模块综合测评--2021年人教版（新课标）高中物理选修3-1同步练习

模块综合测评

(时间：90分钟　分值：100分)

一、选择题(本题共10小题，每小题4分。在每小题给出的四个选项中，第1～6题只有一项符合题目要求，第7～10题有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分)

1．下列关于场强和电势的说法中正确的是(　　)

A．在电场中a、b两点间移动电荷的过程中，电场力始终不做功，则电荷经过的路径上各点的场强一定为零

B．电势降落的方向就是电场强度的方向

C．两个等量同种电荷的电场中，从两电荷连线的中点沿连线的中垂线向外，电势越来越低，场强越来越小

D．两个等量异种电荷的电场中，两电荷连线的中垂线有如下特征：连线上各点的电势均相等，且连线的中点场强最大

D　[在电场中a、b两点间移动电荷的过程中，电场力始终不做功，说明电势相等，电势降落最快的方向是电场强度的方向，故A、B错误；由电场线及等势面的分布特点可知，两个等量同种电荷的电场中，从两电荷连线的中点沿连线的中垂直向外，电势越来越低，场强先增大后减小；两个等量异种电荷的电场中，两电荷连线的中垂线上各点的电势均相等，且连线的中点场强最大，故D正确，C错误。]

2．如图所示，一根质量为m的金属棒AC用软线悬挂在磁感应强度为B的匀强磁场中，通入A→C方向的电流时，悬线张力不为零，欲使悬线张力为零，可以采用的办法是(　　)

A．不改变电流和磁场方向，适当增大电流

B．只改变电流方向，并适当减小电流

C．不改变磁场和电流方向，适当减小磁感应强度

D．只改变磁场方向，并适当减小磁感应强度

A　[通入A→C方向的电流时，由左手定则可知，安培力方向垂直金属棒向上，2T＋F安＝mg，F安＝BIL；欲使悬线张力为零，需增大安培力，但不能改变安培力的方向，只有选项A符合要求。]

3．如图所示的电路，水平放置的平行板电容器中有一个带电液滴正好处于静止状态，现将滑动变阻器的滑片P向左移动，则(　　)

A．电容器中的电场强度将增大

B．电容器上的电荷量将减少

C．电容器的电容将减少

D．液滴将向上运动

B　[若将滑片向左移动，则R总增大，干路电流减小；R2两端电压减小，因电容器与R2并联，所以电容器两端电压减小，电荷量减少，电场强度减小，液滴将向下运动，故B对，而A、D错；由平行板电容器电容C＝可知，电容器的电容不变，选项C错误。]

4．如图所示，圆O所在的平面内有匀强电场存在，电场方向与圆面平行，一个带正电荷的微粒(不计重力)从图中A点出发，以相同的初动能在圆内沿各个方向运动。图中AB是圆的一条直径，∠BAC＝30°，已知只有当该微粒从图中C点处离开圆面时的动能才能达到最大值，则平面内的电场线方向为(　　)

A．沿A→B方向　　 B．沿A→C方向

C．沿O→C方向  D．沿B→C方向

C　[微粒从C点离开时具有最大动能说明，A、C两点间的电势差是A与圆周上各点间电势差中最大的，即在圆周上各点中C点的电势最低，C点单独在一个等势面上，又因为匀强电场的等势面是与电场线垂直的平面，所以经过C点圆的切线是一个等势线，因此OC是经过C点的电场线。]

5．如图所示，a、b、c、d是匀强电场中的四个点，它们正好是一个梯形的四个顶点。电场线与梯形所在的平面平行。ab平行于cd，且ab边长为cd边长的一半，已知a点的电势是3 V，b点的电势是5 V，c点的电势是7 V。由此可知，d点的电势为(　　)

A．1 V  B．2 V

C．3 V  D．4 V

C　[

取cd中点为e，连接ae如图所示，cd的中点为e、ab与ce平行且相等，根据匀强电场的特点可知，Uba＝Uce＝5 V－3 V＝2 V，而de与ce在同一直线上且相等，则Uce＝Ued＝2 V，d点电势应为3 V。]

6．将一个电流表改装成欧姆表，并将欧姆表调零，用此欧姆表测一阻值为R的电阻时，指针偏转至满刻度的4/5处，现用该表测一未知电阻，指针偏转到满刻度的1/5处，则该电阻的阻值为(　　)

A．4R  B．5R

C．10R  D．16R

D　[由闭合电路的欧姆定律得：调零时有E＝IgR内；指针偏转至满刻度的4/5时有E＝4Ig(R＋R内)/5；指针偏转到满刻度的1/5时有E＝Ig(Rx＋R内)/5。联立三式可解得Rx＝16R，D正确，A、B、C错误。]

