11.如圖所示為質(zhì)譜儀上的原理圖,M為粒子加速器,電壓為U1=5000V;N為速度選擇器,磁場(chǎng)與電場(chǎng)正交,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1=0.2T,板間距離為d=0.06m;P為一個(gè)邊長(zhǎng)為l的正方形abcd的磁場(chǎng)區(qū),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2=0.1T,方向垂直紙面向外,其中dc的中點(diǎn)S開有小孔,外側(cè)緊貼dc放置一塊熒光屏.今有一比荷為$\frac{q}{m}$=108C/kg的正離子從靜止開始經(jīng)加速后,恰好通過速度選擇器,從a孔以平行于ab方向進(jìn)入abcd磁場(chǎng)區(qū),正離子剛好經(jīng)過小孔S 打在熒光屏上.求:
(1)粒子離開加速器時(shí)的速度v;
(2)速度選擇器的電壓U2;
(3)正方形abcd邊長(zhǎng)l.

分析 (1)根據(jù)動(dòng)能定理qU1=$\frac{1}{2}$mv2求出粒子的速度v.
(2)在速度選擇器中作勻速直線運(yùn)動(dòng),電場(chǎng)力與洛侖茲力平衡,根據(jù)Eq=qvB1求出電壓U2
(3)根據(jù)洛侖茲力提供向心力,$qv{B}_{2}=\frac{m{v}^{2}}{r}$,求出粒子在B2磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑r,然后由幾何關(guān)系求出正方形abcd邊長(zhǎng)l.

解答 解:(1)粒子經(jīng)加速電場(chǎng)U1加速,獲得速度v,由動(dòng)能定理得:
qU1=$\frac{1}{2}$mv2   
解得v=$\sqrt{\frac{2q{U}_{1}}{m}}=\sqrt{2×1{0}^{8}×5000}m/s=1×1{0}^{6}$m/s.
(2)在速度選擇器中作勻速直線運(yùn)動(dòng),電場(chǎng)力與洛侖茲力平衡得
Eq=qvB1
$E=\frac{{U}_{2}}5kgymoq$
得:U2=B1dv=0.2×0.06×1×106V=1.2×104V
(3)在B2中作圓周運(yùn)動(dòng),洛侖茲力提供向心力,有$q{v}_{0}{B}_{2}=\frac{m{v}^{2}}{r}$,
故粒子在B2磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑:r=$\frac{mv}{q{B}_{2}}$=$\frac{1×1{0}^{6}}{1×1{0}^{8}×0.1}$=0.1m.
由幾何關(guān)系:${r}^{2}=(l-r)^{2}+\frac{{l}^{2}}{4}$
所以,正方向的邊長(zhǎng):$l=\frac{8}{5}r=\frac{8}{5}×0.1m=0.16$m
答:(1)粒子離開加速器時(shí)的速度是1×106m/s;
(2)速度選擇器的電壓是1.2×104V;
(3)正方形abcd邊長(zhǎng)是0.16m.

點(diǎn)評(píng) 解決本題的關(guān)鍵掌握動(dòng)能定理,以及知道在速度選擇器中作勻速直線運(yùn)動(dòng),電場(chǎng)力與洛侖茲力平衡.

練習(xí)冊(cè)系列答案
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1.如圖所示,兩塊長(zhǎng)3cm的平行金屬板A、B相距1cm,并與450V直流電源的兩極相連接,如果在兩板正中間有一電子(m=9×10-31kg,e=-1.6×10-19C),沿著垂直于電場(chǎng)線方向以2×107m/s的速度飛入,求
(1)電子在金屬板間運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度大小
(2)電子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間
(3)電子能否從平行金屬板間飛出.

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2.指南針是中國(guó)古代四大發(fā)明之一,它指南北是因?yàn)椋ā 。?table class="qanwser">A.同名磁極互相吸引B.異名磁極互相排斥C.地磁場(chǎng)對(duì)指南針的作用D.指南針能吸引鐵、鈷、鎳等物質(zhì)

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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

19.如圖所示,Q是一個(gè)帶負(fù)電的固定點(diǎn)電荷,a、b、c、d在同一直線上的四個(gè)點(diǎn),a、b兩點(diǎn)間的距離等于c、d兩點(diǎn)間的距離,則下列說法正確的是( 。
A.a點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大于b點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng),a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)電勢(shì)
B.a點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大于b點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng),a點(diǎn)電勢(shì)低于b點(diǎn)電勢(shì)
C.a、b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差等于c、d兩點(diǎn)間的電勢(shì)差
D.a、b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差小于c、d兩點(diǎn)間的電勢(shì)差

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6.某區(qū)域的電場(chǎng)線分布如圖所示,其中間一根電場(chǎng)線是直線,一帶正電的粒子從直線上的O點(diǎn)由靜止開始在電場(chǎng)力作用下運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn).取O 點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn),沿直線向右為x 軸正方向,粒子的重力忽略不計(jì).在O 到A 運(yùn)動(dòng)過程中,下列關(guān)于粒子運(yùn)動(dòng)加速度a 和速度v隨時(shí)間t的變化、運(yùn)動(dòng)徑跡上電勢(shì)φ和粒子的動(dòng)能Ek隨位移x的變化圖線可能正確的是( 。
A.B.C.D.

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16.關(guān)于物體的速度和加速度,下列說法中正確的是( 。
A.速度增大時(shí),加速度一定增大B.速度減小時(shí),加速度一定減小
C.速度增大時(shí),加速度可能為零D.速度減小時(shí),加速度可能不變

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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

3.如圖所示,AC是粗糙均勻的斜面,將同種材料制成的質(zhì)量分別為m、2m小滑塊P和Q,分別由斜面頂端A靜止釋放,沿斜面向下做勻加速直線運(yùn)動(dòng),比較小滑塊P、Q在斜面AC上的受力與運(yùn)動(dòng)情況,下列敘述正確的是(  )
A.滑塊Q在斜面上運(yùn)動(dòng)加速度的大小是滑塊P的一半
B.滑塊Q在斜面上下滑的時(shí)間是滑塊P的一半
C.滑塊Q到達(dá)斜面底端C的速率是滑塊P的兩倍
D.滑塊Q在斜面上所受合外力的大小是滑塊P的兩倍

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科目:高中物理 來源: 題型:多選題

20.關(guān)于運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系,以下說法中正確的是(  )
A.物體所受的合外力恒定時(shí),其所做的運(yùn)動(dòng)一定是勻變速運(yùn)動(dòng)
B.物體運(yùn)動(dòng)的速度越大,它受到的合外力一定越大
C.一個(gè)物體受到的合外力越大,它的速度變化一定越快
D.某時(shí)刻物體的速度為零,此時(shí)刻它受到的合外力一定為零

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1.下列說法正確的是 ( 。
A.晶體的導(dǎo)熱性能一定是各向異性
B.封閉氣體的壓強(qiáng)僅與分子的密集程度有關(guān)
C.夏季天旱時(shí),給莊稼松土是為了破壞土壤中的毛細(xì)管,防止水分蒸發(fā)
D.雖然大量分子做無規(guī)則運(yùn)動(dòng),速率有大有小,但分子的速率卻按一定的規(guī)律分布

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