2025高考物理步步高同步练习必修3第十三章能量量子化含答案

2025高考物理步步高同步练习必修3第十三章5能量量子化[学习目标]1.了解热辐射和黑体的概念.2.初步了解微观世界的量子化特征，知道普朗克常量.3.了解原子的能级结构．一、热辐射1．概念：一切物体都在辐射电磁波，且这种辐射与物体的温度有关，所以叫热辐射．2．特点：温度升高时，热辐射中波长较短的成分越来越强．3．黑体：能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射．二、能量子1．概念：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值的整数倍，这个最小的能量值ε叫能量子．2．大小：ε＝hν，其中h＝6.63×10－34J·s.3．爱因斯坦光子说：光是由一个个不可分割的能量子组成，能量大小为hν，光的能量子称为光子．三、能级1．原子的能量是量子化的，量子化的能量值叫能级．2．原子从高能态向低能态跃迁时放出光子，光子的能量等于前后两个能级之差．判断下列说法的正误．(1)红外线的显著作用是热作用，温度较低的物体不能辐射红外线．(×)(2)黑体一定是黑色的．(×)(3)热辐射只能产生于高温物体．(×)(4)当原子从能量较高的能态跃迁到能量较低的能态时，会放出任意能量的光子．(×)一、热辐射和黑体辐射1．黑体实际上是不存在的，只是一种理想情况．2．黑体不一定是黑的，只有当自身辐射的可见光非常微弱时看上去才是黑的；有些可看成黑体的物体由于有较强的辐射，看起来还会很明亮，如炼钢炉口上的小孔．3．黑体同其他物体一样也在辐射电磁波，黑体的辐射规律最为简单，黑体辐射强度只与温度有关．4．一般物体和黑体的热辐射、反射、吸收的特点热辐射不一定需要高温，任何温度都能发生热辐射，只是温度低时辐射弱，温度高时辐射强．在一定温度下，不同物体所辐射的光谱的成分有显著不同．热辐射特点吸收、反射的特点一般物体辐射电磁波的情况与温度有关，与材料的种类、表面状况有关既吸收又反射，其能力与材料的种类及入射波的波长等因素有关黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关完全吸收各种入射电磁波，不反射例1(多选)下列叙述正确的是()A．一切物体都在辐射电磁波B．一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关D．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波答案ACD解析根据热辐射定义知，A正确；根据热辐射和黑体辐射的特点知，一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类、表面状况有关，而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关，B错误，C正确；根据黑体定义知，D正确．例2(多选)关于对黑体的认识，下列说法正确的是()A．黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关D．如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体答案BD解析黑体能100%地吸收入射到其表面的电磁辐射，并且不会有任何的反射与透射，这样的物体称为黑体，但不一定是黑色的，故A错误；黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料种类及表面状况无关，故C错误，B正确；如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，就相当于吸收了所有电磁波，因此空腔成了一个黑体，故D正确．二、能量子1．普朗克的能量子概念(1)能量子：普朗克认为微观世界中带电粒子的能量是不连续的，只能是某一最小能量值的整数倍，当带电粒子辐射或吸收能量时，也只能以这个最小能量值为单位一份一份地吸收或辐射，这样的一份最小能量值ε叫作能量子，ε＝hν，其中h叫作普朗克常量，实验测得h＝6.63×10－34J·s，ν为电磁波的频率．(2)能量的量子化：在微观世界中能量不能连续变化，只能取分立值，这种现象叫作能量的量子化．量子化的基本特征就是在某一范围内取值是不连续的．2．爱因斯坦的光子说光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，这些能量子被称为光子．频率为ν的光子的能量为ε＝hν.例3(多选)(2021·江苏南通中学期中)对于带电微粒在辐射和吸收能量时的特点，以下说法正确的是()A．以某一个最小能量值一份一份地辐射或吸收B．辐射和吸收的能量是某一最小值的整数倍C．吸收的能量可以是连续的D．辐射和吸收的能量是量子化的答案ABD解析根据普朗克能量子假说，带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，能量的辐射、吸收要一份份地进行，故选A、B、D.例4(多选)(2021·西安一中月考)某光源放出波长为500～600nm的各种光子，若已知该光A．2.0×1015 B．3.0×1015C．2.6×1015 D．1.5×1015答案BC解析每秒内该光源发光的能量E光源＝Pt＝1×10－3J，而波长为λ的光子的能量为E光子＝eq\f(hc,λ)，则每秒钟发射的光子数为n＝eq\f(E光源,E光子)＝eq\f(E光源λ,hc)，代入数值，得2.5×1015<n≤3.0×1015，故选B、C.