高中物理必修3物理 全册全单元精选测试卷测试题(Word版 含解析)
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高中物理必修3物理 全册全单元精选测试卷测试题(Word 版 含解析)一、必修第3册 静电场及其应用解答题易错题培优(难)1.如图所示的绝缘细杆轨道固定在竖直面内,半径为R 的1/6圆弧段杆与水平段杆和粗糙倾斜段杆分别在A 、B 两点相切,圆弧杆的圆心O 处固定着一个带正电的点电荷.现有一质量为m 可视为质点的带负电小球穿在水平杆上,以方向水平向右、大小等于83gR 的速度通过A 点,小球能够上滑的最高点为C ,到达C 后,小球将沿杆返回.若∠COB =30°,小球第一次过A 点后瞬间对圆弧细杆向下的弹力大小为83mg ,从A 至C 小球克服库仑力做的功为23mgR -,重力加速度为g .求:(1)小球第一次到达B 点时的动能; (2)小球在C 点受到的库仑力大小;(3)小球返回A 点前瞬间对圆弧杆的弹力.(结果用m 、g 、R 表示) 【答案】(1)56mgR (2)34mg (3)2(833)- 【解析】 【分析】(1)由动能定理求出小球第一次到达B 点时的动能.(2)小球第一次过A 点后瞬间,由牛顿第二定律和库仑定律列式.由几何关系得到OC 间的距离,再由库仑定律求小球在C 点受到的库仑力大小.(3)由动能定理求出小球返回A 点前瞬间的速度,由牛顿运动定律和向心力公式求解小球返回A 点前瞬间对圆弧杆的弹力. 【详解】(1)小球从A 运动到B ,AB 两点为等势点,所以电场力不做功,由动能定理得:()0211cos602KB A mgR E mv --=-代入数据解得:56KB E mgR =(2)小球第一次过A 时,由牛顿第二定律得:22A v QqN k mg m R R+-=由题可知:83N mg =联立并代入数据解得:2Qqkmg R= 由几何关系得,OC 间的距离为:cos303R r R ==︒小球在C 点受到的库仑力大小 :22Qq QqF kk r ==⎫⎪⎝⎭库联立解得3=4F mg 库 (3)从A 到C ,由动能定理得:2102f A W mgR W mv ---=-电从C 到A ,由动能定理得:212f A W mgR W mv +='-电由题可知:W =电 小球返回A 点时,设细杆对球的弹力方向向上,大小为N ′,由牛顿第二定律得:22Av Qq N k mg mR R'-'+= 联立以上解得:(283N mg -'=,根据牛顿第三定律得,小球返回A点时,对圆弧杆的弹力大小为(283mg -,方向向下.2.如图所示,一个内壁光滑的绝缘细直管竖直放置.在管子的底部固定一电荷量为Q (Q >0)的点电荷.在距离底部点电荷为h 2的管口A 处,有一电荷量为q (q >0)、质量为m 的点电荷由静止释放,在距离底部点电荷为h 1的B 处速度恰好为零.现让一个电荷量为q 、质量为3m 的点电荷仍在A 处由静止释放,已知静电力常量为k ,重力加速度为g ,则该点电荷运动过程中:(1)定性分析点电荷做何运动?(从速度与加速度分析) (2)速度最大处与底部点电荷的距离 (3)运动到B 处的速度大小【答案】(1)先做加速度减小的加速,后做加速度增大的减速运动; (2)3KQqr mg=(3)2123()3B v g h h =-【解析】 【详解】(1)由题意知,小球应先做加速运动,再做减速运动,即开始时重力应大于库仑力;而在下落中,库仑力增大,故下落时加速度先减小,后增大;即小球先做加速度减小的加速,后做加速度增大的减速运动;(2)当重力等于库仑力时,合力为零,此时速度最大,23kQqF mg r 库==解得:3kQqr mg=(3)点电荷在下落中受重力和电库仑力,由动能定理可得:mgh +W E =0;即W E =-mgh ;当小球质量变为3m 时,库仑力不变,故库仑力做功不变,由动能定理可得:3mgh-mgh =123mv 2; 解得:2123()3B v g h h =-点睛:本题综合考查动力学知识及库仑力公式的应用,解题的关键在于明确物体的运动过程;同时还应注意点电荷由静止开始运动,故开始时重力一定大于库仑力.3.如图所示,固定于同一条竖直线上的A 、B 是两个带等量异种电荷的点电荷,电荷量均为Q ,其中A 带正电荷,B 带负电荷,A 、B 相距为2d 。
MN 是竖直放置的光滑绝缘细杆,另有一个穿过细杆的带电小球P ,质量为m 、电荷量为+q (可视为点电荷),现将小球P 从与点电荷A 等高的C 处由静止开始释放,小球P 向下运动到距C 点距离为d 的D 点时,速度为v 。
已知MN 与AB 之间的距离为d ,静电力常量为k ,重力加速度为g ,若取无限远处的电势为零,试求:(1)在A 、B 所形成的电场中,C 的电势φC 。
