【題目】回旋加速器的工作原理如圖甲所示,置于高真空中的D形金屬盒半徑為R,兩盒間距很小,帶電粒子穿過的時(shí)間可以忽略不計(jì)。磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與盒面垂直。在下極板的圓心A處粒子源產(chǎn)生的粒子,質(zhì)量為m電荷量為+q,在加速器中被加速,加速電壓u隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖乙所示。加速過程中不考慮相對(duì)論效應(yīng)和變化電場(chǎng)對(duì)磁場(chǎng)分布的影響。

(1)粒子開始從靜止被加速,估算該離子離開加速器時(shí)獲得的動(dòng)能Ek;

(2)調(diào)節(jié)交流電的電壓,先后兩次的電壓比為1:2,則粒子在加速器中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間之比為多少?

(3)帶電粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的圓心并不是金屬盒的圓心O,而且在不斷的變動(dòng)。設(shè)第一次加速后做圓周運(yùn)動(dòng)的圓心O1O的距離為x1,第二次加速后做圓周運(yùn)動(dòng)的圓心O2O的距離為x2,這二個(gè)距離平均值約為最后從加速器射出時(shí)圓周運(yùn)動(dòng)的圓心位置x,求x的值,并說明出口處為什么在A的左邊;

(4)實(shí)際使用中,磁感應(yīng)強(qiáng)度B會(huì)出現(xiàn)波動(dòng),若在t=時(shí)粒子第一次被加速,要實(shí)現(xiàn)連續(xù)n次加速,求B可波動(dòng)的最大范圍。

【答案】(1);(2)2:1;(3);第一次圓周運(yùn)動(dòng)的圓心在A點(diǎn)的左邊,最后一次圓周運(yùn)動(dòng)與左邊相切,所以出口在A點(diǎn)的左邊;(4),n=2、3……

【解析】

根據(jù)回旋加速器原理,粒子在電場(chǎng)中加速,在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn),根據(jù)軌道半徑與運(yùn)動(dòng)周期可求運(yùn)動(dòng)動(dòng)能及運(yùn)動(dòng)時(shí)間,若磁場(chǎng)出現(xiàn)波動(dòng),求出磁感強(qiáng)度的最大值和最小值,從而確定磁感強(qiáng)度的范圍。

1)圓周運(yùn)動(dòng)的最大半徑約為R

離子離開加速器時(shí)獲得的動(dòng)能

2)設(shè)加速n

運(yùn)動(dòng)時(shí)間之比

3)設(shè)第一、二次圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為r1r2

可得

第一次圓周運(yùn)動(dòng)的圓心在A點(diǎn)的左邊,最后一次圓周運(yùn)動(dòng)與左邊相切,所以出口在A點(diǎn)的左邊。

4)設(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)度偏小時(shí)為B1,圓周運(yùn)動(dòng)的周期為T1

解得

設(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)度偏大時(shí)為B2,圓周運(yùn)動(dòng)的周期為T2

解得

因此

,n=2、3……

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖所示,一個(gè)枕形導(dǎo)體AB原來不帶電,將它放在一個(gè)正點(diǎn)電荷的電場(chǎng)中,點(diǎn)電荷的電荷量為Q,與AB中心O點(diǎn)的距離為R,由于靜電感應(yīng),在導(dǎo)體A、B兩端分別出現(xiàn)感應(yīng)電荷,當(dāng)達(dá)到靜電平衡時(shí)()

A. 導(dǎo)體A端電勢(shì)高于B端電勢(shì)

B. 導(dǎo)體A端電勢(shì)等于B端電勢(shì)

C. 導(dǎo)體中心O點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)為0

D. 枕形導(dǎo)體兩端的感應(yīng)電荷在O點(diǎn)產(chǎn)生感應(yīng)電場(chǎng)強(qiáng)度,方向水平向左

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】在一豎直平面內(nèi)有一高速逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的飛輪,內(nèi)壁粗糙,當(dāng)把一物體靜止放在圓心正下方A點(diǎn),隨著飛輪旋轉(zhuǎn),物體也會(huì)運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)最高點(diǎn)C后又滑下來,最后靜止在B點(diǎn)。若∠AOB,∠COB,物體與接觸面間的摩擦因素為μ,則下列說法中正確的是( 。

A.物體上升時(shí)受到的滑動(dòng)摩擦力與運(yùn)動(dòng)方向相反

B.物體與接觸面間的摩擦因素μ=tanα

C.若增大轉(zhuǎn)速,則物體停留的位置在B點(diǎn)左上方

D.若僅增大物體的質(zhì)量,物體最后靜止的位置在B點(diǎn)左上方。

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖所示,在真空中有兩個(gè)點(diǎn)電荷AB,電量分別為-Q+2Q,它們相距為L,如果在兩點(diǎn)電荷連線的中點(diǎn)O有一個(gè)半徑為r (2r< L)的空心金屬球,且球心位于O點(diǎn),則球殼上的感應(yīng)電荷在O點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)大小為__________,方向__________。

