2023年高考物理高频考点穿透卷专题21选修模块（含解析选修3-1）

专题21选修3-1模块第I卷一、选择题〔此题共8小题，在每题给出的四个选项中，至少有一项符合题目要求〕1．如下图，一均匀带电+Q细棒，在过中点c垂直于细棒的直线上有a、b、d三点，且ab=bc=cd=L，在a点处有一电荷量为的固定点电荷．b点处的场强为零，那么d点处场强的大小为(k为静电力常量)()A.B.C.D.【答案】A【题型】选择题【难度】较易2．空间中有竖直方向的匀强电场，一个带电小球的运动轨迹如下图，由此可知()A.电场的方向竖直向上B.小球一定带正电C.小球受到的电场力大于重力D.小球在P点的动能小于在Q点的动能【答案】C【题型】选择题【难度】一般3．如下图，平行金属板中带电质点P原处于静止状态，不考虑电流表和电压表对电路的影响，R1的阻值和电内阻r相等．当滑动变阻器R4的滑片向b端移动时()A.电压表读数增大B.电流表读数减小C.电的输出功率逐渐增大D.质点P将向上运动【答案】C【解析】当滑动变阻器R4的滑片向b端移动时，其接入电路的电阻减小，外电路总电阻减小，根据闭合电路欧姆定律分析得知干路电流I增大．电容器板间电压等于R3的电压．R4减小，AB间并联局部的总电阻减小，那么R3的电压减小，R3上消耗的功率逐渐减小，电容器板间场强减小，质点P所受的电场力减小，所以质点P将向下运动．流过电流表的电流IA=I﹣I3，I增大，I3减小，那么IA增大，所以电流表读数增大．R4的电压U4=U3﹣U2，U3减小，U2增大，那么U4减小，所以电压表读数减小．由于R1的阻值和电源内阻r相等，那么外电路总电阻大于电源的内阻r，当外电阻减小时，电源的输出功率逐渐增大．故ABD错误，C正确．【题型】选择题【难度】一般4．如下图A、B为两块水平放置的金属板，通过闭合的开关S分别与电源两极相连，两板中央各有一个小孔a和b，在a孔正上方某处一带电质点由静止开始下落，不计空气阻力，该质点到达b孔时速度恰为零，然后返回。现要使带电质点能穿出b孔，可行的方法是()A．保持S闭合，将B板适当上移B．保持S闭合，将B板适当下移C．先断开S，再将A板适当上移D．先断开S，再将B板适当下移【答案】B【题型】选择题【难度】一般5．如下图两根相距L平行放置的光滑导电轨道，与水平面的夹角为，轨道处于磁感应强度为B、方向垂直轨道向上的匀强磁场中，一根质量为m，电阻为r的通电金属杆ab位于导轨上，假设金属杆ab恰好在导轨上处于静止状态，那么关于通过金属杆ab的电流的方向和大小的说法正确的选项是()A．方向由b到a，大小B．方向由b到a，大小C．方向由a到b，大小D．方向由a到b，大小【答案】A【题型】选择题【难度】一般6．如下图，有四个等量异种电荷，放在正方形的四个顶点处．A、B、C、D为正方形四个边的中点，O为正方形的中心，以下说法中正确的选项是〔以无穷远处为电势零点〕()A.A、B、C、D四点的电场强度不同，电势不同B.A、B、C、D四点的电场强度不同，电势相同C.将一带负电的试探电荷从A点沿直线移动到C点，试探电荷具有的电势能一直不变D.位于过O点垂直于纸面的直线上，各点的电场强度为零，电势不为零【答案】BC【解析】设正方向边长为L，每个电荷电量为Q，假设将四个电荷分成a与d，b与c两组，那么AC是两组电荷的垂直平分线，是粒子电荷的等势线；所以AC两点的电势相等；ad两个电荷的合场强的方向向下，A点的场强大于C点的场强；bc两个点电荷的合场强方向向上，C点的场强大于A点的场强；四个点电荷的合场强方向：A向下，C向上．同理，假设将四个电荷分成a与b，c与d两组，可得：BD两点的电势相等，B点场强的方向向右，D点的方向向左．所以ABCD四点的电场强度的方向不同，电势相等，故A错误，B正确．