【題目】如圖所示為回旋加速器的結(jié)構(gòu)示意圖,勻強磁場的方向垂直于半圓型且中空的金屬盒D1D2,磁感應(yīng)強度為R,金屬盒的半徑為R,兩盒之間有一狹縫,其間距為d,且,兩盒間電壓為U.A處的粒子源可釋放初速度不計的帶電粒子,粒子在兩盒之間被加速后進入D1盒中,經(jīng)半個圓周之后再次到達兩盒間的狹縫。通過電源正負極的交替變化,可使帶電粒子經(jīng)兩盒間電場多次加速后獲得足夠高的能量.已知帶電粒子的質(zhì)量為m、電荷量為+q.

(1)不考慮加速過程中的相對論效應(yīng)和重力的影響.

①求粒子可獲得的最大速度vm;

②若粒子第1次進入D1盒在其中的軌道半徑為r1,粒子第1次進入D2盒在其中的軌道半徑為r2,求r1r2之比.

(2)根據(jù)回旋加速器的工作原理,請通過計算對以下兩個問題進行

①在上述不考慮相對論效應(yīng)和重力影響的情況下,計算粒子在回旋加速器中運動的時間時,為何常常忽略粒子通過兩盒間狹縫的時間,而只考慮粒子在磁場中做圓周運動的時間;

②實驗發(fā)現(xiàn):通過該回旋加速器,加速的帶電粒子能量達到25~30MeV后,就很難再加速了。這是由于速度足夠大時,相對論效應(yīng)開始顯現(xiàn),粒子的質(zhì)量隨著速度的增加而增大。結(jié)合這一現(xiàn)象,分析在粒子獲得較高能量后,為何加速器不能繼續(xù)使粒子加速了。

【答案】(1)① (2)①

【解析】

1)①由牛頓第二定律有:

可知最大速度

②設(shè)帶電粒子在兩盒間加速的次數(shù)為N,由

可得

所以

2)①帶電粒子在兩盒間電場中加速過程中的加速度

在電場中加速的總時間為

帶電粒子運動一圈加速2次,設(shè)粒子在磁場中的運動圈數(shù)為n

依據(jù)動能定理有:

帶電粒子運動一圈的時間

則帶電粒子在磁場中運動的總時間為

由于,可知,所以可忽略。

②由、

可得:

從該周期公式發(fā)現(xiàn),速度增加,粒子的質(zhì)量會增加,其運動周期會變化,但加速電場周期不變,從而使得加速電場的變化周求與粒子的運動周期不匹配,導(dǎo)致無法加速。

練習(xí)冊系列答案
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【題目】如圖所示,理想降壓變壓器的副線圈匝數(shù)可通過滑片F調(diào)節(jié),R1為定值電阻,R2為阻值可通過滑片P調(diào)節(jié)的滑動變阻器,保持交流電源的電壓U大小不變,以下說法正確的是

A. 保持F不動,P下移,則R1電壓的減小量等于R2電壓的增加量

B. 保持F不動,P下移,則電流表A2示數(shù)減小,由于電流跟匝數(shù)成反比,則電流表A1示數(shù)減小

C. 保持F不動,P下移,則電流表A2示數(shù)減小,由于電流跟匝數(shù)成反比,則電流表A1示數(shù)增大

D. 保持P不動,F上移,兩電流表示數(shù)都增大,且增大倍數(shù)相同

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】測繪小燈泡的伏安特性曲線實驗中,實驗室中有一個規(guī)格為“3V,1.5W”的小燈泡,

(1)某實驗小組連接的實物圖如圖所示,圖中滑動變阻器應(yīng)選用_____(選填“A”“B”);

A.滑動變阻器 10Ω,1A

B.滑動變阻器 1kΩ,300mA

(2)通過調(diào)節(jié)滑動變阻器,得到多組電壓表和電流表的示數(shù)如下表所示,當電壓表的示數(shù)為1.0V時,電流表的示數(shù)如圖所示,則電流表的示數(shù)為_____A

U/V

0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

I/A

0

0.17

0.39

0.45

0.49

(3)根據(jù)表中數(shù)據(jù),在如圖所給方格紙中描點并作出該燈泡的伏安特性曲線_________.

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【題目】如圖是霍爾元件的工作原理示意圖,磁感應(yīng)強度B垂直于霍爾元件的工作面向下,通入圖示方向的電流I,C、D兩側(cè)面會形成電勢差UCD(已知電流的微觀表達式為I=nsvq,其中n為導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù),s為導(dǎo)體的橫截面積,v為電荷定向移動的速率,q為電荷的帶電量)。下列說法中正確的是

A. 保持B、I不變,增大C、D面間距離時,UCD增大

B. 保持B、I不變,增大上下面間距離時,UCD減小

C. 若定向移動的是自由電子,則側(cè)面C電勢比D

D. UCD的大小及CD兩側(cè)面哪面電勢高與材料無關(guān)

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【題目】如圖所示兩根相距L=0.8m、電阻不計的平行光滑金屬導(dǎo)軌水平放置,一端與阻值R=0.3Ω的電阻相連,導(dǎo)軌x>0一側(cè)存在沿x方向均勻增大的的穩(wěn)恒磁場,其方向與導(dǎo)軌平面垂直,變化率k=0.5T/m,x=0處磁場的磁感應(yīng)強度B0=0.5T.一根質(zhì)量m=0.2kg、電阻r=0.1Ω的金屬棒置于導(dǎo)軌上,并與導(dǎo)軌垂直.棒在外力作用下從x=0處以初速度v0=4m/s沿導(dǎo)軌向右運動,運動過程中電阻消耗的功率不變.則(  )

A. 金屬棒從x=0運動到x=3m過程中安培力保持不變

B. 金屬棒從x=0運動到x=3m過程中速度一直減小

C. 金屬棒從x=0運動到x=3m過程中安培力做功的大小為12J

D. 金屬棒從x=0運動到x=3m過程中外力的平均功率為5.6W

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【題目】如圖甲所示,質(zhì)量m=2kg的物體以100J的初動能在粗糙的水平地面上滑行,其動能Ek隨位移s變化的關(guān)系圖象如圖乙所示,則下列判斷中正確的是

A. 物體運動的總位移大小為10m

B. 物體運動的加速度大小為10m/s2

C. 物體運動的初速度大小為10m/s

D. 物體所受的摩擦力大小為10N

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【題目】如圖所示,質(zhì)量為mA=0.2 kg的小物塊A,沿水平面與小物塊B發(fā)生正碰,小物塊B質(zhì)量為mB=1 kg。碰撞前,A的速度大小為v0=3 m/s,B靜止在水平地面上。由于兩物塊的材料未知,將可能發(fā)生不同性質(zhì)的碰撞,已知A、B與地面間的動摩擦因數(shù)均為μ=0.2,重力加速度g10 m/s2,試求碰后B在水平面上可能的滑行距離。(結(jié)果可用分數(shù)表示)

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【題目】如圖所示,一輕桿一端固定質(zhì)量為m的小球,以另一端O為圓心,使小球在豎直平面內(nèi)做半徑為R的圓周運動,以下說法正確的是(   )

A. 小球過最高點時,桿所受的彈力不能等于零

B. 小球過最高點時,速度至少為

C. 小球過最高點時,桿對球的作用力一定隨速度增大而增大

D. 若把題中的輕桿換為輕繩,其他條件不變,小球過最高點時,速度至少為

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