高中物理人教版 (新课标)选修3选修3-2第六章 传感器3 传感器的应用（二）一课一练

这是一份高中物理人教版 (新课标)选修3选修3-2第六章 传感器3 传感器的应用（二）一课一练，共15页。试卷主要包含了单项选择题，多项选择题，实验题等内容，欢迎下载使用。

1．关于带电粒子(不计重力)在匀强电场中的运动情况，下列说法正确的是( )
A．一定是匀变速运动
B．不可能做匀减速运动
C．一定做曲线运动
D．可能做匀变速直线运动，不可能做匀变速曲线运动
解析：带电粒子在匀强电场中受到的电场力恒定不变，可能做匀变速直线运动，也可能做匀变速曲线运动，故选A.
答案：A
2．真空中A、B两点与点电荷Q的距离分别为r和4r，则A、B两点的电场强度大小之比为( )
A．16∶1 B．1∶16
C．9∶1 D．1∶9
解析：引入一个试探电荷q，分别计算它在AB两点受的电场力．
F1＝eq \f(kQq,r2)，F2＝eq \f(kQq,（4r）2)＝eq \f(kQq,16r2)，得：F1＝16 F2
根据电场强度的定义式：E＝eq \f(F,q)，得：eq \f(E1,E2)＝eq \f(F1,F2)＝eq \f(16,1).
答案：A
3．两根完全相同的金属裸导线，如果将其中一根均匀拉长到原来的2倍，而将另一根对折绞合起来，然后把它们并联接入电路中，电路导通，下列说法错误的是( )
A．二者电阻大小之比为4∶1
B．二者电阻大小之比为16∶1
C．二者电压相同
D．二者电流大小之比为1∶16
解析：设原来的电阻为R，其中的一根均匀拉长到原来的2倍，横截面积变为原来的eq \f(1,2)，根据电阻定律，电阻R1＝4R，另一根对折后绞合起来，长度减小为原来的一半，横截面积变为原来的2倍，根据电阻定律，电阻R2＝eq \f(1,4)R，则两电阻之比为16∶1，故A错误，B正确；两电阻并联，电压相同，二者电流大小之比为1∶16，故C正确，D正确．
答案：A
4．图中a、b为两根与纸面垂直的长直导线，导线中通有大小相等的电流，方向如图所示，O为两导线连线的中点．a在O处产生的磁感应强度为B，则O处的合磁感应强度为( )
A．0 B．0.5 B
C．B D．2 B
解析：根据安培定则，a处导线在d点产生的磁感应强度的方向为竖直向下．a处导线和b处导线在O点产生的磁感应强度大小相等，方向相同都是向下，大小都为B，根据场强的叠加合磁场是2B.故D正确，A、B、C错误．
答案：D
5．如图所示为一速度选择器，内有一磁感应强度B方向垂直纸面向外的匀强磁场，一束正离子以速度v从左侧水平射入，为使粒子流经磁场时不偏转(不计重力)则磁场区域内必须同时存在一个匀强电场，下列说法不正确的是( )
A．该电场场强大小为Bv，方向向上
B．离子沿直线匀速穿过该装置的时间与场强无关
C．负离子从右向左水平射入时，不会发生偏转
D．负离子从左向右水平射入时，也不会发生偏转
解析：为使粒子不发生偏转，粒子所受到电场力和洛伦兹力是平衡力，即为qvB＝qE，所以电场与磁场的关系为：E＝vB，与粒子电性无关，C正确，D错误．粒子带正电，则受到向下的洛伦兹力，则电场力就应向上，电场向上，所以选项A正确．当沿直线匀速穿过该装置的时间与粒子速度和板的长度有关，与场强无关，故B正确。
答案：D
6．三个α粒子在同一地点沿同一方向飞入偏转电场，出现了如图所示的轨迹，由此可以判断下列不正确的是( )
A．在b飞离电场的同时，a刚好打在负极板上
B．b和c同时飞离电场
C．进电场时c的速度最大，a的速度最小
D．动能的增加值c最小，a和b一样大
解析：三个α粒子沿电场线方向的运动规律完全一样，侧向位移相同的粒子它们的飞行时间、电场力做的功都一样，侧向位移小的粒子飞行时间短、电场力做的功小．
答案：B
7．对于电路消耗的电功和产生的焦耳热，下列说法正确的是( )
A．任何电路消耗的电功和产生的焦耳热一定相等
B．任何电路消耗的电功率都可以用P＝eq \f(U2,R)来计算
