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某装置用磁场控制带电粒子的运动,工作原理图如图所示。装置的长L=,上下两个相同的...

某装置用磁场控制带电粒子的运动,工作原理图如图所示。装置的长L=,上下两个相同的矩形区域内存在匀强磁场,磁感应强度大小相同、方向与纸面垂直且相反,两磁场的间距为d,装置右端有一收集板,N、P为板上的两点,N、P分别位于下方磁场的上、下边界上。一质量为m、电荷量为-q的粒子静止在A处,经加速电场加速后,以速度v0沿图中的虚线从装置左端的中点O射入,方向与轴线成60°角。可以通过改变上下矩形区域内的磁场强弱(两磁场始终大小相同、方向相反),控制粒子到达收集板上的位置。不计粒子的重力。

(1)试求出加速电压U的大小;

(2)若粒子只经过上方的磁场区域一次,恰好到达收集板上的P点,求磁场区域的宽度h;

(3)欲使粒子经过上下两磁场并到达收集板上的N点,磁感应强度有多个可能的值,试求出其中的最小值B。

 

(1)(2) (3) 【解析】(1)由动能定理可知: 得: 。 (2)设带电粒子在磁场中运动的轨道半径为r,依题意作出带电粒子的运动轨迹如下图所示。由图中几何关系有: , 解得: (3)当B为最小值时,粒子运动的轨道半径r则为最大值,即粒子只经过上方和下方的磁场区域各一次,恰好到达收集板上的N点。设带电粒子此时运动的轨道半径为,带电粒子的运动轨迹如下图所示。 由图中几何关系有: 根据牛顿第二定律和洛伦兹力大小公式有: 联立以上各式解得: 。 点睛:对于带电粒子在磁场中的运动,分析清楚粒子运动过程、作出粒子运动轨迹是解题的前提,在解题时要注意认真审题,明确题意才能准确利用洛仑兹力充当向心力及几何关系进行求解。  
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在“测定玻璃的折射率”实验中,某同学经正确操作插好了4枚大头针,画出完整的光路图,由于没有量角器,他以入射点O点为圆心画圆交入射光线于A点,交折射光线于B点,过A点画法线的垂线与法线交于C点,过B点画法线的垂线与法线交于D点,如图所示,若各线段的长度可以用表示,则玻璃的折射率可表示为__________

 

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在用双缝干涉测光的波长的实验中,所用实验装置如图甲所示。

①调节分划板的位置,使分划板中心刻线对齐第1条亮条纹的中心,此时手轮上的读数如图乙所示,则读数为________mm;

②如果用上述装置测量氦氖激光器发出激光的波长,则图中除了光源以外,其他不必要的器材元件有________

 

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如图所示为水上滑梯的简化模型:倾角θ=37°斜滑道AB和水平滑道BC平滑连接,起点A距水面的高度H=7mBCd=2m,端点C距水面的高度h=1m。质量m=50kg的运动员从滑道起点A点无初速地自由滑下,运动员与ABBC间的动摩擦因数均为μ=01。已知cos37°=08sin37°=06,运动员在运动过程中可视为质点,g10 m/s2。求:

1)运动员从A滑到B所需的时间t

2)运动员到达C点时的速度大小VC

3)保持水平滑道端点在同一竖直线上,调节水平滑道高度h和长度d到图中B′C′ 位置时,运动员从滑梯平抛到水面的水平位移最大,求此时滑道B′C′距水面的高度h′

 

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一辆总质量为20t 的卡车在下坡时,司机突然发现刹车失灵,同时发动机又失去动力,此时速度表的示数为54km/h,卡车继续沿坡匀加速直行200m、下降高度50m后, 刚好进入一条避险车道如图所示,此时速度表的示数为90 km/h。已知卡车在下坡过程中所受阻力恒定,g取10 m/s2

1求从发现刹车失灵至到达避险车道这一过程卡车运动的时间;

2求卡车在运动过程中所受阻力的大小;

3避险车道是与水平面夹角为17度的斜坡,卡车在避险车道上受到的阻力是下坡公路上的3倍,求卡车在避险车道上运动的最大位移。sin17°=0.3

 

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同学们知道,将两个金属电极插入任何一个水果中就可以做成一个水果电池,但日常生活中我们很少用水果电池,这是为什么呢?某学习小组的同学准备就此问题进行探究。

1)同学们通过查阅资料知道将锌、铜两电极插入水果中,电动势大约会有1V多一点。晓宇同学找来了一个土豆做实验,当用量程为03V、内阻约50kΩ的电压表测其两极时读数为0.96V。但当他将四个这样的水果电池串起来给标称值为“3V0.5A”的小灯泡供电时,灯泡并不发光。检查灯泡、线路均没有故障,而用电压表测量其电压确实能达到3V多。据您猜想,出现这种现象的原因应当是:                  (不要求写分析、推导过程)。

2)晓宇同学用欧姆表直接测土豆电池的两极,读得此时的读数为30Ω. 小丽同学用灵敏电流表直接接土豆电池的两极,测得电流为0.32mA,根据前面用电压表测得的0.96V电压,由闭合电路欧姆定律得:.因而晓宇同学说土豆的内阻为30Ω,而小丽同学则说是3kΩ

请你判断,用晓宇或小丽同学的方法测量土豆电池的内阻,结果是否准确,为什么?请分别说明理由

     

3)若实验室除了导线和开关外,还有以下一些器材可供选择:

A.电流表A1(量程为00.6A ,内阻为

B.灵敏电流表A2(量程为00.6mA ,内阻为800Ω

C.灵敏电流表A3(量程为0300μA ,内阻未知)

D.滑动变阻器R1(最大阻值约10Ω

 

E.滑动变阻器R2(最大阻值约2kΩ

F.定值电阻(阻值2kΩ)

G.变阻箱(09999Ω

为了能尽可能准确测定土豆电池的电动势和内阻, 实验中应选择的器材是         (填器材前的字母代号)

在方框中画出设计的电路图。

 

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