北京市顺义区第一中学2023-2024学年高二上学期期中考试物理试题（Word版附解析）

这是一份北京市顺义区第一中学2023-2024学年高二上学期期中考试物理试题（Word版附解析），共27页。试卷主要包含了单选题，实验题，计算论证题等内容，欢迎下载使用。

一、单选题（本题共14小题，每小题3分，共42分）
1. 一通电导体的某横截面在5s内共有2.5C的电子通过，那么通过该导体的电流大小是（ ）
A. 12.5AB. 2.5AC. 0.5AD. 2.0A
2. 由库仑定律可知，真空中两个静止的点电荷，当所带电荷量分别q1和q2，其间距为r时，它们之间静电力的大小为，式中k为静电力常量。在国际单位制中，k的单位是（ ）
A. C2/（N•m2）B. N•m2/C2C. N•m/CD. N•C/m2
3. 两电阻R1、R2U-I图像如图所示，从图线可知判断正确的是（ ）
A. 电阻和电压成正比，和电流成反比
B. 两电阻的电阻值的关系是R1C. 两电阻并联接入电路时，通过R1电流较大
D. 两电阻串联接入电路时R1两端的电压较大
4. 在炎热的夏天，有些小朋友的太阳帽帽檐上有一小风扇，该小风扇与一小型的太阳能电池板相接，对其供电。经测量该电池板的电动势E=0.6V，则关于该电池的描述正确的是（ ）
A. 将1C的正电荷从负极搬到正极，该电池能把0.6J的太阳能转化为电能
B. 该电池把其他形式能转化为电能的本领比一节7号干电池（电动势为1.5V）的本领大
C. 将该电池与其他用电器连接，它的电动势会随之改变
D. 将该电池接入电路，它两端的电压一定为0.6V
5. 在“用伏安法测电阻”的实验中，测量电路中电表的连接方式如图甲或乙所示，把电压表读数和电流表读数的比值作为电阻的测量值，考虑到实际电表内阻对测量的影响，两种连接方式都存在系统误差。下列判断正确的是（ ）
甲 乙
A. 若采用甲图，误差是由电压表分流引起的
B. 若采用甲图，电阻的测量值小于真实值
C. 若采用乙图，误差是由电流表分压引起的
D. 若采用乙图，电阻的测量值小于真实值
6. 如图所示的电路中，电源电动势E=3.0V，内阻r=0.5Ω，电阻R1=1.5Ω，R2=1.0Ω。闭合开关S后，理想电压表的示数应为（ ）

A. 1.0VB. 1.5VC. 2.5VD. 3.0V
7. 如图所示，甲、乙两个电路，都是由一个灵敏电流表G和一个变阻器R组成，它们分别为改装电表的电路。下列说法中正确的是（ ）
A. 甲电路为改装电流表的电路，R越大时量程越小
B. 甲电路为改装电压表的电路，R越大时量程越大
C. 乙电路为改装电压表的电路，R越大时量程越小
D. 乙电路为电流表的改装电路，R增大时量程减小
8. 如图甲所示，A、B是某静电场中一条电场线上的两点，一个正电荷从A点由静止释放，仅在静电力的作用下从A点运动到B点，其运动的v−t图像如图乙所示。则下列说法正确的是（ ）
A. 该电荷由A运动到B的过程中电势能增加
B. A点处的场强比B点处的场强小
C. A点处的电势比B点处的电势高
D. 该电场是匀强电场
9. 如图所示，平行板电容器板间电压为U，板间距为d，两板间为匀强电场，让质子以初速度v0沿着两板中心线射入，沿a轨迹落到下板中央，现只改变其中一个条件，让质子沿b轨迹落到下板边缘，则可以将（ ）
A. 初速度变为2v0
B. 开关S断开
C. 上板竖直向上移动，使板间距变2d
D. 两板间电压变为2U
10. 在探究导体电阻与其影响因素的定量关系时，某同学找到a、b、c、d四条不同的金属导体，在长度、横截面积、材料三个因素方面，b、c、d与a相比，分别只有一个因素不同．将a、b、c、d串联接入如图所示电路中，用一块电压表分别测量导体a、b、c、d两端的电压．若实验中保持金属导体温度不变，不计电压表内阻对电路影响，对于该实验的实验方法及实验中得到的现象，你认为合理的是（ ）
A. 该实验用等效替代的方法来探究电阻的有关影响因素
B. 如果a、b的长度不同，则它们的电压与长度成反比
C. 如果a、c的横截面积不同，则它们的电压与横截面积成正比
