2025年高中物理新教材同步 必修第三册 模块综合试卷

模块综合试卷(满分：100分)一、单项选择题：本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。1．在物理学的研究中科学家使用了许多研究方法，如控制变量法、等效法、类比法、理想模型法、微元法等等，这些方法对我们学好物理有很大帮助。以下关于所用物理学研究方法的叙述正确的是()A．为研究磁场强弱而引入了电流元，应用了等效法B．在研究磁场时，用假设的磁感线来描述真实的磁场，应用的是类比法C．在探究电阻与材料、长度和横截面积三者之间的关系时应用了控制变量法D．在电路中，可以用几个合适的小电阻串联来代替一个大电阻，这应用了类比法答案C2.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两点电场强度不相等，但方向相同B．同一检验电荷在M点受到的静电力小于在N点受到的静电力C．同一检验电荷在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.(2024·潮州市高二期末)如图所示，A、B两闭合线圈用同样的导线绕成，A有10匝，B有20匝，两线圈半径之比为2∶1。匀强磁场只分布在B线圈内，当磁场随时间均匀增强时()A．A中无感应电流B．B中无感应电流C．穿过A的磁通量总是等于穿过B的磁通量D．穿过A的磁通量总是大于穿过B的磁通量答案C解析当磁场随时间均匀增强时，穿过线圈A、B的磁通量都增大，都将产生感应电流，故A、B错误；磁感线穿过线圈A、B的有效面积相同，所以穿过A的磁通量总是等于穿过B的磁通量，故C正确，D错误。4.(2024·四川省成都市第七中学模拟)如图所示为一边长为d的正方体，在FE、ND两边放置足够长直导线，通有大小相等的电流I，电流方向如图所示。若一根无限长直导线通过电流I时，所产生的磁场在距离导线d处的磁感应强度大小为B，则图中C点处的磁感应强度大小为()A．0B．2BC．BD.eq\r(2)B答案D解析根据右手螺旋定则，放置在FE边直导线中的电流在C点产生的磁感应强度大小为B、方向沿CM；放置在ND边直导线中的电流在C点产生的磁感应强度大小为B、方向沿FC；故C点处的磁感应强度大小为BC＝eq\r(B2＋B2)＝eq\r(2)B，故选D。5．有一场强方向与x轴平行的静电场，电势φ随坐标x变化的关系图线如图所示，若规定x轴正方向为场强的正方向，则该静电场的场强E随x变化的图线应是()答案B解析0～2mm，电势φ升高，则知电场线方向沿x轴负方向，E为负，2～10mm，电势φ降低，顺着电场线，则知电场线方向沿x轴正方向，E为正，故A、C、D不符合题意；0～2mm，E＝eq\f(U,d)＝－eq\f(40,2×10－3)V/m＝－2×104V/m,2～10mm，E＝eq\f(U,d)＝eq\f(80,8×10－3)V/m＝1×104V/m，10～12mm，E＝eq\f(U,d)＝－2×104V/m，故B符合题意。6.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4等份，每份的电势差为2V，如图所示，由几何关系知OQ＝4cm，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所在的直线为等势线，电场线沿QO方向从Q指向O。电场强度的大小为E＝eq\f(U,d)＝eq\f(8V,4cm)＝2V/cm，故A错误；根据匀强电场等差等势面的特点，OQ连线中点的电势为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。7．(2023·河北省武强中学高二期中)某种小灯泡的U－I曲线如图甲所示，三个完全相同的这种小灯泡连接成如图乙所示的电路，电源的内阻为1.0Ω，现闭合开关S，理想电压表的示数为4.0V，则()A．外电路的总电阻约为8.3ΩB．电源电动势为5.0VC．电源内阻消耗的热功率为3.0WD．