[物理]江苏省无锡市2023-2024学年高一下学期6月测试试卷（解析版）

这是一份[物理]江苏省无锡市2023-2024学年高一下学期6月测试试卷（解析版），共16页。

1. 关于静电场，下列说法中正确的是（ ）
A. 元电荷实际上是指电子和质子本身
B. 在匀强电场中，电势降低的方向不一定是电场线的方向
C. 摩擦起电是在摩擦的过程中分别创造了正电荷与负电荷
D. 由真空中点电荷的电场强度公式， 可知，当r趋近于0时，E将无穷大
【答案】B
【解析】A．元电荷是最小单位电荷量，不是指电子或质子，A错误。
B．电场线方向是电势降低最快的方向，在匀强电场中，电势降低的方向不一定就是电场线的方向，B 正确；
C．摩擦起电过程是电荷的转移过程，并没有创造电荷，C 错误；
D．公式
只适用点电荷产生的电场，当r趋近于0时，带电体不能看成点电荷，该公式不再成立，所以不能得出r趋近于0时，E将无穷大的结论，D错误。
故选B。
2. 如图所示，电工穿上用铜丝编织的防护服进行高压带电作业时，防护服能保护电工的安全，其原因是（ ）
A. 防护服用铜丝编织不易拉破，对人体起到保护作用
B. 编织防护服的铜丝电阻小，对人体起到保护作用
C. 电工被防护服所包裹，人体电势为零，对人体起到保护作用
D. 电工被防护服所包裹，人体场强为零，对人体起到保护作用
【答案】D
【解析】电工被金属丝做成的防护服所包裹，则人体处于静电屏蔽状态，人体场强为零，对人体起到保护作用。
故选D。
3. 如图所示，当架空线路的一根带电导线断落在地上时，电流就会从导线的落地点向大地流散，在地面上形成一个以导线落地点为中心的电势分布区域。其电势分布在地表区域可等效为以落点为中心的点电荷形成的电场。下列说法正确的是 （ ）
A. 两脚并拢跳离导线触地点中心是防跨步触电的一种有效方法
B. 跨大步跑开远离导线触地点中心触电风险较小
C. 人向中心行走过程中，如果每步步长一致，每步两脚间电压相同
D. 下落的导线输电电压高低不影响每步之间的电压
【答案】A
【解析】A．两脚并拢跳离导线触地点中心时，两脚之间的距离小，根据
两脚之间电压很小，是防跨步触电的一种有效方法，故A 正确；
B．跨大步跑开远离导线触地点中心，两脚之间的距离增大，两脚之间电压增大，触电风险较大，故B错误。
C．类比点电荷电场，靠近点电荷的电场强度越大，相等距离电势差越大，则人向中心行走过程中，如果每步步长一致，每步两脚间电压不相同，故C错误；
D．下落的导线输电电压越高，等效的点电荷形成的电场强度越大，每步的电压越高，故D 错误。
故选A。
4. 如图所示，是某避雷针放电时空间电场线的分布图。a、b、c三点在同一电场线上。空间电场分布关于直线ac对称。图中的虚线AB是一带电粒子只在电场力作用下的运动轨迹。已知ab=bc，下列说法正确的是 （ ）
A. 粒子带负电
B. 粒子在A 点的电势能一定小于在 B 点的电势能
C. 粒子在A点的动能一定小于在 B点的动能
D. ab两点的电势差等于bc两点的电势差
【答案】C
【解析】A．带电粒子仅在电场力作用下运动，带电粒子受到电场力指向其轨迹的内侧，可得电场力方向与电场线切线方向，故粒子带正电，A错误；
BC．粒子从A点向B点运动，电场力做正功，则粒子的速率一直在增加，故粒子动能增加，电势能减小，故B错误，C正确；
D．ab=bc，若电场为匀强电场，则ab两点的电势差等于bc两点的电势差，但此ab两点间的电场强度小于bc两点间的电场强度，根据U=Ed得ab两点的电势差小于bc两点的电势差，故D错误。