D. 改变滑动变阻器滑片的位置，a、d两条金属导体的电压之比不会随之发生变化
11. 如图，平行板电容器在充电后不切断电源，板间有一带电尘粒恰能在电场中静止，当正对的平行板左右错开一些时，则下列说法正确的是（ ）
A. 电容器的电容将增大
B. 带电尘粒将向上运动
C. 电容器极板上的电荷量会增大
D. 通过电阻R的瞬间电流方向为A到B
12. 如图所示，水平放置的平行金属板充电后板间形成匀强电场，板间距离为d，一个带电的液滴带电量大小为q，质量为m，从下板边缘射入电场，沿直线从上板边缘射出，则（ ）
A. 液滴带正电B. 液滴做的是匀加速直线运动
C. 两板的电势差为D. 液滴的电势能增加了mgd
13. 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. tA应标在电流较小的刻度上，且温度与电流是线性关系
B. tA应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是非线性关系
C. tB应标在电流较小的刻度上，且温度与电流是线性关系
D. tB应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是非线性关系
14. 某仪器两极间的电场线分布如图所示，中间的一条电场线是直线，其它电场线对称分布，一正电荷从O点沿直线OA以某一初速度仅在电场力作用下运动到A点。取O点为坐标原点，沿直线向右为x轴正方向。从O到A运动过程中，关于该电荷运动速度v和加速度a随时间t的变化、质子的动能Ek和运动轨迹上各点的电势φ随位移x的变化图线中可能正确的是（ ）
A. B. C. D.
二、实验题（每空2分，共18分）
15. 在“测量金属丝的电阻率”的实验中，实验小组的同学测量一段阻值约为5Ω、粗细均匀金属丝的电阻率。
（1）用螺旋测微器分别在三个不同的位置测量金属丝的直径，某次示数如图甲所示，该次测量值为_________ mm。
（2）实验小组的同学采用图乙所示的电路图，用伏安法测金属丝的电阻Rx，现有电源（电动势为3.0V，内阻可忽略不计），开关和导线若干，以及下列器材：
A．电压表V1（量程0~3V，内阻约3kΩ）
B．电压表V2（量程0~15V，内阻约15kΩ）
C．电流表A（量程0~0.6A，内阻约0.125Ω）
D．滑动变阻器R（0~5Ω，3A）
为减小测量误差，在实验中，电压表应选用_________（选填“V1”或“V2”）
（3）图丙是测量Rx实验器材实物图，图中已连接了部分导线。请根据图乙的电路图，补充完成图丙中实物间的连线_________。
（4）实验中测量出金属丝直径为d，长度为L，电压表示数为U，电流表示数为I，则该金属丝电阻率测量值的表达式ρ=_________。
（5）在一次用伏安法测量某合金丝电阻的实验中用了如图a所示的实验电路。实验中分别用最大阻值是5Ω、50Ω、500Ω的三种滑动变阻器做限流电阻。当滑动变阻器的滑片由一端向另一端移动的过程中，根据实验数据，分别做出电流表读数I随（指滑片移动的距离x与滑片在变阻器上可移动的总长度L的比值）变化的关系曲线a、b、c，如图b所示。则图乙中的图线c对应的滑动变阻器及最适合本实验的滑动变阻器是（ ）
A．图线c对应的为5Ω的滑动变阻器；最适合本实验的是图线b对应的滑动变阻器
B．图线c对应的为50Ω的滑动变阻器；最适合本实验的是图线a对应的滑动变阻器
C．图线c对应的为500Ω的滑动变阻器；最适合本实验的是图线b对应的滑动变阻器
D．图线c对应的为500Ω的滑动变阻器；最适合本实验的是图线c对应的滑动变阻器
16. 在“用传感器观察电容器的充放电过程”，实验中，按图1所示连接电路。单刀双掷开关S先跟2相接，某时刻开关改接1，一段时间后，把开关再改接2。实验中使用了电流传感器来采集电流随时间的变化情况。其中C表示电容器的电容，R表示电阻的阻值，E表示电源的电动势（电源内阻可忽略）
