高中物理必修3物理 全册全单元精选试卷(培优篇)(Word版 含解析)

高中物理必修3物理 全册全单元精选试卷（培优篇）（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．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．如图所示，两异种点电荷的电荷量均为Q ，绝缘竖直平面过两点电荷连线的中点O 且与连线垂直，平面上A 、O 、B 三点位于同一竖直线上，AO BO L ==，点电荷到O 点的距离也为L 。

现有电荷量为q -、质量为m 的小物块（可视为质点），从A 点以初速度0v 向B 滑动，到达B 点时速度恰好减为零。

已知物块与平面的动摩擦因数为μ。

求：(1)A 点的电场强度的大小；(2)物块运动到B 点时加速度的大小和方向； (3)物块通过O 点的速度大小。

【答案】(1)222QE k L =；(2)222qkQ a g mL μ=-，方向竖直向上；(3)022v v = 【解析】 【分析】 【详解】(1)正、负点电荷在A 点产生的场强)02222QQ E kkL L==A 点的电场强度的大小022kQE E ==(2)由牛顿第二定律得qE mg ma μ-=解得222qkQa g mLμ=- 方向竖直向上；(3)小物块从A 到B 过程中，设克服阻力做功W f ，由动能定理得201202f mgL W mv -=-小物块从A 到O 过程中220111222f mgL W mv mv -=-解得02v =4．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 =3mg5．如图所示，小球的质量为0.1kg m =，带电量为51.010C q -=⨯，悬挂小球的绝缘丝线与竖直方向成30θ=︒时，小球恰好在水平向右的匀强电场中静止不动．问：（1）小球的带电性质； （2）电场强度E 的大小；（3）若剪断丝线，求小球的加速度大小．【答案】（1）小球带正电 （2）45.7710N /C E =⨯ （3）211.54m /s a = 【解析】 【详解】（1）对小球进行受力分析，如图；由电场力的方向可确定小球带正电；（2）根据共点力平衡条件，有qE=mgtan300 解得：4531303=/ 5.7710/10mgtan E N C N C q -≈⨯＝（3）当线断丝线后，小球的合力为030mgF cos ＝由牛顿第二定律，则有：22/11.54/cos303F g a s m s m ==＝＝ 小球将做初速度为零，加速度的方向沿着线的反向，大小为11.54m/s 2，匀加速直线运动． 【点睛】本题关键是对小球受力分析，明确带电小球受电场力、细线的拉力和重力，根据共点力平衡条件及牛顿第二定律列示求解．6．如图所示，AB 为固定在竖直平面内粗糙倾斜轨道，BC 为光滑水平轨道，CD 为固定在竖直平面内的光滑圆弧轨道，且AB 与BC 通过一小段光滑弧形轨道相连，BC 与弧CD 相切。

已知AB 长为L =10m ，倾角θ=37︒，BC 长s =4m ，CD 弧的半径为R =2m ，O 为其圆心，∠COD =143︒。

整个装置处在水平向左的匀强电场中，电场强度大小为E =1×103N/C 。

一质量为m =0.4kg 、电荷量为q =+3×10 -3C 的物体从A 点以初速度v A =15m/s 沿AB 轨道开始运动。

若物体与轨道AB 间的动摩擦因数为μ=0.2，sin 37︒=0.6，cos 37︒=0.8，g =10m/s 2，物体运动过程中电荷量不变。

求：(1)物体在AB 轨道上运动时，重力和电场力的合力对物体所做的总功； (2)物体在C 点对轨道的压力大小为多少；(3)用物理知识计算物体能否到达D 点，若能算出通过D 点的速度；若不能说明理由。

