高中物理必修3物理 全册全单元精选测试卷测试题(Word版 含解析)

高中物理必修3物理全册全单元精选测试卷测试题（Word版含解析）

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 ⑥

F 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 ＝

－

⑨

A 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．（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

12

p m m E G

r

=-，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12

p q q E k

r

=-． 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）①02GM v L =②202M G L -（2）①2

-2ke r

②模型Ⅰ的简化是合理的

【解析】

（1）① 22

002/2

M M v G L L =，解得

v =

②双星系统的动能22

00k 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 =2

02M G L - （2）①对于模型Ⅰ：22I 2mv ke r r =，此时电子的动能E k Ⅰ=2

2ke 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：22121mv ke r r =， 解得 22

112

mv r r ke

= 对于原子核有：22222Mv ke r r =， 解得 22

222

Mv r

r ke = 因为r 1+r 2=r ，所以有2222

1222

+mv r Mv r

r ke ke =

解得E k Ⅱ=222

1211222ke mv Mv r

+=

又因电势能2p

e E k r =-Ⅱ

，所以E Ⅱ= E k Ⅱ+E p Ⅱ=2

-2ke r

即模型Ⅰ、Ⅱ中系统的能量相等，均为2

-2ke r

②解法一：

模型Ⅰ中：对于电子绕原子核的运动有22I I 2=mv ke m v r r ω=，解得2

I 2

=ke v m r

ω 模型Ⅱ中：

对电子有：2

2II 1II 21=mv ke m v r r ω=， 解得2

II 2

1=ke v m r ω

对于原子核有：22

222

=ke Mv M v r r ω=

， 因ω1=ω2，所以mv Ⅱ=Mv

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，因此ω1=ω2=ω，即可视为v Ⅰ=v Ⅱ．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22I 2mv ke r r =

，解得I v

模型Ⅱ中：