（1）开关S改接2后，电容器进行放电过程。此过程得到的I−t图像如图2所示，根据该过程的获取的i-t图像信息，我们可以大致分析出该过程极板的电荷量Q随时间t变化的关系图像为（ ）
（2）若R=500Ω，结合放电过程获取的i-t图像，则加在电容器两极板的最大电压约为_________ V。
（3）改变电路中某一元件的参数对同一电容器进行两次充电，两次充电对应的电容器电荷量Q随时间t变化的图像分别如图3中a、b所示。根据图像分析：a、b两条曲线不同是_________（选填“R”或“E”）不同造成的。
（4）电容器充电过程实际是克服极板上电荷的静电力做功，使电势能增加的过程（即极板间储存电场能的过程），若某次充电过程的两极板间电压与电荷量的关系图象U-Q关系图像如图4所示，请类比v-t图像求位移的方法，计算该充电过程电容器储存的电场能为_________。
三、计算论证题（共40分，要求有必要文字叙述及单位）
17. 锂电池因能量密度高、绿色环保而广泛使用在手机等电子产品中。当用充电器为一手机锂电池充电时（如图1），锂电池为该回路的用电器，等效电路如图2所示。充电器电源的输出电压为U，输出电流为I，锂电池的内阻为r，请分析：
（1）锂电池的输入功率为多大？
（2）锂电池因内阻而损耗的热功率为多大？
（3）锂电池在充电过程中转化为化学能的功率为多大？
18. 如图所示，平行板电容器与电源相连（电源内阻忽略），两极板A和B竖直放置，相距为d。在两极板的中央位置，用长为L的绝缘细线悬挂一个质量为m，电荷量为q的小球。小球静止在A点，此时细线与竖直方向成θ角。已知电容器的电容为C，重力加速度大小为g。求：
（1）平行板电容器两极板间电场强度大小；
（2）电容器极板上所带电荷量Q；
（3）用手使小球静止置于悬点正下方O点时，剪断细线，放手后小球恰好从右极板下边缘射出，已知O点距右极板的距离为x，距极板下边缘的高度差为h，则小球射出极板时动能是多少？
19. 如图所示为示波管的结构原理图，加热的阴极K发出的电子（初速度可忽略不计）经电势差为U0的AB两金属板间的加速电场加速后，从一对水平放置的平行正对带电金属板的左端中心O′点沿中心轴线O′O射入金属板间（O′O垂直于荧光屏M），两金属板间偏转电场的电势差为U，电子经偏转电场偏转后打在右侧竖直的荧光屏M上。整个装置处在真空中，加速电场与偏转电场均视为匀强电场，忽略电子之间的相互作用力。已知电子的质量为m，电荷量为e，加速电场的金属板AB间距离为d0，偏转电场的金属板长为L，板间距离为d。电子所受重力可忽略不计，求：
（1）电子从加速电场射入偏转电场时的速度大小v0；
（2）电子射出偏转电场的位置与O点的竖直距离y；
（3）在偏转电场中，若单位电压引起的偏转距离（即）称为示波管的灵敏度，该值越大表示示波管的灵敏度越高。在示波管结构确定的情况下，为了提高示波管的灵敏度，请分析说明可采取的措施。
20. 宏观规律是由微观机制所决定的。从微观角度看，在没有外电场的作用下，金属导体中的自由电子如同理想气体分子一样做无规则地热运动，它们朝任何方向运动的概率是一样的，则自由电子沿导线方向的速度平均值为0。宏观上不形成电流。如果导体两端加了电压，导体中有了恒定的电场，自由电子的运动过程可做如下简化：自由电子在恒定电场的电场力驱动下开始定向移动，然后与导体内不动的金属正离子碰撞，碰撞后电子定向速度变为0，然后再加速、再碰撞……，在宏观上可看成自由电子以平均速率定向运动，从而形成了恒定电流。
（1）根据以上描述可知电流做功的实质是：导体中的恒定电场对自由电荷的电场力在做功。当某段金属导体两端电势差为U时，通过该导体的恒定电流为I，根据电流做功的实质证明：任意时间t内电流做功。
（2）若该段导体连入电路的长度为L，横截面积为S，导体中单位体积自由电子数为n，电子的电荷量大小为e，质量为m。当加在导体两端的电压为U时，电子与正离子连续两次碰撞的时间间隔为t。在时间间隔t内，可把电子的运动看作初速度为0的匀加速直线运动，仅在自由电子和金属离子碰撞时才考虑粒子间的相互作用。
①求在时间t内自由电子做匀加速运动的速度的平均值；
②根据电流的定义式推导电流I的表达式；
