高中物理必修3物理 全册全单元精选试卷测试卷(解析版)
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高中物理必修3物理 全册全单元精选试卷测试卷（解析版）一、必修第3册 静电场及其应用解答题易错题培优（难）1．如图所示,ABCD 竖直放置的光滑绝缘细管道,其中AB 部分是半径为R 的1/4圆弧形管道,BCD 部分是固定的水平管道,两部分管道恰好相切于B ．水平面内的M 、N 、B 三点连线构成边长为L 等边三角形,MN 连线过C 点且垂直于BCD ．两个带等量异种电荷的点电荷分别固定在M 、N 两点,电荷量分别为+Q 和-Q.现把质量为m 、电荷量为+q 的小球(小球直径略小于管道内径,小球可视为点电荷),由管道的A 处静止释放,已知静电力常量为k,重力加速度为g.求:(1)小球运动到B 处时受到电场力的大小; (2)小球运动到C 处时的速度大小;(3)小球运动到圆弧最低点B 处时,小球对管道压力的大小.【答案】（1）2qQ k L （22gR （322229qQ k m g L ⎛⎫+ ⎪⎝⎭【解析】 【分析】 【详解】（1）设小球在圆弧形管道最低点B 处分别受到+Q 和-Q 的库仑力分别为F 1和F 2．则122qQ F F kL＝＝① 小球沿水平方向受到的电场力为F 1和F 2的合力F ，由平行四边形定则得F=2F 1cos60° ② 联立①②得2qQF kL ＝③ （2）管道所在的竖直平面是+Q 和-Q 形成的合电场的一个等势面，小球在管道中运动时，小球受到的电场力和管道对它的弹力都不做功，只有重力对小球做功，小球的机械能守恒，有mgR ＝12mv C 2−0 ④ 解得2C v gR ＝（3）设在B 点管道对小球沿竖直方向的压力的分力为N By ，在竖直方向对小球应用牛顿第二定律得2B By v N mg m R-＝⑥ v B =v C ⑦联立⑤⑥⑦解得N By =3mg⑧设在B 点管道对小球在水平方向的压力的分力为N Bx ，则2Bx qQN F kL ＝＝⑨ 圆弧形管道最低点B 处对小球的压力大小为2222229()?B Bx BY qQ N N N m g kL ++＝＝．⑩ 由牛顿第三定律可得小球对圆弧管道最低点B 的压力大小为2222 9()?B B qQ N N m g kL'+＝＝2．如图所示在粗糙绝缘的水平面，上有两个带同种正电荷小球M 和N ，N 被绝缘座固定在水平面上，M 在离N 点r 0处由静止释放，开始运动瞬间的加速度大小恰好为μg 。
已知静电常量为k ，M 和地面间的动摩擦因数为μ，两电荷均可看成点电荷，且N 的带电量为Q ，M 带电量为q ，不计空气阻力。
则: (1)M 运动速度最大时离N 的距离;(2)已知M 在上述运动过程中的最大位移为r 0，如果M 带电量改变为32q ，仍从离N 点r 0处静止释放时，则运动的位移为r 0时速度和加速度各为多大?【答案】（1）02l r =（2）0v gr μ=4ga μ=，方向水平向左【解析】 【详解】（1）以小球为研究对象，分析小球的受力情况，小球受到重力、支持力、摩擦力和库仑力作用。
开始运动瞬间，两小球间的库仑力为：F 库0 =20kQq r由牛顿第二定律可知，开始瞬间F 库0-μmg=ma可得：02F ng μ=库因M 做加速度减小的加速运动，所以当F ng μ'=库速度最大，即：0212kQqF F l'==库库 所以02l r =（2）小球q 运动距离r0过程中由动能定理的得:000W mgr μ'-=-电场力金属球32q 运动距离r 0过程中由动能定理的得: 20102w mgr mv μ'-=-电场力 其中W Uq =电场力，3()2W U q '=电场力 (U 为电荷移动过程中的电势差) 联立以上两式解得：0v gr μ=由牛顿第二定律可知：()20322kQ qmg ma r μ⨯-= 由02F mg μ=，解得：4ga μ=方向水平向左。
