子绕原子核的速度为v ,对于电子绕核的运动,根据库仑定律和牛顿第二定律有222ke mv r r=解得:22k 122ke E mv r==Ⅰ模型Ⅱ中,设电子和原子核的速度分别为v 1、v 2,电子的运动半径为r 1,原子核的运动半径为r 2.根据库仑定律和牛顿第二定律 对电子有:22121mv ke r r =,解得22k11121=22ke E mv r r=对于原子核有:22222=Mv ke r r ,解得22k22221=22ke E Mv r r=系统的总动能:E k Ⅱ=E k1+ E k2=()2212222ke ke r r r r+=即在这两种模型中,系统的总动能相等.②模型Ⅰ中,根据库仑定律和牛顿第二定律有22224πke m r r T =Ⅰ,解得23224πmr T ke =Ⅰ 模型Ⅱ中,电子和原子核的周期相同,均为T Ⅱ 根据库仑定律和牛顿第二定律对电子有221224πke m r r T =⋅Ⅱ, 解得221224πke T r r m =Ⅱ对原子核有222224πke M r r T =⋅Ⅱ, 解得222224πke T r r M=Ⅱ因r 1+r 2=r ,可解得:()23224πmMr T ke M m =+Ⅱ所以有T T =ⅠⅡ 因为M >>m ,可得T Ⅰ≈T Ⅱ,所以采用模型Ⅰ更简单方便.2.“顿牟掇芥”是两千多年前我国古人对摩擦起电现象的观察记录,经摩擦后带电的琥珀能吸起小物体,现用下述模型分析研究。
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高中物理必修3物理 全册全单元精选试卷检测题(Word 版 含答案)一、必修第3册 静电场及其应用解答题易错题培优(难)1.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 (Q >0)的点电荷.在距离底部点电荷为h 2的管口A 处,有一电荷量为q (q >0)、质量为m 的点电荷由静止释放,在距离底部点电荷为h 1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:(1)定性分析点电荷做何运动?(从速度与加速度分析) (2)速度最大处与底部点电荷的距离 (3)运动到B 处的速度大小【答案】(1)先做加速度减小的加速,后做加速度增大的减速运动; (2)3KQqr mg=(3)2123()3B v g h h =-【解析】 【详解】(1)由题意知,小球应先做加速运动,再做减速运动,即开始时重力应大于库仑力;而在下落中,库仑力增大,故下落时加速度先减小,后增大;即小球先做加速度减小的加速,后做加速度增大的减速运动;(2)当重力等于库仑力时,合力为零,此时速度最大,23kQqF mg r 库==解得:3kQqr mg=(3)点电荷在下落中受重力和电库仑力,由动能定理可得:mgh +W E =0;即W E =-mgh ;当小球质量变为3m 时,库仑力不变,故库仑力做功不变,由动能定理可得:3mgh-mgh =123mv 2; 解得:2123()3B v g h h =- 点睛:本题综合考查动力学知识及库仑力公式的应用,解题的关键在于明确物体的运动过程;同时还应注意点电荷由静止开始运动,故开始时重力一定大于库仑力.2.万有引力和库仑力有类似的规律,有很多可以类比的地方。
已知引力常量为G ,静电力常量为k 。
(1)用定义静电场强度的方法来定义与质量为M 的质点相距r 处的引力场强度E G 的表达式;(2)质量为m 、电荷量为e 的电子在库仑力的作用下以速度v 绕位于圆心的原子核做匀速圆周运动,该模型与太阳系内行星绕太阳运转相似,被称为“行星模型”,如图甲。
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高中物理必修3物理 全册全单元精选试卷检测题(WORD 版含答案)一、必修第3册 静电场及其应用解答题易错题培优(难)1.如图所示,两块竖直放置的平行金属板A 、B ,两板相距d ,两板间电压为U ,一质量为m 的带电小球从两板间的M 点开始以竖直向上的初速度v 0运动,当它到达电场中的N 点时速度变为水平方向,大小变为2v 0 求(1)M 、N 两点间的电势差(2)电场力对带电小球所做的功(不计带电小球对金属板上电荷均匀分布的影响,设重力加速度为g )【答案】20MN Uv U dg=;【解析】 【详解】竖直方向上小球受到重力作用而作匀减速直线运动,则竖直位移大小为h =202v g小球在水平方向上受到电场力作用而作匀加速直线运动,则 水平位移x =022v t ⋅ h =2v t ⋅ 联立得,x =2h =20v g故M 、N 间的电势差为U MN =-Ex =-20v U d g =-20Uv gd从M 运动到N 的过程,由动能定理得 W 电+W G =12m 20(2)v -2012mv 所以联立解得W 电=202mv答:M 、N 间电势差为-20Uv gd,电场力做功202mv .2.如图所示,把一个倾角为θ的绝缘斜面固定在匀强电场中,电场方向水平向右,电场强度大小为E ,有一质量为m 、带电荷量为+q 的物体,以初速度v 0从A 端滑上斜面恰好能沿斜面匀速运动,求物体与斜面间的动摩擦因数.【答案】cos sin cos sin qE mg mg qE θθθθ-+【解析】 【分析】 【详解】物体做匀速直线运动,由平衡条件得:在垂直于斜面方向上:N=mgcosθ+qEsinθ…① 在平行与斜面方向上:f+mgsinθ=qEcosθ…② 滑动摩擦力:f=μN…③ 由①②③可得:f qEcos mgsin N mgcos qEsin θθμθθ-=+= . 【点睛】本题考查了学生受力分析及力的合成以及摩擦定律的相关知识,正确的受力分析是正确解题的关键,学会用正交分解法处理多力合成问题.3.如图所示,在光滑绝缘水平面上,质量为m 的均匀绝缘棒AB 长为L 、带有正电,电量为Q 且均匀分布.在水平面上O 点右侧有匀强电场,场强大小为E ,其方向为水平向左,BO 距离为x 0,若棒在水平向右的大小为QE/4的恒力作用下由静止开始运动.求:(1)棒的B 端进入电场L /8时的加速度大小和方向; (2)棒在运动过程中的最大动能.(3)棒的最大电势能.(设O 点处电势为零) 【答案】(1)/8qE m ,向右(2)0()48qE Lx + (3)0(2)6qE x L +【解析】 【分析】 【详解】(1)根据牛顿第二定律,得48QE L QE ma L -⋅=解得 8QEa m=,方向向右. (2)设当棒进入电场x 时,其动能达到最大,则此时棒受力平衡,有 4QE QE x L⋅= 解得14x L = 由动能定理得:()00044()()42442448K o QE QELQEQE L QE L E W x x x x x ====+⨯∑+-+-+⨯(3)棒减速到零时,棒可能全部进入电场,也可能不能全部进入电场,设恰能全部进入电场, 则有:()0042QE QEx L L +-=, 得 x 0=L ;()42QE QELL L ε+==当x 0<L ,棒不能全部进入电场,设进入电场x根据动能定理得()00 0042xQEQE L x x x ++--=解之得:x则0 (4F QE W x ε+==当x 0>L ,棒能全部进入电场,设进入电场x ()()0042QE QEx x L QE x L +---= 得:023x Lx += 则()()000242 4436QE x L x L QE QE x x ε+++⋅===4.如图所示,在沿水平方向的匀强电场中,有一长度l =0. 5m 的绝缘轻绳上端固定在O点,下端系一质量21010m .-=⨯kg 、带电量82.010q -=⨯C 的小球(小球的大小可以忽略)在位置B 点处于静止状态,此时轻绳与竖直方向的夹角α=37°,空气阻力不计,sin37°=0. 6,cos37°=0. 8,g =10m/s 2. (1)求该电场场强大小;(2)在始终垂直于轻绳的外力作用下将小球从B 位置缓慢拉动到细绳竖直位置的A 点,求外力对带电小球做的功;(3)过B 点做一等势面交电场线于C 点(C 点未画出),使轻绳与竖直方向的夹角增大少许(不超过5°),再由静止释放,求小球从C 点第一次运动到B 点的时间,并写出分析求解过程.【答案】(1) 63.7510E =⨯N/C (2)21.2510F W J -=⨯ (3)0.31t s =【解析】 【详解】(1)带电小球静止,受到合力等于零,电场力与重力的关系是:tan Eq mg α=,即tan mgE qα=代入数值计算得电场场强大小:63.7510/E N C =⨯(2)小球在外力作用下从B 位置缓慢移动到A 位置过程中,根据动能定理有:sin (cos )0F W Eql mg l l αα-+-=所以sin tan (cos )F mgW q mg l l qααα=-- 代入数值解得电场场强大小:21.2510F W J -=⨯(3)分析受力可知:小球在运动过程中,重力和电场力的合力为恒力,大小为5cos 4mg F mg α== 类比研究单摆的方法可知,小球的运动与单摆类似,回复力由上述合力沿圆周切向的分力提供。
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高中物理必修3物理 全册全单元精选试卷检测题(Word 版 含答案)一、必修第3册 静电场及其应用解答题易错题培优(难)1.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 (Q >0)的点电荷.在距离底部点电荷为h 2的管口A 处,有一电荷量为q (q >0)、质量为m 的点电荷由静止释放,在距离底部点电荷为h 1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:(1)定性分析点电荷做何运动?(从速度与加速度分析) (2)速度最大处与底部点电荷的距离 (3)运动到B 处的速度大小【答案】(1)先做加速度减小的加速,后做加速度增大的减速运动; (2)3KQqr mg=(3)2123()3B v g h h =-【解析】 【详解】(1)由题意知,小球应先做加速运动,再做减速运动,即开始时重力应大于库仑力;而在下落中,库仑力增大,故下落时加速度先减小,后增大;即小球先做加速度减小的加速,后做加速度增大的减速运动;(2)当重力等于库仑力时,合力为零,此时速度最大,23kQqF mg r 库==解得:3kQqr mg=(3)点电荷在下落中受重力和电库仑力,由动能定理可得:mgh +W E =0;即W E =-mgh ;当小球质量变为3m 时,库仑力不变,故库仑力做功不变,由动能定理可得:3mgh-mgh =123mv 2; 解得:2123()3B v g h h =- 点睛:本题综合考查动力学知识及库仑力公式的应用,解题的关键在于明确物体的运动过程;同时还应注意点电荷由静止开始运动,故开始时重力一定大于库仑力.2.竖直放置的平行金属板A 、B 带等量异种电荷(如图),两板之间形成的电场是匀强电场.板间用绝缘细线悬挂着的小球质量m=4.0×10-5kg ,带电荷量q=3.0×10-7C ,平衡时细线与竖直方向之间的夹角α=37°.求:(1)A 、B 之间匀强电场的场强多大?(2)若剪断细线,计算小球运动的加速度,小球在A 、B 板间将如何运动? 【答案】(1)E =1×103N/C (2) 12.5m/s 2 【解析】 【详解】(1)小球受到重力mg 、电场力F 和绳的拉力T 的作用,由共点力平衡条件有:F =qE =mg tan α解得:537tan 410100.75 1.010N/C 310mg E q α--⨯⨯⨯===⨯⨯ 匀强电场的电场强度的方向与电场力的方向相同,即水平向右;(2)剪断细线后,小球做偏离竖直方向,夹角为37°匀加速直线运动,设其加速度为a 由牛顿第二定律有:cos mgma θ= 解得:212.5m/s cos ga θ== 【点睛】本题是带电体在电场中平衡问题,分析受力情况是解题的关键,并能根据受力情况判断此后小球的运动情况.3.如图,在足够大的平行金属板间的水平匀强电场中,有一长为L 的轻质绝缘棒OA ,一端可绕O点在竖直平面内自由转动,另一端A处有一带负电、电量为q、质量为m的小球,当变阻器滑片在P点处时,棒静止在与竖直方向成30°角的位置,如图所示。
