2020-2021年高三物理单元同步提升训练：电学综合 16页

2020-2021 年高三物理单元同步提升训练：电学综合 一、单选题（每题 3 分，共计 24 分） 1.（2020 年北京卷）真空中某点电荷的等势面示意如图，图中相邻等势面间电势差相等。下列说法正确的 是（ ） A. 该点电荷一定为正电荷 B. P 点的场强一定比 Q 点的场强大 C. P 点电势一定比 Q 点电势低 D. 正检验电荷在 P 点比在 Q 点的电势能大 【答案】B 【解析】 【详解】A．正电荷和负电荷周围的等势面都为一组同心球壳，该点电荷不一定为正电荷，故 A 错误； B．相邻等势面间电势差相等，P 点附近的等差等势面更加密集，故 P 点的场强一定比 Q 点的场强大，故 B 正确； C．正电荷和负电荷周围的等势面都为一组同心球壳，若为正点电荷，则 P 点电势一定比 Q 点电势高，故 C 错误； D．从等势面的情况无法判断该点电荷为正点电荷还是负点电荷，无法判断 P 点电势与 Q 点电势的高低，就 无法判断正检验电荷在 P 点和在 Q 点的电势能的大小，故 D 错误。 故选 B。 2..如图所示，三块平行放置的带电金属薄板 A、B、C 中央各有一小孔，小孔分别位于 O、M、P 点．由 O 点静止释放的电子恰好能运动到 P 点．现将 C 板向右平移到 P′点，则由 O 点静止释放的电子( ) A．运动到 P 点返回 B．运动到 P 和 P′点之间返回 C．运动到 P′点返回 D．穿过 P′点 【答案】A 【解析】 C 板在 P 点时，由静止释放的电子从 O 到 P 过程中合外力做的总功为零．当 C 板移到 P′时，根 据 E＝U d＝ Q Cd＝ Q εrS 4πkdd ＝4πkQ εrS ，可知 B、C 板间的电场强度不变，由静止释放的电子从 O 到 P 过程中合外力 做的总功仍然为零，所以电子运动到 P 点时速度为零，然后返回，故 A 正确． 3.如图所示电路，在滑动变阻器的滑片 P 向上端 a 滑动过程中，电压表、电流表的示数变化情况为 A．两电表示数都增大 B．两电表示数都减少 C．电压表示数减少，电流表示数增大 D．电压表示数增大，电流表示数减少 【答案】D 【解析】当滑动变阻器的滑片 P 向 a 端滑动时，接入电路的电阻增大，与 R2 并联的电阻增大，外电路总电 阻 R 总增大，总电流 I 减小，则电压表的示数 UV=E–I（r+R1），则 UV 增大；流过 R2 的电流 2 2 VUI R 增大， 电流表的读数为 2AIII ，则电流表示数减小；故 ABC 错误，D 正确。 4.某空间存在一电场，电场中的电势  在 x 轴上的分布如图所示，下列说法正确的是 A．在 x 轴上，从 1x 到 2x 电场强度方向向左 B．在 轴上，从 到 电场强度先增大后减小 C．把一负电荷沿 轴正向从 移到 ，电场力先减小后增大 D．把一负电荷从 移到 ，电场力做负功 【答案】C 【解析】在 轴上，从 到 电势先降低后升高，可知电场强度方向先向右后向左，A 项错误；因 x — 图 像的斜率等于电场强度，可知从 到 电场强度先减小后增大，B 项错误；由 F qE 知把一负电荷沿 轴 正向从 移到 ，电场力先减小后增大，C 项正确；由 pEq 知 12ppEE ，把一负电荷从 移到 电 势能减小，电场力做正功，D 项错误。 5.如图所示,电源的电动势和内阻分别为 E、r,在滑动变阻器的滑片 P 由 a 向 b 移动的过程中,下列各物理量 变化的情况为( )。 A.R0 的功率逐渐增大 B.电流表的示数逐渐减小 C.电源的输出功率可能先减小后增大 D.电压表与电流表示数的改变量的比值 先增大后减小 【解析】在滑动变阻器的滑片 P 由 a 向 b 移动的过程中,滑动变阻器并联总电阻先增大后减小,根据闭合电路 欧姆定律分析可知,电路中总电流 I 先减小后增大,电流表的示数先减小后增大,故 R0 的功率 P=I2R0 先减小后 增大,A、B 两项错误;由于电源的内阻与外电阻的关系未知,无法判断电源输出功率如何变化,可能先减小后增 大,也可能先增大后减小,C 项正确;电流表的示数先减小后增大,电压表的示数先增大后减小,电压表测的是路 端电压,电压表与电流表示数的改变量的比值 等于电源内阻,大小不变,D 项错误。 