1、模块素养评(90分钟100分)【合格性考试】(60分钟60分)一、单项选择题(本题共9小题,每小题4分,共36分。)1.下列物理量属于矢量的是()A.电势能B.磁通量C.电动势 D.磁感应强度【解析】选D。电势能的正负号表示大小不表示方向,所以电动势是标量,故A错误,磁通量只有大小,没有方向,是标量,故B错误;电动势有方向,但电动势运算时都不遵守矢量的运算法则,所以电动势是标量,故C错误;磁感应强度是矢量,故D正确。2.把一个架在绝缘支座上的导体放在负电荷形成的电场中,导体处于静电平衡时,导体表面上感应电荷的分布如图所示,这时导体()A.A端的电势比B端的电势高B.A端的电势比B端的电势低C.
2、A端的电势可能比B端的电势高,也可能比B端的电势低D.A端的电势与B端的电势相等【解析】选D。枕形导体在点电荷附近,出现静电感应现象,导致电荷重新分布,因此在枕形导体内部出现感应电荷的电场,正好与点电荷的电场叠加,静电平衡时内部电场强度处处为零,导体是等势体,表面是等势面,D正确。3.关于磁感应强度,下列说法中正确的是()A.匀强磁场中的磁感应强度可以这样测定:测出一段通电导线放在磁场中受到的安培力F及该导线的长度L、通过的电流I,则B=B.通电导线在某处不受安培力的作用,则该处的磁感应强度一定为零C.B=只是定义式,它是磁场本身的属性,与放不放通电导线无关D.通电导线所受安培力的方向就是磁感
3、应强度的方向【解析】选C。磁感应强度:B=,只有当电流与磁场垂直时:B=,故A错误;当通电导线与磁场平行时,通电导线不受安培力作用,但该处磁感应强度不为零,故B错误;B=是磁感应强度的定义式,磁感应强度是由磁场本身性质决定的,与放不放通电导线无关,故C正确;通电导线所受安培力方向与磁感应强度方向垂直,故D错误。4.下列说法正确的是()A.法拉第系统地总结了电磁规律的研究成果,建立经典电磁场理论B.原子从高能级向低能级跃迁时要放出光子C.爱因斯坦为了对黑体辐射进行理论解释,首先提出了量子观点D.普朗克为了对黑体辐射进行理论解释,首先提出了量子观点,并提出光也是由一个个不可分割的能量子组成的【解析
4、】选B。麦克斯韦建立经典电磁场理论,A错误;原子从高能级向低能级跃迁时要放出光子,原子从低能级向高能级跃迁时要吸收光子,B正确;普朗克为了对黑体辐射进行理论解释,首先提出了量子观点,C错误;爱因斯坦根据普朗克的量子说,提出光也是由一个个不可分割的能量子组成的,D错误。5.移动通信诞生于19世纪末,发展到20世纪中叶以后个人移动电话逐渐普及,下列关于移动电话功能的判断正确的是()A.移动电话可以发射电磁波B.移动电话发射的电磁波可以直接被另一部移动电话接收到C.移动电话只是一个电磁波发射器D.移动电话只是一个电磁波接收器【解析】选A。因为移动电话能将我们的声音信息用电磁波发射到空中,同时它也能在
5、空中捕获电磁波,得到对方讲话的信息,所以移动电话既能发射电磁波,也能接收电磁波,故C、D错误;移动电话发射的电磁波先传到基站,通过基站把信号放大后发射出去,再被手机接收到,故B错误,A正确。6.(2019全国卷)如图,空间存在一方向水平向右的匀强电场,两个带电小球P和Q用相同的绝缘细绳悬挂在水平天花板下,两细绳都恰好与天花板垂直,则()A.P和Q都带正电荷B.P和Q都带负电荷C.P带正电荷,Q带负电荷D.P带负电荷,Q带正电荷【解析】选D。若P和Q都带正电荷,Q在水平方向所受电场力的合力水平向右,细绳不可能恰好与天花板垂直,故选项A错误;若P和Q都带负电荷,P在水平方向受电场力的合力水平向左,