（3）电阻的定义式为，电阻定律是由实验得出的。事实上，不同途径认识的物理量之间存在着深刻的本质联系，请从电阻的定义式出发，推导金属导体的电阻定律。并说明的具体表达式。
2023-2024学年顺义一中高二物理第一学期期中试卷
（选考）
一、单选题（本题共14小题，每小题3分，共42分）
1. 一通电导体的某横截面在5s内共有2.5C的电子通过，那么通过该导体的电流大小是（ ）
A. 12.5AB. 2.5AC. 0.5AD. 2.0A
【答案】C
【解析】
【详解】由电流表达式得，通过该导体的电流大小是
故选C。
2. 由库仑定律可知，真空中两个静止的点电荷，当所带电荷量分别q1和q2，其间距为r时，它们之间静电力的大小为，式中k为静电力常量。在国际单位制中，k的单位是（ ）
A. C2/（N•m2）B. N•m2/C2C. N•m/CD. N•C/m2
【答案】B
【解析】
【详解】由库仑力公式可知
则k的单位为N·m2/C2。
故选B。
3. 两电阻R1、R2的U-I图像如图所示，从图线可知判断正确的是（ ）
A. 电阻和电压成正比，和电流成反比
B. 两电阻的电阻值的关系是R1C. 两电阻并联接入电路时，通过R1电流较大
D. 两电阻串联接入电路时R1两端的电压较大
【答案】D
【解析】
【详解】A．电阻等于电压和电流的比值，与电压和电流无关，选项A错误；
B．两条直线的斜率等于电阻，可知两电阻的电阻值的关系是R1>R2，选项B错误；
C．两电阻并联接入电路时，电压相等，由图像可知，通过R2电流较大，选项C错误；
D．两电阻串联接入电路时，电流相等，则由图像可知，R1两端的电压较大，选项D正确。
故选D。
4. 在炎热的夏天，有些小朋友的太阳帽帽檐上有一小风扇，该小风扇与一小型的太阳能电池板相接，对其供电。经测量该电池板的电动势E=0.6V，则关于该电池的描述正确的是（ ）
A. 将1C的正电荷从负极搬到正极，该电池能把0.6J的太阳能转化为电能
B. 该电池把其他形式能转化为电能的本领比一节7号干电池（电动势为1.5V）的本领大
C. 将该电池与其他用电器连接，它的电动势会随之改变
D. 将该电池接入电路，它两端的电压一定为0.6V
【答案】A
【解析】
【详解】A．电动势在数值上等于非静电力把1C的正电荷从电源负极搬到正极所做的功，所以通过1C电荷量该电池能把0.6J的太阳能转化为电能，故A正确；
B．电动势越大，表示将其他形式的能转化成电能的本领越大，一节7号干电池的电动势为1.5V，所以该电池把其他形式能转化为电能的本领比一节7号干电池的本领小，故B错误；
C．电动势的大小为定值，与该电池是否与其他用电器连接无关，故C错误；
D．电源电动势等与内电压加外电压，所以将该电池接入电路，它两端的电压一定小于0.6V，故D错误。
故选A。
5. 在“用伏安法测电阻”的实验中，测量电路中电表的连接方式如图甲或乙所示，把电压表读数和电流表读数的比值作为电阻的测量值，考虑到实际电表内阻对测量的影响，两种连接方式都存在系统误差。下列判断正确的是（ ）
甲 乙
A. 若采用甲图，误差是由电压表分流引起的
B. 若采用甲图，电阻的测量值小于真实值
C. 若采用乙图，误差是由电流表分压引起的
D. 若采用乙图，电阻的测量值小于真实值
【答案】D
【解析】
【详解】AB．若采用甲图，电压表测量的是待测电阻和电流表串联后两端的电压，误差是由电流表分压引起的，电压的测量值偏大，根据欧姆定律可知电阻的测量值大于真实值，故AB错误；
CD．若采用乙图，电流表测量的是通过电压表和待测电阻的电流和，误差是由电压表分流引起的，电流的测量值大于真实值，根据欧姆定律可知电阻的测量值小于真实值，故C错误，D正确。
故选D。
6. 如图所示的电路中，电源电动势E=3.0V，内阻r=0.5Ω，电阻R1=1.5Ω，R2=1.0Ω。闭合开关S后，理想电压表的示数应为（ ）

A. 1.0VB. 1.5VC. 2.5VD. 3.0V
【答案】B
【解析】
【详解】回路的总电流
理想电压表的示数
U=IR1=1.5V
故选B。