故选C。
5. 示波管由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，其原理图如图甲所示。图乙是从右向左看到的荧光屏的平面图。若在XX'上加如图丙所示的电压，在 YY'上加如图丁所示的信号电压，则在示波管荧光屏上看到的图形是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】因甲图XX'偏转电极接入的是锯齿形电压，即扫描电压，且周期与YY'偏转电压上加的是待显示的信号电压相同，所以在荧光屏上得到的信号在一个周期内的稳定图象，则显示的图象与 YY'所载入的图象形状是一样的，如图A所示。
故选A。
6. 计算机键盘每个按键下有块小金属片，与该金属片隔有一定空气间隙的是另一块小的固定金属片，两片金属片组成一个小电容器。计算机工作时，电压保持不变，对正常工作的计算机，按下键盘上“ctrl”键过程中，按键金属片间组成的电容器（ ）
A. 电容变小B. 金属片间的场强变大
C. 电荷量减小D. 处于放电状态
【答案】B
【解析】A．按下“ctrl”键过程中，按键金属片间组成的电容器两极板间距d减小，根据
可知电容C变大，A错误；
CD．因两板电压U一定，根据
Q=CU
可知，电容器带电量增大，电容器处于充电状态，CD错误；
B．电压保持不变，根据
可知d减小时金属片间的场强E变大，B正确。
故选B。
7. 如图所示，让两质子先、后以不同初速度从同一位置垂直射入一平行板电容器（两板间电压恒定），质子分别沿a、b轨迹落到极板上，则质子沿b轨迹运动时（ ）
A. 加速度更大B. 运动时间更长
C. 动能增量更大D. 电势能增量与沿a轨迹运动时相同
【答案】D
【解析】A．加速度为
都是质子，比荷相同，所以加速度相同，故A错误；
B．质子在竖直方向做初速度为零的匀加速直线运动，则偏转距离
质子的加速度相同，由图看出，y相同，则运动时间相同，故B错误；
CD．静电力做功为
W=qEy
所以两次静电力做功相同，电势能的增量相同，由动能定理可知，两次动能的增量相同，故C错误，D正确。
故选D
8. 如图，两个固定的等量正点电荷，其连线的中点为O，a和b两点关于O点对称，以O为坐标原点、Ob为x轴的正方向。若带正电的试探电荷从a点由静止出发，沿直线aOb运动到b点，下列各图关于x轴上各点电场强度E、电势φ和该试探电荷速度v、电势能Ep的描述正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】B
【解析】AC.O点的场强为零，从a到b，场强先减小后反向增大，电荷所受的电场力先减小后增大，加速度先减小后增大，v-t图像切线斜率先减小后增大，故AC错误；
B.aO间的电场线方向由a到O，电势逐渐降低，根据φ-x图像切线斜率等于场强，知φ-x图像切线斜率逐渐减小，x=0时φ-x图像切线斜率等于零。注意：O点电势大于0，电场线往无穷远处走，电势降低，无穷远处电势为0，故B正确；
D.根据对称性知，电荷在关于O点对称的位置电势能相等，图像应关于纵轴对称，故D错误。
故选B。
9. 图甲为两水平金属板，在两板间加上周期为T的交变电压，电压随时间t变化的图线如图乙所示质量为m、重力不计的带电粒子以初速度沿中线射入两板间，经时间T从两板间飞出。下列关于粒子运动描述错误的是（ ）

