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“太空粒子探测器”是由加速、偏转和收集三部分组成,其原理可简化如下:如图甲所示,...

太空粒子探测器是由加速、偏转和收集三部分组成,其原理可简化如下:如图甲所示,辐射状的加速电场区域边界为两个同心平行半圆弧面,圆心为O,外圆弧面AB的半径为L,电势为φ1,内圆弧面CD的半径为,电势为φ2。足够长的收集板MN平行于边界ACDB,OMN板的距离OPL。假设太空中漂浮着质量为m、电荷量为q的带正电粒子,它们能均匀地吸附到AB圆弧面上,并被加速电场从静止开始加速,不计粒子间的相互作用和其他星球对粒子引力的影响。

(1)求粒子到达O点时速度的大小;

(2)如图乙所示,在边界ACDB和收集板MN之间加一个半圆形匀强磁场,圆心为O,半径为L,磁场方向垂直纸面向内,则发现从AB圆弧面收集到的粒子有2/3能打到MN板上(不考虑过边界ACDB的粒子再次返回),求所加磁场磁感应强度B0的大小;

(3)随着所加磁场大小的变化,试定量分析收集板MN上的收集效率η与磁感应强度B的关系。

 

【解析】(1)带电粒子在电场中加速时,电场力做正功,得 qU=mv2-0 U=φ1-φ2 解得v= 。 (2)从AB圆弧面收集到的粒子有能打到MN板上,则刚好不能打到MN上的粒子从磁场中出来后速度的方向与MN平行,则入射的方向与AB之间的夹角是60°,在磁场中运动的轨迹如图甲所示,轨迹圆心角θ=60°。 根据几何关系,粒子圆周运动的半径r=L 由洛伦兹力提供向心力得qvB0=m 联立解得B0= (3)磁感应强度增大,则粒子在磁场中的运动的轨道半径减小,由几何关系知,收集效率变小。 设粒子在磁场中运动圆弧对应的圆心角为α,如图所示; 由几何关系可知 收集板MN上的收集效率  
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考点分析:
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如图所示,在平面直角坐标系内,第一象限的等腰三角形MNP区域内存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场,y<0的区域内存在着沿y轴正方向的匀强电场.一质量为m、带电荷量为q的带电粒子从电场中Q(2h,-h)点以速度v0水平向右射出,经坐标原点O射入第一象限,最后以垂直于PN的方向射出磁场.已知MN平行于x轴,N点的坐标为(2h,2h),不计粒子的重力,求:

(1)电场强度的大小;

(2)磁感应强度的大小;

(3)粒子在磁场中的运动时间.

 

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如图所示电源电动势E=24V,内阻不计, 电容器分别标有“2μF12V”“8μF30V”字样,开始时均断开均不带电试求

(1)闭合断开待稳定后电容器所带电荷量

(2)均闭合待稳定后电容器左极板上极板所带电荷量

 

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如图所示,两平行金属导轨间的距离L=0.40m,金属导轨所在的平面与水平面夹角θ=37°,在导轨所在平面内,分布着磁感应强度B=0.50T、方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场.金属导轨的一端接有电动势E=3V、内阻r=0.5Ω的直流电源.现把一个质量m=0.04kg的导体棒ab放在金属导轨上,导体棒恰好静止.导体棒与金属导轨垂直、且接触良好,导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻R=1Ω,金属导轨电阻不计,g10m/s2.已知sin37°=0.6cos37°=0.8,求:

1)导体棒受到的安培力大小

2)导体棒受到的摩擦力大小.

 

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小明同学在测定一节干电池的电动势和内阻的实验时,为防止电流过大而损坏器材,电路中加了一个保护电阻R0,根据如图所示电路图进行实验时,

1)电流表量程应选择___________(填“0.6A”“3A”),保护电阻应选用_______(填“A”“B”;

A、定值电阻(阻值10.0Ω,额定功率10w

B、定值电阻(阻值2.0Ω,额定功率5w

2)在一次测量中电压表的指针位置如图2所示,则此时电压为________V

3)根据实验测得的5组数据画出的U-I图线如图3所示,则干电池的电动势E=______V,内阻r=_____Ω(小数点后保留两位)

 

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指针式多用电表是实验室中常用的测量仪器。

(1)如下图1所示为某同学设计的多用电表的原理示意图。虚线框中S为一个单刀多掷开关,通过操作开关,接线柱B可以分别与触点1、2、3接通,从而实现使用多用电表测量不同物理量的不同功能。关于此多用电表,下列说法中正确的是_________。(选填选项前面的字母)

A.当S接触点1时,多用电表处于测量电流的挡位,其中接线柱B接的是黑表笔

B.当S接触点2时,多用电表处于测量电压的挡位,其中接线柱B接的是黑表笔

C.当S接触点2时,多用电表处于测量电阻的挡位,其中接线柱B接的是黑表笔

D.当S接触点3时,多用电表处于测量电压的挡位,其中接线柱B接的是红表笔

        图1                       图2

(2)用实验室的多用电表进行某次测量时,指针在表盘的位置如图2所示。

A.若所选挡位为直流50mA挡,则示数为_______mA。

B.若所选挡位为电阻×10Ω挡,则示数为_______

(3)用表盘为图2所示的多用电表正确测量了一个约15Ω的电阻后,需要继续测量一个阻值约2kΩ的电阻。在用红、黑表笔接触这个电阻两端之前,请选择以下必须的步骤,并按操作顺序逐一写出步骤的序号:________________

A.将红表笔和黑表笔接触

B.把选择开关旋转到“×100”位置

C.把选择开关旋转到“×1k”位置

D.调节欧姆调零旋钮使表针指向欧姆零点

 

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