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高二物理限时训练
一、选择题:本题共小题,共分。在每小题给出的四个选项中,第～题只有一项符合题目要求,每小题分;第～题有多项符合题目要求,每小题分,全部选对的得分,选对但不全的得分,有选错的得分。
1. 关于静电现象,下列说法正确的是
A. 图甲中,高压输电线上方与大地相连的两条导线的作用和超高压带电作业的工人穿戴的工作服中的金属丝的作用是相同的
B. 图乙中,因为有金属网的屏蔽,所以球上的电荷在验电器金属球处产生的电场强度为零
C. 图丙中,摇动起电机,烟雾缭绕的塑料瓶顿时清澈透明,其工作原理为尖端放电
D. 图丁中,燃气灶中安装了电子点火器,点火应用了静电屏蔽原理
2. 在人类认识电荷与静电场的历程中,科学家的探索与严谨的物理概念缺一不可。下列说法正确的是
A. 美国科学家富兰克林通过扭秤实验最先发现了电荷间作用力与距离、电荷量的定量关系,并命名了正、负电荷
B. 密立根油滴实验测定了元电荷的数值,说明任何带电体所带的电荷量都是元电荷的整数倍
C. 电场强度是描述电场强弱和方向的矢量,其方向规定为放在该点的电荷所受电场力的方向
D. 摩擦起电的实质是通过做功创造了电荷
3. 平行板电容器充电后与电源断开,现将两极板间的距离增大,则下列说法正确的是
A. 电容增大,电压减小 B. 电容减小,电压增大
C. 电荷量增大,电压不变 D. 电荷量减小,电场强度不变
4. 电路中有一电阻,通过电阻的电流为,电子电荷量,在通电分钟的时间内,通过电阻横截面的电子数为
A. 个 B. 个
C. 个 D. 个
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5. 如图所示,在等边三角形的三个顶点处分别固定三个点电荷,、、处点电荷的带电荷量分别为、、,三角形的边长为,静电力常量为,则三角形几何中心处的电场强度
A. 为
B. 方向为由指向,大小为
C. 方向为由指向,大小为
D. 方向为由指向,大小为
6. 如图所示,一带电粒子贴着板沿水平方向射入匀强电场,当偏转电压为时,带电粒子沿①轨迹从两板正中间飞出;当偏转电压为时,带电粒子沿②轨迹落到板中间。若粒子两次射入电场的速度相同,则为
A.
B.
C.
D.
7. 如图甲所示,水平面上固定着倾角的足够长的光滑绝缘斜面,以斜面顶端点为坐标原点,沿斜面向下为轴的正方向,有部分区域分布着沿轴方向的电场。在斜面顶端点由静止释放一质量为、电荷量为的滑块(可视为点电荷),其沿斜面向下运动的过程中机械能随位置变化的关系如图乙所示。滑块在处的加速度,、处斜率均为。不考虑空气阻力,重力加速度大小为。下列说法正确的是
A. 从～位置,滑块的电势能一直减小
B. 滑块在、处的加速度相同
C. 滑块的动能先减小后增大再减小
D. 处的电场强度
8. 关于静电场,下列说法正确的是
A. 电场强度为零的地方,电势不一定为零
B. 电势为零的地方,电场强度一定为零
C. 电场线越密的地方,电场强度越大
D. 沿电场线方向,电势一定降低,电场强度一定减小
9. 两根由同种材料制成的粗细均匀的金属导线和,导线的长度是导线的倍,导线的横截面积是导线的一半。下列说法正确的是
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A. 导线与导线的电阻之比为
B. 若将导线均匀拉长至原长的倍,则其电阻变为原来的倍
C. 若在导线和两端分别加上相同的电压,则通过导线和的电流之比为
D. 若导线和中自由电子定向移动的平均速率相同,则通过导线和的电流之比为
10. 如图所示,正方体-的十二条棱上放有均匀带电绝缘棒,点为正方体的中心,处绝缘棒带电荷量为,其余各处绝缘棒带电荷量均为,此时点处的电场强度大小为,电势为。下列说法正确的是
A. 若将处绝缘棒带电荷量变为,则点处的电场强度大小为
B. 若将处绝缘棒拿走,则点处的电场强度大小为