三、能级1．能级原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值叫作能级．2．能级之间的跃迁处于低能级的原子受到高速运动的电子的撞击，有可能跃迁到较高的能量状态，处于高能级的原子是不稳定的，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出光子．拓展延伸①能级越低，原子越稳定．②除受到高速运动的电子的撞击外，当吸收一定大小的光子的能量(等于跃迁前后的两能级之差)时，原子也能跃迁到高能级．3．原子的发射光谱(1)光谱特征如图所示是氦原子的光谱，原子的发射光谱只有一些分立的亮线．(2)光谱分立的原因原子从高能态向低能态跃迁时放出的光子的能量，等于前后两个能级之差，因为原子的能级是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的．例5(多选)下列说法正确的是()A．原子的能量是连续的，原子的能量从某一能量值变为另一能量值，可以连续变化B．原子从低能级向高能级跃迁时放出光子C．原子从高能级向低能级跃迁时放出光子，且光子的能量等于前后两个能级之差D．由于能级的存在，原子放出的光子的能量是分立的，所以原子的发射光谱只有一些分立的亮线答案CD解析原子的能量是量子化的，原子从高能级向低能级跃迁时向外放出光子．光子的能量hν＝E初－E末，由于原子的能级是分立的，放出的光子的能量也是分立的，所以原子的发射光谱只有一些分立的亮线，故C、D正确．针对训练(多选)关于原子的能级跃迁，下列说法正确的是()A．原子从低能级跃迁到高能级要放出光子，放出光子的能量等于原子在始、末两个能级的能量差B．原子不能从低能级向高能级跃迁C．原子吸收光子后从低能级向高能级跃迁，放出光子后从较高能级跃迁到较低能级D．原子跃迁时无论是吸收光子还是放出光子，光子的能量都等于始、末两个能级的能量差的绝对值答案CD考点一热辐射和黑体辐射1．黑体辐射电磁波的波长分布的影响因素是()A．温度 B．材料C．表面状况 D．以上都正确答案A解析黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，故选项A正确，B、C、D错误．2．关于热辐射的认识，下列说法正确的是()A．热的物体向外辐射电磁波，冷的物体只吸收电磁波B．温度越高，物体辐射的电磁波越强C．辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关，与材料种类及表面状况无关D．常温下我们看到的物体的颜色就是物体辐射电磁波的颜色答案B解析一切物体都不停地向外辐射电磁波，且温度越高，辐射的电磁波越强，A错误，B正确；选项C是黑体辐射的特性，C错误；除光源外，常温下看到的物体的颜色是反射光的颜色，D错误．3．(多选)下列说法正确的是()A．物体在某一温度下只能辐射某一固定波长的电磁波B．当铁块呈现黑色时，说明它的温度不太高C．当铁块的温度较高时会呈现赤红色，说明此时辐射的电磁波中该颜色的光强度最强D．早、晚时分太阳呈现红色，而中午时分呈现白色，说明中午时分太阳温度最高答案BC解析物体在某一温度下能辐射不同波长的电磁波，A错误；铁块呈现黑色，是由于它的辐射强度的极大值对应的波长段在红外部分，甚至波长更长，说明它的温度不太高，当铁块的温度较高时铁块呈现赤红色，说明此时辐射的电磁波中该颜色的光强度最强，故B、C正确；太阳早、晚时分呈现红色，而中午时分呈现白色，是大气吸收与反射了部分光的原因，不能说明中午时分太阳温度最高，D错误．考点二能量子4．普朗克在1900年将“能量子”引入物理学，开创了物理学的新纪元．在下列宏观概念中，具有“量子化”特征的是()A．人的个数 B．物体所受的重力C．物体的动能 D．物体的长度答案A解析依据普朗克量子化观点，能量是不连续的，是一份一份地变化的，属于“不连续的，一份一份”的概念的是A选项，故A正确，B、C、D错误．5．下列有关光子的说法不正确的是()A．在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫一个光子B．光子是具有质量、能量和体积的实物微粒C．光子的能量跟它的频率有关D．紫光光子的能量比红光光子的能量大答案B解析光是在空间传播的电磁波，是不连续的，是一份一份的能量，每一份叫作一个光子，A正确；光子没有静止质量，也没有具体的体积，B错误；根据E＝hν可知光子的能量与光子的频率有关，紫光的频率大于红光的频率，所以紫光光子的能量比红光光子的能量大，C、D正确．6．(多选)(2021·重庆一中期中)下列说法正确的是()A．微观粒子的能量变化是跳跃式的B．能量子与电磁波的频率成正比C．红光的能量子比绿光的大D．电磁波波长越长，其能量子越大答案AB解析微观粒子的能量变化是跳跃式的，选项A正确；由ε＝hν可知，能量子与电磁波的频率成正比，选项B正确；红光的频率比绿光的小，由ε＝hν可知，红光的能量子比绿光的小，选项C错误；电磁波波长越长，其频率越小，能量子越小，选项D错误．7．(2021·湖北武昌实验中学期中)某激光器能发射波长为λ的激光，发射功率为P，c表示光速，h为普朗克常量，则激光器每秒发射的光子数为()A.eq\f(λP,hc)B.eq\f(hP,λc)C.eq\f(cPλ,h)D．