2018学年高中物理粤教版选修3-1模块综合测评 含解析

模块综合测评
(时间：60分钟满分：100分)
一、选择题(本题共8小题，每小题6分，共48分．在每小题给出的四个选项中，第1～5题只有一项符合题目要求，第6～8题有多项符合题目要求，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分．)
1．我们经常看到这样的情景，在春天来临之际，裸露的高压输电线上会有铁序地站满燕子．即使输电线上的电压很高，但燕子仍很安全，没有被击伤．下列分析正确的是()
A．燕子本身是绝缘体，不能导电
B．燕子自身能耐高压
C．燕子两脚之间的电压趋近于零
D．燕子的电阻无穷大流过燕子的电流几乎为零
【解析】燕子两脚间输电线的电阻非常小，由U＝IR可知燕子两脚间电压几乎为零，C正确．
【答案】 C
2．如图1所示，在电场强度为E、方向水平向右的匀强电场中，A、B为一竖直线上的两点，相距为L，外力F将质量为m、带电荷量为q的粒子从A点匀速移到B点，重力不能忽略，则下列说法中正确的是()
图1
A．外力的方向水平
B．外力的方向竖直向上
C．外力的大小等于qE＋mg
D．外力的大小等于(qE)2＋(mg)2
【解析】由受力平衡知F＝(qE)2＋(mg)2，方向应与重力和电场力的合力方向相反．
【答案】 D
3．如图2所示，两平行光滑金属导轨CD 、PQ 间距为L ，与电动势为E 、内阻为r 的电源相连，质量为m 、电阻为R 的金属棒ab 垂直于导轨放置构成闭合回路，回路平面与水平面成θ角，回路其余电阻不计．在空间施加匀强磁场可以使ab 棒静止，则磁场的磁感应强度的最小值及其方向分别为( )
图2
A.mg (R ＋r )EL ，水平向右
B.mg (R ＋r )sin θEL
，垂直于回路平面向下 C.
mgR tan θEL ，竖直向下 D.mgR sin θEL ，垂直于回路平面向下
【解析】 从图象可以看出，当安培力沿斜面向上时，安
培力最小；故安培力的最小值为F A ＝mg sin θ，故磁感应强度的
最小值为B ＝F A IL ＝mg sin θIL ，根据欧姆定律，有E ＝I (R ＋r )，B
＝mg (R ＋r )sin θEL
，垂直于回路平面向下，B 正确． 【答案】 B
4．(2016·济南高二检测)如图3所示，闭合开关S ，电路稳定后，水平放置的平行金属板间的带电质点P 处于静止状态，若将滑动变阻器R 2的滑片向a 端移动，则( )
图3
A. 电压表读数增大B．电流表读数减小
C．R1消耗的功率减小D．质点P将向下运动
【解析】由题图可知，R1与滑动变阻器串联；电容器与变阻器并联；当滑片向a端移动时，滑动变阻器接入电阻减小，总电阻减小；由闭合电路欧姆定律可知，电路中电流增大；路端电压减小，同时R1两端的电压也增大，所以电压表示数减小，电流表示数增大，故AB错误．流过R1的电流增大，由公式P ＝I2R知R1消耗的功率增大，故C错误．电容器板间电压减小，板间电场强度减小，故质点P受到的向上电场力减小，则重力大于电场力，质点P将向下运动，故D正确．
【答案】 D
5．(2016·绵阳高二检测)分别置于a、b两处的长直导线垂直纸面放置，通有大小相等的恒定电流，方向如图4所示，a、b、c、d在一条直线上，且ac＝cb ＝bd.已知c点的磁感应强度大小为B1，d点的磁感应强度大小为B2.若将b处导线的电流切断，则()
图4
A．c点的磁感应强度大小变为1
2B1，d点的磁感应强度大小变为
1
2B1－B2
B．c点的磁感应强度大小变为1
2B1，d点的磁感应强度大小变为
1
2B2－B1
C．c点的磁感应强度大小变为B1－B2，d点的磁感应强度大小变为1
2B1－B2
D．c点的磁感应强度大小变为B1－B2，d点的磁感应强度大小变为1
2B2－B1
【解析】c点的磁场是分别置于a、b两处的长直导线中电流产生的．由安培定则可知分别置于a、b两处的长直导线在c点产生的磁场方向相同，a、b
两处的长直导线在c点产生的磁场的磁感应强度大小为B1
2.由对称性可知，b处的
长直导线在d点产生的磁场的磁感应强度大小为B1
2，方向向下．a处的长直导线
在d点产生的磁场的磁感应强度大小为B1
2－B2.若将b处导线的电流切断，则c
点的磁感应强度大小变为B1
2，d点的磁感应强度大小变为
B1
2－B2，选项A正确．
【答案】 A
6．(2015·海南高考)如图5所示，两电荷量分别为Q(Q>0)和－Q的点电荷对称地放置在x轴上原点O的两侧，a点位于x轴上O点与点电荷Q之间，b点位于y轴O点上方．取无穷远处的电势为零．下列说法正确的是() 【导学号：30800052】
图5
A．b点电势为零，电场强度也为零
B．正的试探电荷在a点的电势能大于零，所受电场力方向向右
C．将正的试探电荷从O点移到a点，必须克服电场力做功
D．将同一正的试探电荷先后从O、b两点移到a点，后者电势能的变化较大
【解析】因为等量异种电荷在其连线的中垂线为等势线，因为中垂线延伸到无穷远处，所以中垂线的电势为零，故b点的电势为零，但是电场强度不为零，A错误；等量异种电荷连线上，电场方向由正电荷指向负电荷，方向水平向右，在中点O处电势为零，O点左侧电势为正，右侧电势为负，又知道正电荷在正电势处电势能为正，故B正确；O点的电势低于a点的电势，将正的试探电荷从O点移到a点，电场力做负功，所以必须克服电场力做功，C正确；O点和b 点的电势相等，所以先后从O、b两点移到a点，电场力做功相等，电势能变化相同，D错误．故选B、C.