A. 时入射的粒子离开电场时偏离中线的距离最大
B. 时入射的粒子离开电场时偏离中线的距离最大
C. 无论哪个时刻入射的粒子离开电场时的速度方向都水平
D. 无论哪个时刻入射的粒子离开电场时的速度大小都相等
【答案】B
【解析】A．粒子在电场中水平方向始终做匀速直线运动，即粒子在电场中运动的时间是相同的。时刻入射的粒子，在竖直方向先加速，然后减速，最后离开电场区域，故时刻入射的粒子离开电场时偏离中线的距离最大，故A正确，不符合题意；
B．结合上述可知，时刻入射的粒子，在竖直方向先加速，然后减速，再反向加速，最后反向减速离开电场区域，故此时刻射入的粒子离开电场时速度方向和中线在同一直线上，故B错误，符合题意；
CD．因粒子在电场中运动的时间等于电场变化的周期，根据动量定理，竖直方向电场力的冲量的矢量和为零，故所有粒子离开电场时竖直方向的分速度为零，即最终都垂直电场方向射出电场，离开电场时的速度大小都等于初速度大小，故CD正确，不符合题意。
故选B。
10. 粒子直线加速器在科学研究中发挥着巨大的作用，简化如图所示：沿轴线分布O（为薄金属环）及A、B、C、D、E5个金属圆筒（又称漂移管），相邻漂移管分别接在高压电源MN的两端，O接M端。质子飘入（初速度为0）金属环O轴心沿轴线进入加速器，质子在金属圆筒内做匀速运动且时间均为T，在金属圆筒之间的狭缝被电场加速，加速时电压U大小相同。质子电量为e，质量为m，不计质子经过狭缝的时间，则（ ）
A. 质子从圆筒E射出时的速度大小为
B. 圆筒E的长度为T
C. MN所接电源是直流恒压电源
D. 金属圆筒A的长度与金属圆筒B的长度之比为
【答案】B
【解析】A．质子从O点沿轴线进入加速器，质子经5次加速，由动能定理可得
质子从圆筒E射出时的速度大小为
选项A错误；
B．质子在圆筒内做匀速运动，所以圆筒E的长度为
选项B正确；
D．同理可知，金属圆筒A的长度
金属圆筒B的长度
则金属圆筒A的长度与金属圆筒B的长度之比为，选项D错误；
C．因由直线加速器加速质子，其运动方向不变，由题图可知，A的右边缘为负极时，则在下一个加速时需B右边缘为负极，所以MN所接电源的极性应周期性变化，选项C错误。
故选B。
二.实验题：
11. 某兴趣小组自制电容器。他们用两片锡箔纸做电极，用三张电容纸（某种绝缘介质）依次间隔夹着两层锡箔纸，一起卷成圆柱形，然后接出引线，如图甲所示，最后密封在塑料瓶中，电容器便制成了。
（1）为增大该电容器的电容，下列方法可行的有哪些（ ）
A. 增大电容纸的厚度B. 减小电容纸的厚度
C. 增大锡箔纸的厚度D. 同时增大锡箔纸和电容纸的面积
（2）将开关S先拨到a充电完成后，电容器的______（选填“左”或“右”）极板带正电荷，后开关S拨到b，此过程电阻R上的电流方向为________（选填“向左”或“向右”）
（3）该小组采用如图乙所示的电路测量该电容器的电容。将开关S拨到a端，电压和电流传感器显示出U-t图像和I-t图像分别如图丙、丁所示，其中I-t图线与t轴所围的小格数约为60个，则该电容器充满电后所带的电荷量约为_______C，电容大小约为_______F。（结果均保留两位有效数字）
【答案】（1）BD （2）左 向右 （3） 1.2×10⁻⁵ 2.4×10⁻⁶
【解析】
【小问1详解】
A．由平行板电容器因素决定式，增大电容纸的厚度，即d增大，则电容减小，故A错误；
B．减小电容纸的厚度，即d减小，故电容增大，故B正确；
C．增大锡箔纸厚度，对电容无影响，故C错误；
D．同时增大锡箔纸和电容纸的面积，S增大，故电容增大，故D正确。
故选BD。
小问2详解】
充电时，电流方向由电源正极流向电容器左极板；
放电时，电流由电容器左极板流出向右经过电阻R。
【小问3详解】
图线与t轴所围成的面积表示电荷量，该电容器充满电后所带的电荷量约为
电容大小约为
三.计算题：本题共 4 小题，共计 42分。解答时请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值的题，答案中必须明确写出数值和单位。
12. 如图所示，空间中有一对彼此绝缘的平行金属带电极板MN，一带电液滴恰好静止在极板MN之间的A点处，已知金属板M、N之间相距为d=8cm，其中N板接地，带电液滴的质量为m=4×10-4kg，带电量为q=2×10-6C，取g=10m/s2。
（1）求MN两板间的电势差UMN；
（2）若A点到N板的距离为3cm，试求液滴在A点的电势能EpA。
【答案】（1）； （2）
【解析】（1）由平衡条件有
两板间的电压为
解得
E=2000V/m，U=160V
由于场强向上，N板电势较高，MN间的电势差为
UMN=
（2）NA两点间的电势差
UNA =EdNA=60V
N点的电势为零，则A点的电势
φA=-60V
则液滴在A点的电势能为
EPA=
13. 空间中三点A、B和C是直角三角形的三个顶点， 且AB=4cm， ∠CAB=37°，现将点电荷QA和QB分别放在A、B两点，测得C点的场强为EC=8N/C，方向如图所示，求：
（1） QA和QB的电性；
（2）QA产生的电场在C点的电场强度大小；
（3） QA电荷量大小。
【答案】（1） QA带负电， QB带正电；（2） 10N/C；（3）
【解析】（1）如图，根据矢量叠加可知QA在C点产生电场强度方向由C指向A，而QB在C点产生电场强度方向由B指向C，所以QA带负电，QB带正电；
（2）有电场强度矢量关系得
解得
（3）根据前面分析可知QA带负电，根据几何关系可得