C．任何电路产生的焦耳热都可以用Q＝I2Rt来计算
D．有的电路通电产生的焦耳热甚至可以大于电路消耗的电功
解析：在纯电阻电路中，电功等于电热，在非纯电阻电路中，电功大于电热．故A错误．纯电阻电路中，电功率才可以用P＝eq \f(U2,R)来计算．故B错误．根据焦耳定律，在任何电路中，计算焦耳热用Q＝I2Rt.故C正确．在纯电阻电路中，电热等于电功，非纯电阻电路中，电热小于电功．故D错误．
答案：C
8．一质量为m的带电小球，在竖直方向的匀强电场中以水平速度抛出，小球的加速度大小为eq \f(2,3)g，空气阻力不计，小球在下落h的过程中，则( )
A．小球的动能增加mgh/3
B．小球的电势能增加mgh/3
C．小球的重力势能减少2mgh/3
D．小球的机械能减少2mgh/3
解析：由动能定理得W合＝ΔEk＝mah＝eq \f(2,3)mgh，故A选项错误．
由mg－qE＝ma得qE＝eq \f(1,3)mg.
W电＝－qEh＝－eq \f(1,3)mgh，所以B选项正确、D选项错．又因为WG＝mgh，所以ΔEp＝mgh，故C选项也不正确．
答案：B
9.在如图所示的电路中，E为电源，其内阻为r，L为小灯泡(其灯丝电阻可视为不变)，R1、R2为定值电阻，R3为光敏电阻，其阻值大小随所受照射光强度的增大而减小，V为理想电压表．若将照射R3的光的强度减弱，则( )
A．电压表的示数变大
B．小灯泡消耗的功率变小
C．通过R2的电流变小
D．电源两极间的电压变小
解析：若照射R3的光的强度减弱，则R3阻值增大，R总增大，由I＝eq \f(E,R总)知I减小，由UR1＝IR1可知减小，A错；增大，则由IR2＝可知IR2增大，C错；灯泡的功率PL＝Ieq \\al(2,L)·RL，由IL＝I－IR2可知IL减小，故PL减小，B正确；电源两极间电压U＝E－Ir，所以U增大，D错．
答案：B
10．如图所示，带电平行板间匀强电场竖直向上，匀强磁场方向垂直纸面向里，某带电小球从光滑轨道上的a点自由滑下，经过轨道P进入板间后恰好沿水平方向做直线运动．现使小球从稍低些的b点开始自由滑下，在经过P点进入板间的运动过程中(两板距离较小)( )
A．其动能将会减小
B．其电势能将会减小
C．小球所受的洛伦兹力将会增大
D．小球所受电场力将会增大
解析：带电小球从a点自由滑下，重力势能转化为动能，在平行板间做匀速直线运动，可知小球带正电，电场力和洛伦兹力方向竖直向上，qE＋qvB＝mg；当带电小球从b点滑下时，运动到P点的速度减小，则小球将向下板偏转，重力做正功，电场力做负功，洛伦兹力不做功，根据动能定理可知，动能增大，故A选项错误；根据功能关系可知，电场力做负功，电势能增大，故B选项错误；带电粒子速度增大，根据洛伦兹力公式f＝qvB，可知洛伦兹力增大，故C选项正确；运动中电荷量不变，电场强度不变，则小球所受电场力不变，故D选项错误．
答案：C
二、多项选择题(每题5分，共20分)
11.如图所示，一带负电的质点在固定的正点电荷作用下绕该正点电荷做匀速圆周运动，周期为T0，轨道平面位于纸面内，质点速度方向如图中箭头所示，现加一垂直于轨道平面的匀强磁场，已知轨道半径并不因此而改变，则( )
A．若磁场方向指向纸里，质点运动的周期将大于T0
B．若磁场方向指向纸里，质点运动的周期将小于T0
C．若磁场方向指向纸外，质点运动的周期将大于T0
D．若磁场方向指向纸外，质点运动的周期将小于T0
解析：此题中，只说明磁场方向垂直轨道平面，因此磁场的方向有两种可能．当磁场方向指向纸里时，质点所受的洛伦兹力背离圆心，与库仑引力方向相反，则向心力减小．由F＝meq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(2π,T)))eq \s\up12(2)R可知，当轨道半径R不变时，该质点运动周期必增大；当磁场方向指向纸外时，质点所受的洛伦兹力指向圆心，则向心力增大，该质点运动的周期必减小，故正确的选项为A、D.
