北京市顺义区2023_2024学年高二物理上学期10月月考试题含解析 (1)

这是一份北京市顺义区2023_2024学年高二物理上学期10月月考试题含解析 (1)，共17页。试卷主要包含了 两个相同的金属小球等内容，欢迎下载使用。
A. 比值法B. 等效替代法C. 理想化模型D. 控制变量法
【答案】C
【解析】
【详解】“质点”、“点电荷”这两个概念的建立所体现的共同的科学思维方法是理想化模型，故ABD错误，C正确。
故选C。
2. 两个相同的金属小球（均可看做点电荷），原来所带的电荷量分别为+5q和-q，相互间的库仑力大小为F。现将它们相接触，再分别放回原处，则两金属小球间的库仑力大小变为（ ）
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】
【详解】根据库仑定律，开始时
接触后电荷先中和后均分，则
故选B。
3. 小张同学在空气干燥的教室里进行一个小实验，将一塑料绳撕成细丝后，一端打结，做成“水母”的造型，用毛巾顺着细丝向下捋几下，同样用毛巾来回摩擦PVC（塑料）管。将“水母”抛向空中，然后把PVC管从下方靠近它，直到“水母”处于悬停状态，则（ ）
A. PVC管带电方式属于感应起电
B. “水母”在空中悬停时，PVC管对它向上的静电力大于它所受重力
C. 用毛巾摩擦后，“水母”与PVC管带异种电荷
D. PVC管与“水母”相互靠近过程中，两者间相互作用力变大
【答案】D
【解析】
【详解】A．由题意可知PVC管带电方式属于摩擦起电，故A错误；
B．“水母”在空中悬停时，处于平衡状态，PVC管对它向上的静电力等于它所受重力，故B错误；
C．因为“水母”与PVC管存在相互排斥的静电力，所以“水母”与PVC管带同种电荷，故C错误；
D．管与“水母”相互靠近过程中，距离减小，两者间相互作用力变大，故D正确。
故选D。
4. 用下图描述某电容器充电时，其电荷量、电压、电容之间的相互关系，请中描述错误的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】
【详解】ABD．根据可知，电容器的电容取决于电容器本身的构造，与电容器极板上的电荷量，极板间的电势差无关，对于同一个电容器来说，其电容是不变的，故A错误，BD正确；
C．根据电容器公式
整理得
当电容不变时，其电荷量与电压成正比，故C正确。
由于本题选择错误的，故选A。
5. 在如图所示的负点电荷产生的电场中，一检验电荷从A点分别移到B、C、D、E（在以场源电荷为圆心的圆周上），则下列情况正确的是（ ）
A. 从A到B电场力做功最多
B. 从A到E电场力做功最多
C. 电场力做功一样多
D. A点比D点电势高
【答案】C
【解析】
【详解】ABC．B、C、D、E在以场源电荷为圆心的圆周上，所以有
检验电荷从A点分别移到B、C、D、E这几做功一个样，故C正确，AB错误；
D．场源电荷是负电荷，离它越远，电势越高，所以A点比D点电势低，故D错误；
故选C。
6. 使用带电的金属球靠近不带电的验电器，验电器的箔片张开。下列各图表示验电器上感应电荷的分布情况，正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】B
【解析】
【详解】AC．当金属球带正电时，靠近带电金属球的验电器的金属球带异种电荷（负电荷），而验电器的金属箔片带同种电荷（正电荷），故AC错误；
BD．当金属球带负电时，靠近带电金属球的验电器的金属球带异种电荷（正电荷），而验电器的金属箔片带同种电荷（负电荷），故B正确，D错误。
故选B。
7. 如图，三个完全相同的金属小球a、b、c位于等边三角形的三个顶点上，其中a和c带正电，b带负电，a所带电荷量比b的少。已知c受到a和b的静电合力可用图中四条有向线段中的一条来表示，它应是（ ）
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】
【详解】由题意，根据库仑定律可知a对c的静电力（沿a→c方向）小于b对c的静电力（沿c→b方向），根据力的合成与分解规律可知c受到a和b的静电合力可以用F2来表示。
故选B。
8. 图中实线为一个正点电荷的电场线，虚线是其等势面，B、C、D是某条电场线上的三点，且BC=CD，A点与C点在同一等势面上。下列说法正确的是（ ）
A. A点与C点的电场强度相同
B. 把一个电子从B点移到D点，其电势能减小
