【題目】高能粒子是現(xiàn)代粒子散射實驗中的炮彈,加速器是加速粒子的重要工具,是核科學(xué)研究的重要平臺。質(zhì)子回旋加速器是利用電場和磁場共同作用,使質(zhì)子作回旋運(yùn)動,在運(yùn)動中通過高頻電場反復(fù)加速、獲得能量的裝置。質(zhì)子回旋加速器的工作原理如圖(a)所示,置于真空中的形金屬盒半徑為,兩盒間狹縫的間距為,磁感應(yīng)強(qiáng)度為的勻強(qiáng)磁場與盒面垂直,被加速質(zhì)子()的質(zhì)量為,電荷量為。加在狹縫間的交變電壓如圖(b)所示,電壓值的大小為、周期。為了簡化研究,假設(shè)有一束質(zhì)子從板上處小孔均勻地飄入狹縫,其初速度視為零。不考慮質(zhì)子間的相互作用。
(1)質(zhì)子在磁場中的軌跡半徑為(已知)時的動能;
(2)請你計算質(zhì)子從飄入狹縫至動能達(dá)到(問題(1)中的動能)所需要的時間。(不考慮質(zhì)子間的相互作用,假設(shè)質(zhì)子每次經(jīng)過狹縫均做加速運(yùn)動。)
(3)若用該裝置加速氦核(),需要對偏轉(zhuǎn)磁場或交變電壓作出哪些調(diào)整?
【答案】(1)(2)
(3)方案一:增大磁感應(yīng)強(qiáng)度,使得氦核的圓周運(yùn)動周期等于上述電場的周期即可。
方案二:增大交變電場的周期,使得電場的周期等于氦核圓周運(yùn)動的周期。
【解析】
回旋加速器的工作條件是電場的變化周期與粒子在磁場中運(yùn)動的周期相等,回旋加速器運(yùn)用電場加速磁場偏轉(zhuǎn)來加速粒子,根據(jù)洛倫茲力提供向心力進(jìn)行求解即可;
(1)洛倫茲力提供向心カ,根據(jù)牛頓第二定律有:
粒子的動能為,解得;
(2)設(shè)粒子被加速次后達(dá)到最大動能,則有,解得:
粒子在狹縫間做勻加速運(yùn)動,加速度為
設(shè)次經(jīng)過狹縫的總時間為,根據(jù)運(yùn)動學(xué)公式有:
設(shè)在磁場中做圓周運(yùn)動的周期為,某時刻質(zhì)子的速度為,半徑為
則, ,由
解得:;
(3)氦核的荷質(zhì)比與質(zhì)子不同,要實現(xiàn)每次通過電場都被加速,需要保證交變電場的周期與磁場中圓周運(yùn)動的周期相同,粒子在磁場中的圓周運(yùn)動周期,氦核的荷質(zhì)比大于質(zhì)子,使得圓周運(yùn)動周期變大
方案一:增大磁感應(yīng)強(qiáng)度,使得氦核的圓周運(yùn)動周期等于上述電場的周期即可。
方案二:增大交變電場的周期,使得電場的周期等于氦核圓周運(yùn)動的周期。
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科目:高中物理 來源: 題型:
【題目】如圖,在坐標(biāo)平面內(nèi),第三、四象限內(nèi)一R<x<R的范圍內(nèi)有y方向的勻強(qiáng)電場(臨界虛線PO上有電場、但臨界虛線CB上無電場)。電場強(qiáng)度為E,電場的下邊界方程分別為(-R≤x<0),(0≤x<R),電荷可以自由穿越邊界,在一、二象限內(nèi)有垂直于紙面向外,邊界方程為x2+y2=R2的勻強(qiáng)磁場;在y=-R/2處有一熒光屏,熒光屏PQ長度為2R,中點C在y軸上,在第三象限中電場的下邊界上,均勻分布著粒子發(fā)射源,不斷由靜止發(fā)出許多質(zhì)量為m,電量為q的正粒子,不計重力和粒子間相互作用力,粒子打在熒光屏上會發(fā)光。求:
(1)求粒子運(yùn)動半徑r與釋放位置的x坐標(biāo)的絕對值和磁感應(yīng)強(qiáng)度B三者之間的關(guān)系;
(2)改變磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小,發(fā)現(xiàn)屏幕上熒光只有一個亮點,請問此亮點在哪?此時磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為多少?
