2022-2023年河南省鄭州金水區(qū)五校聯考高三下學期競賽期中物理試題(解析版)

2022-2023鄭州金水區(qū)五校聯考高中物理競賽期中考試試卷考試課程與試卷類型：物理（期中）一、填空題1.如圖所示，在邊長為的正方形平面的中垂線上，距中心點處，有一電量為的正點電荷，則通過該平面的電場強度通量為________?！敬鸢浮俊窘馕觥恳詾檫呴L，做一個正方體，恰好位于正方體的中心位置，根據高斯定理穿過整個正方體的總的電通量，根據對稱性，穿過每個邊長為的正方形平面的電通量。2.靜電場中某點的電場強度，其數值和方向等于________。【答案】單位正的試探電荷在該點所受電場力的大小和方向【解析】根據電場強度的定義，可知電場強度的大小和方向等于單位正的試探電荷在該點所受電場力的大小和方向。3.兩同心帶電球面，內球面半徑為，帶電量；外球面半徑為，帶電量，設無窮遠處電勢為零，則空間另一電勢為零的球面半徑________?！敬鸢浮俊窘馕觥縖1]選取一個半徑（）做一個高斯面，由高斯定理可得，且，解得，外球面的電勢，選取一個半徑（）做一個高斯面，同理高斯定理可得，且，解得，設在間存在某一球面電勢為零，則有，解得，則空間另一電勢為零的球面半徑。4.在電量為的點電荷的靜電場中，若選取與點電荷距離為的一點為電勢零點，則與點電荷距離為處的電勢________?！敬鸢浮俊窘馕觥奎c電荷的場強公式為，則電勢為。5.為什么靜電場中的電力線不可能是閉合曲線________？【答案】見解析【解析】由于電場力是保守力，電荷在電場中運動一周回到出發(fā)點，電場力做功為零。電力線的方向規(guī)定為正電荷受力的方向，如果電力線是閉合的曲線，那么正電荷沿著電力線轉一周，電場力做功就不為零，與電場力是保守力相矛盾，因此電力線不可能是閉合曲線。6.半徑為的孤立導體球其電勢為，則離導體球中心處的電勢________。（以無窮遠為電勢零點）【答案】【解析】由點電荷的電勢公式可得，，其中，，解得。7.一平行板電容器，極板面積為，相距為，若板接地，且保持板的電勢不變。如圖，把一塊面積相同的帶電量為的導體薄板平行地插入兩板中間，則導體薄板的電勢________?！敬鸢浮俊窘馕觥科较喟咫娙萜?，正對的兩極板帶電量大小相等，正負相反，設板下表面帶電量為，則板的上表面帶電量為；板的下表面帶電量為，則板的上表面帶電量為，設、板間的電容為，、板間的電容為，由題可知，，，而，聯立解得。8.一空氣平行板電容器，兩極板間距為，極板上帶電量分別為和，板間電勢差為。在忽略邊緣效應的情況下，板間場強大小為________若在兩板間平行地插入一厚度為的金屬板，則板間電勢差變?yōu)開_______，此時電容值等于________。【答案】①.；②.；③.【解析】[1]平行板間的電場強度。[2][3]原來平行板電容器，有，，在兩板間平行地插入一厚度為的金屬板，平行板等效距離變小，則有，聯立解得，。9.根據泡利不相容原理，在主量子數的電子殼層上最多可能有的電子數為________個?！敬鸢浮俊窘馕觥縖1]根據泡利不相容原理，每個電子層最多容納的電子數為，故主量子數的電子殼層上最多可能有的電子數為。10.欲使氫原子能發(fā)射巴耳末系中波長為的譜線，最少要給基態(tài)氫原子提供________的能量。（里德伯恒量）【答案】【解析】根據巴耳末公式，可知，由于，因此從基態(tài)躍遷到第三能級吸收的能量。