7. 如图所示，甲、乙两个电路，都是由一个灵敏电流表G和一个变阻器R组成，它们分别为改装电表的电路。下列说法中正确的是（ ）
A. 甲电路为改装电流表的电路，R越大时量程越小
B. 甲电路为改装电压表的电路，R越大时量程越大
C. 乙电路为改装电压表的电路，R越大时量程越小
D. 乙电路为电流表的改装电路，R增大时量程减小
【答案】A
【解析】
【详解】AB．甲电路为改装电流表的电路，R越大时其分流越小，则量程越小，选项A正确，B错误；
CD．乙电路为改装电压表的电路，R越大时其分压越大，则量程越大，选项CD错误。
故选A。
8. 如图甲所示，A、B是某静电场中一条电场线上的两点，一个正电荷从A点由静止释放，仅在静电力的作用下从A点运动到B点，其运动的v−t图像如图乙所示。则下列说法正确的是（ ）
A. 该电荷由A运动到B的过程中电势能增加
B. A点处的场强比B点处的场强小
C. A点处的电势比B点处的电势高
D. 该电场是匀强电场
【答案】C
【解析】
【详解】AC．一个正电荷从A点由静止释放，仅在静电力的作用下从A点运动到B点，由图像可知，电场力对正电荷做正功，则电荷电势能减少；根据
可知A点处的电势比B点处的电势高，故A错误，C正确；
BD．根据图像的切线斜率表示加速度，可知电荷的加速度逐渐减小，则电荷受到的电场力逐渐减小，电场强度逐渐减小，故A点处的场强比B点处的场强大，故BD错误。
故选C。
9. 如图所示，平行板电容器板间电压为U，板间距为d，两板间为匀强电场，让质子以初速度v0沿着两板中心线射入，沿a轨迹落到下板的中央，现只改变其中一个条件，让质子沿b轨迹落到下板边缘，则可以将（ ）
A. 初速度变为2v0
B. 开关S断开
C. 上板竖直向上移动，使板间距变为2d
D. 两板间电压变为2U
【答案】A
【解析】
【详解】ACD．质子在电场中做类平抛运动，在水平方向上做匀速直线运动，则有
x=v0t
在竖直方向上做初速度为零的匀加速直线运动，则有
可得
质子从下板边缘射出时，竖直位移y不变，水平位移x变为原来的两倍，故可采取的措施是初速度变为2v0，或板间电压变为，或使板间距变为4d，故A正确，CD错误；
B．断开开关S，极板上的电压不变，两板间场强不变，质子的受力情况不变，故质子的运动轨迹不变，质子仍沿a轨迹落到下板的中央，故B错误。
故选A。
10. 在探究导体电阻与其影响因素的定量关系时，某同学找到a、b、c、d四条不同的金属导体，在长度、横截面积、材料三个因素方面，b、c、d与a相比，分别只有一个因素不同．将a、b、c、d串联接入如图所示电路中，用一块电压表分别测量导体a、b、c、d两端的电压．若实验中保持金属导体温度不变，不计电压表内阻对电路影响，对于该实验的实验方法及实验中得到的现象，你认为合理的是（ ）
A. 该实验用等效替代的方法来探究电阻的有关影响因素
B. 如果a、b的长度不同，则它们的电压与长度成反比
C. 如果a、c的横截面积不同，则它们的电压与横截面积成正比
D. 改变滑动变阻器滑片的位置，a、d两条金属导体的电压之比不会随之发生变化
【答案】D
【解析】
【详解】A．本实验控制一些物理量不变，研究其他物理量之间的关系，应用了控制变量法，故A错误；
B．如果a、b的长度不同，根据可知，电阻与长度成正比，由可知，电压与长度成正比，故B错误；
C．根据电阻定律可知截面积不同，导线超粗电阻越小，结合可知电压与截面积成反比，故C错误；
D．由于电阻为串联关系，所以无论如何改变滑片位置，电流都是相等的，则由可知，电压之比不会发生变化，故D正确。
故选D。
11. 如图，平行板电容器在充电后不切断电源，板间有一带电尘粒恰能在电场中静止，当正对的平行板左右错开一些时，则下列说法正确的是（ ）
A. 电容器的电容将增大
B. 带电尘粒将向上运动
C. 电容器极板上的电荷量会增大
D. 通过电阻R的瞬间电流方向为A到B
【答案】D
【解析】
【详解】ACD．正对的平行板左右错开一些时，正对面积减小，根据公式
可知电容器的电容将减小，电压不变，电荷量减小，电容器放电，通过电阻R的瞬间电流方向为A到B，故A错误、C错误、D正确；