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】在“研究小球做平拋運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中:

(1)安裝實(shí)驗(yàn)裝置的過程中,斜槽末端切線必須是水平的,這樣做的目的是____

A.保證小球飛出時(shí),速度既不太大,也不太小

B.保證小球飛出時(shí),初速度水平

C.保證小球在空中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間每次都相等

D.保證小球運(yùn)動(dòng)的軌跡是一條拋物線

(2)在做“研究平拋運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)中,引起實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏差較大的原因可能是____

安裝斜槽時(shí),斜槽末端切線方向不水平

確定y軸時(shí),沒有用重垂線

斜槽不是絕對(duì)光滑的,有一定摩擦

空氣阻力對(duì)小球運(yùn)動(dòng)有較大影響

A①③

B①②④

C③④

D②④

(3)該同學(xué)采用頻閃照相機(jī)拍攝到如圖丙所示的小球做平拋運(yùn)動(dòng)的照片,圖中背景方格的邊長(zhǎng)為L=5cmA、BC是攝下的三個(gè)小球位置,如果取g=10m/s2,那么:

A.照相機(jī)拍攝時(shí)每______________s曝光一次;

B.小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度的大小為______________m/s;

CB點(diǎn)的速率為______________m/s。

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖中虛線為勻強(qiáng)電場(chǎng)中的等勢(shì)線,兩粒子M、N質(zhì)量相等,所帶電荷量的絕對(duì)值也相等。現(xiàn)將M、N從虛線上的O點(diǎn)以相同速率射出,兩粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡分別如圖中兩條實(shí)線所示。點(diǎn)a、b、c為實(shí)線與虛線的交點(diǎn),已知O點(diǎn)電勢(shì)高于c點(diǎn)。若不計(jì)重力,則

A. M帶正電荷,N帶負(fù)電荷

B. M帶負(fù)電荷,N帶正電荷

C. N在從O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至a點(diǎn)的過程中電勢(shì)能增加

D. MO點(diǎn)和b點(diǎn)電勢(shì)能相同

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】宇宙中,兩顆靠得比較近的恒星,只受到彼此之間的萬有引力作用互相繞轉(zhuǎn),稱之為雙是系統(tǒng)設(shè)某雙星系統(tǒng)AB繞其連線上的某固定點(diǎn)O點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),如圖所示,現(xiàn)測(cè)得兩星球球心之間的距離為L,運(yùn)動(dòng)周期為T,已知萬有引力常量為G,若,則( 。

A.星球A的線速度一定大于星球B的線速度

B.星球A所受向心力大于星球B所受向心力

C.雙星的質(zhì)量一定,雙星之間的距離減小,其轉(zhuǎn)動(dòng)周期增大

D.兩星球的總質(zhì)量等于

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖所示,長(zhǎng)為L=0.8m的細(xì)繩一端連接一質(zhì)量為5kg的小球,另一端系在固定點(diǎn)O,將小球拉到A點(diǎn)并使細(xì)繩水平,給小球一豎直向下的初速度,小球開始繞固定端O點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)至O點(diǎn)正下方B點(diǎn)時(shí)繩子剛好斷了,之后做平拋運(yùn)動(dòng),繩子能承受的最大拉力為450N。在B點(diǎn)右側(cè)平地上固定一個(gè)傾角為37°的斜面CD,小球做平拋運(yùn)動(dòng)至斜面的最高點(diǎn)C時(shí)的速度方向恰好沿斜面方向,然后沿滑梯CD滑至D點(diǎn),小球與斜面間動(dòng)摩擦因數(shù)為0.5,CD長(zhǎng)度為s=11m。已知sin37°=0.6,cos37°=0.8,不計(jì)空氣阻力影響,重力加速度g10m/s2,求∶

(1)小球剛運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)的速度大。

(2)BC兩點(diǎn)間的高度差;

(3)小球從B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到D點(diǎn)的時(shí)間。

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】在電場(chǎng)方向水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)中,一帶電小球從A點(diǎn)豎直向上拋出,其運(yùn)動(dòng)的軌跡如圖所示,小球運(yùn)動(dòng)的軌跡上AB兩點(diǎn)在同一水平線上,M為軌跡的最高點(diǎn),小球拋出時(shí)的動(dòng)能為,在M點(diǎn)的動(dòng)能為,不計(jì)空氣的阻力,則( 。

A.A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到M點(diǎn)電勢(shì)能增加2J

B.小球水平位移的比值13

C.小球落到B點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能24J

D.小球從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的過程中動(dòng)能有可能小于6J

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