(2)小球P 经过D 点时的加速度。
(3)小球P 经过与点电荷B 等高的E 点时的速度。
【答案】(1)222mv mgd q -(2)g 2kQq(32v【解析】 【详解】(1)由等量异种电荷形成的电场特点可知,D 点的电势与无限远处电势相等,即D 点电势为零。
小球P 由C 运动到D 的过程,由动能定理得:2102CD mgd q mv ϕ+=- ① 0CD C D C ϕϕϕϕ=-=- ②222C mv mgd qϕ-= ③(2)小球P 经过D 点时受力如图:由库仑定律得:122(2)F F kd == ④由牛顿第二定律得:12cos 45cos 45mg F F ma +︒+︒= ⑤解得:a =g 2kQq⑥ (3)小球P 由D 运动到E 的过程,由动能定理得:221122DE B mgd q mv mv ϕ+=- ⑦ 由等量异种电荷形成的电场特点可知:DE CD ϕϕ= ⑧联立①⑦⑧解得:2B v v ⑨4.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r 0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。
5.如图所示,水平地面上方分布着水平向右的匀强电场,一“L ”形的光滑绝缘硬质管竖直固定在匀强电场中,管的水平部分长L 1=0.2m ,管的水平部分离水平地面的距离为h =5.0m ,竖直部分长为L 2=0.1m .一带正电的小球从管口A 由静止释放,小球与管间摩擦不计且小球通过管的弯曲部分(长度极短可不计)时没有能量损失,小球受到的电场力大小为重力的一半.(g =10m/s 2)求:(1)小球运动到管口B 时的速度v B 大小; (2)小球着地点与管口B 的水平距离s . 【答案】(1)2.0m/s ;(2)4.5m . 【解析】 【分析】 【详解】(1)在小球从A 运动到B 的过程中,对小球由动能定理得:12mv B 2-0=mgL 2+F 电L 1 ① 由于小球在电场中受到的静电力大小为重力的一半,即F 电=12mg ② 代入数据得:v B =2.0m/s ; ③小球运动到管口B 时的速度大小为2.0m/s ;(2)小球离开B 点后,设水平方向的加速度为a ,位移为s ,在空中运动的时间为t ,水平方向有:a =g /2 ④ s =v 0t +12at 2⑤ 竖直方向有:h =12gt 2⑥ 由③~⑥式,并代入数据可得:s =4.5m6.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)29mghqkQ=,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()3kQqmgh=得:29mghqkQ=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:274kQUh=二、必修第3册 静电场中的能量解答题易错题培优(难)7.如图甲所示,极板A 、B 间电压为U 0,极板C 、D 间距为d ,荧光屏到C 、D 板右端的距离等于C 、D 板的板长.A 板O 处的放射源连续无初速地释放质量为m 、电荷量为+q 的粒子,经电场加速后,沿极板C 、D 的中心线射向荧光屏(荧光屏足够大且与中心线垂直),当C 、D 板间未加电压时,粒子通过两板间的时间为t 0;当C 、D 板间加上图乙所示电压(图中电压U 1已知)时,粒子均能从C 、D 两板间飞出,不计粒子的重力及相互间的作用.求:(1)C 、D 板的长度L ;(2)粒子从C 、D 板间飞出时垂直于极板方向偏移的最大距离; (3)粒子打在荧光屏上区域的长度. 【答案】(1)02qU L t m =2)2102qU t y md =(3)21032qU t s s md∆== 【解析】试题分析:(1)粒子在A 、B 板间有20012qU mv = 在C 、D 板间有00L v t = 解得:02qU L t m=(2)粒子从nt 0(n=0、2、4……)时刻进入C 、D 间,偏移距离最大 粒子做类平抛运动 偏移距离2012y at = 加速度1qU a md=得:2102qU t y md=(3)粒子在C 、D 间偏转距离最大时打在荧光屏上距中心线最远ZXXK] 出C 、D 板偏转角0tan y v v θ=0y v at =打在荧光屏上距中心线最远距离tan s y L θ=+荧光屏上区域长度21032qU t s s md∆==考点:带电粒子在匀强电场中的运动【名师点睛】此题是带电粒子在匀强电场中的运动问题;关键是知道粒子在水平及竖直方向的运动规律和特点,结合平抛运动的规律解答.8.图中所示的静电机由一个半径为R 、与环境绝缘的开口(朝上)金属球壳形的容器和一个带电液滴产生器G 组成。