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高中物理必修3物理 全册全单元精选试卷检测题(WORD 版含答案)一、必修第3册 静电场及其应用解答题易错题培优(难)1.如图,ABD 为竖直平面内的绝缘轨道,其中AB 段是长为 1.25L m =的粗糙水平面,其动摩擦因数为0.1μ=,BD 段为半径R =0.2 m 的半圆,两段轨道相切于B 点,整个轨道处在竖直向下的匀强电场中,电场强度大小3510/E V m =⨯。
一带负电小球,以速度v 0从A 点沿水平轨道向右运动,接着进入半圆轨道后,恰能通过最高点D 点。
已知小球的质量为22.010m kg -=⨯,所带电荷量52.010q C -=⨯,g 取10 m/s 2(水平轨道足够长,小球可视为质点,整个运动过程无电荷转移),求:(1)带电小球在从D 点飞出后,首次在水平轨道上的落点与B 点的距离; (2)小球的初速度v 0。
【答案】(1)0.4m ;(2)2.5m /s 【解析】 【详解】(1)对小球,在D 点,有:2Dv mg qE m R-=得:1m/s D v =从D 点飞出后,做平抛运动,有:mg qE ma -=得:25.0m/s a =2122R at =得:0.4t s =0.4m D x v t ==(2)对小球,从A 点到D 点,有:22011()2222D mg qE L mg R qE R mv mv μ---⋅+⋅=- 解得:0 2.5m/s v =2.如图所示,空间存在方向水平向右的匀强电场,两个可视为点电荷的带电小球P 和Q 用绝缘细绳悬挂在水平天花板下,两细绳都恰好与天花板垂直,已知匀强电场强度为E ,两小球之间的距离为L ,PQ 连线与竖直方向之间的夹角为θ,静电常数为k (1)画出小球P 、Q 的受力示意图; (2)求出P 、Q 两小球分别所带的电量。
【答案】(1)P 带负电,Q 带正电;(2)2sin EL k θ【解析】 【详解】(1)依题意得,小球P 、Q 受力示意图如图根据平衡条件,P 带负电,Q 带正电 ① (2)设P 带电量为-q 1,Q 带电量为q 2 根据库仑定律:122C q q F kL= ② 根据牛顿第三定律:F C =F C / ③对于P 球: 根据平衡条件:1sin C q E F θ= ④解得:21sin EL q k θ=⑤ 对于Q 球: 根据平衡条件:'2sin c q E F θ= ⑥解得:22sin EL q k θ=⑦3.如图所示,水平地面上方分布着水平向右的匀强电场,一“L ”形的光滑绝缘硬质管竖直固定在匀强电场中,管的水平部分长L 1=0.2m ,管的水平部分离水平地面的距离为h =5.0m ,竖直部分长为L 2=0.1m .一带正电的小球从管口A 由静止释放,小球与管间摩擦不计且小球通过管的弯曲部分(长度极短可不计)时没有能量损失,小球受到的电场力大小为重力的一半.(g =10m/s 2)求:(1)小球运动到管口B 时的速度v B 大小; (2)小球着地点与管口B 的水平距离s . 【答案】(1)2.0m/s ;(2)4.5m . 【解析】 【分析】 【详解】(1)在小球从A 运动到B 的过程中,对小球由动能定理得:12mv B 2-0=mgL 2+F 电L 1 ① 由于小球在电场中受到的静电力大小为重力的一半,即F 电=12mg ② 代入数据得:v B =2.0m/s ; ③小球运动到管口B 时的速度大小为2.0m/s ;(2)小球离开B 点后,设水平方向的加速度为a ,位移为s ,在空中运动的时间为t ,水平方向有:a =g /2 ④ s =v 0t +12at 2⑤ 竖直方向有:h =12gt 2⑥ 由③~⑥式,并代入数据可得:s =4.5m4.一个质量m =30g ,带电量为-1.7×10-8C 的半径极小的小球,用丝线悬挂在某匀强的电场中,电场线水平.当小球静止时,测得悬线与竖直方向成30o ,求该电场的电场强的大小和方向?【答案】7110/E N C =⨯,水平向右 【解析】 【分析】 【详解】小球在电场中受重力、电场力、拉力三个力,合力为零,则知电场力的方向水平向左,而小球带负电,电场强度的方向与负电荷所受电场力方向相反,所以匀强电场场强方向水平向右.由图,根据平衡条件得tan30qE mg =︒得tan 30mg E q︒=代入解得7110/E N C =⨯5.如图所示,质量为m 的小球A 穿在绝缘细杆上,杆的倾角为α,小球A 带正电,电量为q 。
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高中物理必修3物理 全册全单元精选测试卷检测题(Word 版 含答案)一、必修第3册 静电场及其应用解答题易错题培优(难)1.有三根长度皆为l =0.3 m 的不可伸长的绝缘轻线,其中两根的一端固定在天花板的O 点,另一端分别栓有质量皆为m =1.0×10﹣2kg 的带电小球A 和B ,它们的电荷量分别为﹣q 和+q ,q =1.0×10﹣6C .A 、B 之间用第三根线连接起来,空间中存在大小为E =2.0×105N/C 的匀强电场,电场强度的方向水平向右.平衡时A 、B 球的位置如图所示.已知静电力常量k =9×109N•m 2/C 2重力加速度g =10m/s 2.求:(1)A 、B 间的库仑力的大小 (2)连接A 、B 的轻线的拉力大小. 【答案】(1)F=0.1N (2)10.042T N = 【解析】试题分析:(1)以B 球为研究对象,B 球受到重力mg ,电场力Eq ,静电力F ,AB 间绳子的拉力1T 和OB 绳子的拉力2T ,共5个力的作用,处于平衡状态,A 、B 间的静电力22q F k l=,代入数据可得F=0.1N(2)在竖直方向上有:2sin 60T mg ︒=,在水平方向上有:12cos 60qE F T T =++︒ 代入数据可得10.042T N = 考点:考查了共点力平衡条件的应用【名师点睛】注意成立的条件,掌握力的平行四边形定则的应用,理解三角知识运用,注意平衡条件的方程的建立.2.如图所示,在绝缘的水平面上,相隔2L 的,A 、B 两点固定有两个电量均为Q 的正点电荷,C 、O 、D 是AB 连线上的三个点,O 为连线的中点,CO=OD=L/2。一质量为m 、电量为q 的带电物块以初速度v0从c点出发沿AB连线向B运动,运动过程中物块受到大小恒定的阻力作用。当物块运动到O点时,物块的动能为初动能的n倍,到达D点刚好速度为零,然后返回做往复运动,直至最后静止在O点。已知静电力恒量为k,求:(1)AB两处的点电荷在c点产生的电场强度的大小;(2)物块在运动中受到的阻力的大小;(3)带电物块在电场中运动的总路程。【答案】(1)(2)(3)【解析】【分析】【详解】(1)设两个正点电荷在电场中C点的场强分别为E1和E2,在C点的合场强为E C;则12()2kQEL=;223()2kQEL=则E C=E1-E2解得:E C=2329kQL.(2)带电物块从C点运动到D点的过程中,先加速后减速.AB连线上对称点φC=φD,电场力对带电物块做功为零.设物块受到的阻力为f,由动能定理有:−fL=0−12mv02解得:212f mvL=(3)设带电物块从C到O点电场力做功为W电,根据动能定理得:220011222LW f n mv mv电=-⋅⋅-解得:()201214W n mv-电=设带电物块在电场中运动的总路程为S,由动能定理有:W电−fs=0−12mv02解得:s=(n+0.5)L【点睛】本题考查了动能定理的应用,分析清楚电荷的运动过程,应用动能定理、点电荷的场强公式与场的叠加原理即可正确解题.3.如图,真空中xOy 平面直角坐标系上的ABC 三点构成等边三角形,边长L =2.0m 。
高中物理必修3物理 全册全单元精选试卷检测题(WORD版含答案)
高中物理必修3物理 全册全单元精选试卷检测题(WORD 版含答案)一、必修第3册 静电场及其应用解答题易错题培优(难)1.如图所示,在光滑绝缘水平面上B 点的正上方O 处固定一个质点,在水平面上的A 点放另一个质点,两个质点的质量均为m ,带电量均为+Q 。
C 为AB 直线上的另一点(O 、A 、B 、C 位于同一竖直平面上),AO 间的距离为L ,AB 和BC 间的距离均为2L,在空间加一个水平方向的匀强电场后A 处的质点处于静止。
试问: (1)该匀强电场的场强多大?其方向如何?(2)给A 处的质点一个指向C 点的初速度,该质点到达B 点时所受的电场力多大? (3)若初速度大小为v 0,质点到达C 点时的加速度和速度分别多大?【答案】(1)22kQ L ,方向由A 指向C ;273kQ ;(3)22kQ mL 220kQ v mL+【解析】 【分析】(1)在空间加一个水平方向的匀强电场后A 处的质点处于静止,对A 进行受力分析,根据平衡条件求解。
(2)质点到达B 点时受竖直向下的O 点的库仑力和水平向右的电场力,根据力的合成求解 (3)根据牛顿第二定律求出加速度,根据动能定理求出C 点时速度。
【详解】(1)在空间加一个水平方向的匀强电场后A 处的质点处于静止,对A 进行受力分析,AO 间的库仑力为22Q F K L=;根据平衡条件得:sin F EQ θ= 2sin 2F KQE Q Lθ== 方向由A 指向C(2)该质点到达B 点时受竖直向下的O 点的库仑力和水平向右的电场力,库仑力为22'(sin60)Q F K L =;水平向右的电场力F EQ "=B点时所受的电场力22222273()[](sin60)6kQ kQ F EQ L L=+= (3)质点到达C 点时进行受力分析,根据牛顿第二定律得2222sin Q K EQ F KQ L a m m mL θ+===合. 从A 点到C 点根据动能定理得221122o EQL mv mv =-; 22kQ v mLυ=+ 【点睛】本题的关键要耐心细致地分析物体的运动过程,对物体进行受力分析,运用动能定理、牛顿第二定律进行处理。
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高中物理必修3物理全册全单元精选试卷检测题(WORD版含答案)一、必修第3册静电场及其应用解答题易错题培优(难)1.A、B是两个电荷量都是Q的点电荷,相距l,AB连线中点为O。
现将另一个电荷量为q的点电荷放置在AB连线的中垂线上,距O为x的C处(图甲)。
(1)若此时q所受的静电力为F1,试求F1的大小。
(2)若A的电荷量变为﹣Q,其他条件都不变(图乙),此时q所受的静电力大小为F2,求F2的大小。
(3)为使F2大于F1,l和x的大小应满足什么关系?【答案】223(())2lx+223(())2lx+(3) 2l x>【解析】【详解】(1)设q为正电荷,在C点,A、B两电荷对q产生的电场力大小相同,为:22)4(A BkQqF Flx==+方向分别为由A指向C和由B指向C,如图:故C 处的电场力大小为:F 1=2F A sinθ方向由O 指向C 。
其中:224sin l x θ=+所以:3122224()kQqxF l x =+ (2)若A 的电荷量变为-Q ,其他条件都不变,则C 处q 受到的电场力:F 2=2F A cosθ其中:2224l cos l x θ=+所以:22223(4)kQqlF l x +=方向由B 指向A 。
(3)为使F 2大于F 1,则:22223(4)kQql F l x +=>3122224()kQqxF l x =+ 即:l>2x2.如图,在足够大的平行金属板间的水平匀强电场中,有一长为L的轻质绝缘棒OA,一端可绕O点在竖直平面内自由转动,另一端A处有一带负电、电量为q、质量为m的小球,当变阻器滑片在P点处时,棒静止在与竖直方向成30°角的位置,如图所示。
