首先發(fā)現(xiàn)通電導(dǎo)線周圍存在磁場的物理學(xué)家是( )
A.安培 B.法拉第 C.奧斯特 D.歐姆
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有一根細長且均勻的空心金屬管線,長約30cm,電阻約為5,已知這種金屬的電阻率為ρ,現(xiàn)在要盡可能精確測定它的內(nèi)徑d。
①用螺旋測微器測量金屬管線外徑D時刻度的位置如圖(a)所示,從圖中讀出外徑為 mm,應(yīng)用_______(選填“厘米刻度尺”或“毫米刻度尺”)測金屬管線的長度L;
②測量金屬管線的電阻R,為此取來兩節(jié)新的干電池、電鍵和若干導(dǎo)線及下列器材:
A.電壓表0-3V,內(nèi)阻約10k B.電壓表0-15V,內(nèi)阻約50k
C.電流表0-0.6A,內(nèi)阻約0.05 D.電流表0-3A,內(nèi)阻約0.01
E.滑動變阻器,0-10 F.滑動變阻器,0-100
要求較準確地測出其阻值,電壓表應(yīng)選 ,電流表應(yīng)選 ,滑動變阻器應(yīng)選 ;(填序號)
③實驗中他的實物接線如圖(b)所示,請指出接線中的兩處明顯錯誤。
錯誤1:
錯誤2:
④用已知的物理常數(shù)和應(yīng)直接測量的物理量(均用符號表示),推導(dǎo)出計算金屬管線內(nèi)徑的表達式d=________________;
⑤在實驗中,下列說法正確的是________________
A.為使電流表讀數(shù)明顯,應(yīng)使電流盡可能大些
B.為操作方便,中間過程可保持開關(guān)S一直處于閉合狀態(tài)
C.千分尺的精確度是千分之一毫米
D.用千分尺測量直徑時必須估讀一位
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額定電壓為4V的直流電動機的線圈電阻為1,正常工作時,電動機線圈每秒產(chǎn)生的熱量為4J,下列計算結(jié)果正確的是( )
A.電動機正常工作時的輸入功率為4W B.電動機正常工作時的輸出功率為8W
C.電動機每秒能將電能轉(zhuǎn)化成4J的機械能 D.電動機正常工作時的電流強度為2A
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用金屬箔做成一個不帶電的圓環(huán),放在干燥的絕緣桌面上。小明同學(xué)用絕緣材料做的筆套與頭發(fā)摩擦后,將筆套自上向下慢慢靠近圓環(huán),當距離約為0.5cm時圓環(huán)被吸引到筆套上,如圖所示。對上述現(xiàn)象的判斷與分析,下列說法正確的是:
A.摩擦使筆套帶電
B.筆套靠近圓環(huán)時,圓環(huán)上、下部感應(yīng)出異號電荷
C.圓環(huán)被吸引到筆套的過程中,圓環(huán)所受靜電力的合力大于圓環(huán)的重力
D.筆套碰到圓環(huán)后,筆套所帶的電荷立刻被全部中和
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閱讀以下有關(guān)加速器的文章完成文中問題(問題以加粗字體標記)。
相關(guān)知識背景:
電子伏特,符號為eV,是能量的單位。代表一個電子經(jīng)過1伏特的電勢差加速后所獲得的動能。在微觀領(lǐng)域,一般使用電子伏特作為能量單位。電子伏特與SI制的能量單位焦耳(J)的換算關(guān)系是單位換算:1eV=1.6×10-19J 1MeV=1×106 eV
a粒子即為氦原子核
科學(xué)家在研究原子核的結(jié)構(gòu)時,采用了高速運動的亞原子粒子去轟擊原子核.早在1906年,盧瑟福就利用放射性物質(zhì)釋放的高速α粒子來轟擊物質(zhì).1919年他成功地從氮原子核中打出了質(zhì)子,使氮原子核變成氧原子核.然而使用天然產(chǎn)生的α粒子作為轟擊物,有很大的局限性.帶正電的α粒子與帶正電的原子核相互排斥,要消耗很大的能量;而天然產(chǎn)生的帶電粒子的能量是有限的.為了得到更高能量的帶電粒子,物理學(xué)家們開始嘗試設(shè)計一種產(chǎn)生高能量帶電粒子的實驗設(shè)備——加速器.我們知道電場可以使帶電粒子加速,增加帶電粒子的能量。
(1)如圖所示,這就是早期的加速器的原理。若設(shè)該加速器兩板間電壓為1000V,兩板間距為20厘米,求一初速度可忽略不計的α粒子通過該加速器所獲得的能量?
這種加速器可以通過增加電極間的電壓來提高粒子加速的能量,但這種加速器的發(fā)展受到高壓絕緣的限制。(電壓太大,電介質(zhì)會被擊穿)。
因此,人們就想利用較低的電壓,采用多級加速使粒子加速到高能量,如圖甲所示。N個長度逐個增大的金屬圓筒和一個靶,它們沿軸線排列成一串,如圖所示(圖中只畫出了六個圓筒,作為示意)。各筒和靶相間地連接到如圖乙所示周期為T、電壓值為U0的高頻方波電源的兩端。整個裝置放在高真空容器中,圓筒的兩底面中心開有小孔。帶電粒子沿軸線射入圓筒,并將在圓筒間及圓筒與靶間的縫隙處受到電場力的作用而加速(設(shè)圓筒內(nèi)部沒有電場)?p隙的寬度很小,粒子穿過縫隙的時間可以不計。
(2)為使初動能為2U0e、質(zhì)量為mα的α粒子打到靶時獲得最大能量,各個圓筒的長度應(yīng)滿足什么條件?
