【題目】如圖所示為一種質(zhì)譜儀的構(gòu)造原理圖,它是一種分離和檢測不同同位素的重要工具。質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的同一元素的不同核素互稱為同位素。讓離子源發(fā)出的不同帶電粒子,經(jīng)一對相距為d、兩極板間電壓為U的平行正對金屬板所形成的加速電場加速后,從緊靠金屬板的平板S上的狹縫P沿垂直平板S射入以平板S為邊界的有界勻強(qiáng)磁場中,并在磁場中偏轉(zhuǎn)后打在記錄它的照相底片上,底片厚度可忽略不計,且與平板S重合。磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向與速度方向垂直。
根據(jù)粒子打在底片上的位置,便可以對它的比荷(電荷量與質(zhì)量之比)的情況進(jìn)行分析。在下面的討論中,帶電粒子進(jìn)入加速電場的初速度、粒子所受的重力及它們之間的相互作用力均可忽略不計。
(1)若某帶電粒子打在照片底片上的A點(diǎn),測得A與P之間的距離為x,求該粒子的比荷q/m;
(2)若有兩種質(zhì)量不同的正一價離子,它們的質(zhì)量分別為m1和m2,它們經(jīng)加速電場和勻強(qiáng)磁場后,分別打在照相底片上的A1和A2兩點(diǎn)。已知電子的電荷量為e,求A1、A2間的距離△x。
(3)若有兩種質(zhì)量不同的正一價離子,質(zhì)量分別為m1和m2,它們經(jīng)加速電場和勻強(qiáng)磁場后,分別打在照相底片上的A1和A2兩點(diǎn),測得P到A2的距離與A1到A2的距離相等,求這兩種離子的質(zhì)量之比m1/m2;
(4)若用這個質(zhì)譜儀分別觀測氫的兩種同位素離子(1H和2H),它們分別打在照相底片上相距為d1的兩點(diǎn);若用這個質(zhì)譜儀分別觀測碳的兩種同位素離子(12C和14C),它們分別打在照相底片上相距為d2的兩點(diǎn)。請通過計算說明,d1與d2的大小關(guān)系;
(5)若用這個質(zhì)譜儀分別觀測氫的兩種同位素離子,它們分別打在照相底片上相距為d的兩點(diǎn)。為了便于觀測,希望d的數(shù)值大一些為宜,試分析說明為使d增大一些可采取哪些措施;
(6)若氫的兩種同位素離子的電荷量均為e,質(zhì)量分別為m1和m2,且已知m1>m2,它們同時進(jìn)入加速電場。試分析說明這兩種粒子哪一種先到達(dá)照相底片,并求出它們到達(dá)照相底片上的時間差Δt。
【答案】(1)(2)(3)4:1(4)d1大于d2(5)為增大d,可以增大U、減小B(6)m2先到達(dá);
【解析】
(1)粒子在加速電場中
在磁場中
則
x=2r
解得
(2)在加速電場中:
在磁場中
解得:
則
(3)P到A2的距離與A1到A2的距離相等,可知r1=2r2;根據(jù)
可得
m1:m2=4:1
(4)設(shè)1H和2H的質(zhì)量分別為m和2m,帶電量均為q;12C和14C的質(zhì)量分別為12m和14m,帶電量均為12q;粒子進(jìn)入磁場時的速度是相同的,根據(jù) ,則
即d1大于d2
(5)由(4)的分析可知
則為增大d,可以增大粒子的速度v即增加加速電壓U、或者減小B.