已知此时BP段的电阻为R,平行金属板间的水平距离为d。
(1)求此时金属板间电场的场强大小E1;(2)若金属板旋转30°(图中虚线表示),并移动滑片P的位置,欲使棒能静止的位置与竖直方向的夹角不变,BP段的电阻R’应调节为多大?(3)若金属板不转动,将BP段的电阻突然调节为3R,则棒摆动中小球最大动能为多少?【答案】(1)3mg(2)32R (3) (2-3)mgL【解析】【详解】(1)由平衡可知E1q=mg tan30°解得E1=3mg(2)金属板旋转30°后电场强度方向也相应旋转30°,而合力方向仍与竖直方向成30°角,受力如右图所示。
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高中物理必修3物理 全册全单元精选试卷检测题(WORD 版含答案)一、必修第3册 静电场及其应用解答题易错题培优(难)1.竖直放置的平行金属板A 、B 带等量异种电荷(如图),两板之间形成的电场是匀强电场.板间用绝缘细线悬挂着的小球质量m=4.0×10-5kg ,带电荷量q=3.0×10-7C ,平衡时细线与竖直方向之间的夹角α=37°.求:(1)A 、B 之间匀强电场的场强多大?(2)若剪断细线,计算小球运动的加速度,小球在A 、B 板间将如何运动? 【答案】(1)E =1×103N/C (2) 12.5m/s 2 【解析】 【详解】(1)小球受到重力mg 、电场力F 和绳的拉力T 的作用,由共点力平衡条件有:F =qE =mg tan α解得:537tan 410100.75 1.010N/C 310mg E q α--⨯⨯⨯===⨯⨯ 匀强电场的电场强度的方向与电场力的方向相同,即水平向右;(2)剪断细线后,小球做偏离竖直方向,夹角为37°匀加速直线运动,设其加速度为a 由牛顿第二定律有:cos mgma θ= 解得:212.5m/s cos ga θ== 【点睛】本题是带电体在电场中平衡问题,分析受力情况是解题的关键,并能根据受力情况判断此后小球的运动情况.2.万有引力和库仑力有类似的规律,有很多可以类比的地方。
已知引力常量为G ,静电力常量为k 。
(1)用定义静电场强度的方法来定义与质量为M 的质点相距r 处的引力场强度E G 的表达式;(2)质量为m 、电荷量为e 的电子在库仑力的作用下以速度v 绕位于圆心的原子核做匀速圆周运动,该模型与太阳系内行星绕太阳运转相似,被称为“行星模型”,如图甲。
已知在一段时间内,电子走过的弧长为s ,其速度方向改变的角度为θ(弧度)。
求出原子核的电荷量Q ;(3)如图乙,用一根蚕丝悬挂一个金属小球,质量为m ,电荷量为﹣q 。
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高中物理必修3物理 全册全单元精选试卷检测题(Word 版 含答案)一、必修第3册 静电场及其应用解答题易错题培优(难)1.如图,ABD 为竖直平面内的绝缘轨道,其中AB 段是长为 1.25L m =的粗糙水平面,其动摩擦因数为0.1μ=,BD 段为半径R =0.2 m 的半圆,两段轨道相切于B 点,整个轨道处在竖直向下的匀强电场中,电场强度大小3510/E V m =⨯。
一带负电小球,以速度v 0从A 点沿水平轨道向右运动,接着进入半圆轨道后,恰能通过最高点D 点。
已知小球的质量为22.010m kg -=⨯,所带电荷量52.010q C -=⨯,g 取10 m/s 2(水平轨道足够长,小球可视为质点,整个运动过程无电荷转移),求:(1)带电小球在从D 点飞出后,首次在水平轨道上的落点与B 点的距离; (2)小球的初速度v 0。
【答案】(1)0.4m ;(2)2.5m /s 【解析】 【详解】(1)对小球,在D 点,有:2Dv mg qE m R-=得:1m/s D v =从D 点飞出后,做平抛运动,有:mg qE ma -=得:25.0m/s a =2122R at =得:0.4t s =0.4m D x v t ==(2)对小球,从A 点到D 点,有:22011()2222D mg qE L mg R qE R mv mv μ---⋅+⋅=- 解得:0 2.5m/s v =2.如图所示,单层光滑绝缘圆形轨道竖直放置,半径r=lm ,其圆心处有一电荷量Q =+l×l0-4C 的点电荷,轨道左侧是一个钢制“隧道”,一直延伸至圆形轨道最低点B ;在“隧道”底部辅设绝缘层。
“隧道”左端固定一弹簧,用细线将弹簧与一静止物块拴接,初始状态弹簧被压缩,物块可看成质点,质量m=0.1kg ,电荷量q =-23×10-6C ,与“隧道”绝缘层间的动摩擦因数μ=0.2。
剪断细线,弹簧释放弹性势能E p ,促使物块瞬间获得初速度(忽略加速过程)。
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高中物理必修3物理 全册全单元精选试卷检测题(Word 版 含答案)一、必修第3册 静电场及其应用解答题易错题培优(难)1.如图所示,在竖直平面内有一固定的光滑绝缘轨道,圆心为O ,半径为r ,A 、B 、C 、D 分别是圆周上的点,其中A 、C 分别是最高点和最低点,BD 连线与水平方向夹角为37︒。
该区间存在与轨道平面平行的水平向左的匀强电场。
一质量为m 、带正电的小球在轨道内侧做完整的圆周运动(电荷量不变),经过D 点时速度最大,重力加速度为g (已知sin370.6︒=,cos370.8︒=),求:(1)小球所受的电场力大小;(2)小球经过A 点时对轨道的最小压力。
【答案】(1)43mg ;(2)2mg ,方向竖直向上. 【解析】 【详解】(1)由题意可知 :tan 37mgF︒= 所以:43F mg =(2)由题意分析可知,小球恰好能做完整的圆周运动时经过A 点对轨道的压力最小. 小球恰好做完整的圆周运动时,在B 点根据牛顿第二定律有:2sin 37B v mgm r︒= 小球由B 运动到A 的过程根据动能定理有:()22111sin 37cos3722B A mgr Fr mv mv ︒︒--+=-小球在A 点时根据牛顿第二定律有:2AN v F mg m r+=联立以上各式得:2N F mg =由牛顿第三定律可知,小球经过A 点时对轨道的最小压力大小为2mg ,方向竖直向上.2.(1)科学家发现,除了类似太阳系的恒星-行星系统,还存在许多双星系统,通过对它们的研究,使我们对宇宙有了较深刻的认识.双星系统是由两个星体构成,其中每个星体的线度(直径)都远小于两星体间的距离,一般双星系统距离其他星体很远,可以当做孤立系统处理.已知某双星系统中每个星体的质量都是M 0,两者相距L ,它们正围绕两者连线的中点做匀速圆周运动,引力常量为G . 求: ①该双星系统中星体的加速度大小a ; ②该双星系统的运动周期T .(2)微观世界与宏观世界往往存在奇妙的相似性.对于氢原子模型,因为原子核的质量远大于电子质量,可以忽略原子核的运动,形成类似天文学中的恒星-行星系统,记为模型Ⅰ.另一种模型认为氢原子的核外电子并非绕核旋转,而是类似天文学中的双星系统,核外电子和原子核依靠库仑力作用使它们同时绕彼此连线上某一点做匀速圆周运动,记为模型Ⅱ.已知核外电子的质量为m ,氢原子核的质量为M ,二者相距为r ,静电力常量为k ,电子和氢原子核的电荷量大小均为e .①模型Ⅰ、Ⅱ中系统的总动能分别用E k Ⅰ、 E k Ⅱ表示,请推理分析,比较E k Ⅰ、 E k Ⅱ的大小关系;②模型Ⅰ、Ⅱ中核外电子做匀速圆周运动的周期分别用T Ⅰ、T Ⅱ表示,通常情况下氢原子的研究采用模型Ⅰ的方案,请从周期的角度分析这样简化处理的合理性.【答案】(1) ①02GM a L = ②2T = (2) ①2k k II =2ke E E r=Ⅰ ②T T ⅠⅡ为M >>m ,可得T Ⅰ≈T Ⅱ,所以采用模型Ⅰ更简单方便. 【解析】 【详解】(1)①根据万有引力定律和牛顿第二定律有:2002GM M a L=解得02GM a L =②由运动学公式可知,224π2La T =⋅解得2T =(2)①模型Ⅰ中,设电子绕原子核的速度为v ,对于电子绕核的运动,根据库仑定律和牛顿第二定律有222ke mv r r=解得:22k 122ke E mv r==Ⅰ模型Ⅱ中,设电子和原子核的速度分别为v 1、v 2,电子的运动半径为r 1,原子核的运动半径为r 2.根据库仑定律和牛顿第二定律对电子有:22121mvker r=,解得22k11121=22keE mv rr=对于原子核有:22222=Mvker r,解得22k22221=22keE Mv rr=系统的总动能:E kⅡ=E k1+ E k2=()2212222ke ker rr r+=即在这两种模型中,系统的总动能相等.②模型Ⅰ中,根据库仑定律和牛顿第二定律有22224πkem rr T=Ⅰ,解得23224πmrTke=Ⅰ模型Ⅱ中,电子和原子核的周期相同,均为TⅡ根据库仑定律和牛顿第二定律对电子有221224πkem rr T=⋅Ⅱ,解得221224πke Trr m=Ⅱ对原子核有222224πkeM rr T=⋅Ⅱ,解得222224πke Trr M=Ⅱ因r1+r2=r,可解得:()23224πmMrTke M m=+Ⅱ所以有T M mT M+=ⅠⅡ因为M>>m,可得TⅠ≈TⅡ,所以采用模型Ⅰ更简单方便.3.竖直放置的平行金属板A、B带等量异种电荷(如图),两板之间形成的电场是匀强电场.板间用绝缘细线悬挂着的小球质量m=4.0×10-5kg,带电荷量q=3.0×10-7C,平衡时细线与竖直方向之间的夹角α=37°.求:(1)A、B之间匀强电场的场强多大?(2)若剪断细线,计算小球运动的加速度,小球在A、B板间将如何运动?【答案】(1)E=1×103N/C (2) 12.5m/s2【解析】【详解】(1)小球受到重力mg、电场力F和绳的拉力T的作用,由共点力平衡条件有:F=qE=mg tanα解得:537tan 410100.75 1.010N/C 310mg E q α--⨯⨯⨯===⨯⨯ 匀强电场的电场强度的方向与电场力的方向相同,即水平向右;(2)剪断细线后,小球做偏离竖直方向,夹角为37°匀加速直线运动,设其加速度为a 由牛顿第二定律有:cos mgma θ= 解得:212.5m/s cos ga θ== 【点睛】本题是带电体在电场中平衡问题,分析受力情况是解题的关键,并能根据受力情况判断此后小球的运动情况.4.一带正电的 A 点电荷在电场中某点的电场强度为 4.0×104N/C ,电荷量为+5.0×10-8 C 的 B 点电荷放在该点,求: (1)点电荷在该点受到的电场力?(2)若在该点放上一个电荷量为-2.0×10-8 C 的 C 点电荷,则该点的电场强度? 【答案】(1)3210N -⨯,方向由A 指向B (2)4410/N C ⨯,方向由A 指向B 【解析】 【分析】 【详解】 (1)方向:由A 指向B(2)若在该点放上一个电荷量为-2.0×10-8 C 的 C 点电荷,则该点的场强不变,仍为方向:由A 指向B5.在竖直平面内固定一半径为R=0.3m 的金属细圆环,质量为5m 310kg -=⨯的金属小球(视为质点)通过长为L=0.5m 的绝缘细线悬挂在圆环的最高点.小球带电荷量为62.510q C -=⨯时,发现小球在垂直圆环平面的对称轴上某点A 处于平衡状态,如图所示.已知静电力常量9229.010?/k N m C =⨯. 求:(1)细线的拉力F 的大小;(2)小球所在处的电场强度E 的大小?(3)金属细圆环不能等效成点电荷来处理,试应用微元法推导圆环带电量Q 表达式?(用字母R 、L 、k 、E 表示)【答案】(1) 4510N -⨯ (2) 160/N C (3) 254EL Q k =或322Q k L R=- 【解析】由几何关系:3cos 5R L θ==,224sin 5L R L θ-==,4tan 3θ= ①(1)对小球受力分析可知:cos mgF θ=② 由①②得:4510F N -=⨯ ③ (2)由平衡条件可得:tan qE mg θ= ④ 由①④得:160/E N C = ⑤ (3)由微元法,无限划分,设每一极小段圆环带电量为q ∆则:2sin qkE Lθ∆=∑ ⑥ 其中:q Q ∑∆=由①⑥得:254EL Q k =或322Q k L R=- ⑦ 点睛:因2QE kr =只能适用于真空中的点电荷,故本题采用了微元法求得圆环在小球位置的场强,应注意体会该方法的使用.