2023-2024学年江苏省南京市建邺区高一（下）期末物理试卷
一、单选题：本大题共11小题，共44分。
1.物理学家的科学研究推动了人类社会文明的进程，下列说法正确的是( )
A. 密立根最早通过油滴实验比较准确地测出了电子的电荷量
B. 亚当斯和勒维耶先观测到了一颗新行星后通过万有引力定律精准计算出了行星的轨道
C. 牛顿发现了万有引力定律并测出了引力常量
D. 库仑在前人工作的基础上通过实验研究提出了电场和电场线
2.如图所示，球、球均带正电，球带负电，球固定在绝缘的水平地面上，球由绝缘的细线拉着，球处在与球等高的位置，、、三球均静止且三者所在位置构成一个等边三角形。若细线与竖直方向的夹角为，、、三球所带电荷量大小分别为、、，质量，则：：为( )
A. ：： B. ：： C. D.
3.如图所示，边长为正四面体的中心为，、两点分别固定等量异种点电荷、，下列说法正确的是( )
A. C、两点电场强度大小相等，方向不同
B. C、两点电势相等
C. 将一试探电荷从点沿直线移到点，电场力先做负功后做正功
D. 点场强大小为
4.如图所示的电路中，电压表和电流表均为理想电表，滑动变阻器的最大阻值为，滑片位于滑动变阻器的中点，定值电阻的阻值为，若在、端加上电压时，电压表的示数为、电流表的示数为；若在、端加上电压时，电压表的示数为、电流表的示数为，则下列关系正确的是( )
A.
B.
C.
D.
5.在如图所示电路中，闭合电键，当滑动变阻器的滑动触头向下滑动时，四个理想电表的示数都发生变化，电表的示数分别用、、和表示，电表示数变化量的大小分别用、、和表示。下列比值正确的是( )
A. 不变，变大
B. 变大，不变
C. 变小，不变
D. 变大，变大
6.如图所示，图甲为一个电灯两端电压与通过它的电流的变化关系曲线。由图可知，两者不成线性关系，这是由于焦耳热使灯丝的温度发生了变化的缘故。不计电流表内阻。如图乙所示，将两个这样的电灯并联后再与的定值电阻串联，接在电动势为、内阻不计的电路上，则下列选项中正确的是( )
A. 电阻消耗的功率约为 B. 电阻消耗的功率约为
C. 每个灯的实际功率约为 D. 每个灯的实际功率约为
7.电流传感器可以像电流表一样测量电流，按图甲连接电路，电源用直流，电容器可选几十微法的电解电容器，先使开关与端相连，电源向电容器充电，这个过程可在短时间内完成，然后把开关掷向端，电容器通过电阻放电，传感器将电流信息传入计算机，屏幕上显示出电流随时间变化的图像如图乙所示，则有( )
A. 开关由掷向时，流过电阻的电流由流经电阻到
B. 开关由掷向时，流过电阻的电流由流经电阻到
C. 图乙图像与坐标轴围成的面积代表的物理意义是放电电量，其值接近
D. 图乙图像与坐标轴围成的面积代表的物理意义是放电电量，其值接近
8.如图甲所示的电路中，定值电阻。可变电阻的功率随自身阻值变化的函数关系如图乙所示，由此可知( )
A. 电源电动势
B. 内阻
C. 增大，电源效率增大
D. 增大，电源效率可能增大，也可能减小
9.如图为一海上风电厂的照片，该海上风电厂的风力发电机的叶片长为米，有个发电机组。假设一年中有约天左右时间可以发电，且发电时风速约；发电机将风能转变为电能的效率约为。空气密度为，试通过估算判断：该海上风电厂年发电量与下列选项中哪一个最接近( )