(6)在加速電場中
在加速電場中的時間
在磁場中的時間
則質(zhì)量為m1的粒子運(yùn)動的時間
質(zhì)量為m2的粒子運(yùn)動的時間
因?yàn)?/span>m1>m2,則 ,則m2先到達(dá);
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科目:高中物理 來源: 題型:
【題目】在一些電磁現(xiàn)象中會產(chǎn)生一種特殊的電場,其電場線為一個個同心圓,沒有起點(diǎn)和終點(diǎn)如圖所示,實(shí)線為電場線,方向?yàn)轫槙r針,虛線為經(jīng)過圓心的一條直線.已知該電場線圖像中某一點(diǎn)的電場強(qiáng)度大小與方向和靜電場的電場線具有相同規(guī)律,則
A.A點(diǎn)的電場強(qiáng)度比B點(diǎn)的電場強(qiáng)度大
B.將一點(diǎn)電荷沿直線AB移動,電場力不做功
C.將一點(diǎn)電荷從A點(diǎn)靜止釋放,點(diǎn)電荷會沿電場線做圓周運(yùn)動
D.在A點(diǎn)放上一正點(diǎn)電荷,點(diǎn)電荷將受到向左的電場力
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【題目】某同學(xué)在做實(shí)驗(yàn)時,當(dāng)他把如圖所示的開關(guān)S閉合后,電流表上無示數(shù),于是他把電壓表接到電源兩端檢查,電壓表上示數(shù)為6V,若把這一電壓表接在定值電阻的兩端,則示數(shù)為零.若把電壓表接在燈泡L兩端,則示數(shù)為6V,若把電壓表接在電流表兩端,則示數(shù)為零,已知導(dǎo)線和開關(guān)都是良好的.由此可以判定
A.電源沒有電B.電流表沒有接通
C.處發(fā)生開路D.燈泡的燈絲已斷
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【題目】現(xiàn)有兩組同學(xué)要測定一節(jié)干電池的電動勢E和內(nèi)阻r(已知E約為1.5V,r約為1Ω)。
(1)第一組采用圖所示電路。
①為了完成該實(shí)驗(yàn),選擇實(shí)驗(yàn)器材時,在電路的a、b兩點(diǎn)間可接入的器件是_______。
A.一個定值電阻 B.阻值適當(dāng)?shù)牟煌柚档亩ㄖ惦娮?/span> C.滑動變阻器
②為了調(diào)節(jié)方便且測量精度更高,以下器材中,電流表可選____,電壓表可選____。
A.電流表(0~0.6A) B.電流表(0~3A) C.電壓表(0~3V) D. 電壓表(0~15V)
③第一小組經(jīng)過多次測量,記錄了多組電流表示數(shù)I和電壓表示數(shù)U,并在圖中畫出了U-I圖像。由圖像可以得出,若將該干電池與一個阻值為2.2Ω的定值電阻組成閉合電路,電路中的電流約為_______A(保留兩位有效數(shù)字)。
(2)第二組在沒有電壓表的情況下,設(shè)計了如圖所示的電路,完成了對同一電池的測量。
①改變電阻箱接入電路中的電阻值,記錄了多組電流表示數(shù)I和電阻箱示數(shù)R,通過研究圖像的信息,他們發(fā)現(xiàn)電動勢的測量值與第一組的結(jié)果非常接近,但是內(nèi)阻的測量值與第一組的結(jié)果有明顯偏差。將上述實(shí)驗(yàn)重復(fù)進(jìn)行了若干次,結(jié)果依然如此。請說明哪個組內(nèi)阻的測量結(jié)果較大?________并說明形成這個結(jié)果的原因_________。
②A.第二組對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行深入的理論研究,在是否可以忽略電流表內(nèi)阻這兩種情況下,繪制兩類圖像。第一類圖像以電流表讀數(shù)I為縱坐標(biāo),將電流表和電阻箱讀數(shù)的乘積IR記為U作為橫坐標(biāo)。第二類圖像以電阻箱讀數(shù)R為縱坐標(biāo),電流表讀數(shù)的倒數(shù)為橫坐標(biāo)。請在圖甲、乙兩坐標(biāo)系中分別用實(shí)線代表電流表內(nèi)阻可忽略的情況,虛線代表電流表內(nèi)阻不可忽略的情況,定性畫出相關(guān)物理量之間關(guān)系。____________
②B.在第二組的實(shí)驗(yàn)中電阻箱(最大阻值為999.9Ω,可當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)電阻用)、電流表(量程Ig = 0.6A,內(nèi)阻rg = 0.1Ω)。通過改變電阻箱接入電路中的電阻值,記錄了多組電流表示數(shù)I和電阻箱示數(shù)R,并畫出了如圖所示的圖像。根據(jù)圖像中的信息可得出這個電池的電動勢E=_____V,內(nèi)電阻r=_____Ω。