B．根据
可知，电压和板间距均未变化，则电场强度不变，电场力不变，带电尘粒仍然保持静止，故B错误。
故选D。
12. 如图所示，水平放置的平行金属板充电后板间形成匀强电场，板间距离为d，一个带电的液滴带电量大小为q，质量为m，从下板边缘射入电场，沿直线从上板边缘射出，则（ ）
A. 液滴带正电B. 液滴做的是匀加速直线运动
C. 两板的电势差为D. 液滴的电势能增加了mgd
【答案】C
【解析】
【详解】A．液滴做直线运动，液滴受到重力与电场力作用，若电场力方向向下，则合力方向向下，液滴将做类斜抛运动，由于液滴做直线运动，可知，电场力方向必定向上，由于电场强度方向向下，与电场力方向相反，则液滴带负电，故A错误；
B．根据上述，液滴所受电场力方向向上，与重力方向相反，由于液滴做直线运动，则重力与电场力必定平衡，液滴所受合力为0，液滴做匀速直线运动，故B错误；
C．根据上述有
根据电场强度与电势差的关系有
解得
故C正确；
D．根据上述，电场力做正功，则电势能减小，减小得电势能
故D错误。
故选C。
13. 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. tA应标在电流较小的刻度上，且温度与电流是线性关系
B. tA应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是非线性关系
C. tB应标在电流较小的刻度上，且温度与电流是线性关系
D. tB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】因
R=R0+kt
当温度较低时，I较大，即tA应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是非线性关系。
故选B。
14. 某仪器两极间的电场线分布如图所示，中间的一条电场线是直线，其它电场线对称分布，一正电荷从O点沿直线OA以某一初速度仅在电场力作用下运动到A点。取O点为坐标原点，沿直线向右为x轴正方向。从O到A运动过程中，关于该电荷运动速度v和加速度a随时间t的变化、质子的动能Ek和运动轨迹上各点的电势φ随位移x的变化图线中可能正确的是（ ）
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】
【详解】A．电场线的疏密表示电场的强弱，从O到A场强先增大后减小，由于图像的斜率表示电场强度的大小，则从O到A的电势随位移的变化图线的斜率先增大后减小，故A错误；
B．从O到A场强先增大后减小，则加速度先增大后减小，故B错误；
D．速度时间图线的斜率表示加速度，则速度时间图像斜率先增大后减小，故D错误；
C．根据能量守恒定律有
又有
整理可得
从O到A场强先增大后减小，可知，图像的斜率先增大后减小，故C正确。
故选C。
二、实验题（每空2分，共18分）
15. 在“测量金属丝的电阻率”的实验中，实验小组的同学测量一段阻值约为5Ω、粗细均匀金属丝的电阻率。
（1）用螺旋测微器分别在三个不同的位置测量金属丝的直径，某次示数如图甲所示，该次测量值为_________ mm。
（2）实验小组的同学采用图乙所示的电路图，用伏安法测金属丝的电阻Rx，现有电源（电动势为3.0V，内阻可忽略不计），开关和导线若干，以及下列器材：
A．电压表V1（量程0~3V，内阻约3kΩ）
B．电压表V2（量程0~15V，内阻约15kΩ）
C．电流表A（量程0~0.6A，内阻约0.125Ω）
D．滑动变阻器R（0~5Ω，3A）
为减小测量误差，在实验中，电压表应选用_________（选填“V1”或“V2”）
（3）图丙是测量Rx的实验器材实物图，图中已连接了部分导线。请根据图乙的电路图，补充完成图丙中实物间的连线_________。
（4）实验中测量出金属丝直径为d，长度为L，电压表示数为U，电流表示数为I，则该金属丝电阻率测量值的表达式ρ=_________。