A. B. C. D.
10.在如图所示电路中，电压表为理想电压表，两电流表由相同的表头改装而成，电流表量程为，电流表量程为，闭合开关，滑动变阻器的滑片位于点时，电压表的读数分别为、两电流表示数和为，滑动变阻器的滑片位于点时，电压表的读数为、两电流表示数和为，下列判断正确的是( )
A. ，
B. 两电流表与示数相同
C. 滑片由滑到，会变化
D. 两电流表与指针偏角相同
11.如图所示，在水平向右且场强大小为的匀强电场中，两个半径相同、质量均为的小球、静止放置在光滑的水平面上，且、所在直线与电场线平行。带电量为，不带电，、之间的距离为。时刻开始，在电场力的作用下开始沿直线运动，并与发生弹性碰撞。碰撞过程中、之间没有电量转移，仅碰撞时才考虑、之间的相互作用。下列说法正确的是( )
A. 两球第一次碰撞到发生第二次碰撞的时间间隔为
B. 两球第次碰撞到发生第次碰撞的时间间隔为
C. 两球连续两次碰撞的时间间隔均为
D. 两球连续两次碰撞的时间间隔均为
二、实验题：本大题共1小题，共15分。
12.实验是物理学的基础。
Ⅰ某同学用电流传感器和电压传感器做“观察电容器的充、放电现象”实验，电路如图甲所示。
先使开关与端相连，电源对电容器充电，则电容器上极板带______选填“正”或“负”电；
然后把开关掷向端，电容器通过电阻放电，传感器将电流、电压信息传入计算机，经处理后得到电流和电压随时间变化的曲线，如图乙所示。根据图像估算电容器的电容约为______。计算结果保留两位有效数字
Ⅱ对两种型号铅笔芯的电阻率进行测量时，实验器材如下：
学生电源输出电压
滑动变阻器最大阻值，额定电流；
电压表量程，内阻未知；
电流表量程，内阻未知；
待测铅笔芯型号、型号；
游标卡尺，螺旋测微器，开关，单刀双掷开关，导线若干。
回答以下问题：
把待测铅笔芯接入图乙所示电路，闭合开关后，将滑动变阻器滑片由最右端向左调节到合适位置，将单刀双掷开关分别掷到、端，观察到电压表示数变化比电流表示数变化更明显，则测量铅笔芯电阻时应将掷到______填“”或“”端；
正确连接电路，得到型号铅笔芯图像如图丙所示，求得电阻 ______保留位有效数字；采用同样方法得到型号铅笔芯的电阻为；
螺旋测微器测得，型号铅笔芯的直径分别为，，，测量过程中接入电路的铅笔芯长度相等，则型号铅笔芯的电阻率______填“大于”或“小于”型号铅笔芯的电阻率。
三、计算题：本大题共4小题，共41分。
13.如图所示，是两固定的等量异种电荷、连线的竖直中垂线，其中带正电，带负电。用绝缘丝线一端固定于点，另一端悬挂一质量为的带电小球，稳定后小球恰好静止在的中点处。已知，且绝缘丝线与的夹角，等量异种电荷、及带电小球的电荷量大小均为未知，静电力常量为，重力加速度为。求：
带电小球所受库仑力，小球电荷量的大小；
等量异种电荷、在处产生的合场强。
14.电压表是测量电压的器材。已知某电路两端的电压为，为了保证电表的安全，现用量程为、内阻为的电压表与一阻值为的定值电阻串联在一起测量该电路两端的电压，此时电压表的读数为。
应为多少？
如果将量程为、内阻为的电压表改装成量程为的电压表，则应串联阻值为多大的定值电阻？改装后电压表的内阻为多少？
15.如图甲所示，直流电源电压恒定，电阻为，为。闭合开关，理想电压表的示数为。
求通过的电流。
求电源电压。