C. 同一电荷由B点运动到C点静电力做功大于从C点运动到D点静电力做功
D. 把一电子在B点静止释放，它会沿电场线向右运动
【答案】C
【解析】
【详解】A．A点与C点的电场强度大小相同，但是方向不同，选项A错误；
B．把一个电子从B点移到D点，电场力做负功，则其电势能增加，选项B错误；
C．根据U=Ed，因为BC间场强大于CD间场强，可知UBC>UCD，根据W=qU可知，同一电荷由B点运动到C点静电力做功大于从C点运动到D点静电力做功，选项C正确；
D．把一电子B点静止释放，它会沿电场线向左运动，选项D错误。
故选C。
9. 如图所示，两个固定的等量异种点电荷，在它们连线的垂直平分线上有a、b、c三点（c点为两电荷连线与中垂线的交点），则（ ）
A. c点是两点电荷连线上场强最小的点
B. a点电势比b点高
C. a、b两点场强相同
D. 一电子处于b点时，会受到水平向右的静电力
【答案】A
【解析】
【详解】A．在两点电荷连线上c点电场线最稀疏，则c点是两点电荷连线上场强最小的点，选项A正确；
B．两等量异种电荷连线的中垂线是等势面，则a点电势等于b点电势，选项B错误；
C．两等量异种电荷连线中垂线上，离中点越近，电场线越密集，因b点电场线较a点密集，则a点场强小于b点场强，选项C错误；
D．b点场强水平向右，则一电子处于b点时，会受到水平向左的静电力，选项D错误。
故选A。
10. 如图所示为某静电除尘装置的电场线分布示意图。图中虚线是某一带电的烟尘微粒（不计重力）在静电力作用下向集尘板迁移的轨迹，a、b是轨迹上的两点，对该烟尘微粒，下列说法正确的是（ ）
A. 烟尘微粒带正电
B. a点的场强小于b点场强
C. 烟尘微粒在a点的电势能小于在b点的电势能
D. 烟尘微粒在a点的加速度大于在b点的加速度
【答案】D
【解析】
【详解】A．烟尘微粒运动过程中受到的电场力指向轨迹凹的一侧，并与场强平行，由此判断，烟尘微粒受到的电场力与场强方向相反，因此烟尘微粒一定带负电，故A错误；
B．电场线的疏密表示电场的强弱，由图可知a点的场强大于b点的场强，故B错误；
C．烟尘微粒从a点运动到b点的过程中电场力做正功，电势能减小，故烟尘微粒在a点的电势能大于在b点的电势能，故C错误；
D．a点的场强大于b点的场强，可知微粒在a点所受电场力大，所以烟尘微粒在a点的加速度大小大于在b点的加速度大小，故D正确。
故选D。
11. 相隔很远、均匀带电 + q、 - q的大平板在靠近平板处的匀强电场电场线如图a所示，电场强度大小均为E。将两板靠近，根据一直线上电场的叠加，得到电场线如图b所示。此时两板间的电场强度和两板相互吸引力的大小分别为（）
A. EEqB. 2EEqC. E2EqD. 2E2Eq
【答案】B
【解析】
【详解】根据电场线从正电荷出发到负电荷终止，叠加后的电场满足矢量加减，故两板间的电场强度为2E。两板相互靠近，两板间的电场强度会叠加，但计算电场力时，应将其中一个平板看作试探电荷，它处在另外一个平板产生的电场中，故其所受电场力为Eq，同理可得，另一个平板也可以看作是一个试探电荷，它所受的电场力也为Eq，故两板的相互作用力大小为Eq。
故选B。
12. 如图所示，正方形ABCD处在一个匀强电场中，电场线与正方形所在平面平行。已知A、B、C三点的电势依次为，，。则下列说法中正确的是（ ）
A. D点的电势B. D点的电势
C. 电场线的方向与AC的连线垂直D. 电场线的方向与BD的连线垂直
【答案】D
【解析】
【详解】匀强电场中同一方向上相同距离的两点间电势差绝对值相等，所以
解得
即BD连线为等势线，电场线的方向与BD的连线垂直，故ABC错误，D正确。
故选D。
13. 为倡导“绿色出行”的理念，汕头市新能源公交车充电电路如图，某实验小组为分析电容器的性能，对电容器进行测量分析，若电容器的电容为C，两极板间的距离为d，充电电压为U，两极板间有M、N两点，且MN间距为L，MN连线和极板A成角。若充电完成后，以下说法正确的是（）
A. 电容器所带电荷量为B. 两极板间匀强电场的电场强度大小为
C. M、N两点间的电势差为D. 若B板接地，N点电势为
【答案】C
【解析】
【详解】A．电容器所带电荷量为
故A错误；
B．两极板间匀强电场的电场强度大小为
故B错误；
C．M、N两点间的电势差为
故C正确；
D．若B板接地，N点电势为
故D错误。
故选C。