7．质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，它的构造原理如图所示，离子源S产生的各种不同正离子束(速度可看作为零)，经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达记录它的照相底片P上，设离子在P上的位置到入口处S′的距离为x，可以判断(　　)

A．若离子束是同位素，则x越大，离子质量越大

B．若离子束是同位素，则x越大，离子质量越小

C．只要x相同，则离子质量一定相同

D．只要x相同，则离子的比荷一定相同

AD　[根据动能定理得，qU＝mv2，得：v＝。由qvB＝m得：r＝＝，得：x＝2r＝。若离子束是同位素，q相同，x越大对应的离子质量越大，故A正确，B错误。由x＝2r＝知，只要x相同，对应的离子的比荷一定相等，故C错误，D正确。]

8．如图所示，光滑绝缘轨道ABP竖直放置，其轨道末端切线水平，在其右侧有一正交的匀强电场、磁场区域，电场竖直向上，磁场垂直纸面向里，一带电小球从轨道上的A点由静止滑下，经P点进入场区后，恰好沿水平方向做直线运动。则可判定(　　)

A．小球带负电

B．小球带正电

C．若小球从B点由静止滑下，进入场区后将立即向上偏

D．若小球从B点由静止滑下，进入场区后将立即向下偏

BD　[小球从P点进入场区后沿水平方向做直线运动，则小球一定受力平衡，由受力平衡知小球一定带正电；且qE＋qvB＝mg；若从B点静止滑下，由动能定理可求得小球进磁场区时v′<v；则qE＋qv′B<mg，故向下偏，B、D正确。]

9．如图所示，在正方形空腔内有匀强磁场，电子以不同的速率从a孔垂直磁场方向平行于ab边射入磁场，将从c孔射出的电子与从d孔射出的电子相比较(　　)

A．速率之比vc∶vd＝2∶1

B．速率之比vc∶vd＝1∶1

C．周期之比Tc∶Td＝1∶1

D．在磁场中运动的时间之比tc∶td＝1∶2

ACD　[由r＝，rc＝2rd可知，vc∶vd＝2∶1，A正确，B错误；由T＝可知，Tc＝Td，C正确；由tc＝，td＝可知，tc∶td＝1∶2，D正确。]

10．空间中存在着沿x轴方向的静电场，其电场强度E随x变化的关系图象如图所示，图象关于坐标原点对称，A、B是x轴上关于原点对称的两点，对于下列说法中正确的是(　　)

A．电子在A、B两点的电势能不相等

B．电子在A、B两点的加速度方向相反

C．电子从A点由静止释放后的运动轨迹可能是曲线

D．若取无穷远处电势为零，则O点处电势一定为正

BD　[电子从A移动到B，电场力做的负功和正功大小相等，总功为零，故A、B两点的电势能相等，故A错误；电子在A、B两点受到的电场力方向相反，大小相等，故加速度方向相反，大小相等，故B正确；由于电场力方向与x轴平行，故速度与合力始终共线，故一定做直线运动，故C错误；电势高低与场强大小无关，场强为零，电势不一定为零；本题中，将一个正的试探电荷从O点移动到无穷远处，电场力做正功，说明电势是降低的，若取无穷远处电势为零，则O点处电势一定为正，故D正确。]

二、非选择题(本题共6小题，共60分，按题目要求作答)

11．(6分)如图甲为多用电表的示意图，现用它测量一个阻值约为20 Ω的电阻，测量步骤如下：

甲　　　　　　　　　　　 　　　乙

(1)调节________，使电表指针停在________(选填“电阻”或“电流”)的“0”刻线。

(2)将选择开关旋转到“Ω”挡的________(选填“×1”“×10”“×100”或“×1 k”)位置。

(3)将红、黑表笔分别插入“＋”“－”插孔，并将两表笔短接，调节________，使电表指针对准________(选填“电阻”或“电流”)的“0”刻线。

(4)将红、黑表笔分别与待测电阻两端相接触，若电表读数如图乙所示，该电阻的阻值为________Ω。

(5)测量完毕，将选择开关旋转到“OFF”位置。

[解析]　使用多用电表欧姆挡，先机械调零。中值电阻为15 Ω，测量20 Ω的电阻时，要使用×1的倍率，然后进行欧姆调零；由刻度盘和倍率可知，测量电阻的阻值为19 Ω。

[答案]　(1)指针定位螺丝　电流　(2)×1　(3)欧姆调零旋钮　电阻　(4)19

12．(10分)在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验时，所用的电流表内阻为几欧，电压表内阻为十几千欧。实验中得到了多组数据，通过描点连线在I­U坐标系中得到了小灯泡的伏安特性曲线如图甲所示。