如图乙所示，将图甲电路中的和电压表替换为两极板水平放置的平行板电容器，两板间距，、为板间的两位置，其连线与水平方向的夹角。闭合开关，待电容器充电完毕后，一带电液滴以的初速度，从处以垂直于连线方向斜向上飞出，恰好经过处，此运动过程中未与上极板相碰。已知带电液滴所受电场力方向竖直向下，其质量、电荷量。不计空气阻力，板间的电场可视为匀强电场，重力加速度大小取。求、间的距离。结果可用分式表示
16.电子束光刻技术原理简化如图甲所示，电子源发射的电子束经过多级直线加速器后，进入静电转向器，再通过偏移器后对晶圆上的光刻胶进行曝光。多级直线加速器由个横截面积相同且共轴的金属圆筒依次水平排列，各金属圆筒依序接在交变电源的两极、上，交变电源两极间电势差的变化规律如图乙所示。序号为的金属圆板中央有一个点状电子源，电子逸出的速度不计，转向器中有辐向电场，电子从点水平射入，沿着半径为的圆弧虚线等势线运动，并从点竖直射出，沿着偏移器的中轴线进入，轴线垂直晶圆上表面并过中心点，已知偏移器为长、间距均为的平行金属板，两极板可加电压，偏移器下端到芯片的距离为，电子质量为、电荷量大小为，交变电压的绝对值为，周期为。电子通过圆筒间隙的时间不计，不计电子重力及电子间的相互作用力，忽略相对论效应、极板边缘效应等其他因素的影响。
若时刻进入圆筒间隙的电子能够被加速，求此时、的电势高低和经过一次加速后电子的速度；
经过个圆筒后被导出的电子恰能沿圆弧虚线运动，求第个圆筒的长度和转向器虚线处电场强度的大小；
第问中的电子能经过偏移器，求偏移器间所加电压的范围；
若电子均匀进入偏移器，要求电子均匀对称打在光刻胶的轴上点两侧，试定性画出加在偏移器上扫描电压随时间变化的规律电子在偏移器运动时，可认为场强不变。
答案解析
1.
【解析】解：密立根最早通过油滴实验比较准确地测出电子的电荷量，故A正确；
B.亚当斯和勒维耶根据天王星的观测资料，各自独立应用万有引力定律计算并观测到海王星，故B错误；
C.牛顿发现了万有引力定律，卡文迪什利用扭秤实验装置比较准确地测出了引力常量，故C错误；
D.库仑在前人工作的基础上通过实验研究提出了库仑定律，法拉第提出了电场和电场线，故D错误。
故选：。
根据物理学家的贡献分析判断。
本题关键熟记物理学家的贡献。
2.
【解析】解：对、球受力分析如下
如图所示，对球，由力的平衡条件可得
对球，由力的平衡条件有
三个球的质量关系
库仑定律表达式
联立各式可得
：：：：
故B正确，ACD错误。
故选：。
对、受力分析，根据力的平衡条件建立等量关系求解电荷量比例。
此题考查共点力平衡的分析，正交分解是最基本的方法，难度一般。
3.
【解析】解：、根据等量异种点电荷的电场线的特点可知，空间中的、两点电场强度大小相等，方向也相同，故A错误；
、空间中、两点连线在等量异种点电荷的垂直平分面上，故在同一个等势面上，将一试探电荷从点沿直线移到点电场力一直不做功，故B正确，C错误；
D、在点场强大小为，故合成后点场强大小为，故D错误。
故选：。
、是两个等量异种点电荷，其电场线和等势面分布具有对称性，通过的中垂面是一个等势面，、在同一等势面上，电势相等；根据点电荷的场强的公式和平行四边形定则计算出点的电场强度；在等势面上运动点电荷电场力不做功。
本题关键要掌握等量异种电荷电场线和等势线分布情况，抓住是正四面体的四个顶点这一题眼，即可得出、处于通过的中垂面是一等势面上。
4.