14. 如图，空间存在足够大水平方向的匀强电场，绝缘的曲面轨道处于匀强电场中，曲面上有一带电金属块在力F的作用下沿曲面向上移动。已知金属块在向上移动的过程中，力F做功40J，静电力做功20J，金属块克服摩擦力做功20J，重力势能改变了30J，则（ ）
A. 电场方向水平向左
B. 在此过程中金属块电势能增加20J
C. 在此过程中金属块机械能增加10J
D. 在此过程中金属块动能增加了10J
【答案】D
【解析】
【详解】A．因为不知道带电物体的电性，所以无法判断电场方向，故A错误；
B．静电力做功20J，金属块电势能减少20J，故B错误；
C．机械能的改变量等于除重力以外的其他力所做的总功，故应40J，故C错误；
D．重力势能改变了30J，重力做负功30J，动能的增加量为所有力做功的代数和，为10J ，故D正确。
故选D。
15. 如图甲所示，一条电场线与Ox轴重合，取O点电势为零，Ox方向上各点的电势φ随x变化的情况如图乙所示，若在O点由静止释放一电子，电子仅受电场力的作用，则（ ）
A. 电子沿Ox的负方向运动
B. 电子的电势能将增大
C. 电子运动的加速度恒定
D. 电子运动的加速度先减小后增大
【答案】D
【解析】
【详解】A．由图看出，电势逐渐升高，则电场线方向沿Ox负方向，电子所受的电场力沿Ox正方向，则电子将沿Ox正方向运动。故A不符合题意；
B．由静止释放后，电场力对电子做正功，电子的电势能将减小，故B错误；
CD．φ-x图象的斜率大小等于电场强度，由几何知识得知，斜率先减小后增大，则电场强度先减小后增大，则电子所受的电场力先减小后增大，电子运动的加速度先减小后增大，故C错误，D正确。
故选D
二、填空题（每空2分，共16分）
16. 十九世纪末发现电子以后，物理学家密立根通过油滴实验比较准确地测定了电子的电荷量。如图所示为密立根油滴实验的示意图，两块金属板水平放置，板间存在匀强电场，方向竖直向下。用一个喷雾器把许多油滴从上极板中间喷雾器的小孔喷入电场，油滴由于摩擦而带电，当极板间的电压为U、距离为d时，一质量为m的油滴恰好悬浮于电场中，重力加速度为g，则该油滴带_________（选填“负电”或“正电”），电荷量为_________（用已知量U、d、m、g表示）
【答案】 ①. 负电 ②.
【解析】
【详解】[1]处于悬浮状态的油滴受力分析可知，油滴受重力和竖直向上的电场力，由图可知，电场强度方向竖直向下，所以油滴带负电。
[2]由平衡条件可知
解得
17. 电流传感器可以像电流表一样测量电流，它可以和计算机相连，能在电脑上显示出电流随时间的变化图像。某同学利用甲图所示的电路来观察电容器充、放电过程。某时刻该同学将开关S接1给电容器充电，一段足够时间后，再把开关S改接2，电容器放电。
（1）当他将开关S接１后，电容器上极板带_________（选填“正电”或“负电”）。
再把开关S与２接通，电容器通过电阻R开始放电，此时通过电阻R的电流方向是_________（选填“由a到b”或“由b到a”）。
（2）整个充、放电过程，电流传感器会将电流信息传入计算机，显示出电流随时间变化的i-t图像。如图乙所示为放电过程的i-t图像。已知图乙所围的面积约为35个方格，可算出该放电过程释放的总的电荷量约为_________C。若该同学使用的电源两端输出电压恒为7V，该电容器电容为_________F。
（3）在电容器充、放电实验中，若改接不同阻值的电阻放电，则整个放电过程i-t图线与坐标轴所围面积_________（选填“改变”或“不变”），图线的a、b、c、三条曲线中对应电阻最大的一条是_________（选填“a”、“b”或“c”）。
【答案】 ①. 正电 ②. b到a ③. 2.8×10-3 ④. 4.0×10-4 ⑤. 不变 ⑥. c
【解析】
【详解】（1）[1]当他将开关S接１后，电容器上极板带正电。
[2]再把开关S与２接通，电容器通过电阻R开始放电，此时通过电阻R的电流方向是由b到a。
（2）[3]图像与坐标轴围成的面积等于电容器的带电量，则可算出该放电过程释放的总的电荷量约为
Q=35×0.4×0.2×10-3C=2.8×10-3C
[4]若该同学使用的电源两端输出电压恒为7V，该电容器电容为
（3）[5]因为图像与坐标轴围成的面积等于电容器的带电量，则在电容器充、放电实验中，若改接不同阻值的电阻放电，则整个放电过程i-t图线与坐标轴所围面积不变；
[6]电阻越大，则电容器放电越慢，则图线的a、b、c、三条曲线中对应电阻最大的一条是c。