库仑力的考查一般都是结合共点力的平衡进行的,应注意正确进行受力分析.6.如图,绝缘细杆AB 倾角为α,在杆上B 点处固定有一电荷量为Q 的正电荷.现将带正电的小球由距B 点竖直高度为H 的A 点处无初速释放,小球下滑过程中电荷量不变.己知小球的质量为m 、电荷量为q .不计小球与细杆间的摩擦,整个装置处在真空中.静电力常量为k ,重力加速度为g .求:(1)正电荷Q 在A 处产生的场强大小; (2)小球刚释放时的加速度大小;(3)若A 、B 间的距离足够大,小球动能最大时球与B 点间的距离.【答案】(1) 22sin A Q E k H α=(2)22sin sin kQq a g mH αα=- (3)sin kQq R mg α=【解析】 【详解】 (I)根据2QE kr= 又因为sin Hr α=所以22sin A QE kHα= (2)根据牛顿第二定律sin mg F ma α-=根据库仑定律Qq F kr= 解得22sin sin kQq a g mHαα=- (3)当小球受到的合力为零,即加速度为零时,动能最大 设此时小球与B 点间的距离为R ,则2sin kQqmg R α=解得sin kQqR mg α=答案:(1) 22sin A Q E k H α=(2)22sin sin kQq a g mH αα=- (3)sin kQq R mg α=二、必修第3册 静电场中的能量解答题易错题培优(难)7.如图甲所示,极板A 、B 间电压为U 0,极板C 、D 间距为d ,荧光屏到C 、D 板右端的距离等于C 、D 板的板长.A 板O 处的放射源连续无初速地释放质量为m 、电荷量为+q 的粒子,经电场加速后,沿极板C 、D 的中心线射向荧光屏(荧光屏足够大且与中心线垂直),当C 、D 板间未加电压时,粒子通过两板间的时间为t 0;当C 、D 板间加上图乙所示电压(图中电压U 1已知)时,粒子均能从C 、D 两板间飞出,不计粒子的重力及相互间的作用.求:(1)C 、D 板的长度L ;(2)粒子从C 、D 板间飞出时垂直于极板方向偏移的最大距离; (3)粒子打在荧光屏上区域的长度. 【答案】(1)02qU L t m =2)2102qU t y md =(3)21032qU t s s md∆== 【解析】试题分析:(1)粒子在A 、B 板间有20012qU mv = 在C 、D 板间有00L v t = 解得:02qU L t m=(2)粒子从nt 0(n=0、2、4……)时刻进入C 、D 间,偏移距离最大 粒子做类平抛运动 偏移距离2012y at = 加速度1qU a md=得:2102qU t y md=(3)粒子在C 、D 间偏转距离最大时打在荧光屏上距中心线最远ZXXK] 出C 、D 板偏转角0tan y v v θ=0y v at =打在荧光屏上距中心线最远距离tan s y L θ=+荧光屏上区域长度21032qU t s s md∆==考点:带电粒子在匀强电场中的运动【名师点睛】此题是带电粒子在匀强电场中的运动问题;关键是知道粒子在水平及竖直方向的运动规律和特点,结合平抛运动的规律解答.8.在一柱形区域内有匀强电场,柱的横截面积是以O 为圆心,半径为R 的圆,AB 为圆的直径,如图所示。
高中物理必修3物理 全册全单元精选试卷检测题(Word版 含答案)
高中物理必修3物理 全册全单元精选试卷检测题(Word 版 含答案)一、必修第3册 静电场及其应用解答题易错题培优(难)1.如图,ABD 为竖直平面内的绝缘轨道,其中AB 段是长为 1.25L m =的粗糙水平面,其动摩擦因数为0.1μ=,BD 段为半径R =0.2 m 的半圆,两段轨道相切于B 点,整个轨道处在竖直向下的匀强电场中,电场强度大小3510/E V m =⨯。
一带负电小球,以速度v 0从A 点沿水平轨道向右运动,接着进入半圆轨道后,恰能通过最高点D 点。
已知小球的质量为22.010m kg -=⨯,所带电荷量52.010q C -=⨯,g 取10 m/s 2(水平轨道足够长,小球可视为质点,整个运动过程无电荷转移),求:(1)带电小球在从D 点飞出后,首次在水平轨道上的落点与B 点的距离; (2)小球的初速度v 0。
【答案】(1)0.4m ;(2)2.5m /s 【解析】 【详解】(1)对小球,在D 点,有:2Dv mg qE m R-=得:1m/s D v =从D 点飞出后,做平抛运动,有:mg qE ma -=得:25.0m/s a =2122R at =得:0.4t s =0.4m D x v t ==(2)对小球,从A 点到D 点,有:22011()2222D mg qE L mg R qE R mv mv μ---⋅+⋅=- 解得:0 2.5m/s v =2.如图所示,在绝缘水平面上,相距L 的A 、B 两点处分别固定着两个带电荷量相等的正点电荷,a 、b 是AB 连线上的两点,其中4LAa Bb ==,O 为AB 连线的中点,一质量为m 、带电荷量为+q 的小滑块(可以看作质点)以初动能E 从a 点出发,沿直线AB 向b 点运动,其中小滑块第一次经过O 点时的动能为初动能的n 倍(1)n >,到达b 点时动能恰好为零,小滑块最终停在O 点重力加速度为g ,求: (1)小滑块与水平面间的动摩擦因数; (2)O 、b 两点间的电势差; (3)小滑块运动的总路程.【答案】(1)k02E mgL μ= (2)k0(21)2Ob n E U q -=- (3)214n s L +=【解析】 【详解】 (1)由4LAa Bb ==,0为AB 连线的中点知a 、b 关于O 点对称,则a 、b 两点间的电势差0ab U =;设小滑块与水平面间的摩擦力大小为f ,在滑块从a 点运动到b 点的过程中,由动能定理得k002ab LqU f E -⋅=- 又摩擦力f mg μ=解得2k E mgL μ=. (2)在滑块从O 点运动到b 点的过程中,由动能定理得004ob k LqU f nE -⋅=- 解得ko(21)2ob n E U q-=-. (3)对于小滑块从a 开始运动到最终在O 点停下的整个过程,由动能定理得000a x k qU f E -=-又(21)2kOaO Ob n E U U q-=-=解得214n s L +=.3.如图所示,质量为m 的小球A 穿在绝缘细杆上,杆的倾角为α,小球A 带正电,电量为q 。
高中物理必修3物理 全册全单元精选试卷检测题(WORD版含答案)
高中物理必修3物理 全册全单元精选试卷检测题(WORD 版含答案)一、必修第3册 静电场及其应用解答题易错题培优(难)1.(1)科学家发现,除了类似太阳系的恒星-行星系统,还存在许多双星系统,通过对它们的研究,使我们对宇宙有了较深刻的认识.双星系统是由两个星体构成,其中每个星体的线度(直径)都远小于两星体间的距离,一般双星系统距离其它星体很远,可以当做孤立系统处理.已知某双星系统中每个星体的质量都是M 0,两者相距L ,它们正围绕两者连线的中点做匀速圆周运动,引力常量为G .①求该双星系统中每个星体的线速度大小v ;②如果质量分别为m 1和m 2的质点相距为r 时,它们之间的引力势能的表达式为12p m m E Gr=-,求该双星系统的机械能. (2)微观世界与宏观世界往往存在奇妙的相似性.对于氢原子模型,因为原子核的质量远大于电子质量,可以忽略原子核的运动,形成类似天文学中的恒星-行星系统,记为模型Ⅰ.另一种模型认为氢原子的核外电子并非绕核旋转,而是类似天文学中的双星系统,核外电子和原子核依靠库仑力作用使它们同时绕彼此连线上某一点做匀速圆周运动,记为模型Ⅱ.假设核外电子的质量为m ,氢原子核的质量为M ,二者相距为r ,静电力常量为k ,电子和氢原子核的电荷量均为e .已知电荷量分别为+q 1和-q 2的点电荷相距为r 时,它们之间的电势能的表达式为12p q q E kr=-. ①模型Ⅰ、Ⅱ中系统的能量分别用E Ⅰ、 E Ⅱ表示,请推理分析,比较E Ⅰ、 E Ⅱ的大小关系; ②模型Ⅰ、Ⅱ中电子做匀速圆周运动的线速度分别用v Ⅰ、v Ⅱ表示,通常情况下氢原子的研究采用模型Ⅰ的方案,请从线速度的角度分析这样做的合理性.【答案】(1)①v =②202M G L -(2)①2-2ke r②模型Ⅰ的简化是合理的【解析】(1)① 22002/2M M v G L L =,解得 v =②双星系统的动能2200k 0012222GM GM E M v M L L =⨯==,双星系统的引力势能20P GM E L =-,该双星系统的机械能E=E k +E p =202M G L - (2)①对于模型Ⅰ:22I 2mv ke r r =,此时电子的动能E k Ⅰ=22ke r又因电势能2pI e E k r =-,所以E Ⅰ= E k Ⅰ+E p Ⅰ=2-2ke r对于模型Ⅱ:对电子有:22121mvker r=,解得22112mv rrke=对于原子核有:22222Mvker r=,解得22222Mv rrke=因为r1+r2=r,所以有22221222+mv r Mv rr ke ke=解得E kⅡ=2 221211222ke mv Mvr+=又因电势能2peE kr=-Ⅱ,所以EⅡ= E kⅡ+E pⅡ=2-2ker即模型Ⅰ、Ⅱ中系统的能量相等,均为2 -2 ker②解法一:模型Ⅰ中:对于电子绕原子核的运动有22II2=mvkem vr rω=,解得2I2=kevm rω模型Ⅱ中:对电子有:22II1II21=mvkem vr rω=,解得2II21=kevm rω对于原子核有:22222=ke MvM vr rω=,因ω1=ω2,所以mvⅡ=Mv又因原子核的质量M远大于电子的质量m,所以vⅡ>>v,所以可视为M静止不动,因此ω1=ω2=ω,即可视为vⅠ=vⅡ.故从线速度的角度分析模型Ⅰ的简化是合理的.②解法二:模型Ⅰ中:对于电子绕原子核的运动有22I2mvker r=,解得Iv模型Ⅱ中:库仑力提供向心力:222122=kemr Mrrωω== (1)解得12=r Mr m;又因为r1+r2=r所以1=Mrm M+2=mrm M+带入(1)式:ω=所以:()21=?ke M v r r m M m ω=+Ⅱ ()22=?ke mv r r m M Mω=+又因原子核的质量M 远大于电子的质量m ,所以v Ⅱ>>v ,所以可视为M 静止不动;故从线速度的角度分析模型Ⅰ的简化是合理的.2.“顿牟掇芥”是两千多年前我国古人对摩擦起电现象的观察记录,经摩擦后带电的琥珀能吸起小物体,现用下述模型分析研究。
高中物理必修3物理 全册全单元精选试卷检测题(Word版 含答案)
