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模块综合检测
(本试卷满分:100分)
一、单项选择题(本题共7小题,每小题4分,共28分。每小题只有一个选项符合题目要求)
1.关于库仑定律,下列说法正确的是 (　　)
A.库仑定律适用于点电荷,点电荷其实就是体积最小的带电体
B.根据F=k,当两个带电体间的距离趋近于零时,静电力将趋近于无穷大
C.带电荷量分别为Q和3Q的点电荷A、B相互作用时,B受到的静电力是A受到的静电力的3倍
D.库仑定律适用于在真空中两个静止点电荷之间静电力的计算
2.电磁波传播过程中,电场方向、磁场方向、传播方向三者互相垂直,电磁波是电波和磁波二者的总称,有时可直接简称为电波。关于电磁波,下列说法正确的是 (　　)
A.麦克斯韦首先从理论上预言了电磁波,并用实验证实了电磁波的存在
B.常用的遥控器通过发出微波来遥控电视机
C.电磁波的波长越长,其能量子的能量越低
D.电磁波在真空和介质中传播速度相同
3.虚线框内有垂直于纸面的匀强磁场。闭合线圈由位置1经过位置2、3,穿过虚线框运动到位置4。下列过程线圈中能产生感应电流的是 (　　)
A.仅由位置1到位置2
B.仅由位置2到位置3
C.仅由位置3到位置4
D.由位置1到位置2及由位置3到位置4
4.一根细橡胶管中灌满盐水,两端用短粗铜丝塞住管口,管中盐水柱长为40 cm时,测得电阻为R,若溶液的电阻随长度、横截面积的变化规律与金属导体相同。现将管中盐水柱均匀拉长至50 cm(盐水体积不变,仍充满橡胶管)。则拉长后的盐水柱电阻为 (　　)
A.R B.R
C.R D.R
5.一个带正电的质点,电荷量q=2.0×10-9 C,在静电场中由a点移动到b点。在这个过程中,除电场力外,其他力做的功为8.0×10-5 J,质点的动能增加了6.0×10-5 J,若规定b点为零电势点,则a点的电势φa为 (　　)
A.1×104 V B.-1×104 V
C.3×104 V D.-4×104 V
6.为预防火灾,某学习小组设计安装如图所示的简易火灾报警器,其中R0为定值电阻,RT为热敏电阻(其阻值随温度升高而减小)。当热敏电阻RT所在处出现火情时,电流表示数I和电压表示数U的变化情况是 (　　)
A.I和U均减小 B.I和U均增大
C.I增大,U减小 D.I减小,U增大
7.如图甲所示,a、b、O三点位于两个等量异种点电荷的连线上,O为连线中点,a、b到O点的距离相等;如图乙所示,两根相互平行的长直导线垂直纸面通过M、N两点,O'为MN的中点,c、d两点位于MN的连线上,且c、d到O'的距离相等,两导线中通有等大反向的恒定电流。下列说法正确的是 (　　)
A.O点的电场强度方向水平向左
B.O'点的磁感应强度方向水平向右
C.a、b点的电场强度大小相等,方向相反
D.c、d点的磁感应强度大小相等,方向相同
二、多项选择题(本题共3小题,每小题6分,共18分。每小题有多个选项符合题目要求,全部选对得6分,选对但不全得3分,有选错的得0分)
8.下列描述中涉及静电屏蔽原理的是 (　　)
A.空气中的带电粉尘运动到板状收集器上
B.燃气灶中的电子点火器的电极呈钉尖形
C.高压输电线上方有两条与大地相连的导线
D.超高压带电作业的工人穿戴的工作服要用包含金属丝的织物制成
9.如图所示,一长方体金属块ABCD-A'B'C'D'的电阻率为ρ,已知AB边长为a,BC边长为b,AA'边长为h,给AA'D'D面与BB'C'C面加上U的电压,通过长方体的电流为I,则该长方体接入电路中的电阻值为 (　　)