【答案】C 6. 某同学按如图 1 所示连接电路，利用电压传感器研究电容器的放电过程。先使开关 S 接 1，电容器充电 完毕后将开关掷向 2，可视为理想电压表的电压传感器将电压信息传入计算机，屏幕上显示出电压随时间变 化的 U-t 曲线，如图 2 所示。电容器的电容 C 已知，且从图中可读出最大放电电压 U0，图线与坐标轴围成 的面积 S、任一点的点切线斜率 k，但电源电动势、内电阻、定值电阻 R 均未知，根据题目所给的信息，下 列物理量不能求出．．．．的是 A．电容器放出的总电荷量 B．电阻 R 两端的最大电流 C．定值电阻 R D．电源的电动势和内电阻 【答案】D 【解析】由 Q=CU0，所以容器放出的总电荷量可求，所以 A 选项能求出；根据 I=Q/t，变形得 UtQIt R ， Ut 为图象与坐标轴所围面积 S 可求，所以 Q=S/R，则 ，所以 C 选项可求；电阻 R 两端的最 大电流即为电容器刚开始放电的时候，所以 ，选项 B 电阻 R 两端的最大电流可求；根据 题意只知道电源的电动势等于电容器充满电两板间的电压，也就是刚开始放电时的电压，即 E=U0，内电阻 无法求出，所以选项 D 不能求出。 7.（2020 年北京卷）图甲表示某金属丝 的 电阻 R 随摄氏温度 t 变化的情况。把这段金属丝与电池、电流表 串联起来（图乙），用这段金属丝做测温探头，把电流表的刻度改为相应的温度刻度，就得到了一个简易温 度计。下列说法正确的是（ ） A. At 应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是线性关系 B. 应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是非线性关系 C. Bt 应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是线性关系 D. 应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是非线性关系 【答案】B 【解析】 【详解】由甲图可知， 点对应的电阻阻值较小，由闭合电路欧姆定律知对应电路中的电流较大，故 应 标在电流较大的刻度上；而 点对应的电阻阻值较大，由闭合电路欧姆定律知对应电路中的电流较小，故 应标在电流较小的刻度上；由图甲得 0RRkt 其中 0R 为图线的纵截距，由闭合电路欧姆定律得 g EI RRr  联立解得 0R Rg rEt kI k  可知 t 与 I 是非线性关系，故 B 正确，ACD 错误。 故选 B 。 8.（2020 年浙江卷）如图所示，一质量为 m、电荷量为q （ 0q  ）的粒子以速度 0v 从 MN 连线上的 P 点 水平向右射入大小为 E、方向竖直向下的匀强电场中。已知 MN 与水平方向成 45°角，粒子的重力可以忽略， 则粒子到达 连线上的某点时（ ） A. 所用时间为 0mv qE B. 速度大小为 03v C. 与 P 点的距离为 2 022mv qE D. 速度方向与竖直方向的夹角为 30° 【答案】C 【解析】 【详解】A．粒子在电场中做类平抛运动，水平方向 0x v t 竖直方向 21 2 Eqytm 由 tan 45 y x 可得 02mvt Eq 故 A 错误； B．由于 02y Eqv t vm 故粒子速度大小为 22 005yvvvv 故 B 错误； C．由几何关系可知，到 P 点的距离为 2 0 0 222 mvLvt Eq 故 C 正确； D．由于平抛推论可知， tan 2tan ，可知速度正切 tan2tan 452tan60  可知速度方向与竖直方向的夹角小于 30°，故 D 错误。 故选 C。 二、多选题（每题 5 分，共计 20 分） 9.如图所示，电源的电动势为 E、内阻为 r，R1、R2、R3 为定值电阻，RL 为光敏电阻（光照减弱时阻值增大）， C 为电容器。闭合开关 S，电路稳定后，用光照射 RL，下列说法正确的是 A．电压表示数增大 B．电源的效率增大 C．电容器所带电量增加 D．