甘肃省西北师大附中学年高二物理上册期末试题.docx
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甘肃省西北师大附中学年高二物理上册期末试题
甘肃省西北师大附中2018-2019学年度高二上学期期末物理试卷
一、选择题
1．三个相同的金属小球1、2、3分别置于绝缘支架上，各球之间的距离远大于小球的直径．球1的带电荷量为q，球2的带电荷量为nq，球3不带电且离球1和球2很远，此时球1、2之间作用力的大小为F．现使球3先与球2接触，再与球1接触，然后将球3移至远处，此时球1、2之间作用力的大小为
，方向不变．由此可知（ ）
A．n=2B．n=4C．n=5D．n=6
2．如图所示，一带电小球用丝线悬挂在水平方向的匀强电场中，当小球静止后把悬线烧断，则小球在电场中将做（ ）
A．自由落体运动
B．曲线运动
C．沿着悬线的延长线做匀加速直线运动
D．变加速直线运动
3．使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，其中正确的是（ ）
A．
B．
C．
D．
4．如图中虚线所示为静电场的等势面1、2、3、4，相邻的等势面之间的电势差相等，其中等势面3的电势为0．一带正电的点电荷在静电力的作用下运动，经过a、b点的动能分别为26eV和5eV．当这一点电荷运动到某一位置，其电势能变为﹣8eV时，它的动能应为（ ）
A．8eVB．13eVC．20eVD．34eV
5．如图所示，点电荷+4Q与+Q分别固定在A、B两点，C、D两点将AB连线三等分，现使一个带负电的粒子从C点开始以某一初速度向右运动，不计粒子的重力，则该粒子在CD之间运动的速度大小v与时间t的关系图象可能是（ ）
A．
B．
C．
D．
6．两个固定的等量异号点电荷所产生电场等势面如图中虚线所示，一带负电的粒子以某一速度从图中A点沿图示方向进入电场在纸面内飞行，最后离开电场，粒子只受静电力作用，则粒子在电场中（ ）
A．做直线运动，电势能先变小后变大
B．做直线运动，电势能先变大后变小
C．做曲线运动，电势能先变小后变大
D．做曲线运动，电势能先变大后变小
二、多项选择题
7．如图甲所示，两个点电荷Q1、Q2固定在x轴上距离为L的两点，其中Q1带正电位于原点O，a、b是它们连线延长线上的两点，其中b点与O点相距3L．现有一带正电的粒子q以一定的初速度沿x轴从a点开始经b点向远处运动（粒子只受电场力作用），设粒子经过a，b两点时的速度分别为va，vb，其速度随坐标x变化的图象如图乙所示，则以下判断正确的是（ ）
A．Q2带负电且电荷量小于Q1
B．b点的场强一定为零
C．a点的电势比b点的电势高
D．粒子在a点的电势能比b点的电势能小
8．某带电粒子仅在电场力作用下由A点运动到B点，电场线、粒子在A点的初速度及运动轨迹如图所示，可以判定（ ）
A．粒子在A点的加速度大于它在B点的加速度
B．粒子在A点的动能小于它在B点的动能
C．粒子在A点的电势能小于它在B点的电势能
D．A点的电势高于B点的电势
9．如图所示，在等量异种电荷连线的中垂线上取A、B、C、D四点，B、D两点关于O点对称，则关于各点场强的关系，下列说法中正确的是（ ）
A．EA＞EB，EB=EDB．EA＜EB，EA＜EC
C．EA＜EB＜EC，EB=EDD．可能EA=EC＜EB，EB=ED
10．如图所示，水平放置的金属板正上方有一固定的正点电荷Q，一个表面绝缘的带正电的小球（可视为质点且不影响Q的电场），从左端以初速度v0滑上金属板，沿光滑的上表面向右运动到右端．在该运动过程中（ ）
A．小球作匀速直线运动
B．小球作先减速，后加速运动
C．小球受到电场力的方向时刻在改变
D．电场力对小球所做的功为零
三、实验题