甲　　　　　　　乙　　　　　　丙

(1)在虚线框中画出实验电路原理图，并在图乙中用笔画线代替导线连接电路。

(2)根据图甲，可确定小灯泡的功率P与U2和P与I2的关系，下列示意图中合理的是________。

A　　　　　B　　　　　C　　　　　D

(3)将被测小灯泡、定值电阻R和电源串联成如图丙所示的电路。电源电动势为6.0 V，内阻为1.0 Ω。若电路中的电流为0.40 A，则定值电阻R所消耗的电功率为________W。

[解析]　(1)“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验时，电压、电流从零开始可调，滑动变阻器采用分压式，灯泡的电阻与电流表阻值相差不大，与电压表内阻相差大，电流表采用外接法，电路图、实物图如图所示：

(2)小灯泡的电阻随温度升高而增大，由功率P＝I2R，P­I2图象的斜率逐渐增大，选项C错误，选项D正确；由P＝，P­U2图象的斜率逐渐减小，选项A、B错误。

(3)当电路中的电流I＝0.40 A，由图象可得小灯泡两端的电压U＝4 V，定值电阻R两端的电压UR＝E－U－Ir＝1.6 V，所消耗的电功率P＝URI＝0.64 W。

[答案]　(1)见解析图　(2)D　(3)0.64

13．(10分)如图所示，一根足够长的光滑绝缘杆MN，与水平面夹角为37°，固定在竖直平面内，垂直纸面向里的匀强磁场B充满杆所在的空间，杆与B垂直，质量为m的带电小环沿杆下滑到图中的P处时，对杆有垂直杆向下的压力作用，压力大小为0.4mg，已知小环的带电荷量为q，问：

(1)小环带什么电？

(2)小环滑到P处时的速度多大？

[解析]　(1)小环重力在垂直杆方向上的分力：G1＝Gcos 37°＝0.8mg，根据题意，小环对杆的压力小于0.8mg，所以，小环受到洛伦兹力的方向应斜向上，根据左手定则，小环带负电。

(2)在垂直杆方向上，根据平衡条件有

F＋N＝G1

又F＝qvB

可得v＝。

[答案]　(1)负电　(2)

14．(10分)如图所示，在同一水平面内的两导轨ab、cd相互平行，相距2 m并在竖直向上的磁场中，一根质量为3.6 kg、有效长度为2 m的金属棒放在导轨上，当金属棒中的电流为5 A时，金属棒做匀速运动；当金属棒中的电流增大到8 A时，金属棒能获得2 m/s2的加速度。则磁场的磁感应强度大小为多少？

[解析]　对金属棒进行受力分析，利用牛顿第二定律可得：

当金属棒中的电流为5 A时，

BI1L－F阻＝0  ①

当金属棒中的电流为8 A时，

BI2L－F阻＝ma  ②

由①②可得B＝＝ T＝1.2 T。

[答案]　1.2 T

15．(12分)在金属板A、B间加上如图乙所示的大小不变、方向周期性变化的交变电压U0，其周期是T。现有电子以平行于金属板的速度v0从两板中央射入。已知电子的质量为m，电荷量为e，不计电子的重力，求：

甲　　　　　　　　　　　　乙

(1)若电子从t＝0时刻射入，在半个周期内恰好能从A板的边缘飞出，则电子飞出时速度的大小；

(2)若电子从t＝0时刻射入，恰能平行于金属板飞出，则金属板至少多长？

(3)若电子恰能从两板中央平行于板飞出，电子应从哪一时刻射入，两板间距至少多大？

[解析]　(1)由动能定理可得：e＝mv－mv，

解得：vt＝。

(2)要使电子水平飞出金属板，电子在板间的飞行时间必须满足t＝nT，最小时间为t＝T，故金属板至少长度为l＝v0T。

(3)电子射入的时刻为t＝＋k(k＝0、1、2…)

由＝·()2×2可得：d＝T·。

[答案]　(1)　(2)v0T　(3)＋k(k＝0、1、2…)　T·

16．(12分)如图所示，平行极板A、B间有一电场，在电场右侧有一宽度为d的匀强磁场。质量为m、电荷量为＋q的带电粒子在A极板附近由静止释放，在仅在电场力作用下，加速后以速度v离开电场，并垂直于磁场边界方向进入磁场；粒子离开磁场时与磁场边界线成30°角，不计重力。问：

(1)极板A、B，哪个极板的电势高？A、B间的电压是多大？

(2)磁感应强度B是多大？

[解析]　(1)由于粒子在电场中加速，可知A极板的电势比B极板的电势高

qU＝mv2

则两极板AB间的电压：U＝。

(2)根据粒子的运动情况，可知磁感应强度B的方向是垂直纸面向外

粒子在磁场中，有：qvB＝m

由几何关系有：＝cos 30°

解得磁感应强度B的大小为：

B＝。

[答案]　(1)A　　(2)