答案：AD
12.如图所示，甲、乙为两个独立电源的路端电压与通过它们的电流I的关系图线，则下列说法中正确的是( )
A．路端电压都为U0时，它们的外电阻相等
B．电流都是I0时，两电源的内电压相等
C．电源甲的电动势大于电源乙的电动势
D．电源甲的内阻小于电源乙的内阻
解析：在U－I图象中甲、乙两图线的交点坐标为(I0，U0)，说明两电源的外电阻R＝eq \f(U0,I0)相等，A正确．图线与U轴交点的坐标值表示电动势的大小，与I轴交点坐标值表示外电路短路时的电流，图线斜率的绝对值大小表示电源内电阻的大小(也即电动势与外电路短路时电流的比值)，由图线可得E甲>E乙，r甲>r乙，C正确，D错误．电流都是I0时，U内＝I0r，所以U内甲>U内乙，B错误．
答案：AC
13.A、B是某电场中一条电场线上的两点，一带正电的小球仅在电场力作用下，沿电场线从A点运动到B点，速度图象如图所示．下列关于A、B两点电场强度E的大小和电势φ的高低的判断，正确的是( )
A．EA>EB B．EAC．φA<φB D．φA>φB
解析：由图象可知，电荷在A点加速度较大，故电荷在A点所受电场力较大，故EA>EB.再由于vA>vB，故动能减少，电场力做负功，电荷的电势能增加．由于是正电荷，故φA<φB.
答案：AC
14．如图所示，现有一带正电的粒子能够在正交的匀强电场和匀强磁场中匀速直线穿过．设产生匀强电场的两极板间电压为U，板间距离为d，匀强磁场的磁感应强度为B，粒子带电荷量为q，进入速度为v(不计粒子的重力)．以下说法正确的是( )
A．匀速穿过时粒子速度v与U、d、B间的关系为v＝eq \f(U,Bd)
B．若只增大v，其他条件不变，则粒子仍能直线穿过
C．若只增大U，其他条件不变，则粒子仍能直线穿过
D．若保持两板间电压不变，只减小d，其他条件不变，粒子进入两板间后将向下偏
解析：粒子受到竖直向下的电场力和竖直向上的洛伦兹力作用，qvB＝qeq \f(U,d)，解得v＝eq \f(U,Bd)，A选项正确；增大v，洛伦兹力大于电场力，粒子向上偏转，B选项错误；增大U，电场力大于洛伦兹力，粒子向下偏转，C选项错误；保持两板间电压不变，只减小d，电场力大于洛伦兹力，粒子向下偏，D选项正确．
答案：AD
三、实验题(共两个题)
15．(每空2分，共8分)．测量小灯泡的电压U和电流I，研究“小灯泡的伏安特性曲线”．根据P＝UI得到电功率，在此基础上探究小灯泡的电功率P和电压U的关系，该实验所使用的小灯泡规格为“3.0 V，1.8 W”，电源电动势为9 V且有一定内阻，滑动变阻器的最大阻值为10 Ω
(1)实物电路如图甲所示．请先在答题卷相应位置的方框内画出电路图，再在答题卷相应位置的实物电路中补全所缺导线. (用笔画线代替导线)
(2)现有5 Ω、20 Ω和50 Ω的定值电阻，电路中的电阻R1应选________Ω的定值电阻．
(3)某次测量电压表示数如图乙所示，电压表读数为________V.
