（精心整理，诚意制作）选修3-1综合能力测试（附详解答案）本卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分．满分100分，时间90分钟．第Ⅰ卷(选择题共40分)一、选择题(共10小题，每小题4分，共40分，在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项符合题目要求，有些小题有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分)1．如图所示，有一金属箔验电器，起初金属箔闭合，当带正电的棒靠近验电器上部的金属板时，金属箔张开．在这个状态下，用手指接触验电器的金属板，金属箔闭合，问当手指从金属板上离开，然后使棒也远离验电器，金属箔的状态如何变化？从下图中的①～④4个选项中选取一个正确的答案．( ) A．图①B．图②C．图③D．图④答案：B解析：手指接触一下，验电器上带负电，手指离开，棒也远离，金属箔张开，B正确．2．如图所示，用两个一样的弹簧测力计吊着一根铜棒，铜棒所在的虚线范围内有垂直纸面的匀强磁场，棒中通以自左向右的电流，当棒静止时，弹簧测力计的读数之和为F1；若将棒中的电流反向，当棒静止时，弹簧测力计的示数之和为F2，且F2>F1，根据这两个数据，可以确定( )A．磁场的方向B．磁感应强度的大小C．安培力的大小D．铜棒的重力答案：ACD解析：由弹簧测力计示数F2>F1可知电流向右时F安方向向上，再由左手定则可确定磁场方向垂直于纸面向里．再由题意，电流自左向右时，F1＋F安＝mg，电流反向后，F2－F安＝mg，解得F安＝12(F2－F1)，mg＝12(F1＋F2)，由于I、L未知，故不能确定磁感应强度B的大小．3．(20xx·广州模拟)如图为“热得快”热水器的电路图和示意图．现接通电源，发现该热水器没有发热，并且热水器上的指示灯也不亮，现用交流电压表测得热水器A、B两端的电压为220V，指示灯两端的电压为220V.那么该热水器的故障在于( )A．连接热水器和电源之间的导线断开B．连接电阻丝与指示灯的导线发生了短路C．电阻丝熔断，同时指示灯烧毁D．同时发生了以上各种情况答案：C解析：电压表测得AB两点间电压为220V，说明连接热水器和电源之间的导线是完好无损的，热水器不发热说明电阻丝熔断了，指示灯不亮，说明指示灯被烧毁了，故只有选项C正确．4.汽车电动机启动时车灯会瞬时变暗．如下图，在打开车灯的情况下，电动机未启动时电流表读数为10A，电动机启动时电流表读数为58A，若电源电动势为12.5V，内阻为0.05Ω，电流表内阻不计，则因电动机启动，车灯的电功率降低了( )A．35.8W B．43.2WC．48.2W D．76.8W答案：B解析：车灯电阻为R＝EI－r＝12.510Ω－0.05Ω＝1.2Ω，电动机未启动时车灯的电功率P1＝I2R＝102×1.2W＝120W.电动机启动后，电源内阻消耗的电压U r＝Ir ＝58×0.05V＝2.9V，车灯与电动机的并联电压为U＝E－U r＝(12.5－2.9)V＝9.6V ，车灯的电功率为P 2＝U2R ＝9.621.2W ＝76.8W ，车灯电功率降低了ΔP ＝P 1－P 2＝43.2W.5．静电计是在验电器的基础上制成的，用其指针的张角大小来定性显示其金属球与外壳之间的电势差大小．如图所示，A 、B 是平行板电容器的两个金属板，G 为静电计．开始时开关S 闭合，静电计指针张开一定角度，为了使指针张开角度增大些，下列采取的措施可行的是( )A ．断开开关S 后，将A 、B 分开些B ．保持开关S 闭合，将A 、B 两极板分开些C ．保持开关S 闭合，将A 、B 两极板靠近些D ．保持开关S 闭合，将变阻器滑动触头向右移动答案：A6．