3．如图，在足够大的平行金属板间的水平匀强电场中，有一长为L 的轻质绝缘棒OA ，一端可绕O 点在竖直平面内自由转动，另一端A 处有一带负电、电量为q 、质量为m 的小球，当变阻器滑片在P 点处时，棒静止在与竖直方向成30°角的位置，如图所示。
已知此时BP 段的电阻为R ，平行金属板间的水平距离为d 。
（1）求此时金属板间电场的场强大小E 1；（2）若金属板旋转30°（图中虚线表示），并移动滑片P 的位置，欲使棒能静止的位置与竖直方向的夹角不变，BP 段的电阻R ’应调节为多大？（3）若金属板不转动，将BP 段的电阻突然调节为3R ，则棒摆动中小球最大动能为多少？【答案】3mg(2)32R 3)mgL 【解析】 【详解】（1）由平衡可知E1q=mg tan30°解得E1= 33 mg q（2）金属板旋转30°后电场强度方向也相应旋转30°，而合力方向仍与竖直方向成30°角，受力如右图所示。
E1q=mg解得E2= mg q金属板旋转前，两板间电势差U1= E1d=3mgd金属板旋转后，两板间电势差U2 = E2d’= E2 d cos30°=3mgd=32U1所以BP段的电阻R’=3 2 R（3）BP段的电阻突然调节为3R，U3 =3U1E3=3E1=3mg q小球摆动速度最大时棒与竖直方向夹角为60°，如右图所示。
根据动能定理有：E3qL（sin60°-sin30°）-mgL（cos30°-cos60°）=E k-0E k3)mgL4．一个质量m=30g，带电量为-1．7×10-8C的半径极小的小球，用丝线悬挂在某匀强的电场中，电场线水平．当小球静止时，测得悬线与竖直方向成30o，求该电场的电场强的大小和方向？【答案】7110/E N C =⨯，水平向右 【解析】 【分析】 【详解】小球在电场中受重力、电场力、拉力三个力，合力为零，则知电场力的方向水平向左，而小球带负电，电场强度的方向与负电荷所受电场力方向相反，所以匀强电场场强方向水平向右．由图，根据平衡条件得tan30qE mg =︒得tan 30mg E q︒=代入解得7110/E N C =⨯5．如图所示，∆abc 处在真空中，边长分别为ab ＝5cm ，bc ＝3cm ，ca ＝4cm ．两个带电小球固定在a 、b 两点，电荷量分别为q a ＝6.4×10－12C ，q b ＝－2.7×10－12C ．已知静电力常量k ＝9.0×109N ⋅m 2/C 2，求c 点场强的大小及方向．【答案】 方向与由a 指向b 的方向相同【解析】 【详解】如图所示，a 、b 两电荷在c 点的场强分别为Ea ＝k ＝36N/C Eb ＝k＝27N/C由几何关系，有E 2＝E a 2＋E b 2解得E ＝45N/C方向与由a 指向b 的方向相同.6．如图所示，高为h 的光滑绝缘直杆AD 竖直放置，在D 处有一固定的正点荷，电荷量为Q 。
现有一质量为m 的带电小球套在杆上，从A 点由静止释放，运动到B 点时速度达到最大值，到C 点时速度正好又变为零，B 、C 和D 相距分别为13h 和14h ，静电力常量为k ，重力加速度为g ，求：(1)小球的电荷量q 和在C 点处的加速度； (2)C 、A 两点间的电势差。
【答案】(1)29mgh q kQ =,79a g = 方向竖直向上(2)274kQh【解析】 【详解】(1)小球运动到B 点时速度达到最大，说明小球必带正电，在B 点应有：2()3kQqmg h =得：29mgh q kQ=在C 点，由牛顿第二定律：2()4kQqmg mah -= 得：79a g =，方向竖直向上。
(2)设C 、A 两点间的电势差为U ，则A 、C 间的电势差为-U 。