λPhc答案A解析每个光子的能量ε＝hν＝eq\f(hc,λ)，激光器每秒发射的总能量为P，则激光器每秒发射的光子数n＝eq\f(P,ε)＝eq\f(λP,hc).故选A.考点三能级8．一个氢原子从较高能级跃迁到较低能级．该氢原子()A．放出光子，能量增加B．放出光子，能量减少C．吸收光子，能量增加D．吸收光子，能量减少答案B解析由原子的能级跃迁规律知，氢原子从高能级跃迁到低能级时，辐射一定频率的光子，氢原子能量减少，光子的能量由这两个能级的能量差决定．故选B.9．(多选)(2021·银川一中期中)下列关于氦原子光谱和能级的说法正确的是()A．氦原子光谱中的亮线是由于氦原子从高能级向低能级跃迁时释放出光子形成的B．氦原子光谱不是连续的，是一些分立的亮线，说明了氦原子的能级是量子化的C．原子能量越高原子越稳定D．原子从高能态向低能态跃迁会放出光子，光子能量等于两个能级之差答案ABD10．(2021·海南中学期中)一盏电灯发光功率为100W，假设它发出的光向四周均匀辐射，光的平均波长λ＝6.0×10－7m，光速c＝3×108m/s，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，在距电灯10m远处，以电灯为球心的球面上，1m2的面积每秒通过的光子数约为()A．2×1017个 B．2×1016个C．2×1015个 D．2×1023个答案A解析功率为100W的电灯每秒产生光能E＝100J，设电灯每秒发射的能量子数为n，E＝nhν＝nheq\f(c,λ)，在以电灯为球心的半径为10m的球面上，1m2的面积每秒通过的能量子数n′＝eq\f(Eλ,4πR2hc)≈2.4×1017个．故选A.11．(2021·天津市南开中学期中)人眼对绿光最为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530nm的绿光时，只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉．普朗克常量为6.63×10－34J·s，光速为3.0×108m/s，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是()A．2.3×10－18W B．3.8×10－19WC．7.0×10－10W D．1.2×10－18W答案A解析因每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，所以察觉到绿光所接收到的最小功率P＝eq\f(E,t)，式中E＝6ε，又因为ε＝hν＝heq\f(c,λ)，可解得P＝eq\f(6hc,λt)＝eq\f(6×6.63×10－34×3×108,530×10－9×1)W≈2.3×10－18W．故选A.12．40瓦的白炽灯，有5%的能量转化为可见光．设所发射的可见光的平均波长为580nm，答案5.8×1018个解析波长为λ的光子能量为ε＝hν＝heq\f(c,λ)①设白炽灯每秒辐射的光子数为n，白炽灯的电功率为P＝40W，则n＝eq\f(ηP,ε)②式中η＝5%是白炽灯的发光效率．联立①②式得n＝eq\f(ηPλ,hc)代入题给数据得n≈5.8×1018(个)本章知识网络构建模块综合试卷(满分：100分)一、单项选择题(本题共8小题，每小题3分，共24分)1．(2021·宿迁市高一期中)关于电场强度，下列认识正确的是()A．若在电场中的P点不放试探电荷，则P点的电场强度为0B．点电荷的电场强度公式E＝keq\f(Q,r2)表明，点电荷周围某点电场强度的大小，与该点到场源电荷距离r的二次方成反比C．电场强度公式E＝eq\f(F,q)表明，电场强度的大小与试探电荷的电荷量q成反比，若q减半，则该处的电场强度变为原来的2倍D．匀强电场中电场强度处处相同，所以任何电荷在其中受力都相同答案B解析电场强度取决于电场本身，与有无试探电荷无关，A错误；点电荷的电场强度公式E＝keq\f(Q,r2)表明，点电荷周围某点电场强度的大小，与点电荷的电荷量成正比，与该点到场源电荷距离r的二次方成反比，B正确；电场强度公式E＝eq\f(F,q)只是为研究电场的方便，采用比值法下的定义，所以电场强度的大小与该点所放试探电荷的电荷量不成反比，C错误；由F＝qE可知，故D错误．2.某区域的电场线分布如图所示，M、N、P是电场中的三个点，则下列说法正确的是()A．P、N两点电场强度不等，但方向相同B．同一试探电荷在M点受到的静电力小于在N点受到的静电力C．同一试探电荷在P点的电势能一定小于在N点的电势能D．带正电的粒子仅在静电力作用下，一定沿电场线PN运动答案B3.(2021·南通一中期末)如图所示为某电场中x轴上电势φ随x变化的图像，一个带电粒子仅受静电力作用，在x＝0处由静止释放，沿x轴正方向运动，且以一定的速度通过x＝x2处，则下列说法正确的是()A．x1和x2处的电场强度均为零B．x1和x2之间的电场强度方向不变C．粒子从x＝0到x＝x2过程中，电势能先增大后减小D．粒子从x＝0到x＝x2过程中，加速度先减小后增大答案D解析φ－x图像的切线斜率越大，则电场强度越大，A项错误；由切线斜率的正负可知，x1和x2之间的电场强度方向先沿x轴负方向后沿x轴正方向，B项错误；粒子在x＝0处由静止沿x轴正方向运动，表明粒子运动方向与静电力方向同向，静电力先做正功后做负功，电势能先减小后增大，C项错误；由图线的切线斜率可知，从x＝0到x＝x2过程中电场强度先减小后增大，因此粒子的加速度先减小后增大，D项正确．