压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小，一同学利用压敏电阻设计了判断升降机运动状态的装置，如图甲所示，将压敏电阻平放在升降机内，受压面朝上，在上面放一物体m ，升降机静止时电流表示数为I 0，某过程中电流表的示数如图乙所示，则在此过程中( )A ．物体处于失重状态B ．物体处于超重状态C ．升降机一定向上匀加速运动D ．升降机可能向上匀减速运动答案：B解析：电流表示数增大，说明电阻阻值减小，由压敏电阻的特点知压力增大，即压力大于重力，物体处于超重状态，加速度方向向上，故升降机可能向上加速运动，也可能向下减速运动，故选项B 正确．7.在图中，a 、b 带等量异种电荷，MN 为ab 连线的中垂线，现有一个带电粒子从M 点以一定初速度v0射入，开始时一段轨迹如图中实线，不考虑粒子重力，则在飞越该电场的整个过程中( )A ．该粒子带负电B．该粒子的动能先增大，后减小C．该粒子的电势能先减小，后增大D．该粒子运动到无穷远处后，速度的大小一定仍为v0答案：ABCD解析：等量异种电荷连线的中垂线一定是等势线，且与无穷远处等电势，这是本题考查的重点．至于粒子的动能增减、电势能变化情况，可以根据粒子轨迹的弯曲情况结合功能关系判断出来．由粒子开始时一段轨迹可以判定，粒子在该电场中受到大致向右的电场力，因而可以判断粒子带负电，A正确．因为等量异种电荷连线的中垂面是一个等势面，又由两个电荷的电性可以判定，粒子在运动过程中，电场力先做正功后做负功，所以其电势能先减小后增大，动能先增大后减小，所以B、C正确．因为M点所处的等量异种电荷连线的中垂面与无穷远等电势，所以在由M 点到无穷远运动的过程中，电场力做功W＝qU＝0，所以粒子到达无穷远处时动能仍然为原来值，即速度大小一定为v0.8．(20xx·上海模拟)如图所示，真空中存在范围足够大的匀强电场，A、B为该匀强电场的两个等势面．现有三个完全相同的带等量正电荷的小球a、b、c，从等势面A上的某点同时以相同速率v0向不同方向开始运动，其中a的初速度方向垂直指向等势面B；b的初速度方向平行于等势面；c的初速度方向与a相反．经过一段时间，三个小球先后通过等势面B，已知三个小球始终在该匀强电场中运动，不计重力，则下列判断正确的是( )A．等势面A的电势高于等势面B的电势B．a、c两小球通过等势面B时的速度相同C．开始运动后的任一时刻，a、b两小球的动能总是相同D．开始运动后的任一时刻，三个小球电势能总是相等答案：AB解析：由a、b、c三球经过一段时间后均通过等势面B，可得：电场方向竖直向下，故A正确，由动能定理得，三个小球通过等势面B时，电场力做功相等，三球的速度大小相同，但a、c方向相同，均与b方向不同，同一时间，电场力做功不同，因此同一时刻的动能不相同，C错误；三个小球运动后不可能在同一时刻位于同一等势面上，故电势能不可能相等，D错误．9．如图所示电路中，电源内阻不计，三个小灯泡完全相同且外电路变化时每个灯泡两端的电压都不会超过其额定电压，开始时只有S1闭合，当S2也闭合后，下列说法正确的是( ) A．灯泡L1变亮B．灯泡L2变亮C．电容器C的带电量将增加D．闭合S2的瞬间流过电流表的电流方向自右向左答案：AD解析：只S1闭合时，L1和L2串联，电容器两端的电压等于电源两端的电压，S2闭合后，L3和L2并联，再和L1串联，则L1两端的电压增大，故L1变亮，电容器两端的电压减小，故电容器放电，电量减小，电流表上的电流是电容器的放电电流，故方向从右向左．10．如下图甲所示，以MN为界的两匀强磁场B1＝2B2，一带电＋q、质量m 的粒子从O点垂直MN进入B1磁场，则经过多长时间它将向下通过O点(不计粒子重力) ( )A．2πm/qB1B．2πm/qB2C．2πm/(B1＋B2)q D．πm/(B1＋B2)q答案：B解析：因为r=T=2πm/qB而B1=2B2所以r2=2r1T2=2T1.由图乙分析示意可知，从粒子垂直MN经O点向上进入B1磁场，到粒子垂直MN经O点向下进入B2磁场，所需最短时间为t=T1+=T2=2πm/qB2.