【題目】“太空粒子探測器”是由加速裝置、偏轉裝置和收集裝置三部分組成,其原理可簡化如下:如圖所示,輻射狀的加速電場區(qū)域邊界為兩個同心圓,圓心為O,外圓的半徑R1=1m,電勢φ1=25V,內圓的半徑R2=0.5m,電勢φ2=0。內圓內有磁感應強度大小B=1×10-2T、方向垂直紙面向里的勻強磁場,收集板MN與內圓的一條直徑重合.假設太空中漂浮著質量m=1×10-10kg、電荷量q=2×10-4C的帶正電粒子,它們能均勻地吸附到外圓面上,并被加速電場從靜止開始加速,進入磁場后,發(fā)生偏轉,最后打在收集板MN上并被吸收(收集板兩側均能吸收粒子),不考慮粒子的碰撞和粒子間的相互作用。
(1)求粒子到達內圓時速度的大;
(2)分析外圓上哪些位置的粒子進入磁場后在磁場中運動的總時間最長,并求該最長時間;
(3)分析收集板MN上哪些位置能接收到粒子,并求能接收到粒子的那部分收集板的總長度。
【答案】(1)1×104m/s;(2)×10-4s;(3)(2-)m
【解析】
(1)帶電粒子在電場中加速,由動能定理可知:qU=mv2-0
電壓為:U=φ1-φ2=φ,
聯立可得:
v=1×104m/s;
(2)粒子進入磁場后,在洛倫茲力的作用下發(fā)生偏轉,有:qvB=m
解得:
r=0.5m,
因為r=R2,所以由幾何關系可知,從收集板左端貼著收集板上表面進入磁場的粒子在磁場中運動圓周后,射出磁場,進入電場,在電場中先減速后反向加速,并返回磁場,在磁場中再運動圓周后被收集板吸收,該粒子在磁場中運動的總時間最長,運動時間為粒子在磁場中做圓周運動的,t=,其運動軌跡如圖甲所示:
而T==,
解得:
t=×10-4s,
同理可知,從收集板右端貼著收集板下表面進入磁場的粒子在磁場中運動的時間也為:×10-4s,所以,外圓面上收集板左端沿收集板上邊緣進入的粒子和收集板右端沿收集板下邊緣進入的粒子在磁場中運動的總時間最長,最長時間為:
tmax=×10-4s;
(3)由幾何關系可知,粒子第二次進入磁場,發(fā)生偏轉后能垂直打在收集板上的粒子的位置為收集板上能收集到粒子的邊界,如圖乙所示,所以收集板上OA段不能收集的粒子,AN段能收集到粒子,AN段的長度為:
|AN|=2r(1-),
解得:
|AN|=m,
同理,在收集板的左段對應的位置也能收集到粒子,即收集板上能收集到粒子部分的總長度為(2-)m。
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【題目】從坐標原點O產生的簡諧橫波分別沿x軸正方向和負方向傳播,t=0時刻波的圖像如圖所示,此時波剛好傳播到M點,x=1m的質點P的位移為10cm,再經,質點P第一次回到平衡位置,質點N坐標x=-81m(圖中未畫出),則__________________。
A.波源的振動周期為1.2s
B.波源的起振方向向下
C.波速為8m/s
D.若觀察者從M點以2m/s的速度沿x軸正方向移動,則觀察者接受到波的頻率變大
E.從t=0時刻起,當質點N第一次到達波峰位置時,質點P通過的路程為5.2m
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【題目】如圖所示為遠距離輸電示意圖,兩變壓器均為理想變壓器.升壓變壓器的原、副線圈匝數之比為,在的原線圈兩端接入一正弦交流電,輸電線的總電阻為2r=2Ω,降壓變壓器的原、副線圈匝數之比為,若的“用電設備”兩端的電壓為且“用電設備”消耗的電功率為10kW,不考慮其他因素的影響,則
A. 的副線圈兩端電壓的最大值為
B. 的原線圈兩端的電壓為2000V
C. 輸電線上損失的電功率為50W
D. 的原線圈輸入的電功率為10.1kW
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【題目】平行板電容器和電源、電阻、開關串聯,組成如圖所示的電路。接通開關K,給電容器充電,則( 。
A.保持K接通減小兩極板間的距離,則兩極板間的電場強度減小
B.保持K接通,在兩極板間插入一塊鋁板,則兩極板間的電場強度增大
C.充電結束后斷開K,減小兩極板間的距離,則兩極板間的電壓增大
D.充電結束后斷開K,在兩極板間插入一塊電介質,則兩極板間的電壓增大