（5）在一次用伏安法测量某合金丝电阻的实验中用了如图a所示的实验电路。实验中分别用最大阻值是5Ω、50Ω、500Ω的三种滑动变阻器做限流电阻。当滑动变阻器的滑片由一端向另一端移动的过程中，根据实验数据，分别做出电流表读数I随（指滑片移动的距离x与滑片在变阻器上可移动的总长度L的比值）变化的关系曲线a、b、c，如图b所示。则图乙中的图线c对应的滑动变阻器及最适合本实验的滑动变阻器是（ ）
A．图线c对应的为5Ω的滑动变阻器；最适合本实验的是图线b对应的滑动变阻器
B．图线c对应为50Ω的滑动变阻器；最适合本实验的是图线a对应的滑动变阻器
C．图线c对应的为500Ω的滑动变阻器；最适合本实验的是图线b对应的滑动变阻器
D．图线c对应为500Ω的滑动变阻器；最适合本实验的是图线c对应的滑动变阻器
【答案】 ①. 0.646 ②. V1 ③. ④. ⑤. A
【解析】
【详解】（1）[1]测量值为
（2）[2]电动势为3.0V，内阻可忽略不计，为了减小实验误差，所以电压表选量程为0~3V的V1；
（3）[3]电路实物图为
（4）[4]根据欧姆定律
根据电阻定律得
而
解得
（5）[5]从图b可以看出a曲线在滑片移动很小距离电流变化很大，说明该滑动变阻器阻值远大于被测电阻阻值，所以a曲线对应500Ω的滑动变阻器；c曲线接入电路电流变化不明显，所以是5Ω的滑动变阻器；b曲线电流随电阻变化的移动自始至终变化都比较明显，所以最适合本实验的滑动变阻器是b曲线。
故选A。
16. 在“用传感器观察电容器的充放电过程”，实验中，按图1所示连接电路。单刀双掷开关S先跟2相接，某时刻开关改接1，一段时间后，把开关再改接2。实验中使用了电流传感器来采集电流随时间的变化情况。其中C表示电容器的电容，R表示电阻的阻值，E表示电源的电动势（电源内阻可忽略）
（1）开关S改接2后，电容器进行放电过程。此过程得到的I−t图像如图2所示，根据该过程的获取的i-t图像信息，我们可以大致分析出该过程极板的电荷量Q随时间t变化的关系图像为（ ）
（2）若R=500Ω，结合放电过程获取的i-t图像，则加在电容器两极板的最大电压约为_________ V。
（3）改变电路中某一元件的参数对同一电容器进行两次充电，两次充电对应的电容器电荷量Q随时间t变化的图像分别如图3中a、b所示。根据图像分析：a、b两条曲线不同是_________（选填“R”或“E”）不同造成的。
（4）电容器充电过程实际是克服极板上电荷的静电力做功，使电势能增加的过程（即极板间储存电场能的过程），若某次充电过程的两极板间电压与电荷量的关系图象U-Q关系图像如图4所示，请类比v-t图像求位移的方法，计算该充电过程电容器储存的电场能为_________。
【答案】 ①. D ②. 1.2 ③. E ④.
【解析】
【详解】（1）[1]根据Q=It，因放电电流逐渐减小，则Q-t图像的斜率逐渐减小，则Q-t图像为D。
（2）[2]若R=500Ω，放电过程的最大电流为2.4mA，则加在电容器两极板的最大电压约为
U=IR=1.2 V
（3）[3]a、b两条曲线表面，电容器带的最大电量不同，根据Q=CU可知，两次不同是电源的电动势E不同；
（4）[4]该充电过程电容器储存的电场能等于U-Q图像与坐标轴围成的 “面积”，大小为。
三、计算论证题（共40分，要求有必要文字叙述及单位）
17. 锂电池因能量密度高、绿色环保而广泛使用在手机等电子产品中。当用充电器为一手机锂电池充电时（如图1），锂电池为该回路的用电器，等效电路如图2所示。充电器电源的输出电压为U，输出电流为I，锂电池的内阻为r，请分析：
（1）锂电池的输入功率为多大？
（2）锂电池因内阻而损耗的热功率为多大？
（3）锂电池在充电过程中转化为化学能的功率为多大？
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）由题意可知，锂电池的输入功率等于电源的输出功率，因此为
（2）根据公式，锂电池因内阻而损耗的热功率为
（3）根据能量守恒定律可得
整理得