4．同一直线上依次有三个点电荷A、B、C，所带电荷量分别为q1、q2、q3，恰好都处于平衡状态，除彼此间相互作用的静电力外不受其他外力作用．已知A、B间的距离是B、C间的距离的2倍，下列情况不可能出现的是()A．A、C为正电荷，B为负电荷B．A、C为负电荷，B为正电荷C．q1∶q2∶q3＝36∶4∶9D．q1∶q2∶q3＝9∶4∶36答案D解析三个点电荷在同一直线上处于平衡状态，则一定满足“两同夹异，近小远大”的关系，同一直线上位于两边的点电荷电性相同并与中间的点电荷电性相反，故A、B正确．判断电荷量大小关系时，距离中间点电荷远的点电荷的电荷量大于距离中间点电荷近的点电荷的电荷量，根据库仑定律，则有eq\f(kq1q2,r122)＝eq\f(kq1q3,r132)＝eq\f(kq2q3,r232)(其中r12为A、B间的距离，r13为A、C间的距离，r23为B、C间的距离)．已知A、B间的距离是B、C间的距离的2倍，则q1∶q2∶q3＝36∶4∶9，故C正确，D错误．5．(2021·赣州市期末)在如图所示的电路中，电压表、电流表均为理想电表，当闭合开关S后，若将滑动变阻器的滑片P向下移动，则下列说法不正确的是()A．电路再次稳定时，电源效率减小B．灯L2变暗，电流表的示数增大，电容器极板所带电荷量减少C．灯L1变亮，电压表的示数减小，电源输出功率减小D．电源的内部消耗功率增大答案C解析由题可知，滑片P向下移动，滑动变阻器的阻值R减小，即电路中的总电阻R总减小，由闭合电路欧姆定律可得，电路中的总电流I总增大，电路内电压U内增大，路端电压U外减小，电源的效率η＝eq\f(P出,P总)×100%＝eq\f(U外I总,EI总)×100%＝eq\f(U外,E)×100%，即电源效率减小，所以A正确，但不符合题意；灯L1的电流增大，所以L1的电压U1增大，又路端电压U外减小，所以灯L2和电容器两端的电压U2都减小，所以灯L2变暗，通过L2的电流I2也减小，又总电流增大，所以电流表的示数增大．电容器两端电压减小，由Q＝CU可得，电容器极板所带电荷量减小，所以B正确，但不符合题意；由B选项分析可知，灯L1的电流增大，所以L1变亮，电压表测的是电路的路端电压，所以电压表示数减小，电源的输出功率为P出＝U外I总，路端电压U外减小，总电流I总增大，所以无法判断电源的输出功率变化，所以C错误，符合题意；电源的内部消耗功率为P内＝I总2r，由于总电流I总增大，所以电源的内部消耗功率增大，所以D正确，但不符合题意．6.如图所示，水平放置的平行板电容器上极板带正电，所带电荷量为Q，板间距离为d，上极板与静电计相连，静电计金属外壳和电容器下极板都接地．在两极板正中间P点有一个静止的带电油滴，所带电荷量绝对值为q，静电力常量为k，下列说法正确的是()A．油滴带正电B．油滴受到的静电力大小为eq\f(4kQq,d2)C．若仅将上极板平移到图中虚线位置，则静电计指针张角减小D．若仅将上极板平移到图中虚线位置，则油滴将加速向上运动答案C解析根据题意知，油滴所受静电力与重力平衡，电场强度方向竖直向下，故油滴带负电，A错误；两极板间的电场为匀强电场，库仑定律不适用，B错误；上极板下移，板间距d减小，根据C＝eq\f(εrS,4kπd)，U＝eq\f(Q,C)＝eq\f(4kπdQ,εrS)，则E＝eq\f(U,d)＝eq\f(4πkQ,εrS)，故电场强度E不变，F＝qE，可知油滴所受静电力不变，油滴静止不动，根据U＝Ed可知两极板间电压变小，静电计指针张角减小，故C正确，D错误．7.如图所示，匀强电场的方向平行于O、P、Q三点所在的平面，三点的连线构成一个直角三角形，∠P是直角，∠O＝30°，PQ＝2cm，三点的电势分别是φO＝5V，φP＝11V，φQ＝13V．下列叙述正确的是()A．电场的方向沿QO方向，电场强度大小为2V/mB．OQ连线中点的电势为6.5VC．电子在P点的电势能比在Q点低2eVD．沿O→P→Q路径将电子从O点移动到Q点，静电力做的功为8eV答案D解析QO间的电势差为8V，将QO分成8等份，每份的电势差为1V，如图所示，若A点的电势为11V，则OA的长度为3cm.AQ的长度为1cm.根据几何关系可知，PA⊥OQ，故PA故A错误；根据匀强电场等差等势面的特点，OQ连线的中点电势为φ＝eq\f(φO＋φQ,2)＝eq\f(5＋13,2)V＝9V，B错误；将电子从P移动到Q点，静电力做功WPQ＝－eUPQ＝－e×(－2V)＝2eV，静电力做正功，电势能减小，故电子在P点的电势能比在Q点高2eV，故C错误；静电力做功与路径无关，只与始、末位置有关，故WOPQ＝WOQ＝－e×(－8V)＝8eV，D正确．8.(2021·大同一中月考)如图所示，直线OAC为某一直流电源的总功率P总随电流I变化的图线，抛物线OBC为同一直流电源内部热功率Pr随电流I变化的图线，若A、B对应的横坐标为2A，那么线段AB表示的功率及I＝2A对应的外电阻是()A．2W，0.5Ω B．4W，2ΩC．2W，1Ω D．6W，2Ω答案A解析因为电源的总功率P总＝EI，所以P－I图线的斜率表示电动势的大小，可得电动势E＝3V．当电流I＝3A时，内阻热功率Pr＝I2r＝9W，可得内阻r＝1Ω，当电流I′＝eq\f(E,R＋r)＝－22×1W＝2W，故选A.二、多项选择题(本题共4小题，每小题4分，共16分)9.(2021·湖州二中期末)如图所示，空间两个区域存在两个磁场，磁感应强度大小均为B，方向相反且垂直纸面，MN、PQ分别为其边界，OO′为其对称轴．