高中物理必修3物理全册全单元精选试卷检测题(Word版含答案)一、必修第3册静电场及其应用解答题易错题培优(难)1.在如图所示的竖直平面内,物体A和带正电的物体B用跨过定滑轮的绝缘轻绳连接,分别静止于倾角θ=37°的光滑斜面上的M点和粗糙绝缘水平面上,轻绳与对应平面平行.劲度系数k=5 N/m的轻弹簧一端固定在O点,一端用另一轻绳穿过固定的光滑小环D与A相连,弹簧处于原长,轻绳恰好拉直,DM垂直于斜面.水平面处于场强E=5×104N/C、方向水平向右的匀强电场中.已知A、B的质量分别为m A=0.1 kg和m B=0.2 kg,B所带电荷量q=+4×10-6 C.设两物体均视为质点,不计滑轮质量和摩擦,绳不可伸长,弹簧始终在弹性限度内,B电荷量不变.取g=10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8.(1)求B所受静摩擦力的大小;(2)现对A施加沿斜面向下的拉力F,使A以加速度a=0.6 m/s2开始做匀加速直线运动.A 从M到N的过程中,B的电势能增加了ΔE p=0.06 J.已知DN沿竖直方向,B与水平面间的动摩擦因数μ=0.4.求A到达N点时拉力F的瞬时功率.【答案】(1)f=0.4N (2)2.1336W【解析】试题分析:(1)根据题意,静止时,对两物体受力分析如图所示:由平衡条件所得:对A有:m A gsin θ=F T①对B有:qE+f0=F T②代入数据得f0=0.4 N ③(2)根据题意,A到N点时,对两物体受力分析如图所示:由牛顿第二定律得:对A有:F+m A gsin θ-F′T-F k sin θ=m A a ④对B有:F′T-qE-f=m B a ⑤其中f=μm B g ⑥F k =kx ⑦由电场力做功与电势能的关系得ΔE p =qEd ⑧ 由几何关系得x =-⑨A 由M 到N ,由v -v =2ax 得A 运动到N 的速度v =⑩拉力F 在N 点的瞬时功率P =Fv ⑪ 由以上各式,代入数据P =0.528 W ⑫考点:受力平衡 、牛顿第二定律、能量转化与守恒定律、功率【名师点睛】静止时,两物体受力平衡,列方程求解.A 从M 到N 的过程中做匀加速直线运动,根据牛顿第二定律,可列出力的关系方程.根据能量转化与守恒定律可列出电场力做功与电势能变化的关系方程.根据匀加速直线运动速度位移公式,求出运动到N 的速度,最后由功率公式求出功率.2.如图所示,在竖直平面内有一固定的光滑绝缘轨道,圆心为O ,半径为r ,A 、B 、C 、D 分别是圆周上的点,其中A 、C 分别是最高点和最低点,BD 连线与水平方向夹角为37︒。
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高中物理必修3物理 全册全单元精选试卷检测题(WORD 版含答案)一、必修第3册 静电场及其应用解答题易错题培优(难)1.(1)科学家发现,除了类似太阳系的恒星-行星系统,还存在许多双星系统,通过对它们的研究,使我们对宇宙有了较深刻的认识.双星系统是由两个星体构成,其中每个星体的线度(直径)都远小于两星体间的距离,一般双星系统距离其它星体很远,可以当做孤立系统处理.已知某双星系统中每个星体的质量都是M 0,两者相距L ,它们正围绕两者连线的中点做匀速圆周运动,引力常量为G .①求该双星系统中每个星体的线速度大小v ;②如果质量分别为m 1和m 2的质点相距为r 时,它们之间的引力势能的表达式为12p m m E Gr=-,求该双星系统的机械能. (2)微观世界与宏观世界往往存在奇妙的相似性.对于氢原子模型,因为原子核的质量远大于电子质量,可以忽略原子核的运动,形成类似天文学中的恒星-行星系统,记为模型Ⅰ.另一种模型认为氢原子的核外电子并非绕核旋转,而是类似天文学中的双星系统,核外电子和原子核依靠库仑力作用使它们同时绕彼此连线上某一点做匀速圆周运动,记为模型Ⅱ.假设核外电子的质量为m ,氢原子核的质量为M ,二者相距为r ,静电力常量为k ,电子和氢原子核的电荷量均为e .已知电荷量分别为+q 1和-q 2的点电荷相距为r 时,它们之间的电势能的表达式为12p q q E kr=-. ①模型Ⅰ、Ⅱ中系统的能量分别用E Ⅰ、 E Ⅱ表示,请推理分析,比较E Ⅰ、 E Ⅱ的大小关系; ②模型Ⅰ、Ⅱ中电子做匀速圆周运动的线速度分别用v Ⅰ、v Ⅱ表示,通常情况下氢原子的研究采用模型Ⅰ的方案,请从线速度的角度分析这样做的合理性.【答案】(1)①v =②202M G L -(2)①2-2ke r②模型Ⅰ的简化是合理的【解析】(1)① 22002/2M M v G L L =,解得 v =②双星系统的动能2200k 0012222GM GM E M v M L L =⨯==,双星系统的引力势能20P GM E L =-,该双星系统的机械能E=E k +E p =202M G L - (2)①对于模型Ⅰ:22I 2mv ke r r =,此时电子的动能E k Ⅰ=22ke r又因电势能2pI e E k r =-,所以E Ⅰ= E k Ⅰ+E p Ⅰ=2-2ke r对于模型Ⅱ:对电子有:22121mvker r=,解得22112mv rrke=对于原子核有:22222Mvker r=,解得22222Mv rrke=因为r1+r2=r,所以有22221222+mv r Mv rr ke ke=解得E kⅡ=2 221211222ke mv Mvr+=又因电势能2peE kr=-Ⅱ,所以EⅡ= E kⅡ+E pⅡ=2-2ker即模型Ⅰ、Ⅱ中系统的能量相等,均为2 -2 ker②解法一:模型Ⅰ中:对于电子绕原子核的运动有22II2=mvkem vr rω=,解得2I2=kevm rω模型Ⅱ中:对电子有:22II1II21=mvkem vr rω=,解得2II21=kevm rω对于原子核有:22222=ke MvM vr rω=,因ω1=ω2,所以mvⅡ=Mv又因原子核的质量M远大于电子的质量m,所以vⅡ>>v,所以可视为M静止不动,因此ω1=ω2=ω,即可视为vⅠ=vⅡ.故从线速度的角度分析模型Ⅰ的简化是合理的.②解法二:模型Ⅰ中:对于电子绕原子核的运动有22I2mvker r=,解得Iv模型Ⅱ中:库仑力提供向心力:222122=kemr Mrrωω== (1)解得12=r Mr m;又因为r1+r2=r所以1=Mrm M+2=mrm M+带入(1)式:ω=所以:()21=?ke M v r r m M m ω=+Ⅱ ()22=?ke mv r r m M Mω=+又因原子核的质量M 远大于电子的质量m ,所以v Ⅱ>>v ,所以可视为M 静止不动;故从线速度的角度分析模型Ⅰ的简化是合理的.2.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 (Q >0)的点电荷.在距离底部点电荷为h 2的管口A 处,有一电荷量为q (q >0)、质量为m 的点电荷由静止释放,在距离底部点电荷为h 1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:(1)定性分析点电荷做何运动?(从速度与加速度分析) (2)速度最大处与底部点电荷的距离 (3)运动到B 处的速度大小【答案】(1)先做加速度减小的加速,后做加速度增大的减速运动; (2)3KQq r mg=(3)2123()3B v g h h =-【解析】 【详解】(1)由题意知,小球应先做加速运动,再做减速运动,即开始时重力应大于库仑力;而在下落中,库仑力增大,故下落时加速度先减小,后增大;即小球先做加速度减小的加速,后做加速度增大的减速运动;(2)当重力等于库仑力时,合力为零,此时速度最大,23kQqF mg r 库==解得:3kQqr mg=(3)点电荷在下落中受重力和电库仑力,由动能定理可得:mgh +W E =0;即W E =-mgh ;当小球质量变为3m 时,库仑力不变,故库仑力做功不变,由动能定理可得:3mgh-mgh =123mv 2; 解得:2123()3B v g h h =- 点睛:本题综合考查动力学知识及库仑力公式的应用,解题的关键在于明确物体的运动过程;同时还应注意点电荷由静止开始运动,故开始时重力一定大于库仑力.3.如图所示,固定于同一条竖直线上的A 、B 是两个带等量异种电荷的点电荷,电荷量均为Q ,其中A 带正电荷,B 带负电荷,A 、B 相距为2d 。
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高中物理必修3物理 全册全单元精选试卷检测题(WORD 版含答案)一、必修第3册 静电场及其应用解答题易错题培优(难)1.如图所示,两块竖直放置的平行金属板A 、B ,两板相距d ,两板间电压为U ,一质量为m 的带电小球从两板间的M 点开始以竖直向上的初速度v 0运动,当它到达电场中的N 点时速度变为水平方向,大小变为2v 0 求(1)M 、N 两点间的电势差(2)电场力对带电小球所做的功(不计带电小球对金属板上电荷均匀分布的影响,设重力加速度为g )【答案】20MN Uv U dg=;【解析】 【详解】竖直方向上小球受到重力作用而作匀减速直线运动,则竖直位移大小为h =202v g小球在水平方向上受到电场力作用而作匀加速直线运动,则 水平位移x =022v t ⋅ h =2v t ⋅ 联立得,x =2h =20v g故M 、N 间的电势差为U MN =-Ex =-20v U d g =-20Uv gd从M 运动到N 的过程,由动能定理得 W 电+W G =12m 20(2)v -2012mv 所以联立解得W 电=202mv答:M 、N 间电势差为-20Uv gd,电场力做功202mv .2.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 (Q >0)的点电荷.在距离底部点电荷为h 2的管口A 处,有一电荷量为q (q >0)、质量为m 的点电荷由静止释放,在距离底部点电荷为h 1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:(1)定性分析点电荷做何运动?(从速度与加速度分析) (2)速度最大处与底部点电荷的距离 (3)运动到B 处的速度大小【答案】(1)先做加速度减小的加速,后做加速度增大的减速运动; (2)3KQqr mg=(3)2123()3B v g h h =-【解析】 【详解】(1)由题意知,小球应先做加速运动,再做减速运动,即开始时重力应大于库仑力;而在下落中,库仑力增大,故下落时加速度先减小,后增大;即小球先做加速度减小的加速,后做加速度增大的减速运动;(2)当重力等于库仑力时,合力为零,此时速度最大,23kQqF mg r 库==解得:3kQqr mg=(3)点电荷在下落中受重力和电库仑力,由动能定理可得:mgh +W E =0;即W E =-mgh ;当小球质量变为3m 时,库仑力不变,故库仑力做功不变,由动能定理可得:3mgh-mgh =123mv 2; 解得:2123()3B v g h h =- 点睛:本题综合考查动力学知识及库仑力公式的应用,解题的关键在于明确物体的运动过程;同时还应注意点电荷由静止开始运动,故开始时重力一定大于库仑力.3.如图所示,均可视为质点的三个物体A 、B 、C 在倾角为30°的光滑绝缘斜面上,A 绝缘,A 与B 紧靠在一起,C 紧靠在固定挡板上,质量分别为m A =0.43kg ,m B =0.20kg ,m C =0.50kg ,其中A 不带电,B 、C 的电荷量分别为q B =+2×10-5C 、q C =+7×10-5C 且保持不变,开始时三个物体均能保持静止。
