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如图甲是一种自由电子激光器的原理示意图.经电场加速后的高速电子束,射入上下排列着...

如图甲是一种自由电子激光器的原理示意图.经电场加速后的高速电子束,射入上下排列着许多磁铁的管中.相邻两块磁铁的极性是相反的.电子在垂直于磁场的方向上摆动着前进,电子在摆动的过程中发射出光子.管子两端的反射镜(图中未画出)使光子来回反射,光子与自由电子发生相互作用,使光子能量不断增大,从而产生激光输出.
(1)若该激光器发射激光的功率为P=6.63×10 9 W,激光的频率为υ=1.0×1016 Hz.则该激光器每秒发出多少个激光光子?
(2)若加速电压U=1.8×10 4 V,取电子质量m=9×10-31 kg,电子电荷量e=1.6×10-19C.每对磁极间的磁场可看作匀强磁场,磁感应强度为B=9×10-4 T.每个磁极的左右宽度为L=30cm,厚度为2L.忽略左右磁极间的缝隙距离,认为电子在磁场中运动的速度大小不变.电子经电场加速后,从上下磁极间缝隙的正中间垂直于磁场方向射入第1对磁极的磁场中,电子一共可通过几对磁极?在图乙的俯视图中,画出电子在磁场中运动轨迹的示意图(尺寸比图甲略有放大).manfen5.com 满分网
(1)求出每个光子所带能量,根据激光器的发射功率可以求出激光光子; (2)电场力做功等于电子动能的增加,根据洛伦兹力提供电子圆周运动向心力可以求出电子圆周运动半径,根据几何关系求出电子在一个磁场中的偏转距离△L,再根据偏转的最大距离推算电子能通过的磁极数. 【解析】 (1)每个激光光子的能量:E=hυ         设激光器每秒发射n个光子    Pt=(nt) E   解得:n=1.0×10 27 (2)设电子经电场加速获得的速度为v 由动能定理有:…① 设电子在磁场中做圆周运动的轨道半径为R … ② 电子在磁极间的运动轨迹如 右图所示 电子穿过每对磁极的侧移距离均相同,设为△L 由图可知△L=R-… ③ 根据①②③代入相关数据可得△L=0.1m. 电子通过的磁极个数 解得:N=3     答:(1)每秒钟发出n=1.0×10 27个光子; (2)电子一共可以通过3个磁极.
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考点分析:
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如图甲所示,空间有Ⅰ区和Ⅲ区两个有理想边界的匀强磁场区域,磁感应强度大小均为B,方向如图所示.两磁场区域之间有宽度为s的无磁场区域Ⅱ.abcd是由均匀电阻丝做成的边长为L(L>s)的正方形线框,每边的电阻为R.线框以垂直磁场边界的速度v水平向右匀速运动,从Ⅰ区经过Ⅱ区完全进入Ⅲ区,线框ab边始终与磁场边界平行.求:
(1)当ab边在Ⅱ区运动时,dc边所受安培力的大小和方向;
(2)线框从完全在Ⅰ区开始到全部进入Ⅲ区的整个运动过程中产生的焦耳热;
(3)请在图乙的坐标图中画出,从ab边刚进入Ⅱ区,到cd边刚进入Ⅲ区的过程中,
d、a两点间的电势差Uda随时间t变化的图线.其中E=BLv.
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(2)该星球表面附近的重力加速度g
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①他测得的重力加速度g=______m/s2.(结果保留三位有效数字)
②他测得的g值偏大.可能的原因是______
A.测摆线长时摆线拉得过紧
B.摆线上端没有牢固地系于悬点,振动中出现松动,使摆线长度增加了
C.开始计时的时候,秒表过早按下
D.实验中误将49次全振动数为50次
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①他采用如图1所示的实验电路进行测量.图2给出了做实验所需要的各种仪器.请你按电路图把它们连成实验电路.manfen5.com 满分网
②这位同学测量时记录了5组数据,并将数据填入了以下表格中.请你根据这些数据在图3中画出U-I图线.根据图线求出电池的电动势E=______V,内阻r=______Ω.
次数12345
I(A)0.150.250.360.450.56
U(V)1.401.351.301.251.20
③这位同学对以上实验进行了误差分析.其中正确的是______
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C.实验测出的电动势小于真实值
D.实验测出的内阻大于真实值.
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D.无法确定
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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