2023-2024学年安徽省淮北市国泰中学高二（上）期末考试物理试卷（含解析）

这是一份2023-2024学年安徽省淮北市国泰中学高二（上）期末考试物理试卷（含解析），共10页。试卷主要包含了单选题，实验题，计算题等内容，欢迎下载使用。

1.关于电源和电流，下列说法正确的是( )
A. 电源的作用是使电路中产生电荷
B. 只要电路中有电源，电路中就会形成持续的电流
C. 电流既有大小又有方向，所以电流是矢量
D. 单位时间内通过导体横截面的电荷量越多，导体中的电流越大
2.有关电场知识的理解，下述说法正确的是( )
A. 库仑用扭秤实验获得库仑定律并最早测出了元电荷e的数值
B. 在电场中某点放入试探电荷q，该点的场强为E=Fq，取走q后，该点场强即为零
C. 若点电荷Q1电荷量小于Q2电荷量，则Q1对Q2的静电力小于Q2对Q1的静电力
D. 若−q在C点的电势能比在D点的大，则C点电势低于D点电势
3.关于电场强度，下列说法正确的是( )
A. 电场看不见，摸不着，因此电场实际不存在
B. 电荷间的相互作用是通过电场发生的
C. 根据电场强度的定义式E=Fq可知，E与F成正比，E与q成反比
D. 由公式E=kQr2可知，放入电场中某点的检验电荷电荷量Q越大，则该点的电场强度越大
4.两个等量异种点电荷P、Q在真空中产生的电场的电场线如图所示，电场线的方向未知，一电子在A、B两点所受的电场力分别为FA和FB，电势能分别为EPA和EPB，则它们的大小关系为
( )
A. FA>FBB. FAEPBD. EPA5.如图所示是匀强电场中的一组等势面，每两个相邻等势面的距离是40cm，由此可确定电场强度的方向及大小为( )
A. 竖直向下，E=25N/CB. 水平向右，E=0.25N/C
C. 水平向左，E=250N/CD. 水平向右，E=25N/C
6.在如图所示电路中，当变阻器R3的滑动头P向b端移动时
( )
A. 电压表示数变大，电流表示数变小B. 电压表示数变小，电流表示数变大
C. 电压表示数变大，电流表示数变大D. 电压表示数变小，电流表示数变小
7.某物理课外兴趣小组的同学用欧姆表粗略测量一未知电阻的阻值，他们选择“×10”挡，欧姆调零后，测量时指针位置如图所示，则该电阻阻值约为( )
A. 15ΩB. 20ΩC. 170ΩD. 2000Ω
8.如图所示，由a、b两块相互靠近的平行金属板组成的平行板电容器，极板a与静电计的金属球连接，极板b与静电计的外壳均接地。给电容器充电，静电计指针张开一定角度。实验过程中，电容器所带电荷量不变，则( )
A. 实验中，只将b极板向上平移，指针张角变小
B. 实验中，只将b极板向右靠近，指针张角变大
C. 实验中，只要极板间插入有机玻璃，指针张角变小
D. 实验中，增加极板带电量，指针张角增大，电容增大
9.如图，重力不计的a、b两个带正电的粒子，以相同的速度先后射入水平放置的两平行金属板间，射入方向与两极板平行，a粒子打在B板的b′点，b粒子打在B板的b′点，则
( )
A. a的运动时间小于b的运动时间B. a的比荷一定小于b的比荷
C. a带的电荷量一定大于b带的电荷量D. b的质量一定大于a的质量
10.如图所示的U−I图像中，直线a表示某电源路端电压与电流的关系，直线b为某一电阻R的U−I图像。用该电源直接与电阻R连接成闭合电路，由图像可知( )
A. 电源的输出功率为2W
B. 电源电动势为4.0V，内阻为0.5Ω
C. 电源的总功率为8W
D. 若将两个相同电阻R串联接入该电源，则电流变为原来的12
二、实验题：本大题共1小题，共12分。
11.如图所示实验装置可用来探究影响平行板电容器电容的因素，其中电容器左侧极板和静电计外壳接地，电容器右侧极板与静电计金属球相连，使电容器带电后与电源断开。