(3)在滿足第(2)問條件的前提下,若用該加速器加速一初動能為2U0e的α粒子,求α粒子進入第k個圓筒前與進入第n個圓筒前的速率之比vk:vn。(k和n均為自然數(shù))
(4)若該加速器的電壓U0=1×105V,T=0.002s用該加速器加速一初動能2×105eV的α粒子,為使粒子獲得40MeV以上的動能,則該加速器的長度至少為多大?(可以用數(shù)列形式表示)α粒子質(zhì)量為mα≈3600MeV/c²(c指光速)
通過剛才的計算我們可以看到,要想達到越來越高的能量,就必須使設(shè)備的長度增加到數(shù)十甚至數(shù)百英里的長度,從而因為經(jīng)濟效益的原因變的不實用。
1931年,加利福尼亞大學(xué)的歐內(nèi)斯特·O·勞倫斯(Ernest O.Lawrence)提出了一個卓越的思想,通過磁場的作用迫使粒子沿著磁極之間作螺旋線運動,把電極像卷尺那樣卷起來,這樣就可以在有限的場地裝設(shè)比原來長許多倍的電極,他把這種設(shè)備叫作“回旋加速器”。
回旋加速器主要由圓柱形磁極、D形盒、高頻交變電源、粒子源和引出裝置組成,如圖所示.其中D形盒裝在真空室中,是回旋加速器的核心部件,整個真空室放在磁極之間,磁場方向垂直于D形盒,兩個D形盒之間留一個窄縫,分別與高頻電源的兩極相連.當粒子經(jīng)過D形盒之間的窄縫,得到高頻電源的加速,在D形盒之間,由于屏蔽作用,盒內(nèi)只有磁場分布,這樣帶電粒子在D形盒內(nèi)沿螺線軌道運動,達到預(yù)期的速率后,用引出裝置引出。
如圖所示:若D形盒的半徑為R,離子源放出質(zhì)量為m、帶電量為q的正離子,磁感應(yīng)強度大小為B,求:
(5)加在D形盒間的高頻電源的頻率。(用字母表示)
(6)從靜電偏轉(zhuǎn)板(如圖所示)出去的離子所具有的能量。(用字母表示)
(7)若被回旋加速器加速的粒子為初速度可忽略不計的α粒子,若:
α粒子質(zhì)量為mα≈3600MeV/c²(c指光速), D形盒中的磁感應(yīng)強度為1T,為使粒子獲得40MeV以上的動能,則D形盒的半徑R至少為多大?
兩相比較,我們發(fā)現(xiàn)加速到相同的動能,勞倫斯的回旋加速器的占地面積遠小于多級加速器,所以,回旋加速器的出現(xiàn),使科學(xué)家們在實驗室中獲得高能粒子的愿望得以實現(xiàn)。
40年代以后,物理學(xué)家用勞倫斯創(chuàng)造的加速器發(fā)現(xiàn)了許多新型核反應(yīng),觀察到幾百種前所未聞的同位素.在實施制造原子彈的曼哈頓工程時,勞倫斯用他的加速器分離出僅占鈾的總量0.7% 的鈾235,為發(fā)明原子彈立下了汗馬功勞。
因為發(fā)明回旋加速器,勞倫斯獲1939年諾貝爾物理學(xué)獎。
帶電粒子加速器自1930年前后問世以來,主要是朝更高能量的方向發(fā)展,在勞倫斯之后,科學(xué)家們設(shè)計制造了各種類型的新型加速器,如同步加速器、電子感應(yīng)加速器,對撞機等。任何一種加速器都經(jīng)歷了發(fā)生、發(fā)展和加速能力或經(jīng)濟效益受到限制的三個階段。在第三個階段中,總會出現(xiàn)新技術(shù)或新原理突破困難,從而建造出新類型的加速器,使能量進一步提高,或使建造更高能量加速器在經(jīng)濟上成為可行。
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如圖所示,一束帶電粒子沿水平方向飛過小磁針的上方,并與磁針指向平行,能使小磁針的N極轉(zhuǎn)向紙內(nèi),那么這束帶電粒子可能是( )
A.向右飛行的正離子束 B.向左飛行的正離子束
C.向右飛行的負離子束 D.向左飛行的負離子束
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某研究性學(xué)習(xí)小組為測量某電阻Rx的阻值,設(shè)計并完成了有關(guān)的實驗,以下是實驗中可供選用的器材.
A.待測電阻Rx(阻值約為10Ω)
B.電流表(量程0~0.6A,內(nèi)阻1.0Ω)
C.電壓表(量程0~3V,內(nèi)阻約5kΩ)
D.電壓表(量程0~6V,內(nèi)阻約15kΩ)
E.滑線變阻器(最大阻值50Ω)
F.滑線變阻器(最大阻值1kΩ)
G.直流電源(電動勢6V,內(nèi)阻可忽略)
H.開關(guān)一個,導(dǎo)線若干
實驗中要求Rx兩端電壓從0開始變化,盡可能多的測量幾組數(shù)據(jù)和小的誤差.
① 請在后面的空格內(nèi)填上所需實驗實驗儀器 (寫上所需儀器的字母序號即可)
② 請在答卷的虛線框中畫出為完成上述實驗而設(shè)計的合理的電路圖.
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一皮帶傳送裝置如圖所示,輕彈簧一端固定,另一端連接一個質(zhì)量為m的滑塊,已知滑塊與皮帶之間存在摩擦,F(xiàn)將滑塊輕放在皮帶上,彈簧恰好處于自然長度且軸線水平。若在彈簧從自然長度到第一次達到最長的過程中,滑塊始終未與皮帶達到共速,則在此過程中滑塊的速度和加速度變化情況是 ( )
A.速度增大,加速度增大
B.速度增大,加速度減小
C.速度先增大后減小,加速度先增大后減小
D.速度先增大后減小,加速度先減小后增大
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