【答案】(1)W =0(2)27N(3)物体能到达D 点 【解析】 【详解】(1)物体所受重力和电场力的合力大小为222332()()(0.410)(31010)N 5N F mg qE -=+=⨯+⨯⨯=设合力F 与竖直方向的夹角为α，则3tan 4qE mg α== 即37α︒=所以物体在轨道AB 上运动时，重力和电场力的合力与轨道AB 垂直，对物体做的总功为W =0；(2) 从A →B 过程，根据受力分析可知，物体下滑过程受到的滑动摩擦力为：f =μF N =μ(mg cos 37︒+qE sin 37︒)代入数据解得：f =1NA →C 过程，由动能定理得：221122C A W fL qEs mv mv --=- 可得：222115m /s C v =在C 点，由重力和轨道支持力的合力提供向心力，由牛顿第二定律得：2Cmv N mg R-= 代入数据解得：N =27N(3)重力和电场力的合力为：222332()()(0.410)(31010)N 5N F mg qE -=+=⨯+⨯⨯=方向与竖直方向成37︒斜向左下方，所以D 点即为圆周运动中的等效最高点，物体到达D 点的最小速度设为v D ，则：2Dv F m R=解得：5m /s D v =要到达D 点，在C 点速度至少为v ，从C →D ，由动能定理得2211(cos37)cos3722D mg R R qER mv mv ︒︒-+-=-解得：222115m /s v =则知v =v C ，所以物体恰能到达D 点二、必修第3册 静电场中的能量解答题易错题培优（难）7．如图以y 轴为边界，右边是一个水平向左的41110E =⨯匀强电场，左边是一个与水平方向成45°斜向上的2E =4210⨯N/C 匀强电场，现有一个质量为m=1.0g ，带电量q =1.0×10－6C 小颗粒从坐标为（0.1，0.1）处静止释放．忽略阻力，g=10m/s 2． 求：（1）第一次经过y 轴时的坐标及时间 （2）第二次经过y 轴时的坐标【答案】（1）第一次经过Y 轴的坐标为(0，0)；0.12t s =（2）坐标为（0，-1.6） 【解析】 【分析】 【详解】（1）小颗粒在E 1中电场力为F 1=E 1q=0.01N 重力G=0.01N 有受力分析得合力指向原点，即小颗粒向原点做匀加速直线运动第一次经过y 轴的坐标为(0，0)加速度12102F a m ==由212S at =得0.12t =s (2)运动到原点的速度为v 0=at=2m/s小颗粒在E 2电场中合力为22102F N -=方向与v 0方向垂直 由此可得小颗粒做类平抛运动,再次运动到y 轴的时间为t 1, v 0方向位移为S 1= v 0t 1与v 0方向垂直位移为221112S a t =1Fa m=由几何关系得S 1=S 2 第二次经过y 轴时到原点距离为2L =S 1=1.6m 即坐标为（0，-1.6）8．两平行金属板A 、B 间距离为d ，两板间的电压U AB 随时间变化规律如图所示，变化周期为T ＝6秒，在t ＝0时，一带正电的粒子仅受电场力作用，由A 板从静止起向B 板运动，并于t ＝2T 时刻恰好到达B 板，求：（1）若该粒子在t ＝T /6时刻才从A 板开始运动，那么，再经过2T 时间，它将运动到离A 板多远的地方？（2）若该粒子在t ＝T /6时刻才从A 板开始运动，那么需再经过多长时间才能到达B 板， 【答案】（1）13d （2）32.6s 【解析】 【分析】 【详解】(1)粒子在t ＝0时开始运动，它先加速再减速，再加速、减速，向同一方向运动，其v -t 图如图中粗实线所示，设每次加速（或减速）运动的位移为s ，则4s ＝d ，4d s =, 若粒子在t ＝T /6时刻才从A 板开始运动，其运动图线如图中细实线所示，设每次加速（或减速）运动的位移为s 1，设每次反向加速（或减速）运动的位移为s 2， 则1499d s s == 21936d s s == 所以一个周期内的总位移为122()6ds s s =+=' 所以2T 内粒子运动的总位移为3d(2)粒子在t ＝T / 6时刻才从A 板开始运动，6个周期内的总位移刚好是d ，但由于粒子有一段反向运动，所以在6个周期末之前已到达B 板，即在5个周期末，粒子和B 板的距离为6d s '=粒子通过此距离所需时间为22()36T -则粒子到达B 板所需时间为221725()()32.6s 3636t T T T =+-=-≈' 【点睛】由于粒子不是在电场中一直处于加速或减速，所以导致分析运动较复杂;也可以假设b 板向下移动到最后一个周期末速度为零的位置，这算出整段时间，再去移动距离的时间.9．