【答案】BC
7．如图6所示，正方形容器处于匀强磁场中，一束电子从a孔射入容器，其中一部分从c孔射出，一部分从d孔射出，不计重力，则()
图6
A ．从两孔射出的电子在容器中运动时的半径之比为R c ∶R d ＝1∶2
B ．从两孔射出的电子在容器中运动时间之比为t c ∶t d ＝1∶2
C ．从两孔射出的电子速率之比为v c ∶v d ＝2∶1
D ．从两孔射出的电子在容器中运动时的加速度之比为a c ∶a d ＝2∶1
【解析】 设正方形边长为L ，电子从c 点射出，d 孔处为圆心，R c ＝L ，圆
心角θc ＝π2，由R ＝m v Bq ，得v c ＝eBL m ，运动时间t c ＝T 4＝πm 2Be .电子从d 点射出，ad
中点为圆心，R d ＝12L ，圆心角θd ＝π，所以v d ＝eBL 2m ，t d ＝T 2＝πm Be ，故v c ∶v d ＝2∶
1，t c ∶t d ＝1∶2.电子做匀速圆周运动，则F 洛＝F 向＝ma ，a ＝F 洛m ＝e v B m ，a c a d ＝v c v d
＝21，B 、C 正确，A 、D 错误．
【答案】 BC
8．如图7所示为一种质谱仪的示意图，其由加速电场、静电分析器和磁分析器组成．若静电分析器通道中心线的半径为R ，通道内均匀辐射的电场在中心线处的电场强度大小为E ，磁分析器内有范围足够大的有界匀强磁场，磁感应强度大小为B ，方向垂直纸面向外．一质量为m 、电荷量为q 的粒子从静止开始经加速电场加速后沿中心线通过静电分析器，由P 点垂直边界进入磁分析器，最终打到胶片上的Q 点．不计粒子重力．下列说法正确的是( )
图7
A ．极板M 比极板N 的电势高
B ．加速电场的电压U ＝ER
C ．直径PQ ＝2B qmER
D ．若一群粒子从静止开始经过上述过程都落在胶片上同一点，则该群粒子具有相同的比荷
【解析】 粒子在磁场中由P 点运动到Q 点，根据左手定则可判断粒子带正电，由极板M 到极板N 粒子做加速运动，电场方向应由极板M 指向极板N ，
所以极板M 比极板N 的电势高，A 正确；由Eq ＝m v 2R 和qU ＝12m v 2可得，U ＝12ER ，
B 错误；由Eq ＝m v 2R 和Bq v ＝m v 2PQ 2可得PQ ＝2B
mER q ，C 错误；由于一群粒子
从静止开始经过题述过程都落在胶片上的同一点，又U 、E 、R 、B 都相同，由以
上式子可得m q 相同，故该群粒子的比荷相同，D 正确．
【答案】 AD
二、非选择题(本题共4小题，共52分．按题目要求作答)
9．
(12分)学校实验室新进了一批低阻值的绕线电阻，已知绕线金属丝是某种合金丝，电阻率为ρ.要测算绕线金属丝长度，进行以下实验：
图8
(1)先用多用电表粗测金属丝的电阻．正确操作后转换开关的位置指示和表盘示数如图8所示，则金属丝的电阻约为________Ω.
(2)用螺旋测微器测金属丝的直径d .
(3)在粗测的基础上精确测量绕线金属丝的阻值R .实验室提供的器材有： 电流表A 1(量程0～3 A ，内阻约为0.5 Ω)
电流表A 2(量程0～0.6 A ，内阻约为3 Ω)
电压表V1(量程0～3 V，内阻约3 kΩ)
电压表V2(量程0～15 V，内阻约18 kΩ)
定值电阻R0＝3 Ω
滑动变阻器R1(总阻值5 Ω)
滑动变阻器R2(总阻值100 Ω)
电源(电动势E＝6 V，内阻约为1 Ω)
开关和导线若干．
①还需要先利用实验室提供的器材较准确测量将选用的电流表的内阻．测量电路的一部分可选用以下电路中的________．
图9
②请在给出的器材中选出合理的器材，在虚线框内画出精确测量绕线金属丝阻值的完整电路(要求在图10中标明选用的器材标号)．
图10
(4)绕线金属丝长度为________(用字母R、d、ρ和数学常数表示)．
【解析】(1)由于欧姆表置于“×1”挡，所以应按×1倍率读数，即1×9 Ω＝9 Ω.
