高二物理(選修3-1)模塊檢測試題及參考答案(選用4)

1、 跨越障礙（一）閉合電路的歐姆定律1、公式 路端電壓和電路中電流隨R變化 （斷路） （短路）2、功能關(guān)系電源總功率：電源輸出功率：內(nèi)電阻損耗功率：能量守恒：【典型例題】例1：在如圖所示電路中，當(dāng)變阻器R3的滑動(dòng)頭P向b端移動(dòng)時(shí)A. 電壓表示數(shù)變大，電流表示數(shù)變小B. 電壓表示數(shù)變小，電流表示數(shù)變大C. 電壓表示數(shù)變大，電流表示數(shù)變大D. 電壓表示數(shù)變小，電流表示數(shù)變小解析：首先將電壓表、電流表理想化處理。簡化電路，R2與R3并聯(lián)后與R1串聯(lián)，當(dāng)滑動(dòng)觸頭P向b端移動(dòng)時(shí)，R3阻值變小，R2、R3并聯(lián)部分總電阻變小. 外電阻R外減小。由閉合電路歐姆定律知總電流增大，內(nèi)電壓增大。從而使路端電壓減小，即

2、電壓表示數(shù)減小。由于通過Rl的電流增大，電壓升高。從而使R2上的電壓降低。通過R2的電流減小，但干路中電流變大，因此R3中電流變大。電流表示數(shù)變大，正確選項(xiàng)為B。答案：B例2：在如圖所示的電路中，直流發(fā)電機(jī)，電熱器組中裝有50只完全相同的電熱器，每只電熱器的額定電壓為200V，額定功率為1000W，其他電阻不計(jì)，并且不計(jì)電熱器電阻隨溫度的變化. 問：（1）當(dāng)接通幾只電熱器時(shí)，實(shí)際使用的電熱器都能正常工作？（2）當(dāng)接通幾只電熱器時(shí)，發(fā)電機(jī)的輸出功率最大？（3）當(dāng)接通幾只電熱器時(shí)，電熱器組加熱物體最快？（4）當(dāng)接通幾只電熱器時(shí)，電阻R1、R2上消耗的功率最大？（5）當(dāng)接通幾只電熱器時(shí)，實(shí)際使用的每

3、只電熱器中電流最大？解析：不計(jì)用電器電阻隨溫度的變化，則每只電熱器的電阻為每只電熱器的額定電流為（1）要使用電器正常工作，必須使電熱器兩端的實(shí)際電壓等于額定電壓200V，因此干路電流為而每只電熱器額定電流為5A，則電熱器的只數(shù)為2只（2）要使電源輸出功率最大，必須使外電阻等于內(nèi)電阻，由此可得電熱器總電阻為故有40只（3）要使電熱器組加熱物體最快，必須使其總電阻為故有8只（4）要使R1、R2上消耗功率最大，必須使通過它們的電流為最大，由此電路總電阻必須最小，即當(dāng)50只電熱器全接通時(shí)可滿足要求。所以需50只。（5）要使實(shí)際使用的每只電熱器中電流最大。則在保證UAB不超過200V的前提下使其值盡量地

4、大，由第（1）問的討論可知2只時(shí)UAB=200V，若只有1只，看似通過它的電流達(dá)到最大。但實(shí)際情況是電熱器被燒壞而無法工作，因此仍要2只。例3：如圖所示的電路中，輸入電壓UAB=200V，可變電阻的總電阻值。允許通過最大電流為4A。求（1）當(dāng)輸出端a、b開路時(shí)的值（2）輸出端接入R=40的負(fù)載時(shí)，的可能變化范圍。解析：本題是滑動(dòng)變阻器分壓接法的逆運(yùn)用。（1）當(dāng)ab端開路時(shí)，觸頭上端電阻為等勢體，所以=200V。（2）當(dāng)輸出端接入負(fù)載R時(shí)，R與觸頭上部電阻串聯(lián)后，再與下端電阻并聯(lián)。由于可變電阻的最大電流為4A，所以觸頭下端電阻。此時(shí)上端電阻為，與40電阻串聯(lián)，由電壓分配關(guān)系得。當(dāng)滑動(dòng)觸頭上滑，則

