(2011?海淀區(qū)一模)在高能物理研究中,粒子加速器起著重要作用,而早期的加速器只能使帶電粒子在高壓電場中加速一次,因而粒子所能達(dá)到的能量受到高壓技術(shù)的限制.1930年,Earnest O.Lawrence提出了回旋加速器的理論,他設(shè)想用磁場使帶電粒子沿圓弧形軌道旋轉(zhuǎn),多次反復(fù)地通過高頻加速電場,直至達(dá)到高能量.圖甲為Earnest O.Lawrence設(shè)計的回旋加速器的示意圖.它由兩個鋁制D型金屬扁盒組成,兩個D形盒正中間開有一條狹縫;兩個D型盒處在勻強(qiáng)磁場中并接有高頻交變電壓.圖乙為俯視圖,在D型盒上半面中心S處有一正離子源,它發(fā)出的正離子,經(jīng)狹縫電壓加速后,進(jìn)入D型盒中.在磁場力的作用下運(yùn)動半周,再經(jīng)狹縫電壓加速;為保證粒子每次經(jīng)過狹縫都被加速,應(yīng)設(shè)法使交變電壓的周期與粒子在狹縫及磁場中運(yùn)動的周期一致.如此周而復(fù)始,最后到達(dá)D型盒的邊緣,獲得最大速度后被束流提取裝置提取出.已知正離子的電荷量為q,質(zhì)量為m,加速時電極間電壓大小恒為U,磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,D型盒的半徑為R,狹縫之間的距離為d.設(shè)正離子從離子源出發(fā)時的初速度為零.
(1)試計算上述正離子從離子源出發(fā)被第一次加速后進(jìn)入下半盒中運(yùn)動的軌道半徑;
(2)盡管粒子在狹縫中每次加速的時間很短但也不可忽略.試計算上述正離子在某次加速過程當(dāng)中從離開離子源到被第n次加速結(jié)束時所經(jīng)歷的時間;
(3)不考慮相對論效應(yīng),試分析要提高某一離子被半徑為R的回旋加速器加速后的最大動能可采用的措施.
分析:(1)根據(jù)動能定理求出粒子被第一次加速后的速度,根據(jù)洛倫茲力提供向心力,利用牛頓第二定律求出軌道的半徑.
(2)回旋加速器是利用電場加速和磁場偏轉(zhuǎn)來加速粒子,根據(jù)動能定理求出n次加速后的速度,根據(jù)勻變速直線運(yùn)動的速度時間公式求出加速的時間,再求出粒子偏轉(zhuǎn)的次數(shù),從而得出在磁場中偏轉(zhuǎn)的時間,兩個時間之和即為離開離子源到被第n次加速結(jié)束時所經(jīng)歷的時間.
(3)根據(jù)回旋加速器的半徑,利用洛倫茲力提供向心力,求出最大速度,看最大速度有什么因素決定.
解答:解:(1)設(shè)正離子經(jīng)過窄縫被第一次加速加速后的速度為v1,由動能定理得qU=
1
2
m
v
2
1

正離子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動,半徑為r1,由牛頓第二定律得Bqv1=m
v12
r1

由以上兩式解得             r1=
2mU
qB2

故正離子從離子源出發(fā)被第一次加速后進(jìn)入下半盒中運(yùn)動的軌道半徑r1=
2mU
qB2

(2)設(shè)正離子經(jīng)過窄縫被第n次加速加速后的速度為vn,由動能定理得nqU=
1
2
m
v
2
n

粒子在狹縫中經(jīng)n次加速的總時間     t1=
vn
a

由牛頓第二定律              q
U
d
=ma

由以上三式解得電場對粒子加速的時間  t1=d
2nm
qU

正離子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動,由牛頓第二定律Bqv=m
v2
r

又                            T=
2πr
v

粒子在磁場中做圓周運(yùn)動的時間        t2=(n-1)
T
2

由以上三式解得         t2=
(n-1)πm
qB

所以,粒子從離開離子源到被第n次加速結(jié)束時所經(jīng)歷的時間t=t1+t2=d
2nm
qU
+
(n-1)πm
qB

故正離子在某次加速過程當(dāng)中從離開離子源到被第n次加速結(jié)束時所經(jīng)歷的時間=d
2nm
qU
+
(n-1)πm
qB

(3)設(shè)離子從D盒邊緣離開時做圓周運(yùn)動的軌跡半徑為rm,速度為vmrm=R   Bqvm=m
vm2
rm

離子獲得的最大動能為   E=
1
2
m
v
2
m
=
q2B2R2
2m

所以,要提高某一離子被半徑為R的回旋加速器加速后的最大動能可以增大加速器中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B.
點(diǎn)評:解決本題的關(guān)鍵知道回旋加強(qiáng)器的工作原理,利用磁場偏轉(zhuǎn),電場加速.以及知道回旋加強(qiáng)器加速粒子的最大動能與什么因素有關(guān).
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(2011?海淀區(qū)一模)如圖所示是研究平行板電容器的電容大小與哪些因素有關(guān)的實(shí)驗裝置.將充好電的平行板電容器與電源斷開并一板接地,另一板與外殼接地的靜電計相連.當(dāng)改變電容器兩板之間的距離和兩板正對面積時,實(shí)驗發(fā)現(xiàn)靜電計指針的張角隨之改變.若電容器的電容用C表示,兩板之間距離用d表示,兩板正對面積用S表示,靜電計指針張角用θ表示.則以下對該實(shí)驗現(xiàn)象的判斷正確的是( 。