一导线折成边长为l的正方形闭合回路abcd，回路在纸面内以恒定速度v0向右运动，则()A．当运动到关于OO′对称的位置时穿过回路的磁通量向外B．当运动到关于OO′对称的位置时穿过回路的磁通量为零C．在从dc边与MN重合的位置运动到回路完全进入右边磁场的过程中，穿过回路的磁通量一直减少D．在从dc边与MN重合的位置运动到回路完全进入右边磁场的过程中，穿过回路的磁通量先减少后增加答案BD解析正方形闭合回路运动到关于OO′对称的位置时，穿过回路的两个方向相反的磁场面积相等，且磁感应强度大小均为B，故穿过回路的磁通量为零，选项A错误，B正确；正方形闭合回路在从dc边与MN重合的位置运动到完全进入右边磁场的过程中，穿过回路的磁通量先减少后增加，选项C错误，D正确．10.(2021·江苏滨海中学期末)交警使用的某型号酒精测试仪工作原理如图所示，传感器电阻R的电阻值随酒精气体浓度的增大而减小，电源的电动势为E，内阻为r，电路中的电表均为理想电表．当一位酒驾驾驶员对着测试仪吹气时，下列说法中正确的是()A．电压表的示数变大，电流表的示数变小B．电压表的示数变小，电流表的示数变大C．酒精气体浓度越大，电源的输出功率越大D．电压表示数变化量与电流表示数变化量的绝对值之比保持不变答案BD解析由于传感器电阻R的电阻值随酒精气体浓度的增大而减小，而酒驾驾驶员吹气时，酒精气体浓度变大，R变小，由闭合电路的欧姆定律可知I＝eq\f(E,R＋r＋R0)，U＝E－I(R0＋r)，可知电流表示数变大，电压表示数变小，A错误，B正确；电源的输出功率与外电阻R外的关系图像如图所示，由图可知，当R外＝r时电源的输出功率最大，而酒精气体浓度增大导致R＋R0减小，若开始时R＋R0>r，则随着R减小，电源的输出功率增大，若开始时R＋R0<r，则随着R减小，电源的输出功率减小，C错误；把R0等效为电源内阻的一部分，则|eq\f(ΔU,ΔI)|＝r＋R0.故无论R怎么变，电压表示数变化量与电流表示数变化量的绝对值之比保持不变，D正确．11.(2021·宁德市高二期末)如图所示，光滑绝缘水平细杆上套有一个小球，其质量为m，带电荷量为＋q，O、a、b是细杆垂线上的三点，O在杆上且Oa＝Ob，在a、b两点分别固定一个电荷量为－Q的点电荷．小球从图示位置以初速度v0向右运动的过程中()A．速度一定先减小后增大B．加速度一定先增大后减小C．对细杆的作用力始终保持不变D．电势能先减小后增大答案CD解析在O左侧，小球受到的库仑力合力向右，在O右侧小球受到的库仑力合力向左，小球在向右运动的过程中，在O左侧做加速运动，在O右侧做减速运动，所以小球的速度先增大后减小，A错误；根据电场线的分布情况，电场强度可能先减小后增大，所以小球所受的静电力可能先减小后增大，则加速度可能先减小后增大，B错误；两个电荷量为－Q的点电荷对小球的库仑力在竖直方向的分力大小相等，方向相反，所以小球对细杆的作用力等于小球的重力，始终保持不变，C正确；在小球向右运动的过程中，静电力先做正功后做负功，所以电势能先减小后增大，D正确．12.硅光电池是一种太阳能电池，具有低碳环保的优点．如图所示，图线a是该电池在某光照射强度下路端电压U和电流I的关系图(电池电动势不变，内阻不是常量)，图线b是某电阻的U－I图像，倾斜虚线是过a、b交点的切线．在某光照强度下将它们组成闭合回路时，下列相关叙述正确的是()A．此时硅光电池的内阻为12.5ΩB．此时硅光电池的总功率为0.72WC．此时硅光电池的效率约为56%D．若把内阻为10Ω的直流电动机接到该电池上，电动机的输出功率为0.4W答案BC解析由图线a知，此硅光电池的电动势E＝3.6V，由图线b知，电阻R＝eq\f(2,0.2)Ω＝10Ω.当电阻接在硅光电池上，在某光照强度下U外＝2V，I＝0.2A，由E＝U外＋Ir得：r＝8Ω.电池总功率P＝EI＝3.6×0.2W＝0.72W，电池的输出功率P出＝U外I＝2×0.2W＝0.4W，效率η＝eq\f(P出,P)×100%≈56%，故A错误，B、C正确；把内阻为10Ω的直流电动机接到该电池上，电动机为非纯电阻电路，故电动机的输出功率小于0.4W，D错误.三、非选择题(本题共6小题，共60分)13．(6分)(2021·上海市大同中学期末)某同学用图(a)所示的电路测量电源的电动势E和内阻r，R1是滑动变阻器，定值电阻R2＝3Ω.(1)图(a)中A、B分别是________传感器、________传感器．(2)请根据图(a)，用笔画线代替导线将图(b)中实物图补充完整；(3)该实验中，设A传感器的示数为a，B传感器的示数为b，则a关于b的函数关系式为a＝______；(用b、E、r、R2表示)(4)若实验中得到的两表的示数关系图像如图(c)所示，则该电源的电动势E＝__________V，内阻r＝__________Ω.答案(1)电压(1分)电流(1分)(2)见解析图(1分)(3)E－b(R2＋r)(1分)(4)2.8(1分)1(1分)解析(1)A传感器与电路并联，是电压传感器，B传感器与电路串联，是电流传感器；(2)电路如图所示(3)把R2看作电源的内阻，由闭合电路欧姆定律得U＝E－I(R2＋r)，U＝a，I＝b解得a＝E－b(R2＋r)(4)由题图(c)知，电源的电动势E＝2.8V该电源的内阻为r＝|eq\f(ΔU,ΔI)|－R2＝eq\f(2.8,0.7)Ω－3Ω＝1Ω.14．(6分)图甲为某同学改装和校准毫安表的电路图，其中虚线框内是毫安表的改装电路．(1)已知毫安表表头的内阻为100Ω，满偏电流为1mA；R1和R2为阻值固定的电阻．