(4)处理数据后将P、U2描点在坐标纸上，并作出了一条直线，如图丙所示．请指出图象其中一处不恰当的地方________________．
图甲
图乙
解析：(1)从P－U2图象可知电压从零调，所以滑动变阻器应用分压式接法，变阻器连接如图所示；实物图如图所示；
(2)当变阻器的输出电压最大时，通过小灯泡的电流为额定电流I＝eq \f(P,U)＝eq \f(1.8,3) A＝0.6 A，根据欧姆定律通过变阻器的电流为I变＝eq \f(U,R变)＝eq \f(3,10) A＝0.3 A，所以通过电源的电流为I′＝I＋I变＝0.6＋0.3 A＝0.9 A，根据闭合电路欧姆定律，应有E＝U＋I′·(r＋R0)，解得R0＋r＝eq \f(E－U,I′)＝eq \f(12－3,0.9) Ω＝10 Ω，所以保护电阻应选5 Ω的定值电阻；
(3)量程选择3 V，故读数为2.10 V；
(4)图象中不恰当的地方有①图线不应画直线，应用平滑的曲线连接；②横坐标标度太大．
答案：(1)如图 (2)5 (3)2.10
(4)图线不应画直线，应用平滑的曲线连接；横坐标标度太大
16．((1)2分，(2)、(3)每空3分，共8分)某同学利用如图甲所示电路来测量一节干电池的电动势和内电阻，实验时共记录5组伏特表和安培表的示数(电表均可视为理想电表)，并绘得如图乙所示的U－I图线．
图甲
图乙
(1)有图线可知该干电池的电动势E＝________V；
(2)当滑动变阻器接入电路的电阻为________Ω时，变阻器上的电功率最大，最大值为________W．(结果保留两位有效数字)
解析：(1)由图示电源U－I图象可知，图象与纵轴交点坐标值是1.45，则电源电动势：E＝1.45 V，电源内阻：
r＝eq \f(ΔU,ΔI)＝eq \f(1.45－1.0,0.6) Ω＝0.75 Ω；
(2)当内阻等于外阻时，输出功率最大，即R＝r＝0.75 Ω时，最大功率
P＝eq \f(E2,4r)＝eq \f(1.452,4×0.75) W＝0.70 W；
答案：(1)1.45 (2)0.75 0.70
17．(10分)如图所示，倾角θ＝30°的光滑斜面固定在水平地面上，斜面顶端a离地高度h＝2.5 cm，整个装置处于水平向左的匀强电场中．一个质量m＝0.3 kg，带电量q＝＋0.01 C的物体(可视为质点)从斜面顶端静止释放，经过t＝0.2 s到达斜面底端b点(g取10 m/s2)．求：
(1)物体到达斜面底端b时的速度大小；
(2)电场强度E的大小；
(3)电场中a到b两点之间的电势差．
解析：(1)斜面的长度为：L＝eq \f(h,sin 30°)＝2 h＝0.05 m，
下滑的加速度为：a＝eq \f(2L,t2)＝eq \f(2×0.05,0.22) m/s2＝2.5 m/s2
底端速度为：v＝at＝0.5 m/s
(2)由牛顿第二定律得：mgsin 30°－qEcs 30°＝ma
解得：E＝50 eq \r(3) V/π.