5、，則得，所以的可能變化范圍為57.14V160V。（二）磁場的產(chǎn)生磁鐵的磁場電流的磁場安培定則（右手螺旋定則）磁現(xiàn)象的電本質(zhì)一切磁場都是由于電荷運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生（三）磁場的描述磁感線：假想、閉合（外部從N到S；內(nèi)部從S到N）、切線是磁場方向、疏密反映磁場強(qiáng)弱。磁感應(yīng)強(qiáng)度：（四）磁場的作用（1）對磁極的作用：N極受力方向沿磁場方向，S極受力方向與磁場方向相反（2）對電流的作用大?。?方向：左手定則且（3）對運(yùn)動(dòng)電荷的作用大小： 方向：左手定則且（4）帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng) 當(dāng)時(shí)為勻速圓周運(yùn)動(dòng) （五）重要儀器質(zhì)譜儀、回旋加速器、速度選擇器對稱法：帶電粒子如果從一直線邊界進(jìn)入又從該邊界射出，則其軌跡關(guān)

6、于入射點(diǎn)和出射點(diǎn)線段的中垂線對稱。入射速度方向與出射速度方向與邊界的夾角相等。例4：如圖所示，在y小于0的區(qū)域內(nèi)存在勻強(qiáng)磁場，磁場方向垂直于xOy平面并指向紙面外，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，一帶正電的粒子以速度從O點(diǎn)射入磁場。入射速度方向在xOy平面內(nèi)，與x軸正向的夾角為，若粒子射出磁場的位置與O點(diǎn)的距離為L，求該粒子電荷量與質(zhì)量之比。解析：根據(jù)帶電粒子在有界磁場的對稱性作出軌跡，如圖所示，找出圓心A，向x軸作垂線，垂足為H，由幾何關(guān)系得：帶電粒子在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)，由解得兩式聯(lián)立解得動(dòng)態(tài)圓法：在磁場中向垂直于磁場的各個(gè)方向發(fā)射粒子時(shí)，粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡是圍繞發(fā)射點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的動(dòng)態(tài)圓。例5：如圖所示，S為電子源。

7、它在紙面范圍內(nèi)發(fā)射速度大小為，質(zhì)量為m，電荷量為的電子（<0），MN是一塊足夠大的豎直擋板，與S的水平距離為L，擋板左側(cè)充滿垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為，求擋板被電子擊中的范圍為多大？ 解析：由于電子從同一點(diǎn)向各個(gè)方向發(fā)射，電子的軌跡構(gòu)成繞S點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的一動(dòng)態(tài)圓，動(dòng)態(tài)圓的每一個(gè)圓都是逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，這樣可以作出打到最高點(diǎn)與最低點(diǎn)的軌跡，如圖所示，最高點(diǎn)為動(dòng)態(tài)圓與MN相切時(shí)的切點(diǎn)A，最低點(diǎn)為動(dòng)態(tài)圓與MN相割，且SB為直徑時(shí)的B點(diǎn)，帶電粒子在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)，由得SB為直徑，則SB=2L，SO=L，由幾何關(guān)系得A為切點(diǎn)，所以O(shè)A=L所以擋板被帶電粒子擊中的范圍為臨界法臨界點(diǎn)是粒子軌跡發(fā)生

8、質(zhì)的變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，所以只要畫出臨界點(diǎn)的軌跡就可以使問題得解。例6：長為L的水平極板間，有垂直紙面向內(nèi)的勻強(qiáng)磁場，如圖所示，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，板間距離也為L，兩極板不帶電，現(xiàn)有質(zhì)量為m、荷量為q的帶負(fù)電粒子（不計(jì)重力）從左邊極板間中點(diǎn)處垂直磁感線以水平速度射入磁場，欲使粒子打到極板上，求初速度的范圍。解析：由左手定則判定受力向下，所以向下偏轉(zhuǎn)，恰好打到下板右邊界和左邊界（為兩個(gè)臨界狀態(tài)），分別作出兩個(gè)狀態(tài)的軌跡圖，如圖所示。打到右邊界時(shí)，在直角三角形OAB中。由幾何關(guān)系得解得軌道半徑電子在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)洛倫茲力提供向心力因此打在左側(cè)邊界時(shí)，如圖所示，由幾何關(guān)系得軌跡半徑電子在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)洛倫茲力提供

9、向心力，因此所以打到板上時(shí)速度的范圍為以上是確定帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)軌跡的三種方法，在解題中如果善于抓住這幾點(diǎn)，可以使問題輕松得解。帶電粒子在有界磁場中的極值問題。解決此類問題時(shí)，注意下列結(jié)論，再借助數(shù)學(xué)方法分析：1. 剛好穿出磁場邊界的條件是帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的軌跡與邊界相切。2. 當(dāng)速度一定時(shí)，弧長越長，軌跡對應(yīng)的圓心角越大，則帶電粒子在有界磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間越長。3. 注意圓周運(yùn)動(dòng)中有關(guān)對稱規(guī)律：如從同一邊界射入的粒子，從同一邊界射出時(shí)，速度與邊界的夾角相等；在圓形磁場區(qū)域內(nèi)，沿徑向射入的粒子，必沿徑向射出。例7：如圖所示，寬為d的有界勻強(qiáng)磁場的邊界為PQ、MN，一個(gè)質(zhì)量為，帶電荷量為的

