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回旋加速器是用来加速带电粒子的装置,如图所示.它的核心部分是两个D形金属盒,两盒...

回旋加速器是用来加速带电粒子的装置,如图所示.它的核心部分是两个D形金属盒,两盒相距很近(缝隙的宽度远小于盒半径),分别和高频交流电源相连接,使带电粒子每通过缝隙时恰好在最大电压下被加速.两盒放在匀强磁场中,磁场方向垂直于盒面,带电粒子在磁场中做圆周运动,粒子通过两盒的缝隙时反复被加速,直到最大圆周半径时通过特殊装置被引出.若D形盒半径为R,所加磁场的磁感应强度为B.设两D形盒之间所加的交流电压的最大值为U,被加速的粒子为α粒子,其质量为m、电量为q.α粒子从D形盒中央开始被加速(初动能可以忽略),经若干次加速后,α粒子从D形盒边缘被引出.求:
(1)α粒子被加速后获得的最大动能Ek
(2)α粒子在第n次加速后进入一个D形盒中的回旋半径与紧接着第n+1次加速后进入另一个D形盒后的回旋半径之比;
(3)α粒子在回旋加速器中运动的时间;
(4)若使用此回旋加速器加速氘核,要想使氘核获得与α粒子相同的动能,请你通过分析,提出一个简单可行的办法.

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(1)根据知,当R最大时,速度最大,求出最大速度,根据求出粒子的最大动能. (2)α粒子被加速一次所获得的能量为qU,求出第n次和n+1次加速后的动能,,从而求出回旋半径之比. (3)求出粒子被加速的次数,在一个周期内加速两次,求出周期,从而求出粒子在回旋加速器中运动的时间. (4)回旋加速器加速粒子时,粒子在磁场中运动的周期和交流电变化的周期相同.已知氘核与α粒子的质量比和电荷比,根据最大动能相等,得出磁感应强度的关系,以及根据周期公式,得出交流电的周期变化. 【解析】 (1)α粒子在D形盒内做圆周运动,轨道半径达到最大时被引出,具有最大动能.设此时的速度为v,有                     可得 α粒子的最大动能Ek=                            (2)α粒子被加速一次所获得的能量为qU,α粒子被第n次和n+1次加速后的动能分别为               可得                                             (3)设α粒子被电场加速的总次数为a,则 Ek=           可得         a=             α粒子在加速器中运动的时间是α粒子在D形盒中旋转a个半圆周的总时间t.  t=a                                    解得  t=                                   (4)加速器加速带电粒子的能量为Ek=,由α粒子换成氘核,有 ,则,即磁感应强度需增大为原来的倍; 高频交流电源的周期,由α粒子换为氘核时,交流电源的周期应为原来的倍.
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考点分析:
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(1)滑块从B点飞出时的速度大小
(2)滑块落地点到平台边缘的水平距离s2
(3)滑块自A点到落地点的过程中滑块的动能、势能和机械能的变化量各是多少.

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(1)某同学用单摆测重力加速度,他将单摆挂起后,进行了如下实验步骤:
①测摆长l:用米尺量出摆线的长度;
②测周期T:将摆球拉起,摆角小于5°时自由释放摆球,在摆球某次通过最低点时按下秒表开始计时,将此作为第一次,接着一直数到摆球第60次通过最低点时,按下秒表停止计时,读出这段时间t,算出单摆的周期T=manfen5.com 满分网
③将所测量的 l和T值代入单摆周期公式,算出重力加速度g,将它作为实验的最后结果写进实验报告中去.
请在下面的空白处,分别指出各步骤中遗漏或错误的地方.
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(2)某实验小组选用下列器材探究通过热敏电阻Rx(标称阻值为180Ω)的电流随其两端电压变化的特点.
实验器材:多用电表,电流表A(0-50mA,内阻约15Ω),电压表V(5V,内阻约20kΩ),电源E(6V直流电源,内阻可忽略不计),滑动变阻器R(最大阻值为20Ω),定值电阻R(100Ω),电阻箱(99.9Ω)、开关K和导线若干.
①该小组用多用表的“×1”倍率的挡位测热敏电阻在室温下的阻值,发现表头指针偏转的角度很小;为了准确地进行测量,应换到______倍率的挡位;如果换档后就用表笔连接热敏电阻进行读数,那么欠缺的实验步骤是:______,补上该步骤后,表盘的示数如图1所示,则它的电阻是______Ω.
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②该小组按照自己设计的电路进行实验.实验中改变滑动变阻器滑片的位置,使加在热敏电阻两端的电压从0开始逐渐增大到5V,作出热敏电阻的I-U图线,如图2所示.请在所提供的器材中选择必需的器材,在方框内画出该小组设计的电路图.
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③分析该小组所画出的I-U图线,说明在电流比较大的情况下热敏电阻的阻值随电流的增大而______;分析其变化的原因可能是______
④提出一个简单的实验方法,说明你对变化原因的判断是正确的.
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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