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(20分)如图甲所示,竖直放置的金属板A、B中间开有小孔,小孔的连线沿水平放置的...

(20分)如图甲所示,竖直放置的金属板A、B中间开有小孔,小孔的连线沿水平放置的金属板C、D的中间线,粒子源P可以间断地产生质量为m、电荷量为q的带正电粒子(初速不计),粒子在A、B间被加速后,再进入金属板C、D间偏转并均能从此电场中射出。已知金属板A、B间的电压UAB=U0,金属板C、D长度为L,间距d=6ec8aac122bd4f6eL/3。两板之间的电压UCD随时间t变化的图象如图乙所示。在金属板C、D右侧有一个垂直纸面向里的均匀磁场分布在图示的半环形带中,该环带的内、外圆心与金属板C、D的中心O点重合,内圆半径Rl=6ec8aac122bd4f6eL/3,磁感应强度B0=6ec8aac122bd4f6e。已知粒子在偏转电场中运动的时间远小于电场变化的周期(电场变化的周期T未知),粒子重力不计。

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(1)求粒子离开偏转电场时,在垂直于板面方向偏移的最大距离。

(2)若所有粒子均不能从环形磁场的右侧穿出,求环带磁场的最小宽度。

(3)若原磁场无外侧半圆形边界且磁感应强度B按如图丙所示的规律变化,设垂直纸面向里的磁场方向为正方向。t=T/2时刻进入偏转电场的带电微粒离开电场后进入磁场,t=3T/4时该微粒的速度方向恰好竖直向上,求该粒子在磁场中运动的时间为多少?

 

(1)(2)(3) 【解析】【解析】 (1)设粒子进入偏转电场瞬间的速度为v0, 对粒子加速过程由动能定理得              ① (1分) 进入偏转电场后,加速度                    ②(1分) 设运动时间为t,则有                         ③(1分)  只有t=T/2时刻进入偏转电场的粒子,垂直于极板方向偏移的距离最大,  带入数据解得                              ④(2分)         (2)t=时刻进入偏转电场的粒子刚好不能穿出磁场时的环带宽度为磁场的最小宽度. 设粒子进入磁场时的速度为v, 对粒子的偏转过程有 ⑤(2分)                  解得                       ⑥(1分) 在磁场中做圆周运动的半径为 ⑦(1分) 如图所示,设环带外圆半径为R2,                      ⑧(1分)    解得R2=L                           ⑨ (1分)  所求d'= R2-R1 =           ⑩(1分) (3)微粒运动轨迹如图所示, 微粒在磁场中做匀速圆周运动的周期为                 ⑾ (1分) 设粒子离开电场时偏转角为,则   解得    ⑿ (2分) 由几何关系可知微粒运动时间轨迹对应的圆心角为:    ⒀(1分) 此过程微粒运动的时间为 ⒁(1分) 由图可知微粒在磁场中运动的时间  ⒂(3分)
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考点分析:
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(16分)如图,绝缘水平地面上有宽L=0.4m的匀强电场区域,场强E = 6×105N/C、方向水平向左。不带电的物块B静止在电场边缘的O点,带电量6ec8aac122bd4f6e、质量6ec8aac122bd4f6e的物块A,在距O点s = 2.25m处以vo =5m/s的水平初速度向右运动,并与B发生碰撞,假设碰撞前后A、B构成的系统没有动能损失,A的质量是B的K(K>1)倍,A、B与地面间的动摩擦因数都为μ=0.2,物块均可视为质点,且A的电荷量始终不变,取g = 10m/S2

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(1)求A到达O点与B碰撞前的速度大小;

(2)求碰撞后瞬间A和B的速度大小;

(3)讨论K在不同取值范围时电场力对A做的功。

 

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(14分) 中国首艘航母“瓦良格”号即将投入使用,航母服役将成为“中国军队全面推进军事现代化进程的重大转折点”。为了减少战斗机起飞时在甲板上加速的时间和距离,现代航母大多采用了蒸汽弹射技术.一架总质量M=5.0x103kg的战机如果采用滑行加速(只依靠自身动力系统加速),要达到vo=60m/s的起飞速度,甲板水平跑道的长度至少为120m。采用蒸汽弹射技术,战机在自身动力和持续的蒸汽动力共同作用下只要水平加速60m就能达到起飞速度。假设战机起飞过程是匀加速直线运动,航母保持静止,空气阻力大小不变,取g=l0m/s2

(1)采用蒸汽弹射技术,求战机加速过程中加速度大小以及质量m=60kg的飞行员受到座椅作用力的大小。

(2)采用蒸汽弹射技术,弹射系统的弹力为多大?弹力在加速60m的过程中对战机做的功是多少?

 

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(6分)某同学设计了一个探究加速度a与物体所受合力F及质量m关系的实验,如图所示,图甲为实验装置简图。(交流电的频率为50 Hz)

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(1)图乙为某次实验得到的纸带,根据纸带可求出小车的加速度大小为           m/s2。(保留两位有效数字)

(2)改变所挂钩码的数量,多次重复测量。在某次实验中根据测得的多组数据可画出a-F关系图线(如图所示)。

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①分析此图线的OA段可得出的实验结论是_____________。

②(单选题)此图线的AB段明显偏离直线,造成此误差的主要原因是(  )

A.小车与轨道之间存在摩擦   B.导轨保持了水平状态

C.所挂钩码的总质量太大     D.所用小车的质量太大

 

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(6分)有一根圆台状匀质合金棒如图甲所示,某同学猜测其电阻的大小与该合金棒的电阻率ρ、长度L和两底面直径d、D有关.他进行了如下实验:

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(1)测量该合金棒电阻的实物电路如图所示(相关器材的参数已在图中标出),该合金棒的电阻约为几个欧姆.图中有一处连接不当的导线是________(用标注在导线旁的数字表示)。

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(2)改正电路后,通过实验测得合金棒的电阻R=6.72 Ω.根据电阻定律计算电阻率为ρ、长为L、直径分别为d和D的圆台状合金棒的电阻分别为Rd=13.3 Ω、RD=3.38 Ω.他发现:在误差允许范围内,电阻R满足R2=Rd·RD,由此推断该圆台状合金棒的电阻R=________。(用ρ、L、d、D表述)

 

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(6分)某同学在做“用单摆测重力加速度”的实验

(1)该同学用新式游标卡尺测量小球的直径,新式游标卡尺的刻度线看起来很“稀疏”,使读数显得清晰明了,便于使用者正确读取数据。某次测量的示数如所示,读出小球直径d的值为            cm。

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(2)该同学测定了40次全振动的时间如图所示,单摆的周期为          s 。

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(3)如果测得的g值偏小,可能的原因是(    )

A.测摆线时摆线拉得过紧

B.摆线上端悬点未固定,振动中出现松动,使摆线长度增加了

C.开始计时时,停表过迟按下

D.实验时误将39次全振动数为40次

 

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