6、细绳不可能恰好与天花板垂直,故选项B错误;若P带正电荷,Q带负电荷,P在水平方向受电场力的合力水平向右,Q在水平方向所受电场力的合力向左,两细绳不可能都恰好与天花板垂直,故选项C错误;若P带负电荷,Q带正电荷,P在水平方向受电场力的合力可能为0,Q在水平方向所受电场力的合力也可能为0,故选项D正确。7.(2019全国卷改编)静电场中,一带电粒子仅在电场力的作用下自M点由静止开始运动,N为粒子运动轨迹上的另外一点,则()A.运动过程中,粒子的速度大小可能先增大后减小B.在M、N两点间,粒子的轨迹一定与某条电场线重合C.粒子在M点的电势能小于其在N点的电势能D.粒子在N点所受电场力的方向一定与粒子
7、轨迹在该点的切线平行【解题指南】解答本题需明确以下三点:(1)电场线与带电粒子的运动轨迹不一定重合。(2)电场力做正功,电势能减小。(3)带电粒子在电场中某点受力的方向与该点电场线的切线方向平行。【解析】选A。若电场由等量同种电荷形成,如图。由M点释放负电荷,则负电荷先加速后减速,A正确;若电场线为曲线,粒子轨迹不与电场线重合,B错误;由于N点速度大于等于零,故N点动能大于等于M点动能,由能量守恒可知,N点电势能小于等于M点电势能,C错误;粒子在N点所受电场力的方向一定与该点的电场线的切线方向平行,电场线与粒子轨迹不一定重合,D错误。8.如图甲所示,两极板间加上如图乙所示的交变电压,开始A板的
8、电势比B板高,此时两板中间原来静止的电子在电场力作用下开始运动。设电子在运动中不与极板发生碰撞,向A板运动时为速度的正方向,则下列图像中能正确反映电子速度变化规律的是(其中C、D两项中的图线按正弦函数规律变化)()【解析】选A。在前半个周期内,A板的电势高,电场的方向向右,电子受到的电场力方向水平向左,电子向左做初速度为零的匀加速直线运动;在后半个周期,电场水平向左,电子所受的电场力水平向右,电子向左做匀减速直线运动直到速度为零。然后进入第二个周期,重复之前的运动,由此可知,电子在每个周期内先向左做初速度为零的匀加速直线运动,然后向左做匀减速直线运动,如此反复,由图示图像可知A正确,B、C、D
9、错误。9.如图所示的电路中,电池的电动势为E,内阻为r,R1、R2是两个阻值固定的电阻,电容器的电容为C。当可变电阻R的滑片向上端移动时,通过R1的电流I1和通过R2的电流I2,电容器两极板间的电压U将如何变化()A.I1变大,I2变小,U变大B.I1变大,I2变大,U变大C.I1变小,I2变小,U变小D.I1变小,I2变大,U变小【解析】选D。当可变电阻R的滑片向上端移动时,R的阻值减小,整个电路的总电阻减小,电动势不变,根据闭合电路欧姆定律,总电流增大,内电压增大,外电压减小,所以I1减小。总电流增大,则I2增大,R2两端的电压增大,则R两端的电压减小。故D正确,A、B、C错误。二、实验题