三、计算题（共39分）（解答应写出必要的文字说明、原始方程式。只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位）
18. 如图用一条绝缘轻绳悬挂一个带电小球，小球质量为m，所带电荷量为q，现加水平向右足够大的匀强电场，平衡时绝缘绳与竖直方向夹角为θ。已知重力加速度为g。
（1）对小球进行受力分析并判断小球所带电荷正负；
（2）求匀强电场的场强E；
（3）剪断细线，判断小球之后所做运动的运动性质并求其加速度a大小。
【答案】（1）受力分析见详解，小球带负电；（2）；（3）匀加速直线运，
【解析】
【详解】（1）小球在该位置平衡时受力如图所示
由图可知小球所受的静电力方向与电场方向相反，故小球带负电；
（2）根据小球受力平衡可得
即
（3）剪断细线后，小球会沿着重力和电场力合力的方向做匀加速直线运动，合力大小为
根据牛顿第二定律有
可得
19. 如图所示为一水平向右的匀强电场，电场强度E，将电荷量为的点电荷从A点移动到B点，A、B之间的距离d，求：
（1）该点电荷在A点受到静电力F的大小；
（2）将该电荷由A点运动到B点，静电力对电荷做功。请利用功的定义以及静电力做功与电势差的关系推导电势差与E的关系；
（3）若该匀强电场的场强，A、B之间的距离，如果取B点为电势零点，则A点电势为多少？电荷量的点电荷处于A点时具有的电势能为多大？
【答案】（1）；（2）见解析；（3），
【解析】
【详解】（1）该点电荷在A点受到静电力F的大小为
（2）根据功的定义得点电荷q从A点移动到B点电场力做功为
又由电场力做功与电势差的关系得
联立得
（3）根据
代入数据得
由于
且，可得
电势能可表示为
则
20. 如图所示，水平光滑绝缘轨道AB与处于竖直平面内的半圆形绝缘光滑轨道BC平滑连接，半圆形轨道的半径R=0.4m。轨道所在空间存在水平向右的匀强电场，电场强度E=1.0×10⁴N/C。现有一电荷量，质量m=0.1kg的带电体（可视为质点），在水平轨道上的P点由静止释放，带电体运动到圆形轨道最低点B时的速度vB=5m/s。已知重力加速度g=10m/s2。求：
（1）带电体在水平轨道上的释放点P到B点的距离；
（2）带电体运动到圆形轨道的最低点B时，圆形轨道对带电体支持力的大小；
（3）带电体第一次经过C点后，请根据运动的合成与分解的方法，求带电体落在水平轨道上的位置到B点的距离。
【答案】（1）1.25m；（2）7.25N；（3）0.4m
【解析】
【详解】（1）由P到B由动能定理
解得
（2）带电体运动到圆形轨道的最低点B时
解得
FN=7.25N
（3）从B到C，由动能定理
从C点水平抛出，则竖直方向
水平方向
解得
s=0.4m
21. 类比法是研究物理问题的常用方法。
（1）如图甲所示为一个电荷量为+Q的点电荷形成的电场，静电力常量为k，有一电荷量为q的试探电荷放入场中，与场源电荷相距为r。根据电场强度的定义式，推导：试探电荷q所在处的电场强度E的表达式；
（2）场是物理学中重要的概念，除了电场和磁场外，还有引力场，物体之间的万有引力就是通过引力场发生作用的。忽略地球自转影响，地球表面附近的引力场也叫重力场。已知地球质量为M，半径为R，引力常量为G。请类比电场强度的定义方法，定义距离地球球心为r（r>R）处的引力场强度，并说明两种场的共同点；
（3）微观世界的运动和宏观运动往往遵循相同的规律，根据玻尔的氢原子模型，电子的运动可以看成是经典力学描述下的轨道运动，如图乙。原子中的电子在原子核的库仑引力作用下，绕静止的原子核做匀速圆周运动。这与天体运动规律相似，天体运动轨道能量为动能和势能之和。已知氢原子核（即质子）电荷量为e，核外电子质量为m，带电量为一e，电子绕核运动的轨道半径为r，静电力常量为k。若规定离核无限远处的电势能为零，电子在轨道半径为r处的电势能为，求电子绕原子核运动的系统总能量E（包含电子的动能与电势能）。
【答案】（1）；（2）见解析；（3）
【解析】
【详解】（1）根据库仑定律和场强的定义式有
，
解得
（2）根据万有引力定律
则距离地球球心为r（r>R）处的引力场强度为
两种场的共同点：①都是一种看不见的特殊物质；②场强都是既有大小又有方向的矢量；③两种场力做功都与路径无关，可以引入“势”的概念；④力做功的过程，都伴随着一种势能的变化；⑤都可以借助电场线（引力场线）、等势面（等高线）来形象描述场。
（3）根据
则动能为
电子绕原子核运动的轨道能量为
电子向距离原子核远的高轨道跃迁时r增大，动能减小，电势能增加，电子绕原子核运动的轨道能量E增加。