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【題目】 “太空粒子探測器”是安裝在國際空間站上的一種粒子物理試驗設備,用于探測宇宙中的奇異物質。該設備的原理可簡化如下:如圖所示,輻射狀的加速電場區(qū)域邊界為兩個同心平行半圓弧面MN和M′N′,圓心為O,弧面MN與弧面M′N′間的電勢差設為U,在加速電場的右邊有一寬度為L的足夠長的勻強磁場,磁感應強度大小為B,方向垂直紙面向里,磁場的右邊界放有一足夠長的熒光屏PQ。假設太空中漂浮著質量為m,電荷量為q的帶正電粒子,它們能均勻地吸附到MN圓弧面上,并被加速電場從靜止開始加速,不計粒子間的相互作用和其它星球對粒子引力的影響。
(1)若測得粒子在磁場中做勻速圓周運動的半徑為,試求出U;
(2)若取,試求出粒子從O點到達熒光屏PQ的最短時間;
(3)若測得粒子在磁場中做勻速圓周運動的半徑為,試求熒光屏PQ上發(fā)光的長度。
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【題目】如圖所示實驗裝置可用來探究影響平行板電容器電容的因素,其中電容器左側極板和靜電計外殼接地,電容器右側極板與靜電計金屬球相連.用絲綢摩擦過的玻璃棒接觸右側極板,使電容器帶電.(請在以下各橫線上選填“變大”“變小”或“不變”)
(1)上移其中一極板時,可觀察到靜電計指針偏角______;
(2)將極板間距離減小時,可觀察到靜電計指針偏_______;
(3)在兩板間插入電介質時,可觀察到靜電計指針偏角______.
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【題目】如圖所示,長直導線P、Q垂直于紙面平行放置,分別通過相反方向的恒定電流,大小為I1、I2,此時兩導線連接中點O處的磁感應強度大小為B1,若將Q導線中電流大小不變,方向相反,則O點處的磁感應強度大小為B2,且B1、B2方向相同,則直導線P中電流在O點處產生的磁場磁感應強度大小為
A.B.C.B1-B2D.
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【題目】要測繪額定電壓為2 V的日常用小電珠的伏安特性曲線,所供選擇的器材除了導線和開關外,還有以下一些器材可供選擇:
A.電源E(電動勢3.0 V,內阻可不計)
B.電壓表V1(量程為0~3.0 V,內阻約2 kΩ)
C.電壓表V2(0~15.0 V,內阻約6 kΩ
D.電流表A1(0~0.6 A,內阻約1 Ω)
E.電流表A2(0~100 mA,內阻約2 Ω)
F.滑動變阻器R1(最大值10 Ω)
G.滑動變阻器R2(最大值2 kΩ)
(1)為減少實驗誤差,實驗中電壓表應選擇_____.,電流表應選擇_____.,滑動變阻器應選擇:________(填各器材的序號)
(2)為提高實驗精度,請你設計實驗電路圖,并畫在下面的虛線框中_____.
(3)實驗中測得一組數據如下表所示,根據表格中的數據在方格紙上作出該電珠的伏安特性曲線________。
(4)該小電珠的額定功率是_______。
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【題目】小明同學設計了一個“電磁天平”,如圖1所示,等臂天平的左臂為掛盤,右臂掛有矩形線圈,兩臂平衡。線圈的水平邊長L=0.1m,豎直邊長H=0.3m,匝數為。線圈的下邊處于勻強磁場內,磁感應強度,方向垂直線圈平面向里。線圈中通有可在0~2.0A范圍內調節(jié)的電流I。掛盤放上待測物體后,調節(jié)線圈中電流使得天平平衡,測出電流即可測得物體的質量。(重力加速度取)
(1)為使電磁天平的量程達到0.5kg,線圈的匝數至少為多少
(2)進一步探究電磁感應現象,另選匝、形狀相同的線圈,總電阻,不接外電流,兩臂平衡,如圖2所示,保持不變,在線圈上部另加垂直紙面向外的勻強磁場,且磁感應強度B隨時間均勻變大,磁場區(qū)域寬度。當掛盤中放質量為0.01kg的物體時,天平平衡,求此時磁感應強度的變化率。
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