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如图所示为一种研究高能粒子在不同位置对撞的装置。边界MN、PQ关于y轴对称,相距...

如图所示为一种研究高能粒子在不同位置对撞的装置。边界MNPQ关于y轴对称,相距为2d,在MNPQ两边界之间存在两个匀强磁场,其中JK下方I区域磁场垂直纸面向外,JK上方Ⅱ区域磁场垂直纸面向里,磁感应强度大小均为B。直线加速器1与直线加速器2关于O点对称,其中心轴线位于x轴上,且末端刚好与MNPQ的边界对齐;质量均为m、电荷量均为e的正电子和负电子通过两个直线加速器分别被加速,同时以相同速率垂直MNPQ边界进入磁场(负电子即我们通常所说的电子,正电子电性为正)。为实现正、负电子在Ⅱ区域的y轴上对心碰撞(速度方向刚好相反),可根据入射速度的变化,调节两磁场边界JKx轴之间的距离h。不计粒子间的相互作用,不计正、负电子的重力。请完成如下问题:

1)哪个直线加速器加速的是正电子,说明你的依据;

2)此装置体现了场对带电粒子的控制,请你说明电场和磁场对带电粒子作用的异同点;

3)正、负电子同时以相同速率ν1进入磁场,仅经过JK边界一次,然后在Ⅱ区域y轴上发生对心碰撞。

a.试画出负电子的运动轨迹;

b.试通过计算求出v1的最小值。

 

(1)加速器2,理由见解析 (2)见解析 (3)a.见解析 b. 【解析】 (1)正负电子进入磁场后后阿要在Ⅱ区域相遇,因此正负电子出加速器后都向上偏转,根据左手定则可知加速器2加速的为正电子; (2)电场和磁场对带电粒子的作用都是在改变带电粒子的速度;电场可以改变带电粒子速度的大小和方向,而磁场只能改变粒子的速度方向; (3)a.由题意可知只经过JK边界一次就在Ⅱ区域y轴上发生碰撞,带电粒子射出加速器后做匀速圆周运动,故做出图如图所示: b.根据做出的图像和几何关系有: 根据数学关系整理得: 即当: 有: 根据洛伦兹力提供向心力有: 解得:  
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如图所示,在沿水平方向的匀强电场中有一固定点O,用一根长度为l=0.20m的绝缘轻线把质量为m=0.10kg、带有正电荷的金属小球悬挂在O点,小球静止在B点时轻线与竖直方向的夹角为θ=37°.现将小球拉至位置A,使轻线水平张紧后由静止释放.g10m/s2,sin37°=0.60,cos37°=0.80.求:

(1)小球所受电场力的大小;

(2)小球通过最低点C时的速度大小;

(3)小球通过最低点C时轻线对小球的拉力大小.

 

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如图所示为质谱仪的原理图,电荷量为q、质量为m的带正电的粒子从静止开始经过电势差为U的加速电场后,进入粒子速度选择器,选择器中存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场,匀强电场的场强为E,方向水平向右.带电粒子能够沿直线穿过速度选择器,从G点既垂直直线MN又垂直于磁场的方向射入偏转磁场.偏转磁场是一个以直线MN为边界、方向垂直纸面向外的匀强磁场.带电粒子经偏转磁场后,最终到达照相底片的H点.已知偏转磁场的磁感应强度为B2,带电粒子的重力可忽略不计.求:

1)粒子从加速电场射出时速度的大小;

2)粒子速度选择器中匀强磁场的磁感应强度B1的大小和方向;

3)带电粒子进入偏转磁场的G点到照相底片H点的距离L

 

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如图所示,方向与纸面平行的匀强电场中有ABC三个点,其电势分别为6.0V2.0V2.0V。请完成如下问题:

1)将一个电荷量为q=2.0×10-6C的正点电荷从A点移到B点,电场力做的功WAB

2)电场线与等势面都是用来形象地描绘电场的,请你分析说明二者一定垂直;

3)请在图中画出过A点的电场线。

 

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如图所示,固定于水平面的U形导线框处于竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度为B。长度为L的导体棒ab,在与其垂直的水平外力作用下以速度v在导线框上向右匀速运动。在t时间内ab棒由原来位置运动到a´b´。导体棒ab始终与导线框形成闭合回路,回路的总电阻保持不变,大小为R,忽略摩擦阻力。请完成如下问题:

1)请根据法拉第电磁感应定律求出ab棒产生的感应电动势E的大小;

2)在∆t时间内ab棒中感应电流I的大小及方向;

3)在∆t时间内外力做的功W

 

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某同学想通过实验测定一个阻值约为50Ω的电阻Rx的阻值。设计了一个如图所示的电路图。请你帮助他完善实验设计。

1)如果实验室提供的滑动变阻器最大电阻R1=20Ω,想要实现对Rx的测量,要求电路简单,可操作性强,则在此电路图的基础上去掉一根导线_______即可。(填abcdedef

2)如果实验室提供的滑动变阻器最大电阻R1=200Ω,想要实现对Rx的测量,要求电路简单,可操作性强,则在此电路图的基础上去掉两根导线_____________即可。(填abcdedef

3)如果不加修改,直接用上图测量,请你从安全、精确、可操作等角度评价这一方案,并预测可能出现的问题___

 

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