如图所示，AB 是一倾角为θ=37°的绝缘粗糙直轨道，滑块与斜面间的动摩擦因数=0.30μ，BCD 是半径为R =0.2m 的光滑圆弧轨道，它们相切于B 点，C 为圆弧轨道的最低点，整个空间存在着竖直向上的匀强电场，场强E = 4.0×103N/C ，质量m = 0.20kg 的带电滑块从斜面顶端由静止开始滑下．已知斜面AB 对应的高度h = 0.24m ，滑块带电荷q = -5.0×10-4C ，取重力加速度g = 10m/s 2，sin37°= 0.60，cos37°=0.80．求：（1）滑块从斜面最高点滑到斜面底端B 点时的速度大小； （2）滑块滑到圆弧轨道最低点C 时对轨道的压力． 【答案】(1) 2.4m/s (2) 12N 【解析】 【分析】(1)滑块沿斜面滑下的过程中，根据动能定理求解滑到斜面底端B 点时的速度大小； (2)滑块从B 到C 点，由动能定理可得C 点速度，由牛顿第二定律和由牛顿第三定律求解． 【详解】(1)滑块沿斜面滑下的过程中，受到的滑动摩擦力：()cos370.96N f mg qE μ=+︒=设到达斜面底端时的速度为v 1，根据动能定理得：()211sin 372h mg qE h fmv +-= 解得：v 1=2.4m/s(2)滑块从B 到C 点，由动能定理可得：()()222111=1cos3722m mg q v E v m R +︒-－当滑块经过最低点时，有：()2N 2F mg qE v m R-+= 由牛顿第三定律：N N 11.36N F F ==，方向竖直向下． 【点睛】本题是动能定理与牛顿定律的综合应用，关键在于研究过程的选择.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．12．将一内壁光滑的绝缘细圆管做成的圆环BDC 固定在竖直面内，圆环的圆心为O ，D 为圆环的最低点，其中∠BOC ＝90，圆环的半径为R ，水平虚线BC 的上方存在水平向右的范围足够大的匀强电场．圆心O 的正上方A 点有一质量为m 、带电荷量为＋q 的小球（可视为质点），其直径略小于圆管内径．现将该小球无初速度释放，经过一段时间后小球刚好无碰撞地进入圆管中并继续在圆管中运动，重力加速度为g ．求：（1）A 点到O 点的距离及匀强电场的电场强度大小； （2）小球运动到圆环的最低点D 时对圆环的作用力． 【答案】（1）mgq（2）（3+32mg ；方向竖直向下 【解析】 【详解】(1)小球被释放后在重力和电场力的作用下做匀加速直线运动，小球从B 点沿切线方向进入，则此时速度方向与竖直方向的夹角为45°，即加速度方向与竖直方向的夹角为45°，则有：tan 45mgqE︒=解得：mg qE =因为∠BOC ＝90，圆环的半径为R ，故BC 2R ，故根据几何关系有可知：AO =2R(2)小球从A 点到D 点的过程中，根据动能定理得：()2212022D R mg R R Eqmv ++=- 当小球运动到圆环的最低点D 时，根据牛顿第二定律得：2DN v F mg m R-=联立解得：()332N F mg =+根据牛顿第三定律得小球运动到圆环的最低点D 时对圆环的压力大小为()332mg +，方向竖直向下．答：(1)A 点到O 点的距离2R ,匀强电场的电场强度大小mg qE =；(2)小球运动到圆环的最低点D 时对圆环的作用力()332mg +三、必修第3册 电路及其应用实验题易错题培优（难）13．