11．为验证在自由落体过程中物体的机械能是守恒的，某同学利用数字实验系统设计了一个实验，实验装置如图，图中A、B两点分别固定了两个速度传感器，速度传感器可以测出运动物体的瞬时速度．在实验中测得一物体自由下落经过A点时的速度是v1，经过B点时的速度是v2，为了证明物体经过A、B两点时的机械能相等，这位同学又设计了以下几个的步骤，你认为其中不必要或者错误是（ ）
A．用天平测出物体的质量
B．测出A、B两点间的竖直距离
C．利用
﹣
算出物体从A点运动到B点的过程中重力势能的变化量
D．验证v22﹣v12与2gh是否相等
12．在利用重锤下落验证机械能守恒定律的实验中：
（1）某同学在实验中得到的纸带如图所示，其中A、B、C、D是打下的相邻的四个点，它们到运动起点O的距离分别为62.99cm、70.18cm、77.76cm、
85.73cm．已知当地的重力加速度g=9.8m/s2，打点计时器所用电源频率为50Hz，重锤质量为1.00kg．请根据以上数据计算重锤由O点运动C点的过程中，重力势能的减少量为 J，动能的增加量为 J．（结果保留3位有效数字）
（2）甲、乙、丙三名同学分别得到A、B、C三条纸带，它们前两个点间的距离分别是1.7mm、1.9mm、4.0mm．那么一定存在操作错误的同学是 ，错误原因可能是 ．
四、计算题
13．用三根长均为L的细丝线固定两个质量为m、带电量分别为q和﹣q的小球，如图所示，若加一个水平向左的匀强电场，使丝线都被拉紧且处于平衡状态，则所加电场E的大小应满足什么条件？
14．有一个带电荷量q=﹣6×10﹣6C的点电荷，从某电场中的A点移到B点，电荷克服电场力做3×10﹣3J的功，从B点移到C点，电场力对电荷做1.2×10﹣3J的功，求A、C两点的电势差并说明A、C两点哪点的电势较高．
15．竖直平面内有一圆形绝缘细管，细管截面半径远小于半径R，在中心处固定一带电荷量为+Q的点电荷．质量为m、带电荷量为+q的带电小球在圆形绝缘细管中做圆周运动，当小球运动到最高点时恰好对管无作用力，求当小球运动到最低点时对管壁的作用力．
16．如图所示，光滑绝缘细杆竖直放置，它与以正电荷Q为圆心的某圆交于B，C两点，质量为M、带电荷量为﹣q的有孔小球从杆上A点无初速度下滑，已知q≤Q，AB=h，小球滑到B点时的速度大小为
，求：
（1）小球由A点到B点的过程中电场力做的功；
（2）A，C两点的电势差．
17．如图所示，绝缘光滑水平轨道AB的B端与处于竖直平面内的四分之一圆弧形粗糙绝缘轨道BC平滑连接，圆弧的半径R=0.40m．在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．现有一质量m=0.10kg的带电体（可视为质点）放在水平轨道上与B端距离s=1.0m的位置，由于受到电场力的作用带电体由静止开始运动，当运动到圆弧形轨道的C端时，速度恰好为零．已知带电体所带电荷量q=8.0×10﹣5C，求：
（1）带电体运动到圆弧形轨道的B端时对圆弧轨道的压力；
（2）带电体沿圆弧形轨道从B端运动到C端的过程中，摩擦力做的功．
甘肃省西北师大附中2018-2019学年度高二上学期期末物理试卷
参考答案与试题解析
一、选择题
1．三个相同的金属小球1、2、3分别置于绝缘支架上，各球之间的距离远大于小球的直径．球1的带电荷量为q，球2的带电荷量为nq，球3不带电且离球1和球2很远，此时球1、2之间作用力的大小为F．现使球3先与球2接触，再与球1接触，然后将球3移至远处，此时球1、2之间作用力的大小为
，方向不变．由此可知（ ）
A．n=2B．n=4C．n=5D．n=6
【考点】库仑定律．
【专题】电场力与电势的性质专题．
【分析】当两个完全相同的带同种电荷的小球接触后，它们的总电荷量将平分；如果两个完全相同的小球带的是异种电荷，那么当它们接触后，它们带的电荷将先中和，之后再将剩余的电荷量平分．找到小球带的电量的关系之后，根据库仑力的公式就可以求得作用力的大小，从而可以求得n的数值．
【解答】解：
设1、2距离为R，则球1、2之间作用力为：