10、微粒沿圖示方向以速度垂直射入磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，要使該粒子不能從邊界MN射出，此粒子的入射速度的最大值是多大？解析：為了使帶電粒子入射后不從邊界MN射出，則有臨界軌跡與MN相切，如圖所示。設(shè)粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為R，則有由幾何關(guān)系得，解得入射粒子的最大速度求帶電粒子通過磁場的最大偏轉(zhuǎn)角例8：在真空中，半徑的圓形區(qū)域內(nèi)有勻強(qiáng)磁場，方向如圖所示，磁感強(qiáng)度B=0.2T，一個(gè)帶正電的粒子，以初速度從磁場邊界上直徑ab的一端a射入磁場，已知該粒子的比荷，不計(jì)粒子重力。求：（1）粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑是多少？（2）若要使粒子飛離磁場時(shí)有最大偏轉(zhuǎn)角，求入射時(shí)方向與ab的夾角及粒子的最大偏轉(zhuǎn)角

11、。解析：（1）粒子射入磁場后，由于不計(jì)重力，所以洛倫茲力充當(dāng)圓周運(yùn)動(dòng)需要的向心力，根據(jù)牛頓第二定律有所以（2）粒子在圓形磁場區(qū)域的軌跡為一段半徑R=5cm的圓弧，要使偏轉(zhuǎn)角最大，就要求這段圓弧對應(yīng)的弦最長，即為場區(qū)的直徑，粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的圓心在ab弦的中垂線上。如圖所示。由幾何關(guān)系可知所以而最大偏轉(zhuǎn)角帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)問題解決這類問題的方法可按以下思路進(jìn)行：1. 正確進(jìn)行受力分析，除彈力、重力、摩擦力，要特別注意電場力和磁場力的分析。2. 正確進(jìn)行物體的運(yùn)動(dòng)狀況分析，找出物體的速度、位移的變化，分清運(yùn)動(dòng)過程，如果出現(xiàn)臨界狀態(tài)，要分析臨界條件。3. 恰當(dāng)選用解決力學(xué)問題的方法（1）牛頓運(yùn)動(dòng)定律

12、及運(yùn)動(dòng)學(xué)公式（只適用于勻變速運(yùn)動(dòng)）；（2）用能量觀點(diǎn)分析，包括動(dòng)能定理和機(jī)械能（或能量）守恒定律，應(yīng)注意：不論帶電體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如何，洛倫茲力永遠(yuǎn)不做功，電場力與重力做功與路徑無關(guān)。例9：在相互垂直的勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場中，有一傾角為，足夠長的光滑絕緣斜面，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。方向垂直紙面向外，電場強(qiáng)度為E，方向豎直向上。一質(zhì)量為m、帶電荷量為+q的小球靜止在斜面頂端，這時(shí)小球?qū)π泵娴恼龎毫η『脼榱?，如圖所示。若迅速使電場方向豎直向下時(shí)，小球能在斜面上連續(xù)滑行多遠(yuǎn)？所用時(shí)間是多少？解析：電場未反向時(shí)，小球受力平衡，有 電場反向豎直向下時(shí)，小球受力如圖所示沿斜面方向 垂直斜面方向 小球沿斜面向下做勻加速直

13、線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)N=0時(shí)，小球離開斜面，此時(shí)由得所以在斜面上滑行距離 滑行時(shí)間例10：一個(gè)質(zhì)量為，電荷量為的帶正電小球（右面的小球）和一個(gè)質(zhì)量也為m不帶電的小球相距L=0.2m，放在絕緣光滑水平面上，當(dāng)加上如圖所示的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場后，帶電小球開始運(yùn)動(dòng)，與不帶電小球相碰，并粘在一起（，B=0.5T），兩球相碰后速度為碰前A球速度的，問：兩球相碰后到兩球離開水平面，還要前進(jìn)多遠(yuǎn)？解析：兩球碰撞前對帶正電小球，由動(dòng)能定理所以兩球相碰后速度兩球?qū)⒁x開水平面時(shí)，對水平面無壓力，即洛倫茲力與重力平衡所以碰后到兩球離開水平面，由動(dòng)能定理有 【模擬試題】（答題時(shí)間：60分鐘）1、平行金屬板M、N接在電源上，N