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高中物理必修3物理 全册全单元精选试卷检测题(Word 版 含答案)一、必修第3册 静电场及其应用解答题易错题培优(难)1.如图所示,两块竖直放置的平行金属板A 、B ,两板相距d ,两板间电压为U ,一质量为m 的带电小球从两板间的M 点开始以竖直向上的初速度v 0运动,当它到达电场中的N 点时速度变为水平方向,大小变为2v 0 求(1)M 、N 两点间的电势差(2)电场力对带电小球所做的功(不计带电小球对金属板上电荷均匀分布的影响,设重力加速度为g )【答案】20MN Uv U dg=;【解析】 【详解】竖直方向上小球受到重力作用而作匀减速直线运动,则竖直位移大小为h =202v g小球在水平方向上受到电场力作用而作匀加速直线运动,则 水平位移x =022v t ⋅ h =2v t ⋅ 联立得,x =2h =20v g故M 、N 间的电势差为U MN =-Ex =-20v U d g =-20Uv gd从M 运动到N 的过程,由动能定理得 W 电+W G =12m 20(2)v -2012mv 所以联立解得W 电=202mv答:M 、N 间电势差为-20Uv gd,电场力做功202mv .2.如图所示,真空中有两个点电荷A 、B ,它们固定在一条直线上相距L =0.3m 的两点,它们的电荷量分别为Q A =16×10-12C ,Q B =4.0×10-12C ,现引入第三个同种点电荷C ,(1)若要使C 处于平衡状态,试求C 电荷的电量和放置的位置?(2)若点电荷A 、B 不固定,而使三个点电荷在库仑力作用下都能处于平衡状态,试求C 电荷的电量和放置的位置? 【答案】(1)见解析(2)1216109C -⨯ ,为负电荷 【解析】 【分析】 【详解】(1)由分析可知,由于A 和B 为同种电荷,要使C 处于平衡状态,C 必须放在A 、B 之间某位置,可为正电荷,也可为负电荷.设电荷C 放在距A 右侧x 处,电荷量为Q 3 ∵ AC BC F F = ∴ 132322()Q Q Q Q kk x L x =- ∴1222()Q Q x L x =- ∴ 4(L -x)2=x 2 ∴ x =0.2m即点电荷C 放在距A 右侧0.2m 处,可为正电荷,也可为负电荷.(2)首先分析点电荷C 可能放置的位置,三个点电荷都处于平衡,彼此之间作用力必须在一条直线上,C 只能在AB 决定的直线上,不能在直线之外.而可能的区域有3个, ① AB 连线上,A 与B 带同种电荷互相排斥,C 电荷必须与A 、B 均产生吸引力,C 为负电荷时可满足;② 在AB 连线的延长线A 的左侧,C 带正电时对A 产生排斥力与B 对A 作用力方向相反可能A 处于平衡;C 对B 的作用力为推斥力与A 对B 作用力方向相同,不可能使B 平衡;C 带负电时对A 产生吸引力与B 对A 作用力方向相同,不可能使A 处于平衡;C 对B 的作用力为吸引力与A 对B 作用力方向相反,可能使B 平衡,但离A 近,A 带电荷又多,不能同时使A 、B 处于平衡.③ 放B 的右侧,C 对B 的作用力为推斥力与A 对B 作用力方向相同,不可能使B 平衡; 由分析可知,由于A 和B 为同种电荷,要使三个电荷都处于平衡状态,C 必须放在A 、B 之间某位置,且为负电荷.设电荷C 放在距A 右侧x 处,电荷量为Q 3 对C :132322(0.3)Q Q Q Q kk x x =- ∴ x =0.2m 对B :321222()Q Q Q Q kk L L x =-∴ 12316109Q C -=⨯,为负电荷. 【点睛】此题是库仑定律与力学问题的结合题;要知道如果只是让电荷C 处于平衡,只需在这点的场强为零即可,电性不限;三个电荷的平衡问题,遵循:“两同加一异”、“两大加一小”的原则.3.如图所示,在竖直平面内有一质量m =0.5 kg 、电荷量q =+2×10-3 C 的带电小球,有一根长L =0.1 m 且不可伸长的绝缘轻细线系在一方向水平向右、分布的区域足够大的匀强电场中的O 点.已知A 、O 、C 点等高,且OA =OC =L ,若将带电小球从A 点无初速度释放,小球到达最低点B 时速度恰好为零,g 取10 m/s 2.(1)求匀强电场的电场强度E 的大小;(2)求小球从A 点由静止释放运动到B 点的过程中速度最大时细线的拉力大小; (3)若将带电小球从C 点无初速度释放,求小球到达B 点时细线张力大小. 【答案】(1)2.5×103 N/C (2)2-10) N (3)15N 【解析】 【详解】(1)小球到达最低点B 时速度为零,则0=mgL -EqL . E =2.5×103 N/C(2) 小球到达最低点B 时速度为零,根据对称性可知,达到最大速度的位置为AB 弧的中点,即当沿轨迹上某一点切线方向的合力为零时,小球的速度有最大值,由动能定理有12mv 2-0=mgL sin 45°-Eq (L -L cos 45°). m 2v L=F -2mg cos 45°. F =2-10) N.(3)小球从C 运动到B 点过程,由动能定理得2102mgL qEL mV +=-. 解得:24V =在B 点02(cos45)VT mg mL-=以上各式联立解得T=15N.4.如图所示,在绝缘的水平面上,相隔2L的,A、B两点固定有两个电量均为Q的正点电荷,C、O、D是AB连线上的三个点,O为连线的中点,CO=OD=L/2。一质量为m、电量为q的带电物块以初速度v0从c点出发沿AB连线向B运动,运动过程中物块受到大小恒定的阻力作用。当物块运动到O点时,物块的动能为初动能的n倍,到达D点刚好速度为零,然后返回做往复运动,直至最后静止在O点。已知静电力恒量为k,求:(1)AB两处的点电荷在c点产生的电场强度的大小;(2)物块在运动中受到的阻力的大小;(3)带电物块在电场中运动的总路程。【答案】(1)(2)(3)【解析】【分析】【详解】(1)设两个正点电荷在电场中C点的场强分别为E1和E2,在C点的合场强为E C;则12()2kQEL=;223()2kQEL=则E C=E1-E2解得:E C=2329kQL.(2)带电物块从C点运动到D点的过程中,先加速后减速.AB连线上对称点φC=φD,电场力对带电物块做功为零.设物块受到的阻力为f,由动能定理有:−fL=0−12mv02解得:212f mvL=(3)设带电物块从C到O点电场力做功为W电,根据动能定理得:220011222LW f n mv mv电=-⋅⋅-解得:()201214W n mv-电=设带电物块在电场中运动的总路程为S,由动能定理有:W电−fs=0−12mv02解得:s=(n+0.5)L【点睛】本题考查了动能定理的应用,分析清楚电荷的运动过程,应用动能定理、点电荷的场强公式与场的叠加原理即可正确解题.5.如图所示在粗糙绝缘的水平面,上有两个带同种正电荷小球M和N,N被绝缘座固定在水平面上,M在离N点r0处由静止释放,开始运动瞬间的加速度大小恰好为μg。
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高中物理必修3物理全册全单元精选试卷检测题(WORD版含答案)一、必修第3册静电场及其应用解答题易错题培优(难)1.如图所示,在光滑绝缘水平面上,质量为m的均匀绝缘棒AB长为L、带有正电,电量为Q且均匀分布.在水平面上O点右侧有匀强电场,场强大小为E,其方向为水平向左,BO距离为x0,若棒在水平向右的大小为QE/4的恒力作用下由静止开始运动.求:(1)棒的B端进入电场L/8时的加速度大小和方向;(2)棒在运动过程中的最大动能.(3)棒的最大电势能.(设O点处电势为零)【答案】(1)/8qE m ,向右(2)()48qE Lx+(3)0(2)6qE x L+【解析】【分析】【详解】(1)根据牛顿第二定律,得48QE L QEmaL-⋅=解得8QEam=,方向向右.(2)设当棒进入电场x时,其动能达到最大,则此时棒受力平衡,有4QE QExL⋅=解得14x L=由动能定理得:()0044()()42442448 K oQE QELQE QE L QE LE W x x x x x====+⨯∑+-+-+⨯(3)棒减速到零时,棒可能全部进入电场,也可能不能全部进入电场,设恰能全部进入电场,则有:()42QE QEx L L+-=,得 x0=L;()42QE QELL Lε+==当x0<L,棒不能全部进入电场,设进入电场x根据动能定理得()0042xQEQE Lx x x++--=解之得:28L L Lxx++=则28()4FL L LxQEW xε+++==当x0>L,棒能全部进入电场,设进入电场x()()42QE QEx x L QE x L+---=得:023x Lx+=则()()2424436QE x Lx LQE QEx xε+++⋅===2.A、B是两个电荷量都是Q的点电荷,相距l,AB连线中点为O。
现将另一个电荷量为q的点电荷放置在AB连线的中垂线上,距O为x的C处(图甲)。
(1)若此时q所受的静电力为F1,试求F1的大小。
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高中物理必修3物理 全册全单元精选测试卷检测题(Word 版 含答案)一、必修第3册 静电场及其应用解答题易错题培优(难)1.如图所示,ABCD 竖直放置的光滑绝缘细管道,其中AB 部分是半径为R 的1/4圆弧形管道,BCD 部分是固定的水平管道,两部分管道恰好相切于B .水平面内的M 、N 、B 三点连线构成边长为L 等边三角形,MN 连线过C 点且垂直于BCD .两个带等量异种电荷的点电荷分别固定在M 、N 两点,电荷量分别为+Q 和-Q.现把质量为m 、电荷量为+q 的小球(小球直径略小于管道内径,小球可视为点电荷),由管道的A 处静止释放,已知静电力常量为k,重力加速度为g.求:(1)小球运动到B 处时受到电场力的大小; (2)小球运动到C 处时的速度大小;(3)小球运动到圆弧最低点B 处时,小球对管道压力的大小.【答案】(1)2qQ k L (22gR (322229qQ k m g L ⎛⎫+ ⎪⎝⎭【解析】 【分析】 【详解】(1)设小球在圆弧形管道最低点B 处分别受到+Q 和-Q 的库仑力分别为F 1和F 2.则122qQ F F kL==① 小球沿水平方向受到的电场力为F 1和F 2的合力F ,由平行四边形定则得F=2F 1cos60° ② 联立①②得2qQF kL =③ (2)管道所在的竖直平面是+Q 和-Q 形成的合电场的一个等势面,小球在管道中运动时,小球受到的电场力和管道对它的弹力都不做功,只有重力对小球做功,小球的机械能守恒,有mgR =12mv C 2−0 ④ 解得2C v gR =(3)设在B 点管道对小球沿竖直方向的压力的分力为N By ,在竖直方向对小球应用牛顿第二定律得2B By v N mg m R-=⑥ v B =v C ⑦联立⑤⑥⑦解得N By =3mg⑧设在B 点管道对小球在水平方向的压力的分力为N Bx ,则2Bx qQN F kL ==⑨圆弧形管道最低点B 处对小球的压力大小为B N .⑩ 由牛顿第三定律可得小球对圆弧管道最低点B 的压力大小为B B N N '=2.我们可以借鉴研究静电场的方法来研究地球周围空间的引力场,如用“引力场强度”、“引力势”的概念描述引力场。
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高中物理必修3物理 全册全单元精选试卷检测题(WORD 版含答案)一、必修第3册 静电场及其应用解答题易错题培优(难)1.如图所示,在竖直平面内有一固定的光滑绝缘轨道,圆心为O ,半径为r ,A 、B 、C 、D 分别是圆周上的点,其中A 、C 分别是最高点和最低点,BD 连线与水平方向夹角为37︒。
该区间存在与轨道平面平行的水平向左的匀强电场。
一质量为m 、带正电的小球在轨道内侧做完整的圆周运动(电荷量不变),经过D 点时速度最大,重力加速度为g (已知sin370.6︒=,cos370.8︒=),求:(1)小球所受的电场力大小;(2)小球经过A 点时对轨道的最小压力。
【答案】(1)43mg ;(2)2mg ,方向竖直向上. 【解析】 【详解】(1)由题意可知 :tan 37mgF︒= 所以:43F mg =(2)由题意分析可知,小球恰好能做完整的圆周运动时经过A 点对轨道的压力最小. 小球恰好做完整的圆周运动时,在B 点根据牛顿第二定律有:2sin 37B v mgm r︒= 小球由B 运动到A 的过程根据动能定理有:()22111sin 37cos3722B A mgr Fr mv mv ︒︒--+=-小球在A 点时根据牛顿第二定律有:2AN v F mg m r+=联立以上各式得:2N F mg =由牛顿第三定律可知,小球经过A 点时对轨道的最小压力大小为2mg ,方向竖直向上.2.万有引力和库仑力有类似的规律,有很多可以类比的地方。
已知引力常量为G ,静电力常量为k 。
(1)用定义静电场强度的方法来定义与质量为M 的质点相距r 处的引力场强度E G 的表达式;(2)质量为m 、电荷量为e 的电子在库仑力的作用下以速度v 绕位于圆心的原子核做匀速圆周运动,该模型与太阳系内行星绕太阳运转相似,被称为“行星模型”,如图甲。
已知在一段时间内,电子走过的弧长为s ,其速度方向改变的角度为θ(弧度)。
求出原子核的电荷量Q ;(3)如图乙,用一根蚕丝悬挂一个金属小球,质量为m ,电荷量为﹣q 。
悬点下方固定一个绝缘的电荷量为+Q 的金属大球,蚕丝长为L ,两金属球球心间距离为R 。
小球受到电荷间引力作用在竖直平面内做小幅振动。
不计两球间万有引力,求出小球在库仑力作用下的振动周期。