第Ⅱ卷(非选择题共60分)二、填空题(共3小题，共15分．把答案直接填在横线上)11．(4分)磁流体发电是一项新兴技术，它可以把气体的内能直接转化为电能．下图是磁流体发电机的装置：A、B组成一对平行电极，两极间距为d，内有磁感强度为B的匀强磁场，现持续将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量带正电和带负电的微粒，而整体呈中性)垂直喷射入磁场，每个离子的速度为v ，电量大小为q，忽略两极之间的等效内阻，稳定时，磁流体发电机的电动势E ＝________，设外电路电阻为R，则R上消耗的功率P＝____________________.答案：Bvd；∵qvB=q ∴E=Bvd P=I2R=12．(4分)如图所示，平行的金属板M、N与电源相连，一个带负电的小球悬挂在两板间，闭合电键后，悬线偏离了竖直方向的夹角为θ，若N板向M板靠近，θ角将；把电键断开，再使N板向M靠近，θ角将.答案：变大；不变解析：极板与电源相连，当减小板间距时，电场增强，所以θ角变大．当断开电源时，减小板间距，电场强度不变所以θ角不变．13．(7分)20xx年诺贝尔物理学奖授予了两位发现“巨磁电阻”效应的物理学家．材料的电阻随磁场的增加而增大的现象称为磁阻效应，利用这种效应可以测量磁感应强度．若图1为某磁敏电阻在室温下的电阻－磁感应强度特性曲线，其中R B、R0分别表示有、无磁场时磁敏电阻的阻值．为了测量磁感应强度B，需先测量磁敏电阻处于磁场中的电阻值R B.请按要求完成下列实验．(1)设计一个可以测量磁场中该磁敏电阻阻值的电路，在图2的虚线框内画出实验电路原理图(磁敏电阻及所处磁场已给出，待测磁场磁感应强度大小约为0.6～1.0T，不考虑磁场对电路其它部分的影响)．要求误差较小．提供的器材如下：A．磁敏电阻，无磁场时阻值R0＝150ΩB．滑动变阻器R，全电阻约20ΩC．电流表Ⓐ，量程2.5mA，内阻约30ΩD．电压表，量程3V，内阻约3kΩE．直流电源E，电动势3V，内阻不计F．开关S，导线若干(2)正确接线后，将磁敏电阻置入待测磁场中，测量数据如下表：12345 6U(V)0.000.450.91 1.50 1.79 2.71I(mA)0.000.300.60 1.00 1.20 1.80 根据上表可求出磁敏电阻的测量值R B＝______Ω，结合图1可知待测磁场的磁感应强度B＝______T.(3)试结合图1简要回答，磁感应强度B在0－0.2T和0.4～0.1T范围内磁敏电阻阻值的变化规律有何不同？(4)某同学查阅相关资料时看到了图3所示的磁敏电阻在一定温度下的电阻－磁感应强度特性曲线(关于纵轴对称)，由图线可以得到什么结论？答案：(1)如下图所示(2)1500 0.90(3)在0～0.2T范围内，磁敏电阻的阻值随磁感应强度非线性变化(或不均匀变化)；在0.4～1.0T范围内，磁敏电阻的阻值随磁感应强度线性变化(或均匀变化)(4)磁场反向，磁敏电阻的阻值不变．三、论述·计算题(共5小题，共45分．解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)14．(8分)如图所示，在水平方向的匀强电场中一表面光滑、与水平面成45°角的绝缘直杆AC，其下端(C端)距地面高度h=0.8m.有一质量500g的带电小环套在直杆上，正以某一速度，沿杆匀速下滑，小环离杆后正好通过C端的正下方P 点处．(g取10m/s2)求：(1)小环离开直杆后运动的加速度大小和方向；(2)小环从C运动到P过程中的动能增量；(3)小环在直杆上匀速运动速度的大小v0.答案：(1)15．