10、(6分)10.图(a)为某同学组装完成的简易多用表的电路图,图中E是电池;R1、R2、R3、R4和R5是固定电阻,R6是可变电阻,表头G的满偏电流为250 A,内阻为300 ,虚线方框内为换挡开关,A端和B端分别与两表笔相连。该多用表有5个挡位为:直流电压1 V挡和5 V挡,直流电流1 mA挡和2.5 mA挡,欧姆x1 挡。(1)图(a)中的A端与(选填“红”或“黑”)色表笔相连接。(2)关于R6的使用,下列说法正确的是。A.在使用多用表之前,调整R6使电表指针指在电表左端0刻度线处。B.使用欧姆挡时,先将两表笔短接,再调整R6使电表指针指在表盘右端电阻0刻度线处C.使用电流挡时,调整R6使电
11、表指针指在电表右端电流最大位置。(3)某次测量时该多用表指针位置如图(b)所示,此时B端是与3相连的,则读数为,若此时B端是与5相连,则读数为。(4)该电表的挡位1、2都是电流挡,其中挡位1的量程是,根据题给的条件可得R1+R2=。【解析】(1)根据欧姆表原理可知,内部电源的正极应接黑表笔,这样才能保证在测电阻时电流表中电流“红进黑出”。(2)由电路图可知,R6只在测量电阻时才接入电路,故其作用只能进行欧姆调零,不能进行机械调零,同时在使用电流挡时也不需要进行调节,故B正确,A、C错误;故选B。(3)若此时B与“3”相接,欧姆表的倍率为1挡,则读数为:111 =11 。若此时B端是与5相连,由
12、图可知是5 V挡,由图示表盘可知,其分度值为0.1 V,所示读数为:2.90 V。(4)直流电流挡分为1 mA和2.5 mA,由图可知,当接1时应为2.5 mA;当接2时应为1 mA,根据串并联电路规律可知:R1+R2= =100 。答案:(1)黑(2)B(3)112.90 V(4)2.5 mA100 三、计算题(本题共2小题,共18分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)11.(9分)把一带电荷量为-510-8 C的小球A用绝缘细绳悬吊,若将带电荷量为+410-6 C的带电小球B靠近A(如图所示),当两个带电小球在同一高度相距30 cm时,绳与竖直方向成45角,已知静电力常
13、量k=9.0109 Nm2/C2,A、B两小球均可视为点电荷,g取10 m/s2,求:(1)A、B两球间的库仑力大小;(2)撤去小球B,改加一匀强电场,为使小球A仍静止在原处,则所加匀强电场的场强最小值多大?方向如何?【解析】(1)由库仑定律得F=(2分)代入数据:F=0.02 N(2分)(2)当电场力的方向与细线垂直时,电场强度最小,则mgsin=qAE(2分)由(1)得mg=F解得:E=2105 N/C(2分)方向与水平方向夹角45斜向右下方。(1分)答案:(1)0.02 N(2)2105 N/C方向与水平方向夹角45斜向右下方12.(9分)如图所示,电阻R1=8 ,电动机绕组电阻R0=2
14、 ,当电键K断开时,电阻R1消耗的电功率是2.88 W;当电键闭合时,电阻R1消耗的电功率是2 W,若电源的电动势为6 V。求:(1)电源的内电阻;(2)当电键K闭合时电动机的输出功率。【解析】(1)K断开时,电阻R1消耗的电功率是2.88 W,根据P=I2R1,电流:I= A=0.6 A(1分)电源内阻:r=-R1=(-8) =2 (2分)(2)K闭合时,路端电压:U= V=4 V(1分)根据欧姆定律,电流:I1=0.5 A(1分)总电流:I= A=1 A(1分)通过电动机的电流:I2=I-I1=1 A-0.5 A=0.5 A(1分)电动机的输出功率:P机=UI2-IR0=40.5 W-0.