F=k
，
3与2接触后，它们带的电的电量平分，均为：
，
再3与1接触后，它们带的电的总电量平分，均为
，
将球3移至远处后，球1、2之间作用力为
=k
，
有上两式解得：
n=2，
故选：
A．
【点评】完全相同的带电的小球接触后，它们的电荷量将平分，这是分析互相接触后库仑力如何变化的关键，知道这一点之后，根据库仑定律就可以求得力的大小．
2．如图所示，一带电小球用丝线悬挂在水平方向的匀强电场中，当小球静止后把悬线烧断，则小球在电场中将做（ ）
A．自由落体运动
B．曲线运动
C．沿着悬线的延长线做匀加速直线运动
D．变加速直线运动
【考点】电场强度；力的合成与分解的运用；牛顿第二定律．
【专题】电场力与电势的性质专题．
【分析】当物体所受的合力与速度在同一条直线上，物体做直线运动，所受的合力与速度不在同一条直线上，物体做曲线运动．
【解答】解：
悬线烧断前，小球受重力、拉力、电场力平衡，重力和电场力的合力与拉力等值反向．烧断细线，物体受重力、电场力，两个力合力恒定，沿细线方向，合力方向与速度方向在同一条直线上，所以物体沿着悬线的延长线做匀加速直线运动．故C正确．A、B、D错误．
故选C．
【点评】解决本题的关键掌握物体做直线运动还是曲线运动的条件，当物体所受的合力与速度在同一条直线上，物体做直线运动，所受的合力与速度不在同一条直线上，物体做曲线运动．
3．使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，其中正确的是（ ）
A．
B．
C．
D．
【考点】电荷守恒定律．
【分析】当带电金属球靠近不带电的验电器时，由于电荷间的相互作用，而使电荷发生了移动从而使箔片带电．
【解答】解：
由于同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，故验电器的上端应带上与小球异号的电荷，而验电器的箔片上将带上与小球同号的电荷；
故只有B符合条件．
故选：
B．
【点评】本题根据电荷间的相互作用，应明确同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引．
4．如图中虚线所示为静电场的等势面1、2、3、4，相邻的等势面之间的电势差相等，其中等势面3的电势为0．一带正电的点电荷在静电力的作用下运动，经过a、b点的动能分别为26eV和5eV．当这一点电荷运动到某一位置，其电势能变为﹣8eV时，它的动能应为（ ）
A．8eVB．13eVC．20eVD．34eV
【考点】等势面；功能关系；电势能．
【专题】压轴题；带电粒子在电场中的运动专题．
【分析】要求正电荷的电势能为﹣8eV时的动能，需要知道该正电荷的动能和电势能的总和，得出Eka+Epa=Ekb+Epb，得出Epb﹣Epa=21eV从而确定φb＞φa；根据电荷经过a、b点的动能分别为26eV和5eV和ab之间有两个等势面且等势面3的电势为0，可设等势面4的电势为φ，则等势面a的电势﹣2φ，再根据该正电荷的动能和电势能的总和保持不变求出正电荷的动能．
【解答】解：
在只有电场力做功的条件下动能和电势能的总和保持不变，故有Eka+Epa=Ekb+Epb…①
所以26eV+Epa=5ev+Epb
Epb﹣Epa=26eV﹣5eV=21eV…②
根据EP=qφ可知φb＞φa，
由于相邻等势面之间的电势差相同，
等势面3的电势为0，设等势面4的电势为φ，则等势面a的电势﹣2φ，
代入②式得qφ﹣（﹣2qφ）=3qφ=21eV
qφ=7eV
正电荷的能量故有Ek+（﹣8eV）=5eV+7eV
EK=5eV+7eV+8eV=20eV
故C正确，
故选C．
【点评】“在只有电场力做功的条件下动能和电势能的总和保持不变；相邻等势面之间的电势差相同”是我们解决此类问题时的突破口．