二、選擇題11.靜止質量不為零的微觀粒子作高速運動，這時粒子物質波的波長與速度有如下關系（）A. B.C. D.【答案】C【解析】根據物質波的波長和動量的關系可知，而，整理得，故選C。12.邊長為的正三角形，在頂點處有一電量為的正點電荷，頂點處有一電量為的負點電荷，則頂點處的電場強度的大小和電勢為（）［］A.，B.，C.，D.，【答案】B【解析】在處的點電荷在處產生的場強，在處的點電荷在處產生的場強，根據電場的疊加，處的場強。由于位于連線的垂直平分線上，電勢為。故選B。13.圖示為一具有球對稱性分布的靜電場的關系曲線，請指出該靜電場是由下列哪種帶電體產生的（）A.半徑為的均勻帶電球面B.半徑為的均勻帶電球體C.半徑為、電荷體密度（為常數）的非均勻帶電球體D.半徑為、電荷體密度（為常數）的非均勻帶電球體【答案】C【解析】若帶電體為半徑為的均勻帶電球面，在半徑小于的區(qū)域無電荷，不存在電場，A錯誤；若帶電體為半徑為的均勻帶電球體，設電荷體密度為，則半徑為（）的球面內的電荷為，由高斯定理，得，即，B錯誤；若帶電體為半徑為、電荷體密度（為常數）的非均勻帶電球體，在球面內半徑為（）處取厚度為的球殼，體積元為，球殼內的電荷，球面內的電荷為，由高斯定理有，得，即，在球面外（）由高斯定理有，故，即，C正確；若帶電體為半徑為、電荷體密度（為常數）的非均勻帶電球體，在球面內半徑為（）處取厚度為的球殼，體積元為，球殼內的電荷，球面內的電荷為，由高斯定理有，得，即恒定，D錯誤。故選C。14.設有一帶電油滴，處在帶電的水平放置的大平行金屬板之間保持穩(wěn)定，如圖所示。若油滴獲得了附加的負電荷，為了繼續(xù)使油滴保持穩(wěn)定，應采取下面哪個措施（）A.使兩金屬板相互靠近些B.改變兩極板上電荷的正負極性C.使油滴離正極板遠一些D.減小兩板間的電勢差【答案】D【解析】由于油滴穩(wěn)定在兩極板間，可知油滴帶負電荷，且滿足，若油滴獲得了附加的負電荷，則，液滴將向上加速運動。利用公式，，，可得，由于極板帶電量保持不變，金屬板相互靠近時，電場強度不變，液滴仍向上加速運動，A錯誤；改變兩極板上電荷的正負極性，液滴所受的電場力和重力均向下，則向下加速運動，B錯誤；由于兩極板間為勻強電場，場強的大小與到極板的距離無關，C錯誤；若減小兩板間的電勢差，根據，使電場強度減小，從而可使液滴保持平衡狀態(tài)，D正確。故選D。15.如圖所示，兩個同心球殼。內球殼半徑為，均勻帶有電量；外球殼半徑為，殼的厚度忽略，原先不帶電，但與地相連接。設地為電勢零點，則在內球殼里面，距離球心為處的點的場強大小及電勢分別為（）A.， B.，C.， D.，【答案】B【解析】外球殼接地，由于靜電感應，外球殼的帶電量為，利用對稱性，可知內球殼內部的電場強度處處為零，即，內球殼內部的電勢處處相等，都等于球心處的電勢，根據電勢疊加原理，故選B。16.關于電場強度定義式，下列說法中哪個是正確的（）A.場強的大小與試探電荷的大小成反比B.對場中某點，試探電荷受力與的比值不因而變C.試探電荷受力的方向就是場強的方向D.若場中某點不放試探電荷，則，從而【答案】B【解析】場強的大小與試探電荷的大小無關，只和場源有關，A錯誤；對場中某點，場強不受試探電荷的影響，試探電荷受力與的比值不因而變，B正確；正試探電荷受力的方向就是場強的方向，C錯誤；若場中某點不放試探電荷，則，但是場強不變，D錯誤。