R2 消耗的功率增大 【答案】CD 【解析】A、当光照射 RL，电阻变小，外电路总电阻变小，得： EI rR  外 ，总电流 I 变大，根据UEIr， 当电流变大，路端电压变小，即电压表示数变小，A 错误；B、电源效率 ，路 端电压变小，效率变小，B 错误；C、路端电压变小， 1R 两端电压变小，电流 1I 变小，而总电流变大， 2R 电 流 2I 变大，所以 2R 两端电压 2 2 2U I R ，变大电容器两端电压与 2R 两端电压相等，变大，所以 Q C U ， 电量变大，C 正确；D、根据 C 选项分析 2 2 2 2P I R ，电流变大，消耗功率变大，D 正确。 10.检测煤气管道是否漏气通常使用气敏电阻传感器。某气敏电阻的阻值随空气中煤气浓度增大而减小，某 同学用该气敏电阻 R1 设计了图示电路，R 为变阻器，a、b 间接报警装置。当 a、b 间电压高于某临界值时， 装置将发出警报。则 A．煤气浓度越高，a、b 间电压越高 B．煤气浓度越高，流过 R1 的电流越小 C．煤气浓度越低，电源的功率越大 D．调整变阻器 R 的阻值会影响报警装置的灵敏度 【答案】AD 【解析】煤气浓度越高气敏电阻 R1 阻值越小，电路总电阻越小，由闭合电路欧姆定律可知，电路电流 I 越 大，电阻两端电压 U＝IR 变大，即 a、b 间电压越高，故 A 正确，B 错误；煤气浓度越大，气敏电阻 R1 越 大，电路总电阻越大，电路电流 I 越小，电源功率 P＝EI 越小，故 C 错误；调整变阻器 R 的阻值会改变煤 气浓度一定时 a、b 间的电压，会影响报警器的灵敏度，故 D 正确。 11.图甲中直线 PQ 表示电场中的一条电场线,质量为 m、电荷量为 q 的带负电粒子仅在电场力作用下沿电场 线向右运动,经过 P 点时速度为 v0,到达 Q 点时速度减为零,粒子运动的 v-t 图象如图乙所示。其中 A 点处为整 条图线切线斜率最大的位置(图中标出了该切线)。下列说法正确的是( )。 A.P 点电势高于 Q 点电势 B.A 点电场强度小于 Q 点电场强度 C.P、Q 两点间的电势差为 D.带负电的粒子在 P 点的电势能大于在 Q 点的电势能 【解析】由图乙知速度减小,负电荷受向左的电场力,故电场线方向向右,P 点电势一定高于 Q 点电势,A 项正 确;v-t 图象的斜率表示加速度,由图可知 A 点的加速度大于 Q 点的加速度,根据 a= ,可知 A 点电场强度大于 Q 点电场强度,故 B 项错误;由动能定理知-qUPQ=0- m ,解得 P、Q 两点间的电势差 UPQ= ,C 项正确;由 图乙知速度减小,电场力做负功,所以带负电的粒子在 P 点的电势能小于在 Q 点的电势能,D 项错误。 【答案】AC 12.（2020 年全国 III 卷）如图，∠ M 是锐角三角形 PMN 最大的内角，电荷量为 q（q>0）的点电荷固定在 P 点。下列说法正确的是（ ） A. 沿 MN 边，从 M 点到 N 点，电场强度的大小逐渐增大 B. 沿 MN 边，从 M 点到 N 点，电势先增大后减小 C. 正电荷在 M 点的电势能比其在 N 点的电势能大 D. 将正电荷从 M 点移动到 N 点，电场力所做的总功为负 【答案】BC 【解析】 【详解】A．点电荷的电场以点电荷为中心，向四周呈放射状，如图 M 是最大内角，所以 P N P M ，根据点电荷的场强公式 2 QEkr （或者根据电场线的疏密程度）可知 从 MN 电场强度先增大后减小，A 错误； B．电场线与等势面（图中虚线）处处垂直，沿电场线方向电势降低，所以从 电势先增大后减小， B 正确； C． M 、 N 两点的电势大小关系为 MN ，根据电势能的公式 pEq 可知正电荷在 点的电势能大 于在 点的电势能，C 正确； D．正电荷从 ，电势能减小，电场力所做的总功为正功，D 错误。 故选 BC。 三、实验题（每题 10 分，共 20 分） 13.（2020 年天津卷）某实验小组选用以下器材测定电池组的电动势和内阻，要求测量结果尽量准确。 电压表 （量程 0 ~ 3 V ，内阻约为 3k  ） 电流表 （量程 0 ~ 0 . 6 A ，内阻约为 1 ） 滑动变阻器 （ 0 ~ 2 0  ，额定电流 1A ） 待测电池组 （电动势约为 3V ，内阻约为 ） 开关、导线若干 ①该小组连接的实物电路如图所示，经仔细检查，发现电路中有一条导线连接不当，这条导线对应的编号 是________。 ②改正这条导线的连接后开始实验，闭合开关前，滑动变阻器的滑片 P 应置于滑动变阻器的________端（填 “a”或者“b”） ③实验中发现调节滑动变阻器时，电流表读数变化明显但电压表读数变化不明显。为了解决这个问题，在 电池组负极和开关之间串联一个阻值为 5 的电阻，之后该小组得到了几组电压表读数 U 和对应的电流表读 数 I，并作出 UI 图像，如图所示。根据图像可知，电池组的电动势为________V，内阻为________  。 （结果均保留两位有效数字） 【答案】 (1). 5 (2). a (3). 2.9 (4). 0.80 【解析】 【详解】①[1]因为电源内阻较小，故对于电源来说应该采用电流表外接法，图中采用的是电流表内接；故 导线 5 连接不当，应该从电压表正接线柱接到电流表正接线柱； ②[2]开始实验前应该让滑动变阻器连入电路阻值最大，故应将滑片置于 a 端； ③[3][4]由图线可知图线与纵轴的交点即为电源电动势，故 E=2.9V；图线与横轴的交点为短路电流 I=0.50A， 故可得等效内阻为 2.9 Ω=5.80Ω0.5 Er I == 又因为在开关和电池负极之间接有 5 Ω 的电阻，在计算过程中等效为内阻，故电源内阻为 5.80Ω 5Ω=0.80Ωr¢=- 14.某同学通过实验制作一个简易的温控装置，实验原理电路图如图所示，继电器与热敏电阻 Rt、滑动变阻 器 R 串联接在电源 E 两端，当继电器的电流超过 15 mA 时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控．继 电器的电阻约 20 Ω，热敏电阻的阻值 Rt 与温度 t 的关系如下表所示． t/℃ 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 Rt/Ω 199.5 145.4 108.1 81.8 62.9 49.1 (1)提供的实验器材有：电源 E1(3 V，内阻不计)、电源 E2 (6 V，内阻不计)、滑动变阻器 R1(0～200 Ω)、滑动变阻器 R2(0～500 Ω)、热敏电阻 Rt、继电器、电阻箱(0～999.9 Ω)、开关 S、导线若干． 为使该装置实现对 30～80 ℃之间任一温度的控制，电源 E 应选用________(选填“E1”或“E2”)，滑动变 阻器 R 应选用________(选填“R1”或“R2”)． (2)实验发现电路不工作．某同学为排查电路故障，用多用电表测量各接点间的电压，则应将如图所示 的选择开关旋至________(选填“A”“B”“C”或“D”)． (3)合上开关 S，用调节好的多用电表进行排查．在图中，若只有 b、c 间断路，则应发现表笔接入 a、b 时指针________(选填“偏转”或“不偏转”)，接入 a、c 时指针________(选填“偏转”或“不偏转”)． (4)排除故障后，欲使衔铁在热敏电阻为 50 ℃时被吸合，下列操作步骤的正确顺序是________(填写各 步骤前的序号)． ①将热敏电阻接入电路 ②观察到继电器的衔铁被吸合 ③断开开关，将电阻箱从电路中移除 ④合上开关，调节滑动变阻器的阻值 ⑤断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至 108.1 Ω 【答案】 (1)E2 R2 (2)C (3)不偏转 偏转 (4)⑤④②③① 【解析】 (1)由于继电器的电流超过 15 mA 时，衔铁才能被吸合，若电源 E 取 E1＝3 V 时，由闭合电路欧姆 定律得 I1＝E1 R总 ＝15 mA＝0.015 A 即 R 总＝E1 I1 ＝ 3 V 0.015 A＝200 Ω 而在 30 ℃时，热敏电阻的阻值为 199.5 Ω，再加上继电器的电阻 20 Ω，总电阻为 219.5 Ω，已超过 200 Ω，则无法使温度控制在 30 ℃，故 E1＝3 V 不能选择，只能选择 E2，E2＝6 V，由闭合电路欧姆定律得 I2＝ E2 R总′＝0.015 A 则 R 总′＝400 Ω 此时若要使温度能控制在80 ℃，热敏电阻Rt 与继电器的总电阻为 49.1 Ω＋20 Ω＝69.1 Ω<400 Ω，为使 衔铁不至于在低于 80 ℃时被吸合，需串联一个滑动变阻器，且最大阻值不能小于 400 Ω－69.1 Ω＝330.9 Ω，而 R1 最大阻值为 200 Ω，不符合要求，故选 R2. (2)要测直流电压，选择开关只能旋至 C. (3)测 a、b 间电压时，由于 b、c 间断路，电路中电流为 0，故 a、b 间电压为 0，因此多用电表指针不 偏转；测 a、c 间电压就相当于测电源两极间电压，因此多用电表指针将会偏转． (4)为了使在设计电路时方便，这里用电阻箱临时代替热敏电阻．