【解析】解：若在、端加上电压时，此时电压表的示数为
定值电阻的阻值为与并联再与串联。并联电阻为
并联电阻的两端电压为
电流表此时与定值电阻的阻值串联，根据欧姆定律可知，电流为
若在 、 端加上电压时，此时电压表的示数为
可知
定值电阻的阻值为与并联。电流表此时与串联，所以电流为
可知
故ABC错误，D正确。
故选：。
分析电路的连接方式，结合欧姆定律及串并联电路规律分析解答。
本题考查混炼电路的规律，解题关键掌握电路的连接方式，注意欧姆定律的应用。
5.
【解析】解：因为
是定值电阻，则、不变，故A错误；
因为
滑动触头向下滑动时变大，则变大；
由
得
则不变，故CD错误；
B.因为
滑动触头向下滑动时变大，变大；
由
得
则不变，故B正确。
故选：。
当滑动变阻器的滑动触头向下滑动时，分析总电阻的变化，判断电路中电流的变化，确定三个电压表示数的变化；由电路图分析电路连接情况，根据电阻的定义式分析的变化情况；根据闭合电路欧姆定律分析所表示的物理意义，再分析的变化情况。
本题考查电路的动态分析，解题方法一般先分析总电阻的变化，再分析总电流的变化和内电压的变化、路端电压的变化；对于电压变化量与电流变化量的比值，要看是定值电阻还是可变电阻，定值电阻根据电阻定义式分析该比值的变化情况，对于可变电阻，往往根据闭合电路欧姆定律分析该比值的变化情况。
6.
【解析】解：设此时电灯两端的电压为，流过每个电灯的电流为，由闭合电路欧姆定律得
代入数据得
在图上画出该直线，如图所示
可得到该直线与曲线的交点，即流过电灯的电流为，电灯两端电压为，电阻消耗的功率
每个灯的功率为：，故ACD错误，B正确。
故选：。
根据闭合电路欧姆定律，得到电灯的实际电压与电流的关系式，在甲图上作出图象，此图象与电灯的伏安特性曲线的交点，表示电灯实际工作状态，读出交点的电压和电流，求出电阻消耗的功率和电灯的实际功率。
考查串、并联电路，全电路欧姆定律，本题的技巧是应用数学方法，通过作图求解电灯的电流。
7.
【解析】解：当开关打到时，电容器的上端接电源的正极，下端接电源的负极，所以当开关打到时，电容器对电阻放电，流过电阻的电流由流经电阻到。故A正确，B错误；
由电流的定义式可得
则图乙图像与坐标轴围成的面积代表的物理意义是放电电量。图中图像与坐标轴围成的面积为小格的格数。按照超过半格算一格，不足半格舍去，则可知总共有格，一格代表的电量为
则该图像表示的电量为
故CD错误。
故选：。
根据电容器的充、放电原理分析，根据结合图像面积的含义分析解答。
本题考查了电容的定义式，难点在于要根据图象求放出的电荷量。
8.
【解析】解：、将定值电阻与电源看成新的电源，当新的电源内阻与可变电阻的阻值相等时，可变电阻的功率最大，新的电源的输出功率最大，则有
，
，
解得，，故AB错误。
、电源效率
，
，
增大，路端电压增大，电源效率增大，故C正确，D错误。
故选：。
将看成电源的内阻，当电源的内外电阻相等时，的功率最大，由图读出的功率最大值及对应的阻值，即可求得电源的内阻，根据闭合电路欧姆定律求出电源的电动势。由电源效率随外电阻的增大而增大讨论。
该题考查了闭合电路欧姆定律的相关知识，解决本题的关键是掌握推论：当外电路电阻与电阻相等时，电源的输出功率最大。对于定值电阻，当电流最大时其消耗的功率最大。对于变阻器的最大功率，可采用等效法研究。
9.
【解析】解：风力发电是利用动能转化成电能，假设在时间内，吹到风叶上的空气质量为，有
发电机将风能转变为电能的效率约为，每台发电机发电功率为
一年发电量为
故B正确，ACD错误。
故选：。
动能的百分之三十是电能，根据电功率计算式计算电功率，再计算一年发电量。
本题考查学生对题意的理解，以及对电功率计算式的掌握，是一道信息题。
10.