5．如图所示，点电荷+4Q与+Q分别固定在A、B两点，C、D两点将AB连线三等分，现使一个带负电的粒子从C点开始以某一初速度向右运动，不计粒子的重力，则该粒子在CD之间运动的速度大小v与时间t的关系图象可能是（ ）
A．
B．
C．
D．
【考点】电场强度；匀变速直线运动的图像；牛顿第二定律．
【专题】电场力与电势的性质专题．
【分析】根据点电荷的电场强度公式得到：
D点的场强为零．若粒子的初速度较大，粒子在CD间做减速运动；若粒子的初速度较小，粒子在CD间先向右做减速运动，后向左做加速运动．
【解答】解：
根据点电荷的电场强度公式分析得到：
D点的场强为零．
A、从C到D场强减小，粒子的加速度减小，不可能做匀减速运动．故A错误．
B、若粒子的初速度较大，粒子在CD间做加速度减小的变减速运动．故B正确．
C、D若粒子的初速度较小，粒子在CD间先向右做减速运动，速度减到零后向左做加速运动．也可能最小速度不为零，故C正确，D错误．
故选BC
【点评】本题考查分析物体运动情况的能力，考虑问题要全面，不能漏解．中等难度．
6．两个固定的等量异号点电荷所产生电场等势面如图中虚线所示，一带负电的粒子以某一速度从图中A点沿图示方向进入电场在纸面内飞行，最后离开电场，粒子只受静电力作用，则粒子在电场中（ ）
A．做直线运动，电势能先变小后变大
B．做直线运动，电势能先变大后变小
C．做曲线运动，电势能先变小后变大
D．做曲线运动，电势能先变大后变小
【考点】等势面；电势能．
【专题】电场力与电势的性质专题．
【分析】粒子在静电场中电场力先做正功后做负功，电势能先减小后增大．粒子所受的电场力与速度方向不在同一直线上，做曲线运动．
【解答】解：
根据电场线与等势线垂直可知，在A点电场线方向应与速度v垂直，则粒子所受的电场力方向向上，与初速度v也垂直，粒子做曲线运动．粒子靠近正电荷时，电场力做正功，离开正电荷时，电场力做负功，则其电势能先变小后变大．故C正确．
故选：
C
【点评】本题关键抓住电场线与等势线的关系判断电场力方向与粒子初速度方向的关系，分析运动情况，根据电场力做功正负，判断电势能的变化．
二、多项选择题
7．如图甲所示，两个点电荷Q1、Q2固定在x轴上距离为L的两点，其中Q1带正电位于原点O，a、b是它们连线延长线上的两点，其中b点与O点相距3L．现有一带正电的粒子q以一定的初速度沿x轴从a点开始经b点向远处运动（粒子只受电场力作用），设粒子经过a，b两点时的速度分别为va，vb，其速度随坐标x变化的图象如图乙所示，则以下判断正确的是（ ）
A．Q2带负电且电荷量小于Q1
B．b点的场强一定为零
C．a点的电势比b点的电势高
D．粒子在a点的电势能比b点的电势能小
【考点】匀强电场中电势差和电场强度的关系；电场强度；电势能．
【专题】电场力与电势的性质专题．
【分析】在b点前做减速运动，b点后做加速运动，可见b点的加速度为0，则在b点受到两点电荷的电场力平衡，从而可得出Q2的电性．可通过电场力做功判断电势能的变化
【解答】解：
A、在b点前做减速运动，b点后做加速运动，可见b点的加速度为0，则在b点受到两点电荷的电场力平衡，可知Q2带负电，且有k
=k
，故A正确
B、在b点前做减速运动，b点后做加速运动，可见b点的加速度为0，受力为零，故合场强为零，故B正确
C、该电荷从a点到b点，做减速运动，且该电荷为正电荷，电场力做负功，所以电势能增大，电势升高，所以b点电势较高．故C错误
D、由C分析得，D正确
故选：
ABD
【点评】解决本题的关键以b点的加速度为突破口，根据库仑定律得到Q1和Q2的电量关系．以及知道电场力做功和电势能的关系，值得研究
8．某带电粒子仅在电场力作用下由A点运动到B点，电场线、粒子在A点的初速度及运动轨迹如图所示，可以判定（ ）
A．粒子在A点的加速度大于它在B点的加速度
B．粒子在A点的动能小于它在B点的动能
C．粒子在A点的电势能小于它在B点的电势能
D．A点的电势高于B点的电势
【考点】电场线；电势能．