C. 若将处绝缘棒所带电荷量变为,则点处的电势为
D. 若将处绝缘棒所带电荷量变为,则点处的电场强度大小为
二、非选择题:本题共小题,共分。
11. (分)某物理兴趣小组利用如图所示的装置,定性探究影响电荷间静电力大小的因素。图中是一个带正电的绝缘支架物体,是一个用绝缘丝线悬挂的带正电小球。实验时,将小球先后挂在横杆上的、、等不同位置,观察并比较丝线偏离竖直方向的角度。
(1)该实验在探究静电力与电荷间的距离、电荷量的关系时,主要采用的物理研究方法是＿＿＿＿＿＿(填“理想实验法”“等效替代法”或“控制变量法”)。
(2)实验中,静电力的大小无法直接测量,而是通过观察＿＿＿＿＿＿来间接反映,这种将微小物理量放大的思想在物理学中非常常见。
(3)保持、的电荷量不变,将小球从移至(逐渐增大两球间的距离),观察到丝线偏离竖直方向的角度逐渐＿＿＿＿＿＿(填“增大”或“减小”)。这说明在电荷量一定时,电荷间的距离越大,静电力越＿＿＿＿＿(填“大”或“小”)。
(4)保持小球的初始位置(两球间的距离)不变,增大带电体的电荷量,观察到丝线偏离竖直方向的角度逐渐＿＿＿＿＿＿(填“增大”或“减小”)。这说明在电荷间的距离一定时,电荷量越大,静电力越＿＿＿＿＿(填“大”或“小”)。
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12. (分)“宋应星”研究小组在测定电容器电容的实验中,将电容器、电压传感器、阻值为的电阻、电源、单刀双掷开关按如图甲所示的电路图进行连接,先使开关与相连,电源给电容器充电,充电完毕后把开关掷向,电容器放电,直至放电完毕,与电压传感器连接的计算机所记录的电压随时间变化的图线如图乙所示,且计算机对图乙进行数据处理并记录了图线与时间轴所围面积的信息。
(1)该电容器的电容为＿＿＿＿＿F。(结果保留两位有效数字)
(2)放电电流与充电电流方向＿＿＿＿＿(填“相同”或“相反”)。
(3)改变电阻的阻值＿＿＿＿＿(填“会”或“不会”)影响电容器所带最大电荷量。
13. (分)在光滑绝缘水平面上有质量均为的小球、,其所带电荷量分别为、,在空间存在水平向右、电场强度大小为的匀强电场,小球受到水平方向的外力作用,两小球均处于静止状态,静电力常量为,求:
(1)两小球间的距离;
(2)外力的大小及方向;
(3)撤去外力瞬间,两小球的加速度。
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14. (分)如图所示,、两点固定有电荷量都为(未知)的带电小球,两小球到其连线中点的距离均为。两根长度均为的绝缘细线一端分别系于、两点,另一端均系住带正电小球,静止时,细线张力恰好为零。已知小球的质量,电荷量,取重力加速度大小,静电力常量,三个小球均视为点电荷,不计空气阻力。
(1)求小球处的电场强度;
(2)求的值;
(3)若给小球一初速度,使小球恰能在竖直面内做圆周运动,求小球经过圆心等高点时细线的拉力大小。
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15. (分)某装置用电场控制带电粒子运动,工作原理如图所示,矩形区域内存在两层紧邻的匀强电场,每层的高度均为,电场强度大小均为,方向沿竖直方向(如图所示),边长为,边长为,到光屏的距离为,质量为、电荷量为的粒子流从边中点射入电场,粒子的初速度为,入射角为,在纸面内运动,不计粒子重力及粒子间的相互作用,。
(1)若,求为多大时粒子恰好不从边射出;
(2)若且,求粒子打在光屏上的点到的距离;
(3)若且粒子从边射出电场时与轴线的距离小于,求入射角的范围。
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高二物理限时训练参考答案
