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高能物理在现代高科技活动中具有广泛的应用,如微观粒子的研究、核能的生产等.粒子加...

高能物理在现代高科技活动中具有广泛的应用,如微观粒子的研究、核能的生产等.粒子加速器是实现高能粒子的主要途径.如图所示为一环形粒子加速器的示意图,图中实线所示为环形区域内存在垂直纸面向外的大小可调节的匀强磁场,质量为m、电量为q的带正电粒子在环中做半径为R的圆周运动.A、B为两块中心开有小孔的极板,原来电势都为零,每当粒子飞经A板时,A板的电势升高为+U,B板电势保持为零,粒子在电场中一次次被加速而动能不断增大,但绕行半径R始终保持不变.
(1)设t=0时,粒子静止在A板小孔处,在电场作用下开始加速、并绕行一圈.求粒子绕行n圈回到A板时获得的总动能?
(2)为使粒子始终保持在半径为R的圆轨道上运行,磁场必须周期性递增,求粒绕行第n圈时,磁感应强度Bn应为多少?
(3)求粒子绕行n圈所需的总时间t(粒子通过A、B之间的时间不计)
(4)若粒子通过A、B的时间不可忽略不计,请在右面的坐标系中定性画出A板电势随时间t变化的图象(要求从t=0起到粒子第三次离开B板时止.不要求计算具体的时间)
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(1)由题意可知,每加速一次,粒子的能量增加qU,粒子绕行n圈,动能增加nqU,根据动能定理求解粒子绕行n圈回到A板时获得的总动能; (2)粒子的动能逐渐增加,速度就逐渐增加,由能量可表示出速度,洛伦兹力提供向心力,由牛顿第二定律即可求出第n圈时的磁感应强度Bn;. (3)每圈的半径没有发生变化,由周长和每圈的速度即可求出每圈的时间,然后相累加,即可求得总时间tn总. (4)根据时间关系,画出A板电势随时间t变化的图象. 【解析】 (1)由动能定理可得:EK=W=nqU (2)由洛仑兹力公式和向心力公式可得:   f=Bnqv   f=m 则得Bnqv=m 由动能定理可得:m=nqU 解得:Bn=    (3)由公式 可得:      所以总时间:t=t1+t2+…+tn=(…+) (4)A板电势随时间t变化的图象如图所示: 答: (1)粒子绕行n圈回到A板时获得的总动能为nqU. (2)粒绕行第n圈时,磁感应强度Bn应为. (3)粒子绕行n圈所需的总时间t为(…+). (4)A板电势随时间t变化的图象如上图所示.
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考点分析:
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粗线表法),R1=4Ω、R2=8Ω(导轨其它部分电阻不计).导轨OAC的形状满足方程manfen5.com 满分网(单位:m).磁感强度B=0.2T的匀强磁场方向垂直于导轨平面.一足够长的金属棒在水平外力F作用下,以恒定的速率v=5.0m/s水平向右在导轨上从O点滑动到C点,棒与导思接触良好且始终保持与OC导轨垂直,不计棒的电阻.求:
(1)外力F的最大值;
(2)金属棒在导轨上运动时电阻丝R1上消耗的最大功率;
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(2)飞船变轨后在圆轨道上正常运行的周期是多少分钟?
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(1)该同学刚跳离地面时的速度.
(2)该同学跳起可摸到的高度.
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在把电流表改装成电压表的实验中,测定电流表的内阻时,备有如下器材:
①电流表(量程2mA,内阻约几十欧)
②滑动变阻器(阻值范围0~50Ω,额定电流1.5A)
③电阻箱(阻值范围0~999Ω)
④电阻箱(阻值范围0~9999Ω)
⑤电源(电动势2V,有内阻)
⑥电源(电动势6V,有内阻)
另外有开关和导线若干.
(1)如果采用如图所示的电路测电流表的内阻,并且要得到较高的精确度,那么从以上备用器材中,R1应选用______,R2应选用______,电源应选用______(用所给器材的代号填写)
(2)实验时要进行的步骤有
A、合上S1
B、合上S2
C、将R1的阻值调到最大
D、调节R1的阻值,使电流表指针偏转到满刻度
E、调节R2的阻值,使电流表指针偏转到满刻度的一半
F、记下R2的阻值
G、按图所示的电路图连接好电路
以上步骤的合理顺序是______
(3)若步骤F中记录的R2阻值为100Ω,则被测电流表的内阻rg的测量值为______Ω.
(4)电流表内阻的测量值与其真实值的大小关系是R测______R真:(填“>”、“<”或“=”)

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用如图所示的装置进行以下实验:
A、先测出滑块A、B的质量M、m及滑块与桌面间的动摩擦因数μ,查出当地的重力加速度g
B、用细线将滑块A、B连接,使A、B间的弹簧压缩,滑块B紧靠在桌边
C、剪断细线,测出滑块B做平抛运动落地时到重锤线的水平位移s1和滑块A沿桌面滑行距离s2
(1)为验证动量守恒,写出还须测量的物理量及表示它的字母:______
(2)如果动量守恒,则用题中和上述(1)中物理量的字母表示为:______

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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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