电源的效率约为50%答案A解析理想电压表的示数为4.0V，根据U－I图像得流过L1的电流为I1＝0.6A，灯泡L1的电阻为R1＝eq\f(4.0,0.6)Ω＝eq\f(20,3)Ω，另外两个完全相同的小灯泡并联，则流过L2的电流为0.3A，根据U－I图像得它们的电压为1.0V，灯泡L2、灯泡L3的电阻为R2＝R3＝eq\f(1.0,0.3)Ω＝eq\f(10,3)Ω，则外电路的总电阻约为R＝R1＋eq\f(R2·R3,R2＋R3)≈8.3Ω，故A正确；根据闭合电路欧姆定律，电源电动势为E＝U1＋U2＋I1r＝4.0V＋1.0V＋0.6×1.0V＝5.6V，故B错误；电源内阻消耗的热功率为Pr＝I12r＝0.62×1.0W＝0.36W，故C错误；电源的效率约为η＝eq\f(UI,EI)×100%＝eq\f(U1＋U2,E)×100%≈89.3%，故D错误。二、多项选择题：本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。8.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．油滴带负电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AC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正确；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。9.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，小球受到的静电力合力向右，在O右侧小球受到的静电力合力向左，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，所以细杆对小球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，所受的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。10．(2023·广州市华南师大附中高二期末)如图所示，图甲中M为一电动机，当滑动变阻器R的触头从一端滑到另一端的过程中，两电压表的读数随电流表读数的变化情况如图乙所示。已知电流表读数在0.2A以下时，电动机没有发生转动。不考虑电表对电路的影响，以下判断正确的是()A．电路中电源电动势为3.4VB．滑动变阻器的触头向右滑动时，V2读数逐渐增大C．此电路中，电动机的最大输出功率为0.9WD．滑动变阻器的最大阻值为30Ω答案BD解析由电路图甲知，电压表V2测量路端电压，电流增大时，内电压增大，路端电压减小，所以最上面的图线表示V2的电压与电流的关系，此图线的斜率大小等于电源的内阻，则有r＝eq\f(3.4－3.0,0.3－0.1)Ω＝2Ω，由题图乙可知，当电流为0.1A时，路端电压为3.4V，则由闭合回路欧姆定律可得，电路中电源电动势为E＝U2＋Ir＝3.6V，故A错误；变阻器的触头向右滑动时，R阻值变大，总电流减小，内电压减小，路端电压值即为V2读数，逐渐增大，故B正确；根据题意，由题图乙可知，当电动机两端电压为3V时，流过电动机的电流为0.3A，此时电动机的输入功率最大，最大输入功率为P＝UI＝0.9W，因电动机内阻的影响，则电动机的最大输出功率一定小于0.9W，故C错误；根据题意，由题图乙可知，电动机的电阻为rM＝eq\f(0.8－0.4,0.2－0.1)Ω＝4Ω，当I＝0.1A时，电路中电流最小，变阻器的阻值最大，则有I＝eq\f(E,r＋rM＋Rm)，解得Rm＝30Ω，故D正确。三、非选择题：本题共5小题，共54分。11.(8分)用伏安法测量电阻阻值R，并求出电阻率ρ。给定电压表(内阻约为50kΩ)、电流表(内阻约为40Ω)、滑动变阻器(最大阻值20Ω)、电源、开关、待测电阻(约为250Ω)及导线若干。(1)(2分)在图甲中完成测量的电路图。(2)(2分)图乙中的6个点表示实验中测得的6组电流I、电压U的值，要求在图中画出U－I图像。并根据图像求出电阻阻值R＝________Ω。(保留3位有效数字)(3)(2分)待测电阻是一均匀材料制成的圆柱体，长度L已知。用50分度的游标卡尺测量其直径，如图丙所示。由图可知其直径为________cm。(4)(2分)由于实验误差，实验测量出的ρ________(选填“大于”“等于”或“小于”)材料真实的ρ0。答案(1)如图所示(2)如图所示223(208～230内的整数均正确)(3)0.800(4)小于12．