14、板接地，板間有a、b、c三點(diǎn)，如圖所示，若將上板M向下移動(dòng)少許至圖中虛線位置，則A. b點(diǎn)場強(qiáng)增大B. c點(diǎn)電勢升高C. a點(diǎn)電勢降低D. b、c兩點(diǎn)間的電勢差增大*2、如圖所示電路中，電源電動(dòng)勢為E，內(nèi)電阻為r，當(dāng)可變電阻的滑片P向b點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，電壓表的讀數(shù)，與電壓表的讀數(shù)的變化情況是A. 變大，變小B. 變大，變大C. 變小，變小D. 變小，變大*3、如圖所示. 直線OAC為某一直流電源的功率P隨電流I變化的圖線。拋物線OBC為同一直流電源內(nèi)部熱功率P隨電流I變化的圖線。若A、B對應(yīng)的橫坐標(biāo)為2A，線段AB表示的功率及I=2A時(shí)對應(yīng)的外電阻是A. ，B. ，C. ， D. ，*4、如圖所示，

15、電路中電源電動(dòng)勢為E，內(nèi)電阻為r，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片P從滑動(dòng)變阻器R的中點(diǎn)位置向左滑動(dòng)時(shí)，則燈泡L1，L2，L3亮度變化情況是A. L1燈變亮，L2燈變暗，L3燈變亮B. L1燈變暗，L2燈變亮，L3燈變暗C. L1、L2兩燈都變亮，L3燈變暗D. L1、L2兩燈都變暗，L3燈變亮*5、如圖所示的電路中，電源電動(dòng)勢E=6.00V，其內(nèi)阻可忽略不計(jì)，電阻的阻值分別為R1=2.4、R2=4.8。電容器的電容C=4.7。閉合開關(guān)S，待電流穩(wěn)定后，用電壓表測R1兩端的電壓，其穩(wěn)定值為1.50V。（1）該電壓表的內(nèi)阻為多大？（2）由于電壓表的接入，電容器的帶電荷量變化了多少？*6. 如圖所示一帶電質(zhì)點(diǎn)，

16、質(zhì)量為m，電荷量為q，以平行于Ox軸的速度v從y軸上的a點(diǎn)射入圖中第一象限所示的區(qū)域，為了使該質(zhì)點(diǎn)能從x軸上的b點(diǎn)以垂直于Ox軸的速度射出，在適當(dāng)?shù)牡胤郊右粋€(gè)垂直于xy平面、磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，若此磁場僅分布在一圓形區(qū)域內(nèi)，試求該圓形區(qū)域的最小半徑（粒子重力不計(jì)）。*7. 如圖所示，一足夠長的矩形區(qū)域abcd內(nèi)充滿磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，現(xiàn)從矩形區(qū)域ad邊的中點(diǎn)O處，垂直磁場射入一速度方向與ad邊夾角為，大小為的帶正電粒子，已知粒子質(zhì)量為m，電荷量為q，ad邊長為L，重力影響不計(jì)。（1）試求粒子能從ab邊上射出磁場的的大小范圍。（2）粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的最長時(shí)間是多少？*8.

17、 如圖所示，環(huán)狀勻強(qiáng)磁場圍成的中空區(qū)域內(nèi)有自由運(yùn)動(dòng)的帶電粒子，但由于環(huán)狀磁場的束縛，只要速度不很大，都不會穿出磁場的外邊緣，設(shè)環(huán)狀磁場的內(nèi)半徑R1=0.5m，外半徑R2=1.0m，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1.0T，若被束縛的帶電粒子的比荷為，中空區(qū)域中帶電粒子具有各個(gè)方向的速度。試計(jì)算：（1）粒子沿環(huán)狀的半徑方向射入磁場，不能穿越磁場的最大速度；（2）所有粒子不能穿越磁場的最大速度. *9. 如圖所示，空間中存在方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場. 磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，一帶電荷量為+q、質(zhì)量為m的粒子，在P點(diǎn)以某一初速度開始運(yùn)動(dòng)，初速方向如圖中紙面內(nèi)P點(diǎn)箭頭所示。該粒子運(yùn)動(dòng)到圖中點(diǎn)時(shí)速度方向與P點(diǎn)時(shí)速度方向垂