【分析】电场线密的地方电场的强度大，电场线疏的地方电场的强度小．根据带电粒子轨迹的弯曲方向判断出电场力的方向，根据电场力做功正负，判断动能和电势能的变化；沿电场线的方向，电势降低．
【解答】解：
A、由电场线可知，B点的电场线密，所以B点的电场强度大，粒子受的电场力大，加速度也就大，故A错误；
B、C、粒子受到的电场力指向曲线弯曲的内侧，所以受到的电场力的方向是沿电场线向上的，所以粒子从A到B的过程中，电场力做正功，电荷的电势能减小，动能增加，所以粒子在A点的动能小于它在B点的动能，粒子在A点的电势能大于它在B点的电势能，所以B正确、C错误；
D、沿电场线方向电势逐渐降低，A点的电势高于B点的电势，D正确．
故选：
BD．
【点评】本题要根据轨迹的弯曲方向判断电场力的方向，根据电场力的做功情况，判断动能和电势能的大小．用电场线可以形象地描述电场的强弱和方向，电场线的方向反映了电势的高低．
9．如图所示，在等量异种电荷连线的中垂线上取A、B、C、D四点，B、D两点关于O点对称，则关于各点场强的关系，下列说法中正确的是（ ）
A．EA＞EB，EB=EDB．EA＜EB，EA＜EC
C．EA＜EB＜EC，EB=EDD．可能EA=EC＜EB，EB=ED
【考点】电场强度．
【专题】电场力与电势的性质专题．
【分析】利用两个等量异种电荷的电场特点，两电荷连线的中垂线有如下特征：
中垂线为等势线，连线上各点的电势相等，中间电场线比较密，两边疏，则连线中点场强最大，向外逐渐减小．且电场中的电势、电场强度都关于X轴对称，所以对称点电势相等，场强大小相等．
【解答】解：
据等量异种电荷的电场特点，中垂线上各点的场强关于电荷连线对称，中点场强最大，向两侧场强逐渐减小，场强方向垂直于中垂线；由于B、D两点关于O点对称，所以B、D两点的场强相同，且C点、B点、A点的场强逐渐减小，故BC正确，AD错误．
故选：
BC．
【点评】明确等量异种电荷的电场特点是解题的关键，特别是中垂线上各点的场强特点，即各点的场强关于电荷连线对称，中点场强最大，向两侧场强逐渐减小，场强方向垂直于中垂线．
10．如图所示，水平放置的金属板正上方有一固定的正点电荷Q，一个表面绝缘的带正电的小球（可视为质点且不影响Q的电场），从左端以初速度v0滑上金属板，沿光滑的上表面向右运动到右端．在该运动过程中（ ）
A．小球作匀速直线运动
B．小球作先减速，后加速运动
C．小球受到电场力的方向时刻在改变
D．电场力对小球所做的功为零
【考点】静电场中的导体．
【专题】电场力与电势的性质专题．
【分析】金属板在Q的电场中产生静电感应现象，达到静电平衡时，金属板是一个等势体，表面是一个等势面，表面的电场线与表面垂直．分析小球的受力情况，确定其运动情况，判断电场力是否做功．
【解答】解：
A、B、金属板在Q的电场中达到静电平衡时，金属板是一个等势体，表面是一个等势面，表面的电场线与表面垂直，小球所受电场力与金属板表面垂直，在金属板上向右运动的过程中，电场力不做功，根据动能定理得知，小球的动能不变，速度不变，所以小球做匀速直线运动．故A正确，B错误．
C、D、由于电场力与小球的速度方向垂直，小球受到电场力的方向不变，电场力对小球不做功．小球的电势能不变．故C错误，D正确．
故选：
AD
【点评】本题关键抓住静电平衡导体的特点：
整体导体是一个等势体，表面是一个等势面．
三、实验题
11．为验证在自由落体过程中物体的机械能是守恒的，某同学利用数字实验系统设计了一个实验，实验装置如图，图中A、B两点分别固定了两个速度传感器，速度传感器可以测出运动物体的瞬时速度．在实验中测得一物体自由下落经过A点时的速度是v1，经过B点时的速度是v2，为了证明物体经过A、B两点时的机械能相等，这位同学又设计了以下几个的步骤，你认为其中不必要或者错误是（ ）
A．用天平测出物体的质量
B．测出A、B两点间的竖直距离
C．利用
﹣
算出物体从A点运动到B点的过程中重力势能的变化量
D．验证v22﹣v12与2gh是否相等