(3)电场中a到b两点之间的电势差：Uab＝－ELcs 30°＝－3.75 V
答案：(1)物体到达斜面底端b时的速度大小为0.5 m/s；
(2)电场强度E的大小50 eq \r(3) V/m；
(3)电场中a到b两点之间的电势差为－3.75 V.
18．(10分)在倾角θ＝45°的斜面上，固定一金属导轨间距L＝0.2 m，接入电动势E＝10 V、内阻r＝1 Ω的电源，垂直导轨放有一根质量m＝0.2 kg的金属棒ab，它与框架的动摩擦因数μ＝eq \f(\r(2),2)，整个装置放在磁感应强度的大小B＝4(eq \r(2)－1)T，方向垂直导轨平面向上的匀强磁场中，如图所示，若金属棒静止在导轨架上，其所受最大静摩擦力等于滑动摩擦力，框架与棒的电阻不计，g＝10 m/s2.求滑动变阻器R能接入电路的最大阻值．
解析：金属棒受四个力作用，重力、垂直于导轨平面的支持力、沿导轨平面向上的安培力F、沿导轨平面的摩擦力f，变阻器R较大时，I较小，安培力较小，金属棒有下滑趋势，框架对棒的摩擦力方向向上，如图所示，当R最大时，金属棒刚好不下滑，根据平衡条件得：
BIL＝μmgcs θ－mgsin θ＝0
I＝eq \f(E,R＋r)
联立代入数据得：R＝7 Ω.
答案：最大阻值为7 Ω.
19．(14分)如图所示，一种带正电粒子经电场加速后过速度选择器垂直进入右边的条形匀强磁场区域，已知速度选择器两板电势差U＝2 000 V，两板距离d＝4 cm，板间磁场磁感应强度B1＝2.5×10－3 T，垂直纸面向外(未画出)，右边的匀强磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度B2＝4 T，条形匀强磁场区域宽度为10 cm，粒子恰好未穿过，试讨论：
(1)速度选择器哪极板电势高？
(2)穿过速度选择器的粒子的速度v大小？
(3)进入右侧磁场后粒子的旋转方向以及该粒子的比荷eq \f(q,m)大小？
(4)若其他都不变，仅将右边的条形匀强磁场区域磁感应强度减半，求粒子出磁场时偏离竖直方向的距离？
解析：(1)由左手定则可知，洛伦兹力竖直向下，则电场力竖直向上，粒子带正电，则电场方向竖直向上，速度选择器的下极板电势高．
(2)粒子在速度选择器中做匀速直线运动，由平衡条件得：qvB1＝qeq \f(U,d)，
代入数据解得：v＝2×107 m/s；
(3)由左手定则可知，粒子进入右侧磁场后受到的洛伦兹力竖直向上，粒子向上偏转，当粒子运动轨迹恰好与右边界相切时，粒子恰好未穿过磁场，由几何知识可知，粒子的轨道半径：r＝10 cm＝0.1 m，
粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，
由牛顿第二定律得：qvB2＝meq \f(v2,r)，
代入数据解得：eq \f(q,m)＝5×107 C/kg，
(4)粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得：qvB＝meq \f(v2,r′)，由题意可知：B＝eq \f(1,2)B2＝2 T，
代入数据解得，粒子轨道半径：r′＝0.2 m，
粒子出磁场时偏离竖直方向的距离：
h＝r′－eq \r(r′2－d′2)＝0.2－eq \r(0.22－0.12)＝(0.2－0.1eq \r(3))m；
答案：(1)速度选择器下极板电势高；
(2)穿过速度选择器的粒子的速度v大小为2×107 m/s；
(3)进入右侧磁场后粒子向上旋转，该粒子的比荷eq \f(q,m)大小为5×107 C/kg；
(4)粒子出磁场时偏离竖直方向的距离为
(0.2－0.1eq \r(3))m