18、直，如圖中點(diǎn)箭頭所示。已知P、間的距離為，若保持粒子在P點(diǎn)時(shí)的速度不變。而將勻強(qiáng)磁場換成勻強(qiáng)電場，電場方向與紙面平行且與粒子在P點(diǎn)時(shí)速度方向垂直，在此電場作用下粒子也由P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到點(diǎn)，不計(jì)重力。求：（1）電場強(qiáng)度的大小。（2）兩種情況中粒子由P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到點(diǎn)所經(jīng)歷的時(shí)間之差。*10. 一靜止的帶電粒子電荷量為q、質(zhì)量為m（不計(jì)重力），從P點(diǎn)經(jīng)電場強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場加速。運(yùn)動(dòng)了距離L之后經(jīng)A點(diǎn)進(jìn)入右邊的有界磁場B1，穿過B1后再進(jìn)入空間足夠大的磁場B2，B1和B2的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B，方向相反，如圖所示。若帶電粒子能按某一路徑再由點(diǎn)A回電場并回到出發(fā)點(diǎn)P，而重復(fù)前述過程（虛線為相反方向的磁場分界面，

19、并不表示有什么障礙物），求：（1）粒子經(jīng)過A點(diǎn)的速度大?。唬?）磁場B1的寬度d為多大；（3）粒子在B1和B2兩個(gè)磁場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間之比？【試題答案】1、答案：ABD解析：MN接在電源上。U不變：M向下移動(dòng)d減小，E變大. a、b、c各點(diǎn)電勢均升高，Ubc增大。2、答案：A解析：P向b點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，R增大，R總增大。電路電流減??；由知，減?。挥芍兇?。3、答案：A解析：由P=EI知，在PI圖中圖像的斜率即為電源電動(dòng)勢，由圖像給出的數(shù)據(jù)得。由，結(jié)合圖像數(shù)據(jù)可得，所以當(dāng)I=2A時(shí)，所以，對應(yīng)的外電阻R=0.54、答案：A解析：5、答案：（1） （2）解析：（1）設(shè)電壓表的內(nèi)阻為Rv. 測得R1兩端的電壓

20、為U1，R1與Rv并聯(lián)后的總電阻為R則有 由串聯(lián)電路的特征 聯(lián)立得（2）電壓表接入前，電容器上的電壓Uc等于電阻R2上的電壓。R1兩端的電壓為，則又接入電壓表后，電容器上的電壓為由于電壓表的接入，電容器帶電荷量增加了由以上各式解得 6、答案：解析：設(shè)帶電質(zhì)點(diǎn)在洛倫茲力作用下的軌道半徑為R，則，由題意知，質(zhì)點(diǎn)在磁場區(qū)域中的軌道為半徑等于R的圓弧，該段圓弧應(yīng)與入射速度方向和出射速度方向相切。過a點(diǎn)作平行于x軸的直線，過b點(diǎn)作平行于y軸的直線，顯然MN兩點(diǎn)既是軌道圓上的點(diǎn)，也是磁場圓上的點(diǎn)，所以MN是磁場圓的一條弦，在以MN為弦的所有圓中以MN為直徑的圓最小。由幾何關(guān)系得，最小圓的半徑，磁場區(qū)域?yàn)閳D

21、中的實(shí)線圓。7、答案：（1） （2）解析：（1）因入射方向確定。所以帶電粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的圓心一定在過O點(diǎn)且垂直于入射方向的直線上，如圖所示，洛倫茲力提供向心力得當(dāng)軌跡與ab邊相切時(shí)，圓心為O1，此時(shí)是恰不從ab邊射出而從ad邊射出的臨界狀態(tài)。由幾何知識得，則隨增大R增大，軌跡與cd邊相切時(shí)，對應(yīng)速度達(dá)允許的最大值。再大粒子就由cd邊射出了。此時(shí)，圓心為O2，有則故粒子能從ab邊上射出磁場的速度范圍為（2）因周期與無關(guān)，而運(yùn)動(dòng)時(shí)間，即粒子在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)的軌跡所對應(yīng)的圓心角越大運(yùn)動(dòng)時(shí)間就越長，經(jīng)分析，由ad邊射出的所有粒子運(yùn)動(dòng)軌跡所對應(yīng)的圓心角最大故粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的最長時(shí)間為8、答案：（1）（2）解析：（1）若粒子沿半徑方向射入磁場，設(shè)運(yùn)行半徑為r，由得q，由此可見要使速度最大，只需半徑最大即可。當(dāng)運(yùn)動(dòng)軌跡恰好與外圓相切時(shí)（如圖所示）半徑最大，