15、522 W=1.5 W(2分)答案:(1)2 (2)1.5 W【总结提升】电功率和热功率的比较(1)在计算电功率的公式中,总功率用P=IU来计算,发热功率用P=I2R来计算,如果是计算纯电阻的功率,这两个公式的计算结果是一样的,但对于电动机等非纯电阻,第一个计算的是总功率,第二个只是计算的发热功率,这两个的计算结果是不一样的。(2)对于电功率的计算,一定要分析清楚是不是纯电阻电路,对于非纯电阻电路,总功率和发热功率的计算公式是不一样的。【补偿训练】在如图所示的电路中,电源电动势E=6 V,内阻r=1 ,电阻R1=3 ,R2=6 ,电容器的电容C=3.6 F,开始时开关S1闭合,S2断开。(1)
16、合上S2,求从S1闭合到电路稳定时,电容器C上变化的电荷量。(2)合上S2,待电路稳定以后再断开S1,求断开S1后,流过R2的电荷量。【解析】(1)S1闭合、S2断开时,电容器两端的电压U1=I1R1=R1=4.5 VS2闭合后,有:I2=解得:U2=I2=4 V故电容器上电荷量减少了Q=(U1-U2)C=1.810-6 C。(2)合上S2后电容器上的电荷量Q=CU2=1.4410-5 C断开S1后,R1、R2并联,流过某电阻的电荷量与电阻成反比,流过R2的电荷量为:Q2=Q=4.810-6 C。答案:(1)1.810-6 C(2)4.810-6 C【等级性考试】(30分钟40分)13.(4分
17、)(多选)如图是一水平放置的矩形线圈abcd,在细长的磁铁的N极附近竖直下落,保持bc边在纸外、ad边在纸内,由图中的位置A经过位置B到位置C,这三个位置都靠得很近且B位置刚好在条形磁铁的中心轴线上。在这个过程中,下列说法正确的是()A.由位置A到位置B,框内不产生感应电流B.由位置A到位置B,框内产生感应电流C.由位置B到位置C,框内产生感应电流D.由位置B到位置C,框内不产生感应电流【解析】选B、C。根据条形磁铁N极附近磁感线的分布情况可知,矩形线圈在位置A时,磁感线从线圈的下面斜向上穿过;线圈在位置B时,穿过它的磁通量为零;线圈在位置C时,磁感线从线圈上面斜向下穿过;所以线圈从A到B磁通
18、量减少,从B到C磁通量增加,穿过矩形线圈的磁通量发生变化,有感应电流产生,故B、C正确,A、D错误。14.(4分)(2019天津高考)如图所示,在水平向右的匀强电场中,质量为m的带电小球,以初速度v从M点竖直向上运动,通过N点时,速度大小为2v,方向与电场方向相反,则小球从M运动到N的过程()A.动能增加mv2B.机械能增加2mv2C.重力势能增加mv2D.电势能增加2mv2【解析】选B。小球从M运动到N的过程中动能增加量Ek=Ek2-Ek1=m(2v)2-mv2=mv2,因此A错误;小球在竖直方向上只受重力,做竖直上抛运动,初速度为v,末速度为零,根据0-v2=-2gh可得增加的重力势能Ep
19、=mgh=mv2,因此C错误;小球在水平方向只受电场力,做初速度为零、末速度为2v的匀加速直线运动,根据(2v)2-0=2ax可得电场力做功W=Fx=max=2mv2,所以电势能减少2mv2,机械能增加2mv2,因此B正确、D错误。15.(4分)(多选)如图为电场中x轴上各点电势分布图像,x轴上相邻坐标点间距相等,由图像可以看出()A.正电荷沿x轴从x1运动到x5的过程中,电场力一直在做正功B.x轴上,x3到x4之间沿x轴方向各点的场强大小相等且不为零C.沿x轴方向,x5处的场强比x2处的场强大D.负电荷从x1到x2电势能的减少量一定小于从x4到x5电势能的减少量【解析】选C、D。 -x图线的
20、切线斜率表示电场强度的大小,就知道x3x4之间的场强为零,从坐标x1到x3和x4到x5电势增大,则正电荷的电势能增大,电场力做负功,故A错误;由图可知,x轴上,x3到x4之间沿x轴方向各点的场强为零,故B错误, -x图线的切线斜率表示电场强度的大小,所以x5处的场强比x2处的场强大,故C正确;从坐标x1到x2和x4到x5电势增大,则负电荷的电势能减小。由图可知x1到x2的电势差小于x4到x5的电势差,负电荷从x1到x2电势能的减少量一定小于从x4到x5电势能的减少量,故D正确。16.(8分)小金同学打算测量由某种合金材料制成的金属丝的电阻率,待测金属丝的横截面为圆形。实验器材有:毫米刻度尺、螺