若使用a和b两个接线柱，电表量程为3mA；若使用a和c两个接线柱，电表量程为10mA.由题给条件和数据，可以求出R1＝________Ω，R2＝________Ω.(2)现用一量程为3mA、内阻为150Ω的标准电流表对改装电表的3mA挡进行校准，校准时需选取的刻度为0.5mA、1.0mA、1.5mA、2.0mA、2.5mA、3.0mA.电池的电动势为1.5V，内阻忽略不计；定值电阻R0有两种规格，阻值分别为300Ω和1000Ω；滑动变阻器R有两种规格，最大阻值分别为750Ω和3000Ω.则R0应选用阻值为______Ω的电阻，R应选用最大阻值为________Ω的滑动变阻器．(3)若电阻R1和R2中有一个因损坏而阻值变为无穷大，利用图乙电路可以判断出损坏的电阻．图乙中的R′为保护电阻，虚线框内未画出的电路即为图甲虚线框内的电路．则图中的d点应和接线柱______(填“b”或“c”)相连．判断依据是：____________________________________________________________________________________________________.答案(1)1535(2)3003000(3)c见解析(每空1分)解析(1)定值电阻和毫安表表头是并联关系，电压相等，电流和电阻成反比．若使用a和b两个接线柱，量程为3mA，则通过R1、R2的电流为2mA，则通过毫安表表头和R1、R2的电流比为1∶2，所以电阻比为2∶1，可得R1＋R2＝eq\f(1,2)Rg＝50Ω；若使用a和c两个接线柱，电表量程为10mA，通过R1的电流为9mA，电流比为1∶9，可得电阻比eq\f(Rg＋R2,R1)＝eq\f(9,1)，即R1＝eq\f(1,9)(Rg＋R2)，整理可得R1＝15Ω，R2＝35Ω.＝500Ω.若定值电阻R0选择1000Ω的，则无法校准3.0mA，所以选用的定值电阻R0的阻值应为300Ω，由于最大阻值要达到3000Ω，所以选用的滑动变阻器R的最大阻值为3000Ω.(3)为准确地判断出哪个电阻损坏，d点应和接线柱“c”相连；若电流表无示数，则说明R2断路，若电流表有示数，则说明R1断路．15.(8分)(2021·信阳市质检)如图所示，一水平放置的平行板电容器的两极板间距为d，极板分别与电池两极相连，上极板中心有一小孔(小孔对电场的影响可忽略不计)．小孔正上方eq\f(d,2)处的P点有一带电粒子，该粒子从静止开始下落，经过小孔进入电容器，并在下极板处(未与极板接触)返回．若将下极板向上平移eq\f(d,2).求仍从P点由静止开始下落的相同粒子下落的最大高度．答案见解析解析粒子从小孔正上方eq\f(d,2)处由静止开始下落到下极板处返回，由动能定理，有mg(eq\f(d,2)＋d)－qeq\f(U,d)d＝0.(2分)电容器极板与电池两极相连，则极板间电压不变，将下极板向上平移eq\f(d,2)后，极板间电场强度变大，粒子所受静电力变大，设粒子下落距上极板x处返回，由动能定理，有mg(eq\f(d,2)＋x)－qeq\f(U,\f(d,2))x＝0.(3分)联立两式得x＝eq\f(d,4)，(1分)下落的最大高度H＝x＋eq\f(d,2)＝eq\f(3d,4).(2分)16.(12分)(2021·北京市通州区期末)如图所示，电路中电源电动势E＝80V，内阻不计，电路中三个定值电阻R的阻值相同．A、B分别为水平放置的平行板电容器的上、下极板，板长L＝90cm，板间距离d＝40cm.在两金属板左端正中间位置M处，有一小液滴以某一初速度水平向右射入两板间，从A板右侧边缘射出电场．已知小液滴的质量m＝2.0×10－3kg，带负电，电荷量q＝1.0×10－3C．重力加速度g＝10m/s2，求：(1)平行板电容器两极板间电压U的大小；(2)在此过程中液滴电势能的变化量ΔEp；(3)液滴进入电场时初速度v0的大小．答案(1)40V(2)－0.02J(3)9.0m/s解析(1)根据闭合电路欧姆定律得U＝eq\f(E,2R)·R(2分)代入数据得U＝40V(1分)(2)液滴在电场中运动，静电力做功W＝eq\f(1,2)qU(1分)代入数据得W＝0.02J(1分)根据静电力做功与电势能变化的关系W＝－ΔEp(1分)得ΔEp＝－0.02J(1分)(3)根据牛顿第二定律，有qeq\f(U,d)－mg＝ma(2分)竖直方向有eq\f(d,2)＝eq\f(1,2)at2(1分)水平方向有L＝v0t(1分)联立得v0＝9.0m/s.(1分)17．(14分)科技在我国的“蓝天保卫战”中发挥了重要作用，某科研团队设计了一款用于收集工业生产中产生的固体颗粒的装置，其原理简图如图所示．固体颗粒通过带电室时带上正电荷，颗粒从A点无初速度地进入加速区，经B点进入径向电场区，沿eq\f(1,4)圆弧BC运动，再经C点竖直向下进入偏转电场区，最终打在竖直收集挡板上的G点．建立如图所示坐标系，带电室、加速区、径向电场区在第二象限，偏转电场区和挡板在第四象限．已知固体颗粒的比荷为10－3C/kg，加速区板间电压为U＝2×103V，圆弧BC上各点的电场强度大小相同且为方向水平向右，挡板距离y轴0.2m．不计重力、空气阻力及颗粒间的作用力，求：(1)带电固体颗粒离开加速区的速度大小及圆弧BC的半径；(2)G点与x轴之间的距离．