(3)①A、B选项中电表测量不准确，选项A、B错误；可将电流表A2与定值电阻串联然后再与电压表并联，如选项C所示；或因电流表A2的满偏电流小于A1的满偏电流，可将定值电阻与电流表A2并联再与A1串联，如选项D所示．②又由于滑动变阻器R1的最大电阻小于待测金属丝的电阻，所以变阻器应用分压
式接法，已知内阻的准确值，可内接．(4)根据电阻定律R＝ρL
S，S＝π(
d
2)
2，解
得L＝πRd2 4ρ.
【答案】(1)9(或9.0)(3)①CD②电路如图(分压内接)
(4)πRd 2
4ρ
10．(12分)在“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，需要用伏安法测定小灯泡两端的电压和通过小灯泡的电流，除开关、导线外，还有如下器材：
A ．小灯泡“6 V 3 W”
B ．直流电源6～8 V
C ．电流表(量程3 A ，内阻0.2 Ω)
D ．电流表(量程0.6 A ，内阻1 Ω)
E ．电压表(量程6 V ，内阻20 kΩ)
F ．电压表(量程20 V ，内阻60 kΩ)
G ．滑动变阻器(0～20 Ω、2 A)
H ．滑动变阻器(0～1 kΩ、0.5 A)
(1)把实验所用到的器材按字母的先后顺序填入空中：________
(2)在如图的虚线框内画出最合理的实验原理图：
【解析】 (1)灯泡额定电流I ＝P U ＝36 A ＝0.5 A ，电流表应选D ：电流表(量
程0.6 A ，内阻1 Ω)；
灯泡额定电压6 V ，电压表应选E ：电压表(量程6 V ，内阻20 kΩ)；
为方便实验操作，滑动变阻器应选G ：滑动变阻器(0～20 Ω、2 A)．
(2)描绘灯泡伏安特性曲线滑动变阻器应采用分压接法；
灯泡正常工作时电阻为R ＝U I ＝60.5Ω＝12 Ω，R R A
＝12 Ω1 Ω＝12， R V R ＝20 000Ω12 Ω≈1 666.7，R V R >R R A ，电流表应采用外接法，实验电路图如图所
示．
【答案】 (1)ABDEG
(2)如图．
11. (14分)如图11所示，长L ＝0.4 m 的两平行金属板A 、B 竖直放置，相距d ＝0.02 m ，两板间接入恒定电压为182 V ，B 板接正极，一电子质量m ＝9.1×10－31 kg ，电荷量e ＝1.6×10－19 C ，以v 0＝4×107 m/s 的速度紧靠A 板向上射入电场中，不计电子的重力．问电子能否射出电场？若能，计算在电场中的偏转距离；若不能，在保持电压不变的情况下，B 板至少平移多少，电子才能射出电场？ 【导学号：30800053】
图11
【解析】 设电子能射出极板，则
t ＝L v 0＝0.44×107s ＝10－8 s 水平方向加速度a ＝Ue md
代入数据得a ＝1.6×1015 m/s 2
y ＝12at 2＝0.08 m ＞d ，故不能射出．
若恰能射出，则B 板需向右移动，板间距变为d ′，则
d ′＝12eU md ′
t 2 d ′＝t eU 2m ＝10－8× 1.6×10－19×1822×9.1×10－31
m ＝0.04 m Δd ＝d ′－d ＝0.02 m .
【答案】见解析
14. (14分)如图12所示，一带电微粒质量为m＝2.0×10－11kg、电荷量q＝＋1.0×10－5 C，从静止开始经电压为U1＝100 V的电场加速后，从两平行金属板的中间水平进入偏转电场中，微粒从金属板边缘射出电场时的偏转角θ＝30°，并接着进入一个方向垂直纸面向里、宽度为D＝34.6 cm的匀强磁场区域．微粒重力忽略不计．求：
图12
(1)带电微粒进入偏转电场时的速率v1.
(2)偏转电场中两金属板间的电压U2.
(3)为使带电微粒不会由磁场右边射出，该匀强磁场的磁感应强度B至少多大？
【解析】(1)带电微粒经加速电场加速后速率为v1，
根据动能定理，U1q＝1
2m v
2
1
，
v1＝2U1q
m＝1.0×10
4 m/s.
(2)带电微粒在偏转电场中只受电场力作用，设微粒进入磁场时的速度为v′，则
v′＝
v1
cos 30°，得出v′＝
23
3
v1.
由动能定理有1
2m(v′
2－v2
1
)＝q
U2
2，
解得U2＝66.7 V.
(3)带电微粒进入磁场做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，设微粒恰好不从磁场右边射出时，做匀速圆周运动的轨道半径为R，
由几何关系知R＋R
2＝D，
由牛顿运动定律及运动学规律q v′B＝m v′2 R，
得B＝0.1 T.
若带电粒子不射出磁场，磁感应强度B至少为0.1 T. 【答案】(1)1.0×104 m/s(2)66.7 V(3)0.1 T。