21、旋测微器、电压表(内阻约几千欧)、电流表(内阻约几欧)、滑动变阻器、电源、开关、待测金属丝及导线若干。(1)用毫米刻度尺测量待测金属丝的长度,用螺旋测微器测量其直径,结果分别如图1和图2所示,可得其长度L=cm,直径D=mm。(2)该同学要用图像法求出待测金属丝的阻值,要求电压从0开始变化。请将图3所示实物电路图中所缺导线补全。(3)图4是根据实验中测得的6组电流I、电压U的值描绘的点,由图可求出电阻值R=(保留3位有效数字)。(4)请写出待测金属丝的电阻率的表达式=(用测得的物理量符号和已知常数表示)。【解析】(1)待测金属丝长度测量值为59.40 cm;螺旋测微器的读数为0+43.40.0
22、1 mm=0.434 mm,即待测金属丝直径测量值为0.434 mm。(2)要求电压从0开始变化,故滑动变阻器采用分压接法;待测金属丝电阻较小,电流表采用外接法。实物电路图连接如图甲所示。(3)在题图4中用直线拟合各数据点,使直线通过尽量多的点,其他点均匀分布在直线两侧,舍弃离直线较远的点,如图乙所示,直线的斜率表示待测金属丝的电阻,根据所画直线可得R5.80 。(4)由电阻定律可知,R=,S=,解得:=。答案:(1)59.400.434(0.4330.435均可) (2)见解析图甲(3)5.80(5.705.90均可)(4)17.(9分)图示为一测速计原理图,滑片P与某运动物体相连,物体运动
23、时,会带动P在AB上滑动,当P匀速滑动时,电流表有一定的电流通过,从电流表示数可得到运动物体的速度。已知电源电动势E=4 V,内阻r=10 ,AB为粗细均匀的电阻丝,总阻值R=30 ,长度L=30 cm,电容器电容C=50 F。现测得电流表示数为0.05 mA,方向由N流向M,试求物体运动速度的大小和方向。【解析】流过电阻丝上的电流I=100 mA,远远大于电容器上的充放电电流(1分)当P移动x时,电容器上电压的变化为U=IR(1分)R=R(1分)其充放电电流IC=(2分)解得:IC=(1分)其中:=v所以v=0.1 m/s(2分)又因IC由N流向M,电容器放电,P右移,故物体移动方向向右。(
24、1分)答案:0.1 m/s向右18.(11分)(2019全国卷)如图,两金属板P、Q水平放置,间距为d。两金属板正中间有一水平放置的金属网G,P、Q、G的尺寸相同。G接地,P、Q的电势均为(0)。质量为m,电荷量为q(q0)的粒子自G的左端上方距离G为h的位置,以速度v0平行于纸面水平射入电场,重力忽略不计。(1)求粒子第一次穿过G时的动能,以及它从射入电场至此时在水平方向上的位移大小。(2)若粒子恰好从G的下方距离G也为h的位置离开电场,则金属板的长度最短应为多少?【解题指南】解答本题应注意以下三点:(1)PG、QG间场强大小相等,方向相反,为匀强电场。(2)粒子进入电场做类平抛运动。(3)
25、根据对称性,粒子穿过G一次就从电场的右侧飞出,则金属板的长度最短。 【解析】(1)PG、QG间场强大小相等,均为E,粒子在PG间所受电场力F的方向竖直向下,设粒子的加速度大小为a,有E=(1分)F=qE=ma(1分)设粒子第一次到达G时动能为Ek,由动能定理有qEh=Ek-m(1分)设粒子第一次到达G时所用时间为t,粒子在水平方向的位移为l,如图所示,则有h=at2(1分)l=v0t(1分)联立式解得Ek=m+qh(2分)l=v0(2分)(2)设粒子穿过G一次就从电场的右侧飞出,则金属板的长度最短,如图所示,由对称性知,此时金属板的长度为L=2l=2v0 (2分)答案:(1)m+qhv0(2)2v0