18. 如图所示，平行板电容器与电源相连（电源内阻忽略），两极板A和B竖直放置，相距为d。在两极板的中央位置，用长为L的绝缘细线悬挂一个质量为m，电荷量为q的小球。小球静止在A点，此时细线与竖直方向成θ角。已知电容器的电容为C，重力加速度大小为g。求：
（1）平行板电容器两极板间的电场强度大小；
（2）电容器极板上所带电荷量Q；
（3）用手使小球静止置于悬点正下方O点时，剪断细线，放手后小球恰好从右极板下边缘射出，已知O点距右极板距离为x，距极板下边缘的高度差为h，则小球射出极板时动能是多少？
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）对小球受力分析可知
解得
（2）根据
U=Ed
Q=CU
可得电容器极板上所带电荷量
（3）根据动能定理
19. 如图所示为示波管的结构原理图，加热的阴极K发出的电子（初速度可忽略不计）经电势差为U0的AB两金属板间的加速电场加速后，从一对水平放置的平行正对带电金属板的左端中心O′点沿中心轴线O′O射入金属板间（O′O垂直于荧光屏M），两金属板间偏转电场的电势差为U，电子经偏转电场偏转后打在右侧竖直的荧光屏M上。整个装置处在真空中，加速电场与偏转电场均视为匀强电场，忽略电子之间的相互作用力。已知电子的质量为m，电荷量为e，加速电场的金属板AB间距离为d0，偏转电场的金属板长为L，板间距离为d。电子所受重力可忽略不计，求：
（1）电子从加速电场射入偏转电场时的速度大小v0；
（2）电子射出偏转电场的位置与O点的竖直距离y；
（3）在偏转电场中，若单位电压引起的偏转距离（即）称为示波管的灵敏度，该值越大表示示波管的灵敏度越高。在示波管结构确定的情况下，为了提高示波管的灵敏度，请分析说明可采取的措施。
【答案】（1）；（2）；（3），则减小加速电场两板间的电势差U0可以提高示波管的灵敏度
【解析】
【详解】（1）电子在加速电场中做匀加速直线运动，根据动能定理有
解得
（2）电子在偏转电场中做类平抛运动，满足
根据牛顿第二定律
解得偏转位移
（3）示波管的灵敏度
在示波管结构确定的情况下，则减小加速电场两板间的电势差U0可以提高示波管的灵敏度。
20. 宏观规律是由微观机制所决定的。从微观角度看，在没有外电场的作用下，金属导体中的自由电子如同理想气体分子一样做无规则地热运动，它们朝任何方向运动的概率是一样的，则自由电子沿导线方向的速度平均值为0。宏观上不形成电流。如果导体两端加了电压，导体中有了恒定的电场，自由电子的运动过程可做如下简化：自由电子在恒定电场的电场力驱动下开始定向移动，然后与导体内不动的金属正离子碰撞，碰撞后电子定向速度变为0，然后再加速、再碰撞……，在宏观上可看成自由电子以平均速率定向运动，从而形成了恒定电流。
（1）根据以上描述可知电流做功的实质是：导体中的恒定电场对自由电荷的电场力在做功。当某段金属导体两端电势差为U时，通过该导体的恒定电流为I，根据电流做功的实质证明：任意时间t内电流做功。
（2）若该段导体连入电路的长度为L，横截面积为S，导体中单位体积自由电子数为n，电子的电荷量大小为e，质量为m。当加在导体两端的电压为U时，电子与正离子连续两次碰撞的时间间隔为t。在时间间隔t内，可把电子的运动看作初速度为0的匀加速直线运动，仅在自由电子和金属离子碰撞时才考虑粒子间的相互作用。
①求在时间t内自由电子做匀加速运动的速度的平均值；
②根据电流的定义式推导电流I的表达式；
（3）电阻的定义式为，电阻定律是由实验得出的。事实上，不同途径认识的物理量之间存在着深刻的本质联系，请从电阻的定义式出发，推导金属导体的电阻定律。并说明的具体表达式。

【答案】（1）见解析；（2）①，②；（3）见解析。
【解析】
【详解】（1）导体中的电场强度为
导体中全部电荷数为
每个自由电荷受到的电场力为
恒定电场对导体中全部电荷的静电力为
恒定电场对导体中全部电荷的静电力做的功
其中
可证
（2）①自由电子定向移动时加速度大小
自由电子在连续两次碰撞的时间间隔t内做匀加速直线运动，设第二次碰撞前的速度为v，则
联立解得
②t时间内通过导线横截面积的电荷量为
则电流
（3）电阻
结合（2）所得
解得
故电阻定律得
解得