故選B。17.下面列出的真空中靜電場的場強公式，其中哪個是正確的？（）A.點電荷的電場：B.“無限長”均勻帶電直線（電荷線密度）的電場：C.“無限大”均勻帶電平面（電荷面密度）的電場：D.半徑為的均勻帶電球面（電荷面密度）外的電場：【答案】A【解析】根據高斯定理，解得，A正確；選取以導線為中，半徑為的長為的圓柱體，利用高斯定理，解得，B錯誤；在平面上取一個面積為的小圓盤，做一個小圓柱，一端在金屬板內部，兩一端在金屬板的外部，利用高斯定理，解得，C錯誤；球面外側做一個高斯面，半徑為，利用高斯定理，可得，D錯誤。故選A。18.一根均勻細剛體絕緣桿，用細絲線系住一端懸掛起來，如圖所示。先讓它的兩端分別帶上電荷和，再加上水平方向的均勻電場。試判斷當桿平衡時，將處于下面各圖中的哪種狀態(tài)？（）A. B.C. D.【答案】C【解析】對絕緣桿進行受力分析，可知，水平方向受到向右的電場力與向左的電場力，大小相等，方向相反，豎直方向受到重力與細線的拉力，根據平衡條件，細線的拉力必定與重力大小相等，方向相反，則拉力方向一定是豎直向上，即細線一定位于豎直方向，由于電場力的轉動效果，絕緣桿下端向右偏移。故選C。19.、為兩導體大平板，面積均為，平行放置，間距很小，如圖所示。板帶電荷，板帶電荷，如果使板接地，則間電場強度的大小為（）A. B. C. D.【答案】B【解析】取一高很小的圓柱形高斯面，圓柱的底面與導體板面平行，且導體板面把圓柱上下均分，設圓柱底面面積為，由高斯定理可知，可得板電荷在板面附近產生的電場強度大小為，電場強度方向垂直并指離板面；同理可知板電荷在板面附近產生的電場強度大小為，由電場強度疊加原理可得，間電場強度的大小為，故選B。20.光電效應和康普頓效應都包含有電子與光子的相互作用過程。對此，在以下幾種理解中，正確的是()A.兩種效應中電子與光子兩者組成的系統都服從動量守恒定律和能量守恒定律B.兩種效應都相當于電子與光子的彈性碰撞過程C.兩種效應都屬于電子吸收光子的過程D.光電效應是吸收光子的過程，而康普頓效應則相當于光子和電子的彈性碰撞過程【答案】D【解析】光電效應是吸收光子的過程，吸收特定頻率的光，遵守能量守恒定律；康普頓效應對應的是光子與電子的碰撞，碰撞后光子能量變小，對應的頻率變低，即康普頓效應則相當于光子和電子的彈性碰撞過程，遵守動量守恒定律和能量守恒定律，故D正確，ABC錯誤。故選D。三、計算題21.一個細玻璃棒被彎成半徑為的半圓形，沿其上半部分均勻分布有電荷，沿其下半部分均勻分布有電荷，如圖所示。試求圓心處的電場強度?！敬鸢浮俊窘馕觥堪阉须姾啥籍斪髡姾商幚?。在處取微小電荷，它在處產生場強，按角變化，將分解成二個分量，，對各分量分別積分，積分時考慮到一半是負電荷，，所以。22.半徑為的帶電細圓環(huán)，電荷線密度（為常數，為半徑與軸的夾角），求圓環(huán)中心處的場強?！敬鸢浮浚较驗檩S負方向?！窘馕觥咳鐖D所示，電荷沿軸對稱，軸方向產生的電場為零。，方向為軸負方向。23.三個電容器如圖聯接，其中，，，當、間電壓時，試求：（1）、之間的電容；（2）當被擊穿時，在電容上的電荷和電壓各變?yōu)槎嗌?？【答案】?）；（2），【解析】（1）之間的電容為。（2）當被擊穿，兩端的電壓為，此時