(9分)在竖直平面内有一圆形绝缘轨道，半径为R＝0.4m，匀强磁场垂直于轨道平面向里，一质量为m＝1×10－3kg、带电量为q＝＋3×10－2C的小球，可在内壁滑动，如图甲所示，开始时，在最低点处给小球一个初速度v0，使小球在竖直平面内逆时针做圆周运动，如图乙(a)是小球在竖直平面内做圆周运动的速率v随时间变化的情况，图乙(b)是小球所受轨道的弹力F随时间变化的情况，结合图像所给数据，(取g＝10m/s2)求：(1)磁感应强度的大小？(2)初速度v0的大小？答案：(1)0.25T (2)8m/s解析：(1)从乙图(a)可知，小球第二次到达最高点时，速度大小为4m/s，而由乙图(b)知，此时轨道与球间的弹力为零，故代入数据得：B=0.25T(2)从图乙可知，小球最初在最低点时，轨道与球之间的弹力为F=0.11N，根据牛顿第二定律得：代入数据得：v0=8m/s16．(9分)环保汽车在为20xx年奥运会馆服务中，受到世界各国运动员的一致好评．某辆以蓄电池为驱动能源的环保汽车，总质量m＝3×103kg.当它在水平路面上以v＝36km/h的速度匀速行驶时，驱动电机的输入电流I＝50A，电压U＝300V.在此行驶状态下，(1)求驱动电机的输出功率P电；(2)若驱动电机能够将输入功率的90%转化为用于牵引汽车前进的机械功率P ，求汽车所受阻力与车重的比值(g取10m/s2)；机(3)设想改用太阳能电池给该车供电，其他条件不变，求所需太阳能电池板的最小面积．结合计算结果，简述你对该设想的思考．已知太阳辐射的总功率P0＝4×1026W，太阳到地球的距离r＝1.5×1011m，太阳光传播到达地面的过程中大约有30%的能量损耗，该车所用太阳能电池的能量转化效率约为15%.答案：(1)1.5×104W (2)0.045 (3)101m2对该设想的思考，只要正确即可解析：(1)驱动电机的输入功率P电＝IU＝1.5×104W(2)在匀速行驶时P机＝0.9P电＝F v＝f v，f＝0.9P电/v，汽车所受阻力与车重之比f/mg＝0.045；(3)当太阳光垂直电池板入射时，所需电池板面积最小，设其为S距太阳中心为r的球面面积S0＝4πr2若没有能量损耗，太阳能电池板接收到的太阳能功率为P′，则P′P0＝SS0设太阳能电池板实际接收到的太阳能功率为P则P＝(1－30%)P′，所以PP0(1－30%)＝SS0由于P电＝15%P，所以电池板的最小面积S＝PS00.7P0＝4πr2P电0.15×0.7P0＝101m2对该设想提出合理的改进建议，只要正确即可．17．(9分)如图所示的电路中，两平行金属板A、B水平放置，两板间的距离d ＝40cm.电源电动势E＝24V，内电阻r＝1Ω，电阻R＝15Ω.闭合S，待电路稳定后，将一带正电的小球从B板小孔以初速度v0＝4m/s竖直向上射入板间．若小球带电量为q＝1×10－2C，质量为m＝2×10－2kg，不考虑空气阻力．那么，滑动变阻器接入电路的阻值为多大时，小球恰能到达A板？此时，电源的输出功率是多大？(取g＝10m/s2)答案：8Ω；23W解析：(1)小球进入板间后，受重力和电场力作用，且到A板时速度为零．设两板间电压为UAB由动能定理得①将已知数据代入上式得：滑动变阻器两端电压U滑＝U AB＝8V②设通过滑动变阻器电流为I，由欧姆定律得I＝E－U滑R＋r＝1A③滑动变阻器接入电路的电阻R滑＝U滑I＝8Ω④(2)电源的输出功率P出＝I2(R＋R滑)＝23W⑤11 / 11 18.(10分)(20xx·潍坊)如图所示，有界匀强磁场的磁感强度B=2×10-3T ；磁场右边是宽度L=0.2m 、场强E=40V/m 、方向向左的匀强电场．一带电粒子电荷量q=-3.2×10-19C ，质量m=6.4×10-27kg ，以v=4×104m/s 的速度沿OO′垂直射入磁场，在磁场中偏转后进入右侧的电场，最后从电场右边界射出．求：(1)大致画出带电粒子的运动轨迹(画在给出的图中)；(2)带电粒子在磁场中运动的轨道半径；(3)带电粒子飞出电场时的动能Ek.答案：(1)如图 (2)R ＝0.4m (3)E k ＝7.68×10－18J解析：(1)轨迹如图．。