A. B.
C. D.
10.如图甲所示,某电场中的一条电场线恰好与x轴重合,A点的坐标为xA=2.5 m,一质子从坐标原点O运动到A点,电势能增加了50 eV,x轴上各点电势的变化规律如图乙所示,则下列说法正确的是 (　　)
A.x轴上各点的电场强度都沿x轴负方向
B.质子沿x轴从O点到A点加速度越来越大
C.A点的电场强度大小为25 V/m
D.质子在A点的电势能为75 eV
三、非选择题(本题共5小题,共54分)
11.(7分)铅笔内芯是石墨和黏土的混合体。
(1)某同学使用螺旋测微器测定其直径d,某次测量结果如图1所示,读数为　　　　mm。用游标卡尺测量其长度,示数如图2所示,可知其长度L=　　　　cm。
(2)某同学使用多用电表电阻挡粗测其电阻,他首先将选择开关置于“×10”倍率,接着将两支表笔短接,旋转欧姆调零旋钮使指针指向0,然后将两表笔分别与该铅笔内芯两端接触,测其电阻时指针如图3所示,则该同学接下来应该进行的操作是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)若该同学在上一步中正确操作后再次测量时指针如图4所示,则该铅笔内芯的电阻是　　　　。
(4)若该铅笔内芯的直径为d,有效长度为L,用伏安法精确测得其电阻为R,则其电阻率为　　　(用该问所给出的物理量表示)。
12.(9分)为了描绘某额定电压为3 V的小灯泡的伏安特性曲线,实验室提供了以下实验器材:直流电源(E=4 V,内阻不计);电压表V(0~3 V,内阻约5 kΩ);电流表A(0~0.6 A,内阻约为5 Ω);滑动变阻器R(0~10 Ω);开关S及导线若干。
(1)请在线框中画出实验电路图。
(2)如图甲、乙为实验过程中,滑动变阻器滑片移动到某个位置时,电压表和电流表指针位置,读出两表的示数,U=　　　　 V,I=　　　　 A。
(3)记录下多组U和I的数据后,作出小灯泡的伏安特性曲线如图丙所示:
从图中可以得到小灯泡的电阻有何特点:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)从实验结果还可得出,此小灯泡灯丝的电阻率随温度的升高而　　　　。
13.(11分)已知山东某校地面处的地磁场水平分量约为3×10-5 T,该校物理兴趣小组做估测磁体附近磁感应强度的实验。他们将一小磁针放在一个水平放置的螺线管附近的轴线上,如图所示,小磁针静止时N极指向y轴正方向。当接通电源后,发现小磁针N极指向与y轴正方向成60°角的方向。请在图上标明螺线管导线的绕向,并求出该通电螺线管在小磁针处产生的磁感应强度大小。(保留一位有效数字)
14.(12分)有一U形曲面,其尺寸如图所示,U形曲面开口竖直向上。现将该U形曲面放入磁感应强度大小为B=2 T的匀强磁场中。
(1)当磁场方向竖直向下时,穿过该曲面的磁通量是多少
(2)当磁场方向水平向右时,穿过该曲面的磁通量是多少
15.(15分)如图,M、N两极板间加速电压为U1。一个质量为m、电量为q的带电粒子在M板边缘的O1点静止释放后,沿着虚线O1O2进入电压为U2的偏转电场,偏转电场两极板长和两极板间的距离均为L,偏转电场右边有一长也为L的接收屏AB靠着极板右端放置,O2为AB的中点。已知该粒子刚好打在O2B的中点。忽略粒子的相对论效应和场的边缘效应。
(1)求粒子进入偏转电场时初速度v0的大小;
(2)求U2与U1的比值n;
(3)若将加速电压改为kU1,其他保持不变,要让粒子刚好打在NB的中点,求k的大小。
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1.选D　库仑定律的适用条件是真空中静止的点电荷,如果带电体的形状、大小以及电荷分布对研究的问题的影响可以忽略不计时,则可将它看作点电荷,与带电体的体积无关,故A错误;当两个带电体间的距离趋近于零时,带电体不能看作点电荷,此时库仑定律不再适用,B错误;两个点电荷间的静电力是相互作用力,即带电荷量分别为Q和3Q的点电荷A、B相互作用时,B受到的静电力与A受到的静电力等大反向,C错误;库仑定律适用于在真空中两个静止点电荷之间静电力的计算,D正确。
2.选C　麦克斯韦首先从理论上预言了电磁波,赫兹用实验证实了电磁波的存在,故A错误;遥控器通过发出红外线脉冲信号遥控电视机,因红外线波长较长,容易发生明显衍射现象,故B错误;电磁波的波长越长,频率越小,根据ε=hν,可知其能量子的能量越低,故C正确;电磁波在真空中的传播速度大于在介质中传播速度,故D错误。
3.选D　闭合线圈中要产生感应电流,则穿过闭合线圈的磁通量要发生改变,分析可知,当线圈由位置1到位置2的过程中,穿过线圈的磁通量增加,从位置2到位置3的过程中,穿过线圈的磁通量不变,从位置3到位置4的过程中,穿过线圈的磁通量减小,因此线圈中能产生感应电流的过程是由位置1到位置2及由位置3到位置4。故选D。
4.选D　盐水柱长为40 cm时,设横截面积为S,根据电阻定律有R=ρ,将盐水柱均匀拉长至50 cm后,盐水柱的横截面积变为S,电阻变为R'=ρ=R,故选D。
5.选B　设a、b两点间的电势差为Uab,根据动能定理,有W其他+qUab=ΔEk,代入数据解得Uab=-1×104 V,规定b点为零电势点,则a点的电势φa=-1×104 V。故选B。