【答案】(1)质量为M 的质点相距r 处的引力场强度的表达式为2GMr;(2)原子核的电荷量为2mv skeθ;(3)小球在库仑力作用下的振动周期为2Lm R kQq π【解析】 【详解】(1)根据电场强度的定义式方法,那么质量为M 的质点相距r 处的引力场强度E G 的表达式:2G F GME m r== (2)根据牛顿第二定律,依据库仑引力提供向心力,则有:22Qe v k m R R= 由几何关系,得sR θ=解得:2mv sQ keθ=(3)因库仑力:2Qq F R=等效重力加速度:2F kQq g m mR'== 小球在库仑力作用下的振动周期:22L Lm T R g kQqππ'==3.一带正电的 A 点电荷在电场中某点的电场强度为 4.0×104N/C ,电荷量为+5.0×10-8 C 的 B 点电荷放在该点,求: (1)点电荷在该点受到的电场力?(2)若在该点放上一个电荷量为-2.0×10-8 C 的 C 点电荷,则该点的电场强度? 【答案】(1)3210N -⨯,方向由A 指向B (2)4410/N C ⨯,方向由A 指向B 【解析】 【分析】 【详解】 (1)方向:由A 指向B(2)若在该点放上一个电荷量为-2.0×10-8 C 的 C 点电荷,则该点的场强不变,仍为方向:由A 指向B4.A 、B 是两个电荷量都是Q 的点电荷,相距l ,AB 连线中点为O 。
现将另一个电荷量为q 的点电荷放置在AB 连线的中垂线上,距O 为x 的C 处(图甲)。
(1)若此时q 所受的静电力为F 1,试求F 1的大小。
(2)若A 的电荷量变为﹣Q ,其他条件都不变(图乙),此时q 所受的静电力大小为F 2,求F 2的大小。
(3)为使F 2大于F 1,l 和x 的大小应满足什么关系?【答案】(1)223(())2lx+(2)223(())2lx+(3) 2l x>【解析】【详解】(1)设q为正电荷,在C点,A、B两电荷对q产生的电场力大小相同,为:22)4(A BkQqF Flx==+方向分别为由A指向C和由B指向C,如图:故C处的电场力大小为:F1=2F A sinθ方向由O指向C。
其中:224sinlxθ=+所以:3122224()kQqxF l x =+ (2)若A 的电荷量变为-Q ,其他条件都不变,则C 处q 受到的电场力:F 2=2F A cosθ其中:2224l cos l x θ=+所以:22223(4)kQqlF l x +=方向由B 指向A 。
(3)为使F 2大于F 1,则:22223(4)kQql F l x +=>3122224()kQqxF l x =+ 即:l >2x5.如图所示,一光滑斜面的直角点A 处固定一带电量为+q ,质量为m 的绝缘小球。
另一同样小球置于斜面顶点B 处,已知斜面长为L ,现把上部小球从B 点从静止自由释放,球能沿斜面从B 点运动到斜面底端C 处(静电力常量为k ,重力加速度为g )求:(1)小球从B 处开始运动到斜面中点D 处时的速度? (2)小球运动到斜面底端C 处时,球对斜面的压力是多大? 【答案】(1) 2D glv =2232'3N N kq F F L ==- 【解析】(1)由题意知:小球运动到D 点时,由于AD=AB ,所以有D B ϕϕ= 即0DB D B U ϕϕ=-=①则由动能定理得:21sin30022DB L mg qu mv ︒+=-② 联立①②解得2D gl v =③ (2)当小球运动到C 点时,对球受力分析如图所示则由平衡条件得:sin30cos30N F F mg +︒=︒库④由库仑定律得:()22cos30kq F l =︒库⑤联立④⑤得:22323N kq F mg L=-由牛顿第三定律即2232'3N N kq F F mg L==-.6.如图,在空间中水平面MN 的下方存在竖直向下的匀强电场,质量为m 的带电小球由MN 上方H 处的A 点以初速度v 水平抛出,从B 点进入电场,到达C 点时速度方向恰好水平,A 、B 、C 三点在同一直线上,且AB =2BC ,求:(1)A 、B 两点间的距离(2)带电小球在电场中所受的电场力【答案】2228v H H +mg【解析】 【详解】(1)小球在MN 上方做平抛运动竖直方向:212H gt = 水平方向:x vt =A 、B 两点间的距离22L H x =+联立以上各式解得222v HL H g=+ (2)带电小球进入电场后水平方向做匀速直线运动,竖直方向做匀减速直线运动,对带电小球运动的全过程,由动能定理得:()022H Hmg H F +-⋅= 解得F =3mg二、必修第3册 静电场中的能量解答题易错题培优(难)7.电容器作为储能器件,在生产生活中有广泛的应用。
实际中的电容器在外形结构上有多种不同的形式,但均可以用电容描述它的特性。
(1)在两个相距很近的平行金属板中间夹上一层绝缘物质就组成一个最简单的电容器,叫做平行板电容器。
图1为一平行板电容器的充电电路,在充电过程中两极板间电势差u 随电荷量q 的变化图像如图2所示。
类比直线运动中由v —t 图像求位移的方法,在图中画网格线表示当电荷量由Q 1增加到Q 2的过程中电容器增加的电势能;(2)同平行板电容器一样,一个金属球和一个与它同心的金属球壳也可以组成一个电容器,叫做球形电容器。
如图3所示,两极间为真空的球形电容器,其内球半径为R 1,外球内半径为R 2,电容为1221()R R C k R R =-,其中k 为静电力常量。
请结合(1)中的方法推导该球形电容器充电后电荷量达到Q 时所具有的电势能E p 的表达式; (3)孤立导体也能储存电荷,也具有电容:a.将孤立导体球看作另一极在无穷远的球形电容器,根据球形电容器电容的表达式推导半径为R 的孤立导体球的电容C '的表达式;b.将带电金属小球用导线与大地相连,我们就会认为小球的电荷量减小为0。
请结合题目信息及所学知识解释这一现象。
【答案】(1)见解析;(2)()221p 122kQ R R E R R -=;(3)a.RC k'=,b.见解析 【解析】 【分析】 【详解】 (1)如图所示(2)由电容的定义式可知球形电容器充电过程中两极板间电势差u 随电荷量q 的变化图像如下图所示,图中三角形面积表示电荷量达到Q 时电容器所具有的电势能E p 的大小,由图可得12p E QU =根据Q C U=可得22p Q E C= 将球形电容器电容的表达式代入可得22112()2P kQ R R E R R -=(3)a. 将孤立导体球看作另一极在无穷远的球形电容器,即1R R =,2R →∞代入球形电容器电容的表达式1221()R R C k R R =-可得R C k '=b. 根据a 中推得的孤立导体球的电容表达式R C k'=可知,球体的半径越大,其电容越大。
由于金属小球的半径远小于地球半径,所以地球的电容远大于小球的电容。
二者用导线连接,电势相同,根据Q =CU可知,地球的带电量远大于小球的带电量,电荷总量保持不变,所以可以认为小球的电荷量减小为0。
8.如图所示,真空室中电极K 发出的电子(初速度不计)经过电势差为U 1的加速电场加速后,沿两水平金属板C 、D 间的中心线射入两板间的偏转电场,电子离开偏转电极时速度方向与水平方向成45°,最后打在荧光屏上,已知电子的质量为m 、电荷量为e ,C 、D极板长为l ,D 板的电势比C 板的电势高,极板间距离为d ,荧光屏距C 、D 右端的距离为16.电子重力不计.求:(1)电子通过偏转电场的时间t 0; (2)偏转电极C 、D 间的电压U 2; (3)电子到达荧光屏离O 点的距离Y . 【答案】(1)12m l eU (2)12d U l (3)23l 【解析】 【分析】 【详解】(1)电子在离开B 板时的速度为v ,根据动能定理可得:2112eU mv = 得:12eU v m=电子进入偏转电场水平方向做匀速直线运动,则有:012l m t l v eU == (2)电子在偏转电极中的加速度:1eU a md=离开电场时竖直方向的速度:2012y U l ev at dmU == 离开电场轨迹如图所示:电子的速度与水平方向的夹角:21tan 45?=2y v U lvdU =解得:122dU U l=(3)离开电场的侧向位移:21012y at = 解得:12l y =电子离开电场后,沿竖直方向的位移:2tan 45=66l l y =︒ 电子到达荧光屏离O 点的距离:1223Y y y l =+= 【点睛】本题考查带电粒子在电场中的运动,要注意明确带电粒子的运动可分加速和偏转两类,加速一般采用动能定理求解,而偏转采用的方法是运动的合成和分解.9.如图所示,光滑水平面上方以CD 为界,右边有水平向右的匀强电场,电场强度大小E =104N/C,水平面上有质量为M =0.1kg 的绝缘板,板的右端A 恰好在边界CD 处,板上距A 端l =1.8m 放置一质量m 1=0.1kg 、带电量为q =-8×10-5 C 的小滑块P .质量为m 2=0.5kg 的小滑块Q 以初速度v 0=5.5m/s 从B 端滑入绝缘板,在与小滑块P 相遇前,小滑块P 已进入电场.已知小滑块P 、Q 与板之间的动摩擦因数分别为μ1=0.5、μ2=0.1,最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力.g =10m/s 2.求:(1)小滑块Q 刚滑上板时,滑块P 的加速度大小a 1; (2)小滑块P 进入电场后的加速度大小和方向;(3)若小滑块P 、Q 恰好在CD 边界相向相遇,AB 板的长度L . 【答案】(1)2.5m/s 2(2)3m/s 2;方向向右(3)12.52m 【解析】(1)设:小滑块P 与绝缘板一起向右加速运动.由牛顿第二定律:2211()m g m M a μ=+,解得:21 2.5m/s a =;对小滑块P ,由牛顿第二定律:1110.25N f m a ==,1max 1110.5N>f m g f μ==假设正确; (2)小滑块P 进入电场后,设:小滑块P 相对绝缘板运动,对绝缘板,由牛顿第二定律得:2211)m g m g M a μμ-=,解得:a =0,做匀速直线运动;对小滑块P ,由牛顿第二定律1111qE m g m a μ'-=,解得213m/s a '=,方向向左,假设正确;(3)设刚进入电场时小滑块P 的速度为v 1由运动学公式:1123m/s v a l ==, 滑块P 进入电场前运动的时间为1111.2s v t a ==, 设滑块P 回到CD 边界时间为t 2,由运动学公式:21212102v t a t '-=,解得22s t =; 对小滑块Q ,加速度大小为a 2,由牛顿第二定律得:2222m g m a μ=,2221m/s a g μ==;设:经过t 3时间,小滑块Q 与绝缘板共速,即:1023v v a t =-; 解得:0131222.5s<3.2s v v t t t a -==+=, 设:此后小滑块Q 与绝缘板共同做匀减速运动,其加速度大小为2a ', 由牛顿第二定律得:1122()m g m M a μ'=+, 解得:211225m/s 6m ga M m μ'==+, Q 相对于绝缘板的总位移:22103231113111()[()] 4.925m 22x v t a t a t v t t =--+-=, 小滑块P 相对于板的总位移:22131112321231()()() 5.796m 2x v t t v t t t a t t t '=-++--+-≈, 板的总长度为1212.52m L x x l =++≈.10.如图所示,竖直面内的光滑绝缘轨道,处于竖直向下的匀强电场中.一个带负电的小球从斜轨道上的A 点由静止释放,沿轨道滑下,已知小球的质量为m ,电荷量为-q ,匀强电场的场强大小为E ,斜轨道的倾角为α,圆轨道半径为R ,斜轨道与圆轨道平滑连接,小球的重力大于所受的电场力.(1) 求小球沿轨道滑下的加速度的大小;(2) 若使小球通过圆轨道顶端的B 点,求A 点距圆轨道最低点的竖直高度h 1至少为多大; (3) 若小球从距圆轨道最低点的竖直高度h 2=5R 处由静止释放,假设其能通过圆轨道顶端B 点,求从释放到B 点的过程中小球机械能的改变量. 