由以上分析可知，AC是一条等势线，故带正电的试探电荷从A点沿直线移动到C点，试探电荷具有的电势能不变．故C正确；对O点研究：两个正电荷在O点的合场强为零，两个负电荷在O点的合场强为零，故O点的场强为0．过O点的垂线位于过AC和BD两条等势线的等势面上，这两个等势面与无穷远处的电势相等，为0，所以过O的垂线的电势都为0．故D错误。应选BC。【题型】多项选择题【难度】较难7．如下图，OM的左侧存在范围足够大、磁感应强度大小为B的匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，ON〔在纸面内〕与磁场方向垂直且，ON上有一点P，OP=L．P点有一粒子源，可沿纸面内各个方向射出质量为m、电荷量为q的带正电的粒子〔不计重力〕，速率为，那么粒子在磁场中运动的最短时间为()A．B．C．D．【答案】A【题型】选择题【难度】一般8．如下图，圆形区域内有一垂直纸面的匀强磁场，磁感应强度的大小为B1，P为磁场边界上的一点．相同的带正电的粒子，以相同的速率从P点射入磁场区域．速度方向沿位于纸面内的各个方向，这些粒子射出边界的位置均处于边界的某一段弧上，这段弧的弧长是圆周长的13．假设将磁感应强度的大小变为B2，结果相应的弧长变为圆周长的14，不计粒子所受的重力和粒子间的相互影响，那么B262B.32C.3【答案】A【解析】设磁场所在圆的半径为r，那么磁感应强度为B1时，从P点射入的粒子与磁场边界的最远交点为M，最远点是轨迹圆的直径与磁场边界圆的交点，即射到圆弧上的粒子在PM之间，那么∠POM=120°，如下图，所以粒子做圆周运动的半径为：R＝rsin60°＝32r，同理，磁感应强度为B2时，从P点射入的粒子与磁场边界的最远点为N，最远的点是轨迹上直径与磁场圆的交点，∠PON=90°，如下图，所以粒子做圆周运动的半径：R′＝rsin45°＝22r，

由带电粒子做圆周运动满足：洛【题型】选择题【难度】较难第二卷二、非选择题〔此题共4个小题。写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位〕9．利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内电阻。要求尽量减小实验误差。〔1〕应该选择的实验电路是图中的________〔选项“甲〞或“乙〞〕。〔2〕现有电流表〔0—0.6A〕，开关和导线假设干，以及以下器材：A.电压表〔0—15V〕B.电压表〔0—3V〕C.滑动变阻器〔0—50Ω〕D.滑动变阻器〔0—500Ω〕实验中电压表应选用________，滑动变阻器应选用__________〔选填相应器材前的字母〕。〔3〕某同学记录的6组数据如下表所示，其中5组数据的对应点已经标在图2的坐标纸上，请标出余下一组数据的对应点，并画出U-I图线。〔4〕根据〔3〕中所画图线可得出干电池的电动势E=____V，内电阻r=_____。〔5〕实验中，随着滑动变阻器滑片的移动，电压表的示数U以及干电池的输出功率P都会发生变化，图3的各示意图中正确反映P—U关系的是____。【答案】〔1〕甲图〔2〕B、C〔3〕如下图〔4〕1.50.83〔5〕C〔3〕画线时第4个点的误差较大，将其舍去，其他点连成直线，就得到电源的U-I图线。〔4〕在〔3〕中图线中，U轴上的截距为该电源的电动势1.5V，图线的斜率为该电源的内阻。〔5〕当滑动变阻器的阻值等于电源内阻时，电源的输出功率最大，即电源的输出功率随着U先变大再变小，A、B错误；输出功率与路端电压的关系可以表示为：，由数学知识可得C正确，D错误。【题型】实验题【难度】一般10．如下图，ABCDF为一绝缘光滑轨道，竖直放置在方向水平向右的匀强电场中，电场强度大小为E．