(8分)(2023·湖北卷)某实验小组为测量干电池的电动势和内阻，设计了如图(a)所示电路，所用器材如下：电压表(量程0～3V，内阻很大)；电流表(量程0～0.6A)；电阻箱(阻值0～999.9Ω)；干电池一节、开关一个和导线若干。(1)(2分)根据图(a)，完成图(b)中的实物图连线。(2)(4分)调节电阻箱到最大阻值，闭合开关。逐次改变电阻箱的电阻，记录其阻值R、相应的电流表示数I和电压表示数U。根据记录数据作出的U－I图像如图(c)所示，则干电池的电动势为________V(保留3位有效数字)、内阻为________Ω(保留2位有效数字)。(3)(1分)该小组根据记录数据进一步探究，作出eq\f(1,I)－R图像如图(d)所示。利用图(d)中图像的纵轴截距，结合(2)问得到的电动势与内阻，还可以求出电流表内阻为________Ω(保留2位有效数字)。(4)(1分)由于电压表内阻不是无穷大，本实验干电池内阻的测量值________(填“偏大”或“偏小”)。答案(1)见解析图(2)1.580.64(3)2.5(4)偏小解析(1)实物连线如图：(2)由电路结合闭合电路的欧姆定律可得U＝E－Ir由图像可知E＝1.58V内阻r＝eq\f(1.58－1.37,0.33)Ω＝0.64Ω(3)根据E＝I(R＋RA＋r)可得eq\f(1,I)＝eq\f(1,E)·R＋eq\f(RA＋r,E)由图像可知eq\f(RA＋r,E)＝2A－1解得RA＝2.5Ω(4)由于电压表内阻不是无穷大，则实验测得的是电压表内阻与电源内阻的并联值，即实验中测得的电池内阻偏小。13.(12分)(2023·辽宁省凤城市第一中学高二期中)一提升重物用的直流电动机工作时的电路图如图所示。电动机内阻r0＝0.4Ω，电路中另一电阻R＝10Ω，电源电动势E＝180V，内阻r＝2Ω，电压表的示数U＝120V。(1)(5分)求通过电动机的电流；(2)(2分)求输入电动机的电功率；(3)(5分)若电动机以v＝1m/s的速度匀速竖直向上提升重物，求该重物的质量。(g取10m/s2)答案(1)5A(2)600W(3)59kg解析(1)根据闭合电路欧姆定律有E＝Ur＋UR＋U解得Ur＋UR＝60V电动机、电源和电阻R串联，通过的电流相等I＝eq\f(Ur＋UR,r＋R)＝eq\f(60,2＋10)A＝5A(2)输入电动机的电功率为P＝UI＝120×5W＝600W(3)电动机的输出功率为P出＝UI－I2r0＝(120×5－52×0.4)W＝590W若电动机以v＝1m/s的速度匀速竖直向上提升重物，拉力为F＝eq\f(P出,v)＝eq\f(590,1)N＝590N由平衡条件得G＝F＝590N该重物的质量为m＝eq\f(G,g)＝59kg。14．(12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1×10－3C/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E1＝2.5×104V/m，方向都指向圆弧BC的圆心D点，偏转电场区电场强度大小为E2＝4×104V/m，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)(6分)带电固体颗粒离开加速区的速度大小及圆弧BC的半径；(2)(6分)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的加速过程有qU＝eq\f(1,2)mv2解得v＝2m/s从B到C的过程，固体颗粒受到的径向静电力提供向心力，有qE1＝meq\f(v2,R)解得R＝0.16m(2)C到G过程，固体颗粒做类平抛运动，设从O点落到G点的时间为t，则x＝eq\f(1,2)at2qE2＝may＝vt解得y＝0.2m。15．(14分)(2024·成都市石室中学高二月考)如图，圆弧轨道AB的圆心为O，半径为R＝2.5m，圆弧轨道AB的B点与水平地面BE相切，B点在O点的正下方，在B点的右侧有一竖直虚线CD，B点到竖直虚线CD的距离为L1＝2.5m，竖直虚线CD的左侧有一水平向左的匀强电场，场强大小为E1(大小未知)，竖直虚线CD的右侧有场强大小为E2(大小未知)、竖直向上的匀强电场。竖直虚线CD的右侧有一竖直墙壁EF，墙壁EF到竖直虚线CD的距离为L2＝1m，墙壁EF底端E点与水平地面BE相连接，墙壁EF的高度也为L2＝1m。现将一电荷量为q＝＋4×10－