答案(1)2m/s0.16m(2)0.2m解析(1)从A到B的加速过程qU＝eq\f(1,2)mv2(2分)解得v＝2m/s(2分)从B到C的过程，固体颗粒受到的径向静电力提供向心力，qE1＝meq\f(v2,R)(2分)解得R＝0.16m(1分)(2)在C到G过程固体颗粒做类平抛运动，则x＝eq\f(1,2)at2(2分)qE2＝ma(2分)y＝vt(2分)解得y＝0.2m．(1分)18.(14分)(2021·湖北武昌实验中学期中)如图所示，一个质量为m、带电荷量为＋q的微粒，从a点以大小为v0的初速度竖直向上射入水平方向的匀强电场中，微粒通过最高点b时的速度大小为2v0，方向水平向右，求：(1)该匀强电场的电场强度E的大小；(2)a、b两点间的电势差Uab；(3)该微粒从a点到b点过程中速率的最小值vmin.答案见解析解析(1)对微粒受力分析可知，微粒受到竖直向下的重力与水平向右的静电力，可将其运动分解为竖直方向与水平方向上的两个分运动，竖直方向上微粒以初速度v0做匀减速直线运b点是最高点，竖直分速度为0，有t＝eq\f(v0,g)，(1分)水平方向上有2v0＝eq\f(qE,m)t，(1分)解得E＝eq\f(2mg,q).(1分)(2)水平位移x＝eq\x\to(v)t＝v0t＝eq\f(v02,g)，(1分)a、b两点间的电势差Uab＝Ex＝eq\f(2mv02,q).(1分)(3)设重力与静电力的合力为F，其与水平方向的夹角为θ，则tanθ＝eq\f(mg,qE)＝eq\f(1,2).(1分)如图所示，开始一段时间内，合力F与速度方向的夹角大于90°，合力F做负功，微粒动能减小，后来合力F与速度方向的夹角小于90°，合力做正功，微粒动能增大，因此，当合力F与速度v的方向垂直时，微粒的动能最小，速率也最小，此时有tanθ＝eq\f(vx,vy)，(1分)而vx＝eq\f(qE,m)t′＝2gt′，vy＝v0－gt′，(2分)联立以上各式，得t′＝eq\f(v0,5g)，vx＝eq\f(2,5)v0，vy＝eq\f(4,5)v0，(3分)所以最小速度vmin＝eq\r(vx2＋vy2)＝eq\f(2\r(5),5)v0.(1分)章末检测卷(五)(满分：100分)一、单项选择题(本题共8小题，每小题4分，共32分)1．(2021·深圳中学月考)现在车辆常安装GPS(全球定位系统)接收器，可用来接收卫星发射的信号，实现对车辆的精确定位和导航，卫星向GPS接收器传送信息通过的是()A．激光 B．电磁波C．红外线 D．紫外线答案B解析GPS接收器通过接收卫星发射的导航信号，实现对车辆的精确定位和导航，卫星向GPS接收器传送信息依靠的是电磁波，故选B.2．(2021·浙江金华第一中学期中)把长度为l、电流为I的一小段电流元放入某磁场中的A、B两点，电流元在A点受到的磁场力较大，则()A．A点的磁感应强度一定大于B点的磁感应强度B．A、B两点的磁感应强度可能相等C．A、B两点的磁感应强度一定不相等D．A点的磁感应强度一定小于B点的磁感应强度答案B解析由于电流元方向和磁场方向关系不确定，所以无法比较A、B两点的磁感应强度大小．故选B.3．(2022·贺州市平桂高级中学高二阶段练习)关于感应电流，下列说法中正确的是()A．只要穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中就一定有感应电流B．只要闭合导线做切割磁感线运动，导线中就一定有感应电流C．当穿过闭合电路的磁通量发生变化时，闭合电路中一定有感应电流D．若闭合电路的一部分导体不做切割磁感线运动，闭合电路中一定没有感应电流答案C解析只要穿过闭合线圈的磁通量发生变化，线圈中就一定有感应电流，A错误；若闭合回路的磁通量不发生变化，则没有感应电流，B错误；当穿过闭合电路的磁通量发生变化时，闭合电路中一定有感应电流，C正确；若闭合电路的一部分导体不做切割磁感线运动，但磁场变化，穿过回路的磁通量就可能发生变化，从而产生感应电流，D错误．4．(2021·北京四中月考)“风云二号”卫星发送回地面的红外云图是由卫星上设置的可以接收云层辐射的红外线的感应器完成的，云图上的黑白程度是由辐射红外线的云层的温度高低决定的，这是利用了红外线的()A．穿透性 B．热效应C．可见性 D．化学效应答案B解析红外线是不可见光，人眼无法觉察到，所以C错误．红外线的波长长，频率低，穿透能力较弱，A错误．红外线的主要作用是热效应，物体温度越高，向外辐射的红外线越强，正是利用这一性质得到红外云图的，故B正确，D错误．5．(2021·武汉市武钢三中期中)太阳光由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光组成，对这七种色光的认识正确的是()A．紫光的波长最长B．红光的能量子最强C．七种色光的能量均相同D．紫光的能量子最强答案D解析由电磁波谱可知，紫光的波长最短，A错误；由ε＝hν可知，光的频率越大光子的能量越强，因七种色光中，紫光的频率最大，则紫光的能量子最强，B、C错误，D正确．6．(2021·衡阳市一中期末)如图所示，圆形线圈在匀强磁场中所做的各种运动中，能够产生感应电流的是()答案B解析产生感应电流的条件是：穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，A、C、D选项中，穿过线圈的磁通量均不变化，无感应电流产生，B选项中，穿过线圈的磁通量发生变化，产生感应电流．故选B.7．(2021·武汉中学月考)科学研究表明，地球自西向东的自转正在变慢，假如地球的磁场是由地球表面带电引起的，则可以判定()A．地球表面带正电，由于地球自转变慢，地磁场将变弱B．地球表面带正电，由于地球自转变慢，地磁场将变强C．