【考点】验证机械能守恒定律．
【专题】实验题；机械能守恒定律应用专题．
【分析】解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的仪器、操作步骤和数据处理以及注意事项．
【解答】解：
A、根据机械能守恒的表达式，可知不需要测量质量，故A错误
B、实验中需要测量从A到B过程中重力势能的减小量，因此需要测量AB之间的距离h，故B正确；
C、A点运动到B点的过程中重力势能的变化量△Ep=mgh，利用
﹣
算出物体从A点运动到B点的过程中动能增加量，故C错误
D、根据机械能守恒有：
mgh=
﹣
，即验证v22﹣v12与2gh是否相等，故D正确
本题选错误的故选AC
【点评】对于实验不光要从理论上理解，关键是要动手实验，体会实验步骤以及数据处理的过程，加深对实验的理解．
12．在利用重锤下落验证机械能守恒定律的实验中：
（1）某同学在实验中得到的纸带如图所示，其中A、B、C、D是打下的相邻的四个点，它们到运动起点O的距离分别为62.99cm、70.18cm、77.76cm、
85.73cm．已知当地的重力加速度g=9.8m/s2，打点计时器所用电源频率为50Hz，重锤质量为1.00kg．请根据以上数据计算重锤由O点运动C点的过程中，重力势能的减少量为 7.62 J，动能的增加量为 7.56 J．（结果保留3位有效数字）
（2）甲、乙、丙三名同学分别得到A、B、C三条纸带，它们前两个点间的距离分别是1.7mm、1.9mm、4.0mm．那么一定存在操作错误的同学是 丙 ，错误原因可能是 先释放重物，后接通电源（或释放纸带初速度不为零等） ．
【考点】验证机械能守恒定律．
【专题】实验题；机械能守恒定律应用专题．
【分析】
（1）根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该段时间内的平均速度可以求出物体在C点时的速度，然后根据动能、势能的定义进一步求得动能、势能的变化量．
（2）当物体自由下落时，第一、二两点之间的距离为
，由此可正确解答．
【解答】解：
（1）重力势能的减少量：
△Ep=mghC=1.00×9.8×0.7776J=7.62J．
据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该段时间内的平均速度可以求出物体在C点时的速度为：
故动能的增加量为：
（2）当物体自由下落时，第一、二两点之间的距离为：
，由此可知乙同学的纸带最为理想，丙同学所得出的纸带，开始两点之间的距离明显大小2mm，着说明他在操作过程中开始打点时，纸带已经具有了速度，可能原因是先释放重物，后接通电源（或释放纸带初速度不为零等）．
故答案为：
（1）7.62，7.56；
（2）丙，先释放重物，后接通电源（或释放纸带初速度不为零等）．
【点评】题比较简单，考查了验证机械能守恒定律中基本方法的应用，对于基本方法不能忽视，要在训练中加强练习，提高认识．
四、计算题
13．用三根长均为L的细丝线固定两个质量为m、带电量分别为q和﹣q的小球，如图所示，若加一个水平向左的匀强电场，使丝线都被拉紧且处于平衡状态，则所加电场E的大小应满足什么条件？
【考点】共点力平衡的条件及其应用；电场强度；匀强电场中电势差和电场强度的关系．
【分析】A、B是对称的，不妨对A受力分析，A受重力、绳子的拉力、电场力、库仑引力，运用平衡条件可求得．
【解答】解：
取A为研究对象，设OA线拉力为T1，AB线拉力为T2，
经受力分析得：
水平方向T1cos60°+T2+FBA=F
竖直方向T1sin60=mg
由此可得：
Eq=mgtan30°+T2+k
，得：
E=
+
+
因为T2≥0，所以E≥
+
答：
所加电场E的大小应满足E≥
+
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