现提供如下器材，测量定值电阻x R （约）的阻值．a ．两个相同电流计1G 、2G （50A μ，内阻约）b ．电阻箱1R （）c ．电阻箱2R ，（）d ．电源E （电动势约3V ，内阻不计）e ．开关两个，导线若干f ．滑动变阻器R （最大阻值20Ω）(1)由于电流计量程很小，需要先将它们进行改装．某同学设计了用半偏法测电流计内阻的电路如图．实验过程如下：先将2R 调为最大,然后闭合1S 、2S ，调节1R 、2R ，使___________满偏，使_____________半满偏（填写元件符号），由此可测电流计2G 的内阻． (2)若测得电流计2G 的内阻为，要将2G 改装成量程为3V 的电压表，需串联的电阻值为_____________．(3)采用改装后的电压表和改装后电流表并用伏安法测量待测电阻阻值，请在答题卷虚线框內画出实验电路图____________．【答案】G1 G255.8kΩ【解析】【详解】（1）若并联的两个支路电流相等，则电流表内阻与电阻箱内阻相等；故保证G1满偏，使G2半偏；（2）电流计内阻为4.2KΩ，满偏电流为50μA，要将G2改装成量程为3V的电压表，需串联的电阻值为：34634.2105.581055.85010ggUR R KI-=--⨯⨯ΩΩ⨯＝＝＝（3）采用伏安法测电阻，要测量多组数据，滑动变阻器采用分压式接法，电流表内外接法依据待测电阻的电阻值与电流表、电压表的内阻关系进行判断，故内外接均可；电路中电流约为：3/5000A=600μA；给出的电流计不能测量电流值；故应将电流计改装为大量程的电流表．电路原理图如图所示：14．（1）甲同学按如图甲所示电路测量量程为500μA的电流表G的内阻．他按图甲连接好电路后，先闭合S1，断开S2，调节R1，使电流表G的指针满偏．再闭合S2，保持R1的滑动触头不动，调节R2使电流表G的指针指到满刻度的1/3．若此时电阻箱R2各旋钮的位置如图乙所示，则电流表G的内阻测量值R G=____Ω．（2）现将该电流表G改装成量程为3V的电压表V，需给该电流表G串联一阻值为_____Ω的电阻．（3）乙同学将（2）问中改装的电压表V校准后采用伏安法测量某待测电阻R x，实验室还备有以下器材：A．待测电阻R x，阻值约为200ΩB．电源E，电动势为3V，内阻可忽略不计C ．电流表A，量程为0～15 mA ，内阻r A =20Ω D ．滑动变阻器R′1，最大阻值10Ω E ．滑动变阻器R′2，最大阻值5kΩ F ．开关S ，导线若干①为提高实验精确度，尽可能测量多组数据，实验中滑动变阻器应选择____（填器材序号字母）．②请在虚线框内画出乙同学用伏安法测量电阻R x 的电路图_______．【答案】（1）100 （2）5900 （3）①D ②见解析； 【解析】 【详解】（1）[1]．因s 2闭合前后电总电流不变，则电流表达满偏刻度的1/3时，则并联电阻的电流为电流表满偏电流的2/3．因是并联关系，则g R gR I R I ＝ 得：R g ＝RgI I R =2R 由电阻箱可读出：R =50Ω则：R g=2R =2×50=100Ω（2）[2]．改装成电压表要串联的阻值为R =gUI −R g =5900Ω （3）[3]．因测量范围大，要采用滑动变阻器分压式接法，宜用小阻值，故选D ． [4]．因电压表内阻比得测电阻大的多，宜用电流表外接法．故画得电路图如图所示；【点睛】考查的电阻箱的读数，半偏法测电阻，明确总电流认为不变；电路的设计，电流表的内外接法要求大电阻内接法，小电阻外接法．滑动变阻器分压式接法宜用小阻值．15．某同学想要测量一只量程已知的电压表V的内阻，实验室提供的器材如下：A．电池组（电动势约为3V，内阻不计）B．待测电压表V（量程3V，内阻约3kΩ）一只C．电流表A（量程3A，内阻15Ω）一只D．滑动变阻器R1（最大阻值为15kΩ）一个E．变阻箱R2（0~9999Ω）一个F．开关和导线若干(1)该同学设计了如下图所示的两个实验电路图，为了较准确地测出该电压表内阻，你认为合理且可行的是_______。