(1)上移左极板，电容器的电容__________，可观察到静电计指针偏转角__________，(选填变大，变小或不变)；
(2)两板间插入一块玻璃，电容器的电容__________，可观察到静电计指针偏转角__________(选填变大，变小或不变)。
三、计算题：本大题共3小题，共48分。
12.把带电荷量为1×10−8C的正点电荷从无限远处移到电场中A点，要克服电场力做功4×10−6J，若把该电荷从无限远处移到电场中B点，需克服电场力做功2×10−6J取无限远处电势为零。求：
(1)A点的电势；
(2)A、B两点间的电势差；
(3)把2×10−5C的负电荷由A点移到B点电场力做的功。
13.在如图所示电路中，已知电源电动势E=3V，内电阻r=1Ω，电阻R1=2Ω，滑动变阻器R的阻值可连续增大，问：
①当R多大时，R消耗的功率最大？最大功率为多少？
②当R多大时，R1消耗的功率最大？最大功率为多少？
③电源的最大输出功率为多少？此时电源的效率为多少？
14.电子发生装置，产生初速度为0的电子，经过加速电场的加速，进入偏转电场的运动，最后打在荧光屏上，加速电场两板间电势差为U1，偏转电场两板间电势差为U2且上板带负电，板长为L，板间距为d，偏转电场与荧光屏的距离为l，知电子的质量为m、电荷量为e，其重力不计。分析：
(1)电子离开加速度电场获得的速度和动能；
(2)电子在偏转电场中的偏转距离y和速度偏角；
(3)电子打到荧光屏的位置与荧光屏中心的距离y′。
答案和解析
1.【答案】D
【解析】【分析】
本题主要考查电源和电流的定义和特点，注意电流虽然有大小又方向，但是电流是标量。
【解答】
A、导体中本身就有自由电荷，电源的作用不是使电路中产生电荷，A项错误;
B、只要电路中有电源，且电路要闭合，电路中就会形成持续的电流， B错误;
C、电流虽然有方向，但电流是标量，C错误;
D、由I=qt可知，单位时间内通过导体横截面的电荷量越多，导体中的电流越大， D正确。
2.【答案】D
【解析】A.库仑用扭秤实验获得库仑定律，密立根用油滴实验最早测出了元电荷e的数值，故A错误；
B.在电场中某点放入试探电荷q，该点的场强为E= Fq
取走q后，该点场强由场源决定，则场强不变，故B错误；
C.若点电荷Q1电荷量小于Q2电荷量，根据静电力F=kQ1Q2r2
可知，Q1对Q2的静电力等于Q2对Q1的静电力，两个力是作用力与反作用力，故C错误；
D.若−q在C点的电势能比在D点的大，由φ=EP−q
可知，C点电势低于D点电势，则D正确；
故选：D。
3.【答案】B
【解析】A.电场看不见，摸不着，但电场实际存在，A错误；
B.电荷间的相互作用是通过电场发生的，B正确；
C.电场强度的定义式为 E=Fq ，但 E 与 F 、 q 均无关，C错误；
D.由电场强度的决定式 E=kQr2 可知， E 与场源电荷 Q 成正比，与 r2 成反比，与检验电荷无关，所以放入电场中某点的检验电荷电荷量Q越大，则该点的电场强度不变。D错误。
故选：B。
4.【答案】A
【解析】【分析】
为了形象的描述电场的强弱和方向引入了电场线的概念，在电场中电场线密的地方电场强度大，稀疏的地方电场强度小，但不知电场线的方向，无法确定A和B电势的高低，也就无法确定电子在A、B两点电势能的高低据此可正确解答本题。
本题比较简单，考查了如何通过电场线判断电场强度的大小和电势的高低，要正确理解电场强度、电势等概念与电场线的关系。
【解答】
AB.从图中可以看出，A点电场线比B点密，因此A点场强比B点强，根据F=Eq可知，A点电场力大，故B错误，A正确;
CD.由于不知电场线的方向，无法确定A和B电势的高低，也就无法确定电子在A、B两点电势能的高低；故CD错误。
5.【答案】D
【解析】沿着电场线方向电势逐渐降低，且等势线与电场线垂直，所以电场线水平向右，电场方向水平向右，电场强度大小为E=Ud=25 N/C
故选：D。
6.【答案】B
【解析】解：当变阻器R3的滑动头P向b端移动时，变阻器接入电路的电阻减小，并联部分的电阻减小，外电路的电阻减小，总电阻减小，根据闭合电路的欧姆定律得知，总电流I增大，路端电压减小，则电压表示数减小。并联部分的电压U并=E−I(R1+r)，I增大，其他量不变，可见，U并减小，通过R2的电流I2减小，流过电流表的电流IA=I−I2，I增大，I2减小，IA增大，则电流表示数变大。所以电压表示数变小，电流表示数变大。
故选：B。
7.【答案】C
【解析】【分析】
本题考查了欧姆表的读数，根据图示表盘确定其分度值，然后读出其示数．欧姆表指针示数与挡位的乘积是欧姆表示数．
【解答】
根据测量结果为读数乘以倍率，选择“×10”挡，读数为17Ω，故阻值为170Ω。故C正确ABD错误。
8.【答案】C
【解析】A.实验中，只将b极板向上平移，则两板相对面积S减小，根据C=εS4πkd
可知，电容器的电容C减小，Q一定，根据Q=CU
可知两板电势差U变大，则指针张角变大，故A错误；
B.实验中，只将b极板向右靠近，则两板间距d减小，根据C=εS4πkd
可知，电容器的电容C变大，Q一定，根据Q=CU
可知两板电势差U变小，指针张角变小，故B错误；
C.实验中，只要极板间插入有机玻璃，则ε变大，根据C=εS4πkd
可知，电容器的电容C变大，Q一定，根据Q=CU
可知两板电势差U变小，指针张角变小，故C正确；
D.实验中，增加极板带电量，电容不变，根据Q=CU
可知，U变大，则指针张角增大，故D错误。
故选：C。
9.【答案】A
【解析】两粒子在两极板间做类平抛运动，设任一粒子的初速度为v，电荷量为q，质量为m，加速度为a，水平位移为x，竖直位移为y，运动的时间为t，两极板间的电场强度为E，则有x=vt，y=12at2
由于水平初速度v相同， a 的水平位移小于 b 的水平位移，则 a 的运动时间小于 b 的运动时间，根据牛顿第二定律有Eq=ma
可得，粒子的比荷为qm=aE
由于竖直位移y相同， a 的运动时间小于 b 的运动时间，则 a 的加速度大于b的加速度，则 a 的比荷一定大于 b 的比荷，但a的电荷量不一定大，a的质量也不一定大。
故选：A。
10.【答案】A
【解析】A.电源的输出功率P=IU=2W
选项A正确；
B.电动势为4.0V，内阻r=42=2Ω
选项B错误；
C.电源的总功率P总=IE=1×4=4W
选项C错误；
D.电阻R=21Ω=2Ω
若将两个相同电阻R串联接入该电源，则电流I=E2R+r=42×2+2A=23A
所以电流变为原来的 23 ，选项D错误。
故选：A。
11.【答案】(1)变小 变大 (2)变大 变小
【解析】1)[1][2]根据电容的决定式 C=εS4πkd ，上移左极板，正对面积S减小，则电容变小，根据 U=QC 知，电荷量不变，则电势差增大，指针偏角变大。
(2)[3][4]两板间插入一块玻璃，增加了介电常数，电容器的电容变大，根据 U=QC 知，电荷量不变，则电势差变小，指针偏角变小。
12.【答案】(1)正点电荷从无限远处移到电场中A点，根据题意有W1=qU∞A=q0−φA
其中W1=−4×10−6J
解得φA=400V
(2)正点电荷从无限远处移到电场中B点，根据题意有W2=qU∞B=q0−φB
其中W2=−2×10−6J
解得φB=200V
则A、B两点间的电势差UAB=φA−φB=200V
(3) 2×10−5C 的负电荷由A点移到B点电场力做的功W3=q′UAB
其中q′=−2×10−5C
解得W3=−4×10−3J