查出 50 ℃时热敏电阻的阻值，将电 阻箱调至相同阻值，断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，合上开关，调节滑动变阻器，使衔铁刚好被吸 合．再断开开关，将电阻箱移除，换成热敏电阻．因此其合理顺序为⑤④②③①. 四、计算题（15 题 10 分，16 题 12 分，17 题 14 分，共计 36 分） 15. 如图所示，长 l＝1 m 的轻质细绳上端固定，下端连接一个可视为质点的带电小球，小球静止在水平向 右的匀强电场中，绳与竖直方向的夹角 θ＝37°.已知小球所带电荷量 q＝1.0×10－6 C，匀强电场的场强 E＝ 3.0×103 N/C，取重力加速度 g＝10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8.求： (1)小球所受电场力 F 的大小； (2)小球的质量 m； (3)将电场撤去，小球回到最低点时速度 v 的大小． 【答案】 (1)3.0×10－3 N (2)4.0×10－4 kg (3)2.0 m/s 【解析】 (1)F＝qE＝3.0×10－3 N (2)由qE mg＝tan 37°得 m＝4.0×10－4 kg (3)由 mgl(1－cos 37°)＝1 2mv2 得 v＝ 2gl（1－cos 37°）＝2.0 m/s 16.如图所示,电路中电源电动势为 E,内阻不计,其他各电阻的阻值 R1=R3=3R, R2=R。水平放置的平行金属板 A、B 间的距离为 d,板长为 L。在 A 板的左下端且非常靠近板 A 的位置,有一质量为 m、带电荷量为-q 的小液 滴以初速度 v0 水平向右射入两板间。重力加速度用 g 表示。 (1)若使液滴能沿 v0 方向射出电场,则电动势 E1 应为多大? (2)若使液滴恰能打在 B 板的中点,则电动势 E2 应为多大? 【解析】(1)I= = ,UBA=IR2= 由平衡条件得 mg= =q 联立解得 E1= 。 (2)由于液滴恰好打在 B 板正中央,利用平抛规律有 =v0t d= at2 -mg=ma 同理 UBA'= E2 联立解得 E2= 。 【答案】(1) (2) 17.如图所示,一内壁光滑的绝缘圆管 ADB 固定在竖直平面内,圆管的圆心为 O,D 点为圆管的最低点,A、B 两 点在同一水平线上,AB=2L,圆环的半径 r= L(圆管的直径忽略不计),过 OD 的虚线与过 AB 的虚线垂直相交 于 C 点,在虚线 AB 的上方存在水平向右的、范围足够大的匀强电场;虚线 AB 的下方存在竖直向下的、范围 足够大的匀强电场,电场强度大小为 。圆心 O 正上方的 P 点有一质量为 m、电荷量为-q(q>0)的绝缘小物 体(可视为质点),PC 间距为 L。现将该小物体无初速度释放,经过一段时间,小物体刚好沿切线无碰撞地进入圆 管内,并继续运动,重力加速度用 g 表示。求: (1)虚线 AB 上方匀强电场的电场强度大小。 (2)小物体由 P 点运动到 B 点的时间。 【解析】(1)小物体在重力和电场力的作用下做匀加速直线运动,小物体从 A 点切线方向进入,则此时速度方与 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 tan45°= 解得 E= 。 (2)小物体由 P 点运动到 A 点做匀加速直线运动,设所用时间为 t1,P、A 之间的距离 s= L 小物体的加速度 a= = g 由运动学公式可得 s0= a 解得 t1= 设小物体到达 A 点时的速度为 vA,由运动学公式可得 vA=at1 设小物体在圆管内做匀速圆周运动的时间为 t2,则 t2= 联立各式可得 t2= 所以小物体由 P 到 B 所用总时间 t 总=t1+t2= 。 【答案】(1) (2)