②C.某同學(xué)利用傳感器、定值電阻R0、電阻箱R1等實(shí)驗(yàn)器材測量電池a的電動勢和內(nèi)阻,實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。實(shí)驗(yàn)時多次改變電阻箱的阻值,記錄外電路的總電阻阻值R,用電壓傳感器測得端電壓U,并在計算機(jī)上顯示出如圖所示的關(guān)系圖線。由圖線可知電池的電動勢E=________V,內(nèi)阻r=_______。
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【題目】如圖所示為一交流發(fā)電機(jī)的原理示意圖,裝置中兩磁極之間產(chǎn)生的磁場可近似為勻強(qiáng)磁場,發(fā)電機(jī)的矩形線圈abcd在磁場中,圖中abcd分別為矩形線圈的四個頂點(diǎn),其中的c點(diǎn)被磁鐵遮擋而未畫出。線圈可繞過bc邊和ad邊中點(diǎn)且垂直于磁場方向的水平軸OO′勻速轉(zhuǎn)動。為了便于觀察,圖中發(fā)電機(jī)的線圈只畫出了其中的1匝,用以說明線圈兩端的連接情況。線圈的ab邊連在金屬滑環(huán)K上,cd邊連在金屬滑環(huán)L上;用導(dǎo)體做的兩個電刷E、F分別壓在兩個滑環(huán)上,線圈在轉(zhuǎn)動過程中可以通過滑環(huán)和電刷保持其兩端與外電路的定值電阻R連接。已知矩形線圈ab邊和cd邊的長度L1=50cm,bc邊和ad邊的長度L2=20cm,匝數(shù)n=100匝,線圈的總電阻r=5.0Ω,線圈轉(zhuǎn)動的角速度ω=282rad/s,外電路的定值電阻R=45Ω,勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.05T。電流表和電壓表均為理想電表,滑環(huán)與電刷之間的摩擦及空氣阻力均可忽略不計,計算中取π=3.14,=1.41。
(1)求電阻R兩端電壓的最大值Um;
(2)求電壓表的示數(shù)U;
(3)線圈轉(zhuǎn)動1圈的過程中電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱QR(結(jié)果保留3位有效數(shù)字);
(4)線圈轉(zhuǎn)動1圈的過程中線圈上所產(chǎn)生的焦耳熱Qr(結(jié)果保留3位有效數(shù)字);
(5)討論(3)、(4)中的結(jié)果與維持該線圈勻速轉(zhuǎn)動1圈,外力所做的功W的關(guān)系(結(jié)果保留3位有效數(shù)字);
(6)從線圈經(jīng)過圖示位置開始計時,寫出線圈內(nèi)的電流隨時間變化的函數(shù)關(guān)系式;
(7)從線圈經(jīng)過圖示位置開始計時,寫出ab邊所受安培力大小隨時間變化的函數(shù)關(guān)系式;
(8)從線圈經(jīng)過圖示位置開始計時,求線圈運(yùn)動的1/4周期內(nèi),電流的平均值I平(結(jié)果保留2位有效數(shù)字);
(9)從線圈經(jīng)過圖示位置開始計時,求線圈轉(zhuǎn)過90°的過程中通過線圈導(dǎo)線某截面的電荷量q(結(jié)果保留1位有效數(shù)字)。
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【題目】在如圖所示的電路中,兩個完全相同的小燈泡L1和L2分別串聯(lián)一個帶鐵芯的電感線圈L和一個滑動變阻器R。閉合開關(guān)S待電路穩(wěn)定后,調(diào)整R的滑片使L1和L2亮度一樣,此時通過兩個燈泡的電流均為I。在之后的t0時刻斷開S,則在如圖所示的圖像中,能正確反映t0前后的一小段時間內(nèi)通過L1的電流i1和通過L2的電流i2隨時間t變化關(guān)系的是
A.B.
C.D.
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【題目】同學(xué)們在用圖(a)所示的電路做“測電源電動勢和內(nèi)電阻”的實(shí)驗(yàn)時,A處為電壓傳感器,B處為電流傳感器.甲同學(xué)在C位置直接用導(dǎo)線連接進(jìn)行實(shí)驗(yàn),乙同學(xué)則在C位置串聯(lián)一個保護(hù)電阻進(jìn)行實(shí)驗(yàn),其他部分完全相同.他們將兩次實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)用圖線形式畫在同一張U-I圖線上,如圖(b)所示.