根据点电荷场强公式有
解得
14. 如图所示，AB、CD分别是水平方向和竖直方向的两正对平行板电容器，极板之间均存在匀强电场。OO＇为电容器AB的中心线，电容器AB 极板长为L，极板间距足够大，电场强度大小为E₁，方向竖直向下。电容器CD极板足够长，极板间距足够宽，电场强度E₂，方向水平向右，大小未知。M为极板C上的一个小孔。一带正电的液滴以一定的初速度从O点沿中心线OO'射入电容器AB 间的匀强电场，随后从M孔射入电容器CD，恰好能在CD间做直线运动。重力加速度为g，带电液滴的质量为m，电荷量 ，在O点的初速度 ，忽略电场的边缘效应及带电液滴对电场的影响。求：
（1） 小孔M与O点的竖直距离y；
（2） 匀强电场E₂的大小；
（3）若将电场E₂改为方向水平向左，大小不变，带电液滴从极板C上的小孔M射入后恰好再次打到C板的N点（图中未画出）。求MN间的距离yMN。
【答案】（1）；（2） E₂=E₁； （3）
【解析】（1）水平方向上有

竖直方向上有
解得
（2）由

解得
由于液滴恰好在CD之间做直线运动，可知
解得

（3）根据上述分析，液滴打到N点过程水平方向有

解得
在水平方向有

解得

在竖直方向有

解得
15. 如图所示，BCDG是光滑绝缘的圆形轨道，位于竖直平面内，轨道半径为，下端与水平绝缘轨道在点平滑连接，整个轨道处在水平向左的匀强电场中。现有一质量为、带电量为的小滑块（可视为质点）置于水平轨道上，滑块与水平轨道间的动摩擦因数为0.5，重力加速度为。，。
（1）若滑块从水平轨道上距离点的点由静止释放，求滑块到达点的速度；
（2）在（1）的情况下，求滑块到达点时对轨道的压力；
（3）改变的大小，为了使小滑块不脱离圆弧轨道，求AB初始距离的取值范围。
【答案】（1）；（2），方向竖直向下；（3）或
【解析】（1）根据题意，从A点到B，根据动能定理可得
解得
（2）由牛顿第二定律得
由牛顿第三定律得
解得
方向竖直向下。
（3）滑块恰好始终沿轨道BCDG滑行，则滑至圆弧轨道D、G间等效最高点时，由电场力和重力的合力提供向心力，此时的速度最小，与竖直方向夹角的正切值为
解得
则有
解得
滑块不离开轨道有两种可能，一种最高到点（等效重力场中圆心等高处），另一种是恰好通过H点（等效最高点）。如图所示
①如果最高到I点，根据动能定理，有
解得
②如果在等效场中最高到H点，则根据动能定理，有
联立解得
故使滑块沿圆弧轨道滑行时不脱离圆弧轨道的的取值范围为
或