地球表面带负电，由于地球自转变慢，地磁场将变弱D．地球表面带负电，由于地球自转变慢，地磁场将变强答案C解析将地球自转等效成环形电流，地球南极为地磁场N极，由安培定则可知地球带负电，地球自转变慢，环形电流减小，所以地磁场减弱，故选C.8.(2021·岳阳市一中月考)在同一平面内有互相绝缘的三根无限长直导线ab、cd、ef围成一个等边三角形，三根导线通过的电流大小相等，方向如图所示．O点为等边三角形的中心，M、N两点分别为O点关于导线ab、cd的对称点．已知O点的磁感应强度大小为B1，M点的磁感应强度大小为B2，若撤去导线ef，保持导线ab、cd中的电流不变，则此时N点的磁感应强度大小为()A．B1＋eq\f(B2,2) B．B1－eq\f(B2,2)C.eq\f(B1－B2,2) D.eq\f(B1＋B2,2)答案D解析设每根导线中的电流在O点产生的磁感应强度大小为B0，cd、ef中的电流在M点产生的磁感应强度大小相等，设为B0′，则在O点有B1＝B0，在M点有B2＝2B0′＋B0，撤去导线ef后，在N点有BN＝B0＋B0′，联立各式可得BN＝eq\f(B1＋B2,2)，故选D.二、多项选择题(本题共4小题，每小题4分，共16分)9.如图所示，一束带电粒子沿水平方向飞过小磁针上方．若带电粒子飞过小磁针上方的瞬间，小磁针N极向纸面内偏转，则带电粒子可能是()A．向右飞行的正离子束 B．向左飞行的正离子束C．向右飞行的负离子束 D．向左飞行的负离子束答案AD解析由小磁针N极向纸面内偏转知，粒子束下方磁感线垂直纸面向里，由安培定则可知，小磁针上方的直线电流方向向右，则带电粒子可能是向右飞行的正离子束，也可能是向左飞行的负离子束，故A、D正确．10．(2021·浙江宁波中学月考)关于电磁波，下列说法正确的是()A．做变速运动的电荷会在空间产生电磁波B．周期性变化的电场和磁场可以相互“激发”，形成电磁波C．在真空中，频率越高的电磁波传播速度越大D．利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输答案AB解析做变速运动的电荷会在空间产生电磁波，A正确；周期性变化的电场和磁场可以相互“激发”形成电磁波，B正确；在真空中，所有电磁波的传播速度都是光速c，C错误；电磁波可以在介质中传播，所以可以通过光缆进行有线传输，也可以无线传输，D错误．11．(2021·中山一中期中)如图所示，在一个足够大的磁体产生的磁场中，如果导体AB沿水平并垂直于AB方向运动的速度大小为v1，两磁极沿水平并垂直于AB方向运动的速度大小为v2，则()A．当v1＝v2且方向相同时，可以产生感应电流B．当v1＝v2且方向相反时，可以产生感应电流C．当v1≠v2时，方向相同或相反都可以产生感应电流D．若v2＝0，v1的速度方向改为与磁感线的夹角为θ，且θ<90°，v1≠0，可以产生感应电流答案BCD解析当v1＝v2且方向相同时，导体与磁极相对静止，不切割磁感线，不产生感应电流，故A错误；当v1＝v2且方向相反时，导体做切割磁感线运动，可以产生感应电流，故B正确；当v1≠v2时，方向相同或相反时，导体都做切割磁感线运动，都可以产生感应电流，故C正确；若v2＝0，磁极静止，v1的速度方向改为与磁感线的夹角为θ，且θ<90°，导体做切割磁感线运动，可以产生感应电流，故D正确．12.(2021·大同一中月考)如图所示，在方向水平向右、磁感应强度为B的匀强磁场中垂直于磁场和纸面放入一根电流方向垂直于纸面向外的通电直导线，在以导线为中心，半径为r的圆周上有对称的a、b、c、d四个点，则下列说法正确的是()A．a点的实际磁感应强度大于c点的实际磁感应强度B．a点的实际磁感应强度小于c点的实际磁感应强度C．b、d两点的实际磁感应强度方向相同D．b、d两点的实际磁感应强度大小相等答案AD解析用安培定则判断通电直导线在a、b、c、d四个点处所产生的磁场方向，如图所示，电流在a点产生的磁感应强度和原磁感应强度方向相同，实际磁感应强度是两者之和，电流在c点产生的磁感应强度和原磁感应强度方向相反，实际磁感应强度是两者之差，所以a点的实际磁感应强度大于c点的实际磁感应强度，故A正确，B错误；b点有向右的匀强磁场，还有电流产生的向下的磁场，叠加后磁感应强度的方向向右下，d点有向右的匀强磁场，还有电流产生的向上的磁场，叠加后磁感应强度的方向向右上，根据磁感应强度的叠加可知，b、d两点的实际磁感应强度大小相等，方向不同，故C错误，D正确．三、非选择题(本题共5小题，共52分)13．(8分)探究产生感应电流条件的实验步骤如图所示．(1)本实验中，我们通过观察_____________________________来判断电路中是否有感应电流．(2)通过比较图甲和图丙可知，产生感应电流的一个条件是电路要__________________，通过比较图____________可知，产生感应电流的另一个条件是导体要在磁场中做切割磁感线运动．(3)若图甲中AB棒不动，磁体左右水平运动，电路中______(选填“有”或“无”)感应电流．答案(1)灵敏电流计的指针是否偏转(2)闭合甲和乙(3)有(每空2分)解析(1)实验时，通过观察灵敏电流计的指针是否偏转来确定电路中是否产生感应电流．(2)题图甲所示电路是闭合电路，灵敏电流计的指针发生偏转，说明电路中产生了感应电流；题图丙所示电路是断开的，灵敏电流计的指针没有偏转，说明电路中没有产生感应电流．由此可知，产生感应电流的一个条件是电路要闭合．要得出产生感应电流的另一个条