則由圖線可知,電源的電動勢________V,內(nèi)電阻________Ω,電阻________Ω.
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【題目】現(xiàn)有兩組同學(xué)要測定一節(jié)干電池的電動勢E和內(nèi)阻r(已知E約為1.5V,r約為1Ω)。
(1)第一組采用圖所示電路。
①為了完成該實(shí)驗(yàn),選擇實(shí)驗(yàn)器材時,在電路的a、b兩點(diǎn)間可接入的器件是_______。
A.一個定值電阻 B.電阻箱 C.滑動變阻器
②為了調(diào)節(jié)方便且測量精度更高,電流表和電壓表應(yīng)選____(選填選項(xiàng)前的字母)。
A.電流表(0~0.6A),電壓表(0~3V) B.電流表(0~0.6A),電壓表(0~15V)
C.電流表(0~3A),電壓表(0~3V) D.電流表(0~3A),電壓表(0~15V)
③經(jīng)過多次測量,他們記錄了多組電流表示數(shù)I和電壓表示數(shù)U,并在圖中畫出了U-I圖像。由圖像可以得出,此干電池的電動勢的測量值E=_______V(保留三位有效數(shù)字),內(nèi)阻的測量值r=_______Ω(保留兩位有效數(shù)字)。
(2)第二組在沒有電壓表的情況下,設(shè)計了如圖所示的電路,完成了對同一電池的測量。
①改變電阻箱接入電路中的電阻值,記錄了多組電流表示數(shù)I和電阻箱示數(shù)R,通過研究圖像的信息,他們發(fā)現(xiàn)電動勢的測量值與第一組的結(jié)果非常接近,但是內(nèi)阻的測量值與第一組的結(jié)果有明顯偏差。將上述實(shí)驗(yàn)重復(fù)進(jìn)行了若干次,結(jié)果依然如此。關(guān)于第二組測量內(nèi)阻產(chǎn)生的偏差及其原因,下列分析中正確的是_______(選填選項(xiàng)前的字母)。
A.第二組內(nèi)阻的測量結(jié)果小于第一組的測量結(jié)果
B.第二組內(nèi)阻的測量結(jié)果大于第一組的測量結(jié)果
C.造成這個偏差的原因是實(shí)際電流表內(nèi)阻不能近似為零
D.造成這個偏差的原因是實(shí)驗(yàn)小組讀取電流表讀數(shù)時眼睛沒有正對表盤,使讀數(shù)有時候偏大,有時候偏小
②第二組對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行深入的理論研究,在是否可忽略電流表內(nèi)阻這兩種情況下,繪制兩類圖像。第一類圖像以電流表讀數(shù)I為橫坐標(biāo),將電流表和電阻箱讀數(shù)的乘積IR記為U作為縱坐標(biāo)。第二類圖像以電阻箱讀數(shù)R為橫坐標(biāo),電流表讀數(shù)的倒數(shù)為縱坐標(biāo)。圖中實(shí)線代表電流表內(nèi)阻可忽略的情況,虛線代表電流表內(nèi)阻不可忽略的情況,這四幅圖中,能正確反映相關(guān)物理量之間關(guān)系的是_______(選填選項(xiàng)前的字母)。
A. B. C. D.
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科目:高中物理 來源: 題型:
【題目】如圖(a)所示,面積S=0.2 m2、匝數(shù)n=630匝、總電阻r=1.0 Ω的線圈處在變化的磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時間t按圖(b)所示規(guī)律變化,方向垂直線圈平面.圖(a)中的傳感器可看成一個純電阻R,并標(biāo)有“3V 0.9 W”,滑動變阻器R0上標(biāo)有“10 Ω 1 A”,求:
(1)設(shè)磁場垂直紙面向外為正方向,試判斷通過電流表的電流方向;
(2)為了保證電路的安全,求電路中允許通過的最大電流;
(3)若滑動變阻器觸頭置于最左端,為了保證電路的安全,圖(b)中的t0最小值是多少?
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