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在高能物理研究中,粒子回旋加速器起着重要作用,如图甲为它的示意图。它由两个铝制D...

在高能物理研究中,粒子回旋加速器起着重要作用,如图甲为它的示意图。它由两个铝制D型金属扁盒组成,两个D形盒正中间开有一条窄缝。两个D型盒处在匀强磁场中并接有高频交变电压。图乙为俯视图,在D型盒上半面中心S处有一正离子源,它发出的正离子,经狭缝电压加速后,进入D型盒中。在磁场力的作用下运动半周,再经狭缝电压加速。如此周而复始,最后到达D型盒的边缘,获得最大速度,由导出装置导出。已知正离子的电荷量为q,质量为m,加速时电极间电压大小为U,磁场的磁感应强度为B,D型盒的半径为R。每次加速的时间很短,可以忽略不计。正离子从离子源出发时的初速度为零,求

(1)为了使正离子每经过窄缝都被加速,求交变电压的频率

(2)求离子能获得的最大动能

(3)求离子第1次与第n次在下半盒中运动的轨道半径之比。

    

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(1)(2)(3) (n = 1, 2, 3 ……) 【解析】(1)使正离子每经过窄缝都被加速,交变电压的频率应等于离子做圆周运动的频率 正离子在磁场中做匀速圆周运动,由洛仑兹力提供向心力 又 解得      所以 (4分) (2)当离子从D盒边缘离开时速度最大,此时离子做圆周运动的半径为D盒的半径 有 离子获得的最大动能为 (6分) (3)离子从S点经电场加速1次后,以速度v1第1次进入下半盒,由动能定理 解得 离子从S点经电场加速3次后,以速度v3第2次进入下半盒 解得 离子经电场加速(2n-1)次后,第n次进入磁场 同理可得 所以 (n = 1, 2, 3 ……) (10分) 本题考查了回旋加速器,粒子在电场中加速,在磁场中旋转,交变电压的频率应等于离子做圆周运动的频率,并且粒子做圆周运动的向心力是洛伦兹力提供的,结合公式即可求出,粒子的最大动能,即当离子从D盒边缘离开时速度最大,此时离子做圆周运动的半径为D盒的半径,根据公式可求出最大动能,第三问需要总结半径规律,运用数学知识,很容易解出
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考点分析:
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图为一装置的示意,小木桶abcd的质量为M =0.18kg,高L = 0.2m,其上沿ab离挡板E的竖直距离h = 0.8m,在小木桶内放有一质量m =0.02kg的小石块P(视为质点)。现通过细绳对小木桶施加一个竖直向上的恒力F,使小木桶由静止开始向上运动,小木桶的上沿ab与挡板E相碰后便立即停止运动。若小石块P最终上升的高度不会超越ab,则拉力F的最大值为多少?取g = 10m/s2,空气阻力和定滑轮摩擦均忽略不计。

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 如图,A、B、C三个木块的质量均为m,置于光滑的水平面上,B、C之间有一轻质弹簧,弹簧的两端与木块接触而不固连。将弹簧压紧到不能再压缩时用细线把B和C紧连,使弹簧不能伸展,以至于B、C可视为一个整体。现A以初速v0沿B、C的连线方向朝B运动,与B相碰并粘合在一起。 以后细线突然断开,弹簧伸展,从而使C与A、B分离。已知C离开弹簧后的速度恰为v0 。求弹簧释放的势能。

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某课外研究小组为了制作一种传感器,需要选用一电器元件.图甲为该电器元件的伏安特性曲线,有同学对其提出质疑,先需进一步验证该伏安特性曲线,实验室备有下列器材:

器材(代号)         规       格

电流表(A1)         量程0~50mA,内阻约为50Ω

电流表(A2)         量程0~200mA,内阻约为10Ω

电压表(V1)         量程0~3V,内阻约为10kΩ

电压表(V2)         量程0~15V,内阻约为25kΩ

滑动变阻器(R1)     阻值范围0~15Ω,允许最大电流1A

滑动变阻器(R2)     阻值范围0~1kΩ,允许最大电流100mA   

直流电源(E)       输出电压6V,内阻不计

开关(S)   导线若干

(1)为提高实验结果的准确程度,电流表应选用           ;电压表应选用         ;滑动变阻器应选用           .(以上均填器材代号)

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(2)为达到上述目的,请在图乙所示的虚线框内画出正确的实验电路原理图,并标明所用器材的代号.

(3)若发现实验测得的伏安特性曲线与图中曲线完全吻合,则该元件的电阻阻值随电压的增大而        (选填“增大”、“减小”或“不变”),当该电器元件两端电压U=2.0V时元件消耗的电功率为      W.

 

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某同学做“验证力的平行四边形定则”实验的情况如图甲所示,其中A为固定橡皮筋的图钉,O为橡皮筋与细绳的结点,OB和OC为细绳.图乙是在白纸上根据实验结果画出的图.

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(1)实验中用弹簧测力计测量力的大小时,下列使用方法中正确的是          

A.拿起弹簧测力计就进行测量读数

B.拉橡皮筋的拉力大小不能超过弹簧测力计的量程

C.测量前检查弹簧指针是否指在零刻线,用标准砝码检查示数正确后,再进行测量读数

D.应尽量避免弹簧、指针、拉杆与刻度板间的摩擦

(2)关于此实验的下列说法中正确的是                                                               

A.同一次实验中,O点位置不允许变动

B.实验中,只需记录弹簧测力计的读数和O点的位置

C.实验中,把橡皮条的另一端拉到O点时,两个弹簧测力计之间的夹角必须取90°

D.实验中,要始终将其中一个弹簧测力计沿某一方向拉到最大量程,然后调节另一弹簧测力计拉力的大小和方向,把橡皮条另一端拉到O点

(3)图乙中的F与F′两力中,方向一定沿AO方向的是_________ 

 

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如图所示,ABC为竖直平面内的光滑绝缘轨道,其中AB为倾斜直轨道,BC为与AB相切的圆形轨道,并且圆形轨道处在匀强磁场中,磁场方向垂直纸面向里.质量相同的甲、乙、丙三个小球中,甲球带正电、乙球带负电、丙球不带电.现将三个小球在轨道AB上分别从不同高度处由静止释放,都恰好通过圆形轨道的最高点,则

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A.甲球的释放位置比乙球的高

B.运动过程中三个小球的机械能均保持不变

C.经过最高点时,三个小球的速度相等

D.经过最高点时,甲球的速度最小

 

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