人教版高二选修3-1学科素养专练

一、实验题

1. 难度：简单

某同学研究小灯泡的伏安特性．所使用的器材有：小灯泡L(额定电压3.8 V，额定电流0.32 A)；电压表(量程 3 V，内阻 3 kΩ)；电流表 (量程0.5 A，内阻 0.5 Ω)；固定电阻R₀(阻值1 000 Ω)；滑动变阻器R(阻值0～9.0 Ω)；电源E(电动势5 V，内阻不计)；开关S；导线若干．

(1)实验要求能够实现在0～3.8 V的范围内对小灯泡的电压进行测量，画出实验电路原理图_____．

(2)实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图(a)所示．

图(a)　　　　　　　　　　　图(b)

由实验曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻　________(填“增大”、“不变”或“减小”)，灯丝的电阻率　________(填“增大”、“不变”或“减小”)．

(3)用另一电源E₀(电动势4 V，内阻1.00 Ω)和题给器材连接成图(b)所示的电路，调节滑动变阻器R的阻值，可以改变小灯泡的实际功率．闭合开关S，在R的变化范围内，小灯泡的最小功率为　________W，最大功率为　________W(结果均保留2位小数)

2. 难度：中等

某同学利用如图甲所示的电路测量一微安表(量程为100 μA，内阻大约为2 500 Ω)的内阻．可使用的器材有：两个滑动变阻器R₁、R₂(其中一个最大阻值为20 Ω，另一个最大阻值为2 000 Ω)；电阻箱R_z(最大阻值为99 999.9 Ω)；电源E(电动势约为1.5 V)；单刀开关S₁和S₂.C、D分别为两个滑动变阻器的滑片．

(1)按原理图甲将图乙中的实物连线__________．

(2)完成下列填空：

①R₁的最大阻值为________(选填“20”或“2 000”)Ω.

②为了保护微安表，开始时将R₁的滑片C滑到接近图甲中的滑动变阻器的________(选填“左”或“右”)端对应的位置；将R₂的滑片D置于中间位置附近．

③将电阻箱R_z的阻值置于2 500.0 Ω，接通S₁.将R₁的滑片置于适当位置，再反复调节R₂的滑片D的位置．最终使得接通S₂前后，微安表的示数保持不变，这说明S₂接通前B与D所在位置的电势________(选填“相等”或“不相等”)．

④将电阻箱R_z和微安表位置对调，其他条件保持不变，发现将R_z的阻值置于2 601.0 Ω时，在接通S₂前后，微安表的示数也保持不变．待测微安表的内阻为________Ω(结果保留到个位)．

(3)写出一条提高测量微安表内阻精度的建议：_______________.

二、解答题

3. 难度：困难

如图（a），长度L=0.8m的光滑杆左端固定一带正电的点电荷A，其电荷量Q=；一质量m=0.02kg，带电量为q的小球B套在杆上．将杆沿水平方向固定于某非均匀外电场中，以杆左端为原点，沿杆向右为x轴正方向建立坐标系．点电荷A对小球B的作用力随B位置x的变化关系如图（b）中曲线I所示，小球B所受水平方向的合力随B位置x的变化关系如图（b）中曲线II所示，其中曲线II在0.16≤x≤0.20和x≥0.40范围可近似看作直线．求：（静电力常量）

（1）小球B所带电量q;

（2）非均匀外电场在x=0.3m处沿细杆方向的电场强度大小E；

（3）在合电场中，x=0.4m与x=0.6m之间的电势差U．

（4）已知小球在x=0.2m处获得v=0.4m/s的初速度时，最远可以运动到x=0.4m．若小球在x=0.16m处受到方向向右，大小为0.04N的恒力作用后，由静止开始运动，为使小球能离开细杆，恒力作用的最小距离s是多少？

4. 难度：困难

一台质谱仪的工作原理如图1所示．大量的甲、乙两种离子飘入电压为U₀的加速电场，其初速度几乎为0，经加速后，通过宽为L的狭缝MN沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后打到照相底片上．已知甲、乙两种离子的电荷量均为＋q，质量分别为2m和m，图中虚线为经过狭缝左、右边界M、N的甲种离子的运动轨迹．不考虑离子间的相互作用．

图1

(1)求甲种离子打在底片上的位置到N点的最小距离x；

(2)在图中用斜线标出磁场中甲种离子经过的区域，并求该区域最窄处的宽度d；

(3)若考虑加速电压有波动，在(U₀－ΔU)到(U₀＋ΔU)之间变化，要使甲、乙两种离子在底片上没有重叠，求狭缝宽度L满足的条件．

5. 难度：困难

一足够长的条状区域内存在匀强电场和匀强磁场，其在xOy平面内的截面如图所示：中间是磁场区域，其边界与y轴垂直，宽度为l，磁感应强度的大小为B，方向垂直于xOy平面；磁场的上、下两侧为电场区域，宽度均为l´，电场强度的大小均为E，方向均沿x轴正方向；M、N为条状区域边界上的两点，它们的连线与y轴平行，一带正电的粒子以某一速度从M点沿y轴正方向射入电场，经过一段时间后恰好以从M点入射的速度从N点沿y轴正方向射出，不计重力．

（1）定性画出该粒子在电磁场中运动的轨迹；

（2）求该粒子从M点入射时速度的大小；

（3）若该粒子进入磁场时的速度方向恰好与x轴正方向的夹角为，求该粒子的比荷及其从M点运动到N点的时间．

三、单选题

6. 难度：简单

如图，平行板电容器的两极板竖直放置并分别与电源的正负极相连，一带电小球经绝缘轻绳悬挂于两极板之间，处于静止状态现保持右极板不动，将左极板向左缓慢移动关于小球所受的电场力大小F和绳子的拉力大小T，下列判断正确的是