AB面水平，BCDF是半径为R的圆形轨道，B为圆心正下方的最低点，D为圆心正上方的最高点．今有一个带正电小球在电场力作用下由静止从A点开始沿轨道运动，小球受到的电场力和重力大小相等，小球的电量为q。求：〔1〕假设AB间的距离为4R，那么小球在运动过程中的最大动能有多大？〔2〕假设AB间的距离为4R，那么小球通过最高点D时的对轨道的压力有多大？〔3〕假设小球能沿轨道做圆周运动到达接近水平轨道的F点。那么AB间的距离至少要多大？【答案】〔1〕〔2〕3Eq〔3〕【解析】〔1〕重力场和电场合成等效重力场，其方向为电场力和重力的合力方向，与竖直方向的夹角〔如下图〕得：θ=45°所以小球在BC之间且小球与圆心连线与竖直方向成θ=45°的位置动能最大从A点到达速度最大的位置，由动能定理：解得：〔2〕从A点到最高点D，据动能定理有：Eq4R−mg2R＝mv2由牛顿定律可得：解得FDN=3mg=3Eq【题型】计算题【难度】一般11．一半径为R的薄圆筒处于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，磁场方向与筒的中心轴线平行，筒的横截面如下图。图中直径MN的两端分别开有小孔，筒可绕其中心轴线转动，圆筒的转动方向和角速度大小可以通过控制装置改变。一不计重力的负电粒子从小孔M沿着MN方向射入磁场，当筒以大小为ω0的角速度转过90°时，该粒子恰好从某一小孔飞出圆筒。〔1〕假设粒子在筒内未与筒壁发生碰撞，求该粒子的荷质比和速率分别是多大？〔2〕假设粒子速率不变，入射方向在该截面内且与MN方向成30°角，那么要让粒子与圆筒无碰撞地离开圆筒，圆筒角速度应为多大？【答案】〔1〕；〔2〕【解析】〔1〕假设粒子沿MN方向入射，当筒转过90°时，粒子从M孔〔筒逆时针转动〕或N孔〔筒顺时针转动〕射出，如图，由轨迹1可知半径r=R由粒子运动周期筒转过90°的时间又联立以上各式得：荷质比，粒子速率〔2〕假设粒子与MN方向成30°入射，速率不变半径仍为R，作粒子轨迹2如图，轨迹2圆心为O’，那么四边形MO’PO为菱形，可得，所以那么粒子偏转的时间：；又；得：由于转动方向与射出孔不确定，讨论如下：ⅱ．当圆筒逆时针转动时，设筒转动的角速度变为ω2，假设从M点离开，那么筒转动时间满足，得：其中k=0,1,2,3……假设从N点离开，那么筒转动时间满足，得：其中k=0,1,2,3……综上可得其中n=0,1,2,3…综上所述，圆筒角速度大小应为或者其中n=0,1,2,3……【题型】计算题【难度】较难12．如下图，在xOy坐标系内存在一个以〔a，0〕为圆心、半径为a的圆形磁场区域，方向垂直纸面向里，磁感应强度大小为B．另在y轴右侧有一方向向左的匀强电场，电场强度大小为E，分布于y≥a的范围内．O点为质子源，其出射质子的速度大小相等、方向各异，但质子的运动轨迹均在纸面内．质子在磁场中的偏转半径也为a，设质子的质量为m、电量为e，重力及阻力忽略不计．求：〔1〕出射速度沿x轴正方向的质子，到达y轴所用的时间；〔2〕出射速度与x轴正方向成30°角〔如图中所示〕的质子，到达y轴时的位置；〔3〕质子到达y轴的位置坐标的范围．【答案】〔1〕〔2〕〔3〕〔a，a+2Ba〕【解析】〔1〕质子在磁场中做匀速圆周运动，根据洛伦兹力提供向心力得：即：出射速度沿x轴正方向的质子，经圆弧后以速度v垂直于电场方向进入电场，在磁场中运动的时间为质子进入电场后做类平抛运动，沿电场方向运动a后到达y轴，由匀变速直线运动规律有：即故所求时间为：〔2〕质子转过120°角后离开磁场，再沿直线到达图中P点，最后垂直电场方向进入电场，做类平抛运动，并到达y轴，运动轨迹如图中所示．由几何关系可得P点距y轴的距离为x1=a+asin30°=1设在电场中运动的时间为t3，由匀变速直线运动规律