【解析】解：、设电源电势为，内阻为，据欧姆定律有：，而，由于，所以，，，由于，所以，故A错误；
、两电流表是由相同的表头与不同的分流电阻并联改装而成，两电流表又是并联的，则相同的两表头电压相等，电流也相等，则偏转角相等，但两电流表的量程不同，表示的电流的示数不同，故B错误，D正确；
C、据闭合电路欧姆定律得：滑动变阻器两端的电压，那么直线的斜率就是，不会改变，故C错误。
故选：。
先根据欧姆定律和串并联电路的关系，表示出电流和电压的表达式，从表达式可以看出大小关系。根据电路图应用闭合电路欧姆定律求出滑动变阻器两端电压的函数表达式，根据表达式中斜率和截距的意义回答。
本题考查了闭合电路欧姆定律的应用问题，分析清楚图示电路图、知道电路连接是解题的前提，根据题意应用欧姆定律电压的函数表达式。
11.
【解析】解：、对、第一次碰撞前的运动过程，根据动能定理得：
解得、第一次碰撞前瞬间的速度为：
A、第一次发生弹性碰撞过程，以向右为正方向，根据动量守恒定律与机械能守恒定律得：
；
解得、第一次碰撞后瞬间、的速度分别为：
，，质量相等，速度交换
两球第一次碰撞到第二次碰撞的过程，由两者的位移相等得：
解得两球第一次碰撞到第二次碰撞的时间间隔为：，故A错误；
、第二次碰撞前瞬间、的速度分别为：
，
A、第二次碰撞时，由质量相等，速度交换可得第二次碰撞后瞬间、的速度分别为：
，
同理由两者的位移相等得：
解得两球第二次碰撞到第三次碰撞的时间间隔为：
第三次碰撞前瞬间的速度分别为：
，
A、第三次碰撞时，由质量相等，速度交换可得第三次碰撞后瞬间、的速度分别为：
，
由此推理可得两小球第次碰撞前速度与第次碰撞后速度的关系为：
两小球每次碰撞后交换速度，则有：，
两球连续两次碰撞第次碰撞到第次碰撞的过程满足：
解得两球连续两次碰撞的时间间隔为：，故BC错误，D正确。
故选：。
根据动能定理解得、第一次碰撞前瞬间的速度，、第一次发生弹性碰撞过程，根据动量守恒定律与机械能守恒定律解得、第一次碰撞后瞬间、的速度分别，根据两球第一次碰撞到第二次碰撞的过程中两者的位移相等，解得两球第一次碰撞到第二次碰撞的时间间隔；同理求解、第二次碰撞前后的速度，以及两球第二次碰撞到第三次碰撞的时间间隔，归纳总结、运动规律，解得两球连续两次碰撞的时间间隔。
本题考查了在带电体电场中的连续碰撞的问题，考查了弹性碰撞满足的物理原理，牛顿第二定律和动能定理的应用。掌握弹性碰撞模型的结果经验公式。
12.正 小于
【解析】解：将开关接，电容器充电，由于电容器上极板与电源正极相连，因此充电完成后电容器上极板带正电；
图像中图线与坐标轴围成的面积表示电容器充电后放电的电荷量，在计算方格数时，不足半格的舍弃，多余半格的算一格，图线与坐标轴围成的方格数约为格；
电荷量
根据电容器的定义式，电容器的电容
观察到电压表示数变化比电流表示数变化更明显，说明电流表的分压明显，为了减小误差，应将电流表外接，因此测量铅笔芯电阻时应将掷到端；
根据欧姆定律
图像的斜率
结合函数，图像斜率
代入数据解得
根据电阻定律
电阻率
因此
由于，，所以
即型号铅笔芯的电阻率小于型号铅笔芯的电阻率。
故答案为：正；；；；小于。
电容器上极板与电源正极相连，据此分析作答；
图像中图线与坐标轴围成的面积表示电容器充电后放电的电荷量，据此求解电容器所带的电荷量，再根据电容器的定义式求电容；