【答案】(1)-mg qE sin m α()(2)52R (3)减少3qER .【解析】 【详解】(1)由牛顿第二定律有(mg -qE )sin α=ma解得a =-mg qE sin mα()(2)球恰能过B 点有:mg -qE =m 2Bv R①由动能定理,从A 点到B 点过程,则有:2112()()02B mg qE h R mv ---=②由①②解得h 1=52R . (3)从释放到B 的过程中,因电场力做的总功为负功,电势能增加,则增加量:ΔE =qE (h 2-2R )=qE (5R -2R )=3qER .由能量守恒定律得机械能减少,且减少量为3qER . 答案:(1)-mg qE sin m α()(2)52R (3)减少3qER .11.如图,带电荷量为q =+2×10-3C 、质量为m =0.1kg 的小球B 静置于光滑的水平绝缘板右端,板的右侧空间有范围足够大的、方向水平向左、电场强度E =103N/C 的匀强电场.与B 球形状相同、质量为0.3kg 的绝缘不带电小球A 以初速度0v =10m/s 向B 运动,两球发生弹性碰撞后均逆着电场的方向进入电场,在电场中两球又发生多次弹性碰撞,已知每次碰撞时间极短,小球B 的电荷量始终不变,重力加速度g 取10m/s 2求: (1)第一次碰撞后瞬间两小球的速度大小; (2)第二次碰撞前瞬间小球B 的动能;(3)第三次碰撞的位置【答案】25.(1)5m/s ;15m/s (2)6.25J ;(3)第三次碰撞的位置是在第一次碰撞点右方5m 、下方20m 处. 【解析】 【分析】 【详解】(1)第一次碰撞时,两小球动量守恒,即3mv 0=3mv 1+mv 2机械能守恒,即22201211133222mv mv mv ⋅=⋅+ 解得碰后A 的速度v 1=5m/s ,B 的速度v 2=15m/s(2)碰后AB 两球进入电场,竖直方向二者相对静止均做自由落体运动;水平方向上,A 做匀速运动,B 做匀减速直线运动,其加速度大小a B =qEm=20m/s 2 设经过t 时间两小球再次相碰,则有v 1t =v 2t -12a B t 2 解得t =1s此时,B 的水平速度为v x =v 2-a B t =-5 m/s (负号表明方向向左) 竖直速度为v y =gt =10 m/s 故第二次碰前B 的动能22211() 6.2522KB B x y E mv m v v J ==+= (3)第二次碰撞时,AB 小球水平方向上动量守恒''1133x x mv mv mv mv +=+ 机械能守恒,即2222'2'2'2'21111113()()3()()2222y x y y x y m v v m v v m v v m v v ⋅++⋅+=⋅++⋅+ 解得第二次碰后水平方向A 的速度'10v =,B 的速度'x v =10m/s故第二次碰撞后A 竖直下落(B 在竖直方向上的运动与A 相同), 水平方向上, B 做匀减速直线运动,设又经过t '时间两小球第三次相碰,则有 '21'02x B v t a t -= 解得t '=1s因此,第三次相碰的位置在第一次碰撞点右方x =v 1t =5m 下方y =12g (t +t ')2=20m12.如图所示,电荷量均为+q 、质量分别为m 和2m 的小球A 和B ,中间连接质量不计的细绳,在竖直方向的匀强电场中做初速度为0,加速度为a =6g的匀加速上升运动,当速度为v 0时细绳突然断开.(不考虑电荷间的相互作用)求:(1)电场强度大小;(2)自绳断开至球B 速度为零的过程中,两球组成系统的机械能增量为多少? 【答案】(1)74mg q(2)63m 20v 【解析】受力分析,由牛顿第二定律列式求解;根据运动学公式,及电场力做功导致系统的机械能增加,即可求解.(1)设电场强度为E ,把小球A 、B 看作一个系统,由于绳未断前两球均做匀加速运动,则有:233qE mg ma -= 解得:74mgE q=(2)细绳断后,根据牛顿第二定律得:A qE mg ma -= 得34A ga =方向向上; 22B qE mg ma -= 得8B ga =-(负号表示方向向下) 设自绳断开到球B 速度为零的时间为t ,则有:00B v a t =+ ,解得08v t g=在该时间内A 的位移为:2200321 2A A v s v t a t g=+= 由功能关系知,电场力对A 做的功等于物体A 的机械能增量,2056A A E qEs mv ∆==同理对球B 得:220041 2B B v s v t a t g =+= 207B B E qEs mv ∆==解得2063A B E E E mv ∆=∆+∆=【点睛】考查牛顿第二定律及运动学公式的应用,掌握机械能守恒条件,理解除重力之外的力做功导致机械能变化.三、必修第3册 电路及其应用实验题易错题培优(难)13.有一只标识为“2.5 V,0.5 A”的小灯泡,小华想测定其伏安特性曲线,实验室所供选择的器材除了导线和开关外,还有以下一些器材可供选择:编号器材名称规格与参数A电源E电动势为3.0V,内阻不计B电流表A1量程0~10mA,内阻200ΩC电流表A2量程0~600mA,内阻2ΩD电阻箱R阻值999.99ΩE滑动变阻器R1最大阻值10ΩF滑动变阻器R2最大阻值2kΩ(1)为了达到实验目的需要组装一个量程为3.0 V的电压表,那么电阻箱的阻值应调到________ Ω;(2)为了减小实验误差,实验中滑动变阻器应选择________(选填器材前面的编号);(3)请帮助小华设计一个电路,要求使误差尽量小,并将电路图画在图1虚线框内________;(4)小华在实验中用电流表和改装后的电压表测得数据并记录在下表中,请根据表格中的数据在图2方格纸上作出该小灯泡的伏安特性曲线_________;电压U/V00.5 1.0 1.5 2.0 2.5电流I/A00.170.300.390.450.49(5)将一个电动势为1.5V,内阻为3Ω的电源直接接在该小灯泡的两端,则该小灯泡的实际功率为________W(结果保留1位有效数字).【答案】100 E 0.2【解析】 【详解】(1)[1]由题意可知,本实验应采用伏安法测量伏安特性曲线,由表中数据可知,电流大小最大约为0.49A ,因此电流表应采用A 2,故只能采用A 1与电阻箱串联的方式进行改装,由串并联电路规律可知32000.01R ⎛⎫=- ⎪⎝⎭Ω=100Ω(2)[2]由于本实验采用滑动变阻器分压接法,所以只能选用总阻值较小的E ; (3)[3]本实验应采用滑动变阻器分压接法,由于电流表内阻较小,故应采用电流表外接法,故原理图如图所示(4)[4]根据描点法可得出对应的伏安特性曲线如图所示(5)[5]在灯泡伏安特性曲线中作出电源的伏安特性曲线,两图的交点表示灯泡的工作点,由图可知,电压U =0.8V ,电流I =0.22A ,则功率0.80.22P UI ==⨯W 0.2≈W【点睛】明确实验原理,根据电路的改装规律可明确电阻箱应接入电阻;根据滑动变阻器的作用可确定应选择的滑动变阻器;根据实验原理进行分析,从而明确应采用的电路图;根据描点法可得出对应的图象;在灯泡伏安特性曲线中作出电源的伏安特性曲线,两图的交点表示灯泡的工作点,从而确定电压和电流,由功率公式即可确定电功率.14.某物理兴趣小组要精确测定一个额定电压为3 V的节能灯正常工作时的电阻.已知该灯正常工作时的电阻约为500 Ω.实验室提供的器材有:A.电流表A(量程2 mA,内阻R A=15 Ω)B.定值电阻R1=1 985 ΩC.滑动变阻器R(0~10 Ω)D.电压表V(量程12 V,内阻R V=1 kΩ)E.蓄电池E(电动势为12 V,内阻r很小)F.开关S一个,导线若干(1)要精确测定节能灯正常工作时的电阻应采用下面电路图中的________.(2)选择正确的电路进行实验,若电压表的示数用U表示,电流表的示数用I表示,写出测量节能灯电阻的表达式R x=________________(用题目中给出的相应字母表示).(3)为了测出节能灯正常工作时的电阻,电流表的示数必须调为I=__________mA,若此时电压表的读数U=7.6 V,则节能灯正常工作时的电阻为________Ω.【答案】C()1V AVIR R RU IR+-1.5 492【解析】【详解】(1)因节能灯正常工作时的电压为3 V,比电压表的量程小得多,不能用电压表直接测节能灯的工作电压,节能灯正常工作时的电流I=3=500URA=6 mA,大于电流表量程,所以不能用电流表直接测通过节能灯的电流,因电压表允许通过的最大电流为12 mA,电流表与定值电阻串联后的电压达4 V,所以可将电压表当做电流表使用,电流表与定值电阻串联当电压表使用,由相关量的关系可知电压表V应采用外接方式,又由于滑动变阻器的阻值远小于待测电阻,所以滑动变阻器要接成分压式,正确的电路图是C.(2)由电路结构及欧姆定律可知R x=1()AVI R RUIR+-=1()V AVIR R RU IR+-.(3)因节能灯正常工作时的电压为3 V,此时对应的电流表示数为I=1.5 mA,将U和I代入表达式可得节能灯正常工作时的电阻为492 Ω.本题的难点在于电流表的量程偏小,无法测电流,电压表的量程偏大,测量电压偏大,最后需通过改装,用电流表测电压,电压表测电流.15.要测绘一个标有“3V 0.6W”小灯泡的伏安特性曲线,要求灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到3V,并便于操作.已选用的器材有:直流电源(电压为4V);电流表(量程为0—0.6A.内阻约0.2Ω);电压表(量程为0--3V);电键一个、导线若干.①实验中所用的滑动变阻器应选下列中的_______(填字母代号).A.滑动变阻器(最大阻值10Ω,额定电流1A)B.滑动变阻器(最大阻值1kΩ,额定电流0.3A)②(1)为了设计合理的实验方案,某同学用多用电表来粗略测量电压表的内阻,表盘读数及开关选择档位,如下图所示,则其阻值约为______________;测量时多用电表的红表笔应接电压表的___________(填正或者负)接线柱.(2)选出既满足实验要求,又要减小误差的实验电路图________.下图为某同学在实验过程中完成的部分电路连接的情况,请你帮他完成其余部分的线路连接.(电路中仅缺少2条导线,请用笔代替导线连上)_____【答案】A 3.6KΩ负丙电路图见解析【解析】【详解】① [1].实验中滑动变阻器要用分压电路,故所用的滑动变阻器应选阻值较小的A;②(1)[2][3].电压表的内阻值约为36×100Ω=3.6KΩ;测量时多用电表的红表笔应接电压表的负接线柱.(2)[4].实验要求灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到3V,则滑动变阻器应采用分压接法,灯泡正常发光时的电阻为23150.6R==Ω,电流表内阻远小于灯泡电阻,所以电流表应采用外接法,因此实验电路应选丙;电路连线如图;16.某学习小组在做“测定金属丝的电阻率”的实验时,用了两个电压表,目的是可以同时测定电源的电动势和内阻,电路图如图甲所示,实验室可选用的器材有:A.金属丝(阻值几欧)B.电池(电动势3V左右,内阻几欧)C.电压表两个(量程3V,内阻很大)D.电流表(量程0.6A,内阻0.2Ω左右)E.电流表(量程3A,内阻0.04Ω左右)F.滑动变阻器(0〜2kΩ)G.滑动变阻器(0〜20Ω)H.毫米刻度尺,螺旋测微器I.开关,导线若干(1)实验前在选用器材时,电流表应选择_____,滑动变阻器应选择_____;(均填器材前的(2)测得金属丝的长度为0.5023m;在测金属丝直径时,螺旋测微器的测量结果如图乙所示,则金属丝的直径为______mm;(3)实验过程中电压表V1、V2与电流表A的测量结果已经在图丙中的图像中描出,由U—I 图像可得,电源的电动势为_____V,电源的内阻为_____Ω,金属丝的电阻为____Ω;(均保留三位有效数字)(4)由电阻定律可得,金属丝的电阻率为______Ω⋅m(保留两位有效数字)。