 

A. F逐渐减小，T逐渐减小

B. F逐渐增大，T逐渐减小

C. F逐渐减小，T逐渐增大

D. F逐渐增大，T逐渐增大

7. 难度：中等

一平行板电容器充电后与电源断开，负极板接地，两板间有一个带正电的检验电荷固定在P点，如图所示，以C表示电容器的电容，E表示两板间的场强，表示P点的电势，表示正电荷在P点的电势能，若正极板保持不动，将负极板缓慢向右平移一小段距离，则下列各物理量与负极板移动距离x的关系图像正确的是（　　）

A. B.

C. D.

8. 难度：中等

在如图所示的电路中，闭合电键S，当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动过程中，下列说法正确的是

A.电容器的电荷量增大 B.电流表A的示数减小

C.电压表V₁示数在变大 D.电压表V₂示数在变大

四、多选题

9. 难度：中等

如图所示电路中，电源电动势为，内阻为，定值电阻的阻值，当滑动变阻器的滑片向右滑动过程中，理想电流表、的示数变化量的绝对值分别为、，理想电压表示数变化量的绝对值为，下列说法正确的是（     ）

A.电压表的示数减小

B.电流表、的示数均减小

C.与的比值等于电源内阻

D.电源的输出功率逐渐增大

五、解答题

10. 难度：困难

平面直角坐标系xOy中，第Ⅰ象限存在垂直于平面向里的匀强磁场，第Ⅲ象限存在沿y轴负方向的匀强电场，如图所示．一带负电的粒子从电场中的Q点以速度v₀沿x轴正方向开始运动，Q点到y轴的距离为到x轴距离的2倍．粒子从坐标原点O离开电场进入磁场，最终从x轴上的P点射出磁场，P点到y轴距离与Q点到y轴距离相等．不计粒子重力，问：

(1)粒子到达O点时速度的大小和方向；

(2)电场强度和磁感应强度的大小之比．

六、多选题

11. 难度：简单

如图所示，M．N为两块带等量异种电荷的平行金属板，两板间电压可取从零到某一最大值之间的各种数值．静止的带电粒子带电荷量为，质量为m（不计重力）从P经电场加速后，从小孔Q进入N板右侧的匀强磁场区域，磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向外，CD为磁场边界上的一绝缘板，它与N板的夹角为，孔Q到板的下端C的距离为L，当M、N两板间电压取最大值时，粒子恰垂直打在CD板上，则（     ）

A.两板间电压的最大值

B.CD板上可能被粒子打中区域的长度

C.粒子在磁场中运动的最长时间

D.能打到N板上的粒子的最大动能为

七、解答题

12. 难度：中等

如图所示，圆心为O的四分之一圆弧形接收屏，水平放置在光滑绝缘的水平桌面上，整个装置处于水平方向的匀强电场中，电场强度的方向垂直于直线。现将一带正电小球以大小为的初速度从A点沿方向射出，其初动能为，小球恰好垂直打到圆弧上的C点。已知，取A点电势。

(1)求小球在C点的电势能；

(2)若过C点作的垂线交于P点，试通过计算推导，证明O点恰好是的中点。

13. 难度：困难

如图所示，在平面直角坐标系xoy中，在第二象限内存在沿x轴负方向的匀强电场；在第一象限内某区域存在方向垂直于坐标平面向里的有界圆形匀强磁场(图中未画出)．一粒子源固定在x轴上坐标为(-L,0)的A点，粒子源沿y轴正方向释放出速度大小为v的电子，电子恰好能通过y轴上坐标为(0,2L)的C点，电子继续前进距离L后进入磁场区域，再次回到x轴时与x轴正方向成45°夹角．已知电子的质量为m，电荷量为e，有界圆形匀强磁场的磁感应强度，不考虑粒子的重力好粒子之间的相互作用，求：

(1)匀强电场的电场强度E的大小；

(2)圆形磁场的最小面积；

(3)电子从进入电场到再次回到x轴过程的总时间。

八、实验题

14. 难度：困难

某同学通过实验制作一个简易的温控装置，实验原理电路图如图11–1图所示，继电器与热敏电阻R_t、滑动变阻器R串联接在电源E两端，当继电器的电流超过15 mA时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控．继电器的电阻约为20 Ω，热敏电阻的阻值R_t与温度t的关系如下表所示

（1）提供的实验器材有：电源E₁（3 V，内阻不计）、电源E₂（6 V，内阻不计）、滑动变阻器R₁（0~200 Ω）、滑动变阻器R₂（0~500 Ω）、热敏电阻R_t，继电器、电阻箱（0~999.9 Ω）、开关S、导线若干．

为使该装置实现对30~80 ℃之间任一温度的控制，电源E应选用______（选填“E₁”或“E₂”），滑动变阻器R应选用______（选填“R₁”或“R₂”）．

（2）实验发现电路不工作．某同学为排查电路故障，用多用电表测量各接点间的电压，则应将如图11–2图所示的选择开关旋至______（选填“A”、“B”、“C”或“D”）．

（3）合上开关S，用调节好的多用电表进行排查，在题11–1图中，若只有b、c间断路，则应发现表笔接入a、b时指针______（选填“偏转”或“不偏转”），接入a、c时指针______（选填“偏转”或“不偏转”）．

（4）排除故障后，欲使衔铁在热敏电阻为50 ℃时被吸合，下列操作步骤正确顺序是_____．（填写各步骤前的序号）

①将热敏电阻接入电路

②观察到继电器的衔铁被吸合

③断开开关，将电阻箱从电路中移除

④合上开关，调节滑动变阻器的阻值

⑤断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至108.1 Ω