【解析】详细解答和解析过程见【答案】
13.【答案】解：①把R1视为内电路的一部分，则当R=R1+r=3Ω时，R消耗的功率最大，最大值为
②对定值电阻R1，当电路中的电流最大时，R1消耗的电功率最大，此时R=0，所以有
③R=0时，电源的最大输出功率最大，最大值为 ll

此时电源的效率为

【解析】此题考查了电功率的计算；要知道当外电路的电阻变化时，当外电路的电阻等于内阻时外电路消耗的功率最大，最大值为Pmax=E24r；解题时注意等效法在解题中的应用。
①把R1视为内电路的一部分，则当R=R1+r=3Ω时，R消耗的功率最大；
②对固定电阻R1，当电路的电流最大时其消耗的功率最大；
③R=0时电源的输出功率最大。
14.【答案】解：(1)电子在加速电场中运动过程，由动能定理有：eU1=12mv02−0
又Ek0=12mv02
解得电子离开加速电场获得的速度大小：v0= 2eU1m，方向水平向右
电子离开加速电场获得的动能：Ek0=eU1；
(2)电子在偏转电场中做类平抛运动，水平方向做匀速直线运动有：L=v0t
竖直方向做匀变速直线运动有：y=12at2
由牛顿第二定律有：e·U2d=ma
由几何关系有：tanθ=atv0
解得偏转距离：y=U2L24U1d，速度偏角：tanθ=U2L2U1d；
(3)由几何关系知：y′=y+ltanθ=(L+2l)U2L4dU1。
【解析】本题考查了带电粒子在电场中的加速和偏转，解题的关键是分析清楚运动过程，熟练运用动能定理和运动学公式。
(1)根据动能定理即可求出电子离开加速电场获得的速度和动能；
(2)电子在偏转电场中做类平抛运动，水平方向做匀速直线运动，竖直方向做匀变速直线运动，根据运动学公式结合几何关系即可求出电子在偏转电场中的偏转距离y和速度偏角；
(3)根据上面求出物理量结合几何关系即可求出电子打到荧光屏的位置与荧光屏中心的距离。