1. A 【解析】高压输电线上方两条导线是避雷线,它们与大地相连,形成一个稀疏的金属“网”,把高压线屏蔽起来,使其免遭雷击,这是静电屏蔽的应用,超高压带电作业的工人穿戴的工作服中的金属丝也是静电屏蔽的应用,选项A正确;题图乙中,由于金属网的屏蔽,验电器箔片不会张开,此时球上的电荷在验电器金属球处产生的电场强度与金属网产生的感应电场相互平衡,并不是球上的电荷在验电器金属球处产生的电场强度为零,选项B错误;题图丙中是静电除尘的装置,极板附近电场强度很强,极板间空气被电离,烟尘吸附从空气电离释放出来的电子后带负电,在电场力作用下向带正电的极板运动,选项C错误;电子点火器的工作原理是尖端放电,选项D错误。
2. B 【解析】富兰克林引入正、负电荷的命名,而通过扭秤实验探究电荷间作用力与距离、电荷量的定量关系,进而总结出库仑定律的是法国科学家库仑,选项A错误;密立根油滴实验测得电子(元电荷)的电荷量,并由此确认一切带电体所带电荷量均为元电荷的整数倍,选项B正确;电场强度的方向规定为放在该点正电荷所受电场力的方向,选项C错误;摩擦起电的实质是电子在不同物体间的转移,而非创造电荷,选项D错误。
3. B 【解析】断开电源,电荷量不变,由电容可知,若增大,则减小,又,不变,减小,则增大,选项B正确。
4. C 【解析】个,选项C正确。
5. B 【解析】几何中心到三个顶点的距离均为,由电场强度的叠加可得,电场强度方向为由指向,大小,选项B正确。
6. C 【解析】带电粒子在匀强电场中做类平抛运动,水平位移,两次运动的水平位移之比为,两次运动的水平速度相同,故运动时间之比,由于竖直方向上的位移,,故加速度之比为,又因为加速度,故,选项C正确。
7. D 【解析】由题图乙可知,滑块从斜面顶端点由静止开始至下滑到位置,滑块的机械能守恒,而从～位置,滑块的机械能始终减小,则从～的过程中,电场力对滑块始终做负功,滑块的电势能始终增大,选项A错误;滑块重力沿斜面向下的分力为,而图像斜率表示电场力大小,滑块在处有,解得,选项D正确;滑块滑至处之后,滑块受到的电场力先由变大至大小为且方向向上,再减小,直至滑块滑至处减为,因此滑块在、、处的加速度大小都为,其中在
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处的加速度方向沿斜面向上,选项B错误;滑块运动的过程中,其加速度先减小后增大再减小再增大,则可知滑块应在至中斜率为处速度最大,因此滑块的动能先增大后减小再增大,选项C错误。
8. AC 【解析】电场强度为零处电势不一定为零,选项A正确;零电势点是人为选取的,电场强度不一定为零,选项B错误;电场线疏密表示电场强度大小,选项C正确;沿电场线方向电势降低,但电场强度不一定减小,选项D错误。
9. BD 【解析】设导线的长度为,横截面积为,则导线的长度为,横截面积为。两导线材料相同,电阻率相同。导线的电阻,导线的电阻,故,选项A错误;若将导线均匀拉长至原长的倍,则长度变为,由于体积不变,因此横截面积变为,故导线拉长后的电阻,选项B正确;若在导线和两端分别加上相同的电压,则由欧姆定律可知,,而非,选项C错误;由电流微观表达式,及同种材料相同,为常数可知,若相同,则,选项D正确。
10. CD 【解析】由对称性可知正方体电场可以等效为处绝缘棒与处绝缘棒在点处产生的电场,电场强度大小为,若将处绝缘棒带电荷量变为,两电场间的夹角为,由矢量合成的知识可知点处的电场强度大小为,选项A错误;将处绝缘棒拿走,处可视为放置有一根带电荷量为的绝缘棒和一根带电荷量为的绝缘棒,而当正方体每条棱上的绝缘棒带电荷量相同时,点处的电场强度为零,则取走处绝缘棒时,点处的电场可看成是处带电荷量为的绝缘棒产生的,点处的电场强度大小为,选项B错误;每个带电荷量为的绝缘棒在点处的电势为,则带电荷量为的绝缘棒在点处的电势为,电势为标量,则,若将处绝缘棒所带电荷量变为,则点处的总电势为,选项C正确;若将处绝缘棒所带电荷量变为,处可视为放置有一根带电荷量为的绝缘棒和一根带电荷量为的绝缘棒,则点处的电场可视为由处带电荷量为的绝缘棒和处带电荷量为的绝缘棒共同产生的,电场强度大小都为,两电场间的夹角为,由矢量合成的知识可知点处的电场强度大小为,选项D正确。