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(2011?海淀區(qū)一模)近年來,隨著移動電話的普遍使用,無線電臺站(基站)的分布越來越密集,電磁輻射污染的話題越來越受到人們的關(guān)注.其實(shí)電磁輻射并不可怕,只要被控制在可以接受的標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi),對人體健康就不會有危害.我國制定的基站輻射標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對人體電磁輻射強(qiáng)度(單位時間內(nèi)內(nèi)垂直通過單位面積的電磁輻射能量)不得超過0.40W/m2.若某基站電磁輻射功率為40W,以下數(shù)據(jù)是人體到基站最小安全距離的估算,其中正確的是(  )

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(2011?海淀區(qū)一模)下列說法中正確的是( 。

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(2011?海淀區(qū)一模)以下關(guān)于原子核的說法正確的是( 。

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科目:高中物理 來源: 題型:閱讀理解

(2011?海淀區(qū)一模)(1)“探究動能定理”的實(shí)驗裝置如圖所示,當(dāng)小車在兩條橡皮筋作用下彈出時,橡皮筋對小車做的功記為W0.當(dāng)用4條、6條、8條…完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次、第4次…實(shí)驗時,橡皮筋對小車做的功記為2W0、3W0、4W0…,每次實(shí)驗中由靜止彈出的小車獲得的最大速度可由打點(diǎn)計時器所打的紙帶測出.關(guān)于該實(shí)驗,下列說法正確的是
AC
AC

    A.某同學(xué)在一次實(shí)驗中,得到一條記錄紙帶.紙帶上打出的點(diǎn),兩端密、中間疏.出現(xiàn)這種情況的原因,可能是沒有使木板傾斜或傾角太小.
    B.當(dāng)小車速度達(dá)到最大時,橡皮筋處于伸長狀態(tài),小車在兩個鐵釘?shù)倪B線處
    C.應(yīng)選擇紙帶上點(diǎn)距均勻的一段計算小車的最大速度
    D.應(yīng)選擇紙帶上第一點(diǎn)到最后一點(diǎn)的一段計算小車的最大速度.
(2)某興趣小組在做“探究做功和物體速度變化關(guān)系”的實(shí)驗前,提出了以下幾種猜想:①W∝v,②W∝v2,③W∝
v
.他們的實(shí)驗裝置如圖甲所示,PQ為一塊傾斜放置的木板,在Q處固定一個速度傳感器(用來測量物體每次通過Q點(diǎn)的速度).在剛開始實(shí)驗時,有位同學(xué)提出,不需要測出物體質(zhì)量,只要測出物體初始位置到速度傳感器的距離和讀出速度傳感器的讀數(shù)就行了,大家經(jīng)過討論采納了該同學(xué)的建議.

①請你簡要說明為什么不需要測出物體的質(zhì)量?
②讓小球分別從不同高度無初速釋放,測出物體初始位置到速度傳感器的距離L1、L2、L3、L4…,讀出小球每次通過Q點(diǎn)的速度v1、v2、v3、v4、…,并繪制了如圖乙所示的L-v圖象.若為了更直觀地看出L和v的變化關(guān)系,他們下一步應(yīng)怎么做?
(3)某同學(xué)要測量一均勻新材料制成的圓柱體的電阻率ρ.步驟如下:
①用游標(biāo)為20分度的卡尺測量其長度如圖,由圖可知其長度為
50.15
50.15
mm;
②用螺旋測微器測量其直徑如右上圖,由圖可知其直徑為
4.700
4.700
mm;
③用多用電表的電阻“×10”擋,按正確的操作步驟測此圓柱體的電阻,表盤的示數(shù)如圖,則該電阻的阻值約為
220
220
Ω.
④該同學(xué)想用伏安法更精確地測量其電阻R,現(xiàn)有的器材及其代號和規(guī)格如下:
待測圓柱體電阻R
電流表A1(量程0~4mA,內(nèi)阻約50Ω)
電流表A2(量程0~10mA,內(nèi)阻約30Ω)
電壓表V1(量程0~3V,內(nèi)阻約10kΩ)
電壓表V2(量程0~15V,內(nèi)阻約25kΩ)
直流電源E(電動勢4V,內(nèi)阻不計)
滑動變阻器R1(阻值范圍0~15Ω,允許通過的最大電流2.0A)
滑動變阻器R2(阻值范圍0~2kΩ,允許通過的最大電流0.5A)
開關(guān)S
導(dǎo)線若干
為使實(shí)驗誤差較小,要求測得多組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,請在右框中畫出測量的電路圖,并標(biāo)明所用器材的代號.
⑤若該同學(xué)用伏安法跟用多用電表測量得到的R測量值幾乎相等,由此可估算此圓柱體材料的電阻率約為ρ=
7.6×10-2
7.6×10-2
Ω?m.(保留2位有效數(shù)字)

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