6.选B　热敏电阻RT所在处出现火情时,热敏电阻的阻值减小,由“串反并同”的方法可知,电压表的示数将变大,电流表的示数也将变大。故选B。
7.选D　正点电荷在O点产生的电场强度方向水平向右,负点电荷在O点产生的电场强度方向水平向右,根据场强叠加可知,O点的总电场强度方向水平向右,故A错误;根据场强叠加的对称性可知,a、b点的电场强度大小相等,方向相同,均水平向右,故C错误;根据右手螺旋定则,M、N两点长直导线在c、d、O'点产生的磁感应强度方向均竖直向下,根据对称性以及磁感应强度叠加可知,O'点的磁感应强度方向竖直向下,c、d点的磁感应强度大小相等,方向相同,故B错误,D正确。
8.选CD　空气中的带电粉尘运动到板状收集器上是利用异名电荷相互吸引,故A错误;燃气灶中的电子点火器的电极呈钉尖形是利用高压尖端放电的原理,故B错误;高压输电线的上方有两条与大地相连的导线,这两条导线的作用是形成稀疏的金属“网”把高压线屏蔽起来,免遭雷击,故C正确;超高压带电作业的工人穿戴的工作服要用包含金属丝的织物制成,是利用了静电屏蔽的原理,故D正确。
9.选AB　由欧姆定律知,该长方体接入电路中的电阻值为R=,故A正确;由R=ρ,知R=ρ,故B正确,C、D错误。
10.选AD　由题图乙可知,从O点到A点电势逐渐升高,根据沿电场线方向电势逐渐降低可知,x轴上各点的电场强度都沿x轴负方向,故A正确;根据E==,可知题图乙中图线的斜率表示该电场的电场强度,即为定值,由牛顿第二定律可得a=,所以质子沿x轴从O点到A点加速度保持不变,故B错误;根据W电=-ΔEp,又UOA=,E=,联立解得E=20 V/m,UOA=-50 V,故C错误;根据UOA=φ0-3φ0,质子在A点的电势能为EpA=e×3φ0,联立解得EpA=75 eV,故D正确。
11.解析:(1)螺旋测微器的读数为0.5 mm+14.5×0.01 mm=0.645 mm;游标卡尺是20分度的,精度是0.05 mm,游标卡尺的读数为42 mm+9×0.05 mm=42.45 mm=4.245 cm。
(2)将两表笔分别与铅笔内芯两端接触,发现指针偏转角度太大,说明倍率选择过大,为了较准确地进行测量,该同学接下来应该进行的操作是:将选择开关置于“×1”倍率,并重新进行欧姆调零,再进行测量。
(3)该铅笔内芯的电阻是12.0×1 Ω=12.0 Ω。
(4)由电阻定律可得R=ρ,S=πd2,
联立解得ρ=。
答案:(1)0.645(0.643~0.647均可)　4.245　(2)见解析　
(3)12 Ω　(4)
12.解析:(1)因为要描绘小灯泡的伏安特性曲线,需要测量多组数据,所以滑动变阻器采用分压式接法,小灯泡电阻较小,电流表采用外接法,电路图如图所示。
(2)电压表分度值为0.1 V,电压表的读数为1.50 V;电流表分度值为0.02 A,读数为0.26 A。
(3)从题图丙中可看出,当电压为0~0.5 V时,即小灯泡两端电压较小时,其I-U图像的斜率基本上不变,所以小灯泡的阻值不变;当电压大于0.5 V 时,即电压较大时,随电压的增大,I-U图像上的点与原点连线的直线的斜率在减小,即电阻的倒数减小,所以电阻在增大。
(4)实验结果表明小灯泡灯丝的电阻率随温度的升高而变大。
答案:(1)见解析图　(2)1.50　0.26　(3)见解析　(4)变大
13.解析:接通电源后,小磁针N极指向是地磁场和通电螺线管磁场的合磁场的方向,由此可判定通电螺线管的磁场在小磁针处方向水平向右,由安培定则判断螺线管导线绕向如甲图所示。
由题意知地磁场水平分量By=3×10-5 T,
设通电螺线管在小磁针处产生的磁感应强度大小为Bx,
由图乙知=tan 60°,
得Bx=3×10-5× T≈5×10-5 T。
答案:见解析图甲　5×10-5 T
14.解析:(1)当磁场方向竖直向下时,曲面在垂直磁场方向的投影面积为S1=0.1×0.1 m2=0.01 m2
此时穿过曲面的磁通量为
Φ1=BS1=2×0.01 Wb=0.02 Wb。
(2)当磁场方向水平向右时,曲面在垂直磁场方向的投影面积为S2=0.1×0.2 m2=0.02 m2
若规定从外表面穿入而从内表面穿出的磁通量为正值,
则穿过曲面左半部分的磁通量为
Φ2'=BS2=2×0.02 Wb=0.04 Wb
穿过曲面右半部分的磁通量为
Φ2″=-BS2=-0.04 Wb
穿过整个曲面的磁通量为Φ2=Φ2'+Φ2″=0。
答案:(1)0.02 Wb　(2)0
15.解析:(1)在加速电场中,由动能定理得qU1=m
解得粒子进入偏转电场时初速度v0=。
(2)粒子在偏转电场中做类平抛运动,设运动时间为t1,加速度为a,粒子刚好打在O2B的中点,则水平方向有L=v0t1
竖直方向有=a
根据牛顿第二定律有q=ma
解得U2与U1的比值n==1。
(3)加速电压改为kU1,设粒子进入偏转电场时初速度为v1,由动能定理得q·kU1=m,解得v1=
粒子刚好打在NB的中点,设在偏转电场中运动时间为t2,则水平方向有=v1t2
竖直方向有=·,解得k=。
答案:(1)　(2)1　(3)
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