11. (1)控制变量法　(1分)
(2)丝线偏离竖直方向的角度　(2分)
(3)减小　(1分)　　小　(1分)
(4)增大　(1分)　　大　(1分)
【解析】(1)探究多因素问题时,每次只改变其中一个因素,保持其他因素不变,这是典型的控
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制变量法。
(2)静电力是微小力,直接测量会比较困难。根据受力平衡可知,丝线偏离竖直方向的角度越大,说明水平方向的静电力越大。这体现了“微小量放大法”的物理思想。
(3)根据库仑定律可知,当电荷量不变时,距离增大,静电力减小,因此丝线偏离竖直方向的角度也会随之减小。
(4)根据库仑定律可知,当距离不变时,增大电荷量,静电力增大,因此丝线偏离竖直方向的角度也会随之增大。
12. (1)　(3分)
(2)相反　(2分)
(3)不会　(3分)
【解析】(1)由公式结合图像可得。
(2)放电电流与充电电流方向相反。
(3)电容器电容不变,电容器两端最大充电电压不变,所带最大电荷量不变。
13. 解:(1)小球处于静止状态,有
　(1分)
由库仑力公式得
　(2分)
解得。　(1分)
(2)对小球、整体受力分析得
　(1分)
解得　(1分)
方向水平向左。　(1分)
(3)撤去外力瞬间,电场力来不及变化,则小球的加速度为零　(1分)
小球的加速度大小　(1分)
方向水平向右。　(1分)
14. 解:(1)设小球所处位置的电场强度大小为,由题知小球静止时,细线张力恰好为零,则对小球受力分析可知　(1分)
解得
方向竖直向上。　(1分)
(2)因、两点固定有电荷量相等的小球,则、两点的带电小球在小球所处位置产
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生的电场强度的大小相等,设一个带电小球在小球所处位置产生的电场强度的大小为,与的夹角为,由已知条件可知,根据电场的叠加原理可知小球所处位置的电场强度大小
　(1分)
解得　(1分)
根据点电荷电场强度公式且、两点固定的小球带负电荷　(1分)
解得。　(1分)
(3)若给小球一初速度,使小球恰能在竖直面内做圆周运动,则当小球到达最高点时,细线张力为零,由对称性可知最高点和最低点的电场强度大小相等、方向相反,根据牛顿第二定律得
　(1分)
解得　(1分)
小球从最高点运动到与圆心等高的过程中,通过分析可知,只有重力做功,根据动能定理得
　(1分)
解得小球在与圆心等高点的速度
设小球在与圆心等高点时细线的张力为,根据牛顿第二定律得
　(1分)
解得。　(1分)
15. 解:(1)由题知粒子进入电场后,受到竖直方向的电场力,故粒子在水平方向上做匀速直线运动,根据几何关系可知,粒子在竖直方向的速度,在竖直方向的加速度
粒子恰好不从边射出电场,则竖直方向有　(1分)
解得,即。　(1分)
(2)设此时粒子在竖直方向上的最大位移为,则有　(1分)
解得,故粒子从边射出电场　(1分)
粒子在竖直方向减速到零的时间　(1分)
粒子在水平方向的速度　(1分)
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粒子在水平方向上做匀速直线运动,故粒子通过电场的时间　(1分)
而,粒子在竖直方向的速度—时间图像如图所示
粒子射出电场时竖直方向的速度,方向垂直向下　(1分)
则粒子出射点到的距离,故粒子从下方射出电场　(1分)
粒子射出电场之后的运动时间　(1分)
粒子射出电场后在竖直方向上的位移　(1分)
所以粒子打在光屏上的点到的距离。　(1分)
(3)粒子进入电场时,粒子在竖直方向的速度　(1分)
分析易得,粒子在竖直方向的加速度　(1分)
若粒子从边射出电场时与轴线的距离小于
由整理可得　(1分)
故,解得　(1分)
故的取值范围是。　(1分)
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