从A 到C 过程，由动能定理：()04hmg h qU --=得：274kQU h=二、必修第3册 静电场中的能量解答题易错题培优（难）7．如图所示，两平行金属板A 、B 长L=8cm ，两板间距离d=8cm ，A 板比B 板电势高300V ，一不计重力的带正电的粒子电荷量q ＝10-10C ，质量m ＝10-20kg ，沿电场中心线RD 垂直电场线飞入电场，初速度v 0＝2×106m/s ，粒子飞出平行板电场后可进入界面MN 、PS 间的无电场区域．已知两界面MN 、PS 相距为12cm ，D 是中心线RD 与界面PS 的交点．（1）粒子穿过MN 时偏离中心线RD 的距离以及速度大小？ （2）粒子到达PS 界面时离D 点的距离为多少？（3）设O 为RD 延长线上的某一点，我们可以在O 点固定一负点电荷，使粒子恰好可以绕O 点做匀速圆周运动，求在O 点固定的负点电荷的电量为多少？（静电力常数k = 9．0×109N·m 2/C 2，保留两位有效数字）【答案】（1），（2）（3）【解析】 【分析】 【详解】（1）粒子进入A 、B 后应做类平抛运动，设在A 、B 板间运动时加速度大小为a ，时间为t 1，在MN 界面处速度为v ，沿MN 的分速度为v y ，偏转位移为y ，v与水平夹角为α，运动轨迹如图则：01l v t =①21112y at =② AB U qa dm=③ 1Y v at =④ 0tan Yv v α=⑤ 由以上各式，代入数据求得：0.03m y = ，61.510m/s Y v =⨯，3tan 4α=故粒子通过MN 界面时的速度为：2260 2.510m/s Y v v v =+=⨯（2）带电粒子在离开电场后将做匀速直线运动，其运动轨迹与PS 线交于a 点，设a 到中心线的距离为Y则：22L y L Y S=+ 解得：0.12m Y =（3）粒子穿过界面PS 后将绕电荷Q 做匀速圆周运动，设圆周运动的半径为r ，由几何关系得：0v Yv r=，即0.15m r = 由22qQ v k m r r=得：28110C mrv Q kq -==⨯ 【点睛】（1）由类平抛知识，带入数值便可求出偏离RD 的距离；带电粒子在离开电场后将做匀速直线运动，求出时间即可知道aD 的距离；（2）库仑力提供向心力，根据牛顿第二定律联合即可求得电量及其电性．8．如图甲所示，倾角为θ＝30°绝缘斜面被垂直斜面直线MN 分为左右两部分，左侧部分光滑，范围足够大，上方存在大小为E ＝1 000 N/C ，方向沿斜面向上的匀强电场，右侧部分粗糙，范围足够大，一质量为m ＝1 kg ，长为L ＝0.8 m 的绝缘体制成的均匀带正电直棒AB 置于斜面上，A 端距MN 的距离为d ，现给棒一个沿斜面向下的初速度v 0，并以此时作为计时的起点，棒在最初0.8 s 的运动图像如图乙所示，已知0.8 s 末棒的B 端刚好进入电场，取重力加速度g ＝10 m/s 2，求：(1)直棒AB 开始运动时A 端距MN 的距离为d ； (2)直棒AB 的带电量q ；(3)直棒AB 最终停止时，直棒B 端到MN 的距离． 【答案】(1)20 m (2)7.5×10－3 C (3)125 m 【解析】 【分析】根据v-t 图像确定出直棒AB 匀减速直线运动的位移，结合棒的长度，得出直棒AB 开始运动时A 端距MN 的距离为d ；根据图线得出直棒AB 匀减速直线运动的加速度大小，根据加速度，结合牛顿第二定律求出带电量的大小；根据动能定理得出，物体在电场中运动的距离． 【详解】（1）由v-t 图像可知直棒AB 匀减速直线运动．0～0.8s 内棒运动的位移为：0120.8m 2tv v x t +== ．A 端距离MN 的距离为：120.80.820m d x L m =-=-=． （2）棒的加速度为：2Δva==2.5m/s Δt．对直棒AB 进行受力分析，越过MN 后受到重力、斜面支持力和电场力，合力为sin F Eq mg θ=-．根据牛顿第二定律，：sin Eq mg ma θ-= ，代入数据解得：37.510C q -=⨯ ．（3）根据动能定律，物体从B 端到达MN 至最终停止的过程，满足：2221sin 02mgx Eqx mv θ-=-．带入数据解得，x 2 =125 m故B 端在MN 右边且距MN 为125 m ． 【点睛】本题考查了牛顿第二定律、动能定理和运动学公式的综合运用，通过v-t 图像，确定出物体运动的加速度不变，得出物体做匀变速直线运动是解决本题的关键．9．电容器作为储能器件，在生产生活中有广泛的应用。