观察到电压表示数变化比电流表示数变化更明显，说明电流表的分压明显，据此分析电流表的内外接法，然后作答；
根据欧姆定律求解图像，结合图像斜率的含义求解电阻；
根据电阻定律求解作答。
本题考查了观察电容器的放电现象的实验和测量不同型号铅笔芯的电阻率的实验；要理解图线与坐标轴围成的面积的含义；掌握电流表内外接法的判断方法；掌握电容器的定义式、欧姆定律和电阻定律；明确电容器充电后的电荷量不变是解题的关键。
13.解：对小球受力分析，根据平衡条件可知其受力情况如下图所示
根据平衡条件有
联立代入数据得：；
根据库仑定律可知，对小球的库仑力
对小球的库仑力
且有
联立代入数据得：；
根据电场强度的定义可知，等量异种电荷、在处产生的总场强
，方向水平向右；
答：带电小球所受库仑力为，小球电荷量的大小为；
等量异种电荷、在处产生的合场强为，方向水平向右。
【解析】对物体进行受力分析，根据平衡力的特点结合库仑力求解；
根据电场强度的定义求解。
本题主要考查学生对于平衡力的使用，对于库仑定律和电场强度的定义式的熟练度掌握情况。
14.解：根据串联电路电流处处相等和欧姆定律有
把，代入解得
设串联的电阻大小为，则
改装后电压表的内阻为
解得
答：应为；
应串联阻值为的定值电阻，改装后电压表的内阻为。
【解析】根据欧姆定律和串联电路特点计算即可；
先根据串联电路的电流特点和欧姆定律解得串联电阻，改装后的电压表的总电阻为电压表内阻和串联电阻之和。
掌握欧姆定律和串联电路的电压、电流特点是解题的基础。
15.解：和串联，通过和的电流相等，则
电源电压为
两板间场强为
液滴的加速度为
解得：
在垂直方向有
沿方向有
解得：
答：通过的电流为；
电源电压为；
、间的距离为。
【解析】和串联，电流相等，根据欧姆定律求出通过的电流，即得到通过的电流。
由欧姆定律计算电源电压。
液滴在电场中只受重力和电场力，根据牛顿第二定律求出加速度。液滴从点运动到点，沿初速度方向的位移为，根据位移时间公式求出运动时间，再求、两点间的距离。
解答本题的关键要熟练运用运动的分解法处理液滴在电场中的运动过程，要把握分运动的规律，根据牛顿第二定律和分位移公式相结合求解、两点间的距离。
16.解：若时刻进入圆筒间隙的电子能够被加速，则点电势高
电子在加速过程应用动能定理，有
得
电子在圆筒中做匀速直线运动，有
电子经过次加速后，有
所以
电子在转向器中做匀速圆周运动，有
得
电子在偏移器中做类平抛运动，有
可以得到
故所加电压的范围为
。
要求图像满足如下特征：
随时间线性关系
随时间周期性关系
随时间有正负变化，且正负最大值相等
只要画出任意一种即可，其它满足要求的也可以。
答：此时的电势高，经过一次加速后电子的速度为；
第个圆筒的长度为，转向器虚线处电场强度的大小为；
偏移器间所加电压的范围为；
加在偏移器上扫描电压随时间变化的规律为
【解析】根据动能定理判断电子的速度；
根据匀速直线运动的位移公式和动能定理求第个圆筒的长度，再根据圆周运动求电场强度；
根据类平抛运动的规律求偏移器间所加电压的范围；
根据图像满足的特征分析。
本题考查粒子在电场中的运动问题，学生应熟练对动能定理、匀加速直线运动位移时间公式的运用，是一道中等难度题。
第1页，共1页