(3)繼續(xù)調(diào)整磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小,發(fā)現(xiàn)熒光屏上CO段距C點R/3至R之間有光點,求此時磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度。
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科目:高中物理 來源: 題型:
【題目】某興趣小組利用如圖所示裝置給燈泡供電。圖中兩磁極位置相對于水平軸線對稱,導(dǎo)線框繞軸線以角速度勻速轉(zhuǎn)動,并通過升壓變壓器給燈泡供電。下列說法正確的是
A. 圖示位置穿過線框的磁通量為零
B. 圖示位置線框產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為零
C. 線框中電流的有效值小于燈泡中電流的有效值
D. 若燈泡偏暗,可通過增加原線圈匝數(shù)來提高燈泡亮度
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科目:高中物理 來源: 題型:
【題目】(1)某物理實驗小組在使用多用電表按正確步驟測量某一電阻阻值,選擇開關(guān)指在“×100”歐姆檔,指針指示位置如下圖所示,則此電阻的阻值是________Ω。
(2)然后他們用伏-安法來測未知電阻(電流表的內(nèi)阻約1Ω,電壓表的內(nèi)阻約20kΩ);為了得到盡量多的數(shù)據(jù)、較精確測出電阻值,并要求電壓從0開始調(diào)節(jié),他們應(yīng)選用下圖中的______圖所示電路進(jìn)行實驗。用此方法測出的電阻值比真實值偏________。(選填“小”或“大”)
(3)在“用電流表和電壓表測定電池的電動勢和內(nèi)阻”實驗中,某同學(xué)測得了七組數(shù)據(jù)(如下表)。
組別 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
U/v | 1.22 | 1.02 | 0.88 | 0.60 | 0.63 | 0.51 | 0.48 |
I/A | 0.2 | 0.4 | 0.5 | 0.6 | 0.7 | 0.8 | 1.0 |
①根據(jù)表中實驗數(shù)據(jù)在圖中已描好點,該同學(xué)也作出U—I圖線;
從圖線中得出,電源電動勢E=_________V;內(nèi)電阻r =_______Ω。
②若另一位同學(xué)未畫出圖線,只選用其中兩組U和I的數(shù)據(jù),根據(jù)公式E= U1+I1 r和E=U2+I2 r算出E和r,這樣做可能得出誤差很大的結(jié)果,則他選用其中第4組和第_____組數(shù)據(jù)時算得的結(jié)果誤差大。
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科目:高中物理 來源: 題型:
【題目】如圖所示,長度為的輕繩一端固定于點,另一端系一個質(zhì)量為的小球,將細(xì)繩拉直到水平狀態(tài)時輕輕釋放小球。問:
(1)小球經(jīng)過最低點時,細(xì)繩受到的拉力大小。
(2)若在點的正下方釘一個釘子,要求小球在細(xì)繩與釘子相碰后能夠繞釘子做一個完整的圓周運(yùn)動(忽略釘子的直徑),釘子的位置到懸點的距離至少為多大?
(3)經(jīng)驗告訴我們,當(dāng)細(xì)繩與釘子相碰時,釘子的位置越靠近小球,繩就越容易斷。請你通過推導(dǎo)計算解釋這一現(xiàn)象。(推導(dǎo)過程中需要用到的物理量,自己設(shè)定。)
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科目:高中物理 來源: 題型:
【題目】特斯拉線圈是一種制造人工閃電的裝置,如圖是該裝置的簡化結(jié)構(gòu)圖,金屬頂端和大地構(gòu)成一個持殊的電容器,頂端放電后由電荷補(bǔ)充線圈給頂端補(bǔ)充因放電而流失的電荷,因而能持續(xù)的放電。下列相關(guān)說法正確的是( 。
A. 頂端帶的電量越多,則其與大地間的電勢差越大
B. 頂端帶的電量越多,則其與大地構(gòu)成的電容器的電容越大
C. 帶電量一定時,頂端離地越高則其與大地間的電勢差越大
D. 帶電量一定時,頂端面積越大則其與大地間的電勢差越大
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科目:高中物理 來源: 題型:
【題目】中國科學(xué)家首次觀察到反;魻栃(yīng).以下來分析一個常規(guī)霍爾效應(yīng):如圖所示,厚度為h,寬度為d的導(dǎo)體板放在垂直于它的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中.當(dāng)電流通過導(dǎo)體板時,在導(dǎo)體板的上表面A和下表面A′之間會產(chǎn)生電勢差,這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng).實驗表明,當(dāng)磁場不太強(qiáng)時,電勢差U、電流I和B的關(guān)系式為,式中的比例系數(shù)K稱為霍爾系數(shù),設(shè)導(dǎo)體板單位體積中自由電子的個數(shù)為n,電子量為e.則下列說法正確的是( 。
A. A的電勢高于A′的電勢
B. A的電勢低于A′的電勢
C. 霍爾系數(shù)
D. 霍爾系數(shù)
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科目:高中物理 來源: 題型:
【題目】質(zhì)譜儀是分析同位素的重要工具。如圖所示,設(shè)質(zhì)量為、電荷量為q的離子,從容器A下方的小孔不斷飄入加速電場,其初速度可視為零,然后經(jīng)過小孔垂直于磁場方向進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中,做半徑為R的勻速圓周運(yùn)動。離子行進(jìn)半個圓周后離開磁場并被收集,不考慮離子重力及離子間的相互作用。
(1)求加速電場的電壓U;
(2)若容器A中有電荷量同為q、質(zhì)量分別為和的同種元素的兩種離子(設(shè)>),它們經(jīng)電場加速后進(jìn)入磁場中會發(fā)生分離.某次實驗時加速電壓的大小在U±ΔU范圍內(nèi)發(fā)生有微小變化。應(yīng)在什么范圍內(nèi)才能使這兩種離子在磁場中運(yùn)動的軌跡不發(fā)生交疊?
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科目:高中物理 來源: 題型:
【題目】如圖所示,一輕質(zhì)彈簧的下端固定在水平面上,上端放置一物體(物體與彈簧不連接)處于靜止?fàn)顟B(tài).現(xiàn)用力F拉物體使其豎直向上做勻加速運(yùn)動,剛開始時拉力為F=10N,運(yùn)動4cm后物體恰好脫離彈簧,此時拉力F=30N.則下列說法中不正確的是(取g=10m/s2)( )
A. 物體的加速度為5m/s2
B. 物體的質(zhì)量為2kg
C. 彈簧做的功為0.5J
D. 物體在彈簧上運(yùn)動的過程中,物體機(jī)械能增加了1.2J
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