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“太空粒子探测器”是安装在国际空间站上的一种粒子物理试验设备,用于探测宇宙中的奇...

太空粒子探测器是安装在国际空间站上的一种粒子物理试验设备,用于探测宇宙中的奇异物质.该设备的原理可简化如下:如图所示,辐射状的加速电场区域边界为两个同心平行半圆弧面MNM′N′,圆心为O,弧面MN与弧面M′N′间的电势差设为U,在加速电场的右边有一宽度为L的足够长的匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向里,磁场的右边界放有一足够长的荧光屏PQ.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MN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它星球对粒子引力的影响.

1)若测得粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为,试求出U

2)若取,试求出粒子从O点到达荧光屏PQ的最短时间;

3)若测得粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为,试求荧光屏PQ上发光的长度.

 

(1)(2)(3) 【解析】 试题(1)由牛顿第二定律得:, 带电粒子在电场中加速时,由动能定理, 得: (2)当时,由上题结论可知: 从O点斜向下射入磁场时,OC为弦,到达PQ屏时间最短,由几何关系可知: OD=CD=OC=L, 故=60° 得:,, (3)设粒子打在C点上方最远点为E,此时圆弧与PQ屏相切于E点, 过圆心O1作OC的垂线O1G,在直角中,OO1=r=, OG=L-r= 所以O1G=即CE= 设粒子打在C点下方最远点为F,此时粒子从O点竖直向下进入磁场,圆弧与PQ交于F点. 同理可得:CF= 所以,荧光屏PQ上发光的长度EF=
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考点分析:
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如图轨道 CDGH 位于竖直平面内其中圆弧段 DG 与水平段 CD 及倾斜段 GH 分别相切于 D 点和 G 圆弧段和倾斜段均光滑 H 处固定一垂直于轨道的绝缘挡板整个轨道绝缘且处于水平向右的匀强电场中一带电物块由 C 处静止释放经挡板碰撞后滑回 CD 段中点 P 处时速度恰好为零已知物块的质量 ,所带的电荷量;电场强度 ; CD 段的长度 L=0.8m,圆弧 DG 的半径 r=0.2m,GH 段与水平面的夹角为 θ,且 sinθ=0.6,cosθ=0.8; 不计物块与挡板碰撞时的动能损失,物块可视为质点,重力加速度 g 10m/s2.

(1)求物块与轨道 CD 段的动摩擦因数 µ;

(2)求物块第一次碰撞挡板时的动能 Ek;

(3)分析说明物块在轨道 CD 段运动的总路程能否达到 2.6m.若能求物块在轨道 CD 段运动 2.6m路程时的动能若不能求物块碰撞挡板时的最小动能.

 

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如图所示,在xOy直角坐标系中,第Ⅰ象限内分布着方向垂直纸面向里的匀强磁场,第Ⅱ象限内分布着沿y轴负方向的匀强电场.初速度为零、带电荷量为q、质量为m的粒子经过电压为U的电场加速后,从x轴上的A点垂直x轴进入磁场区域,重力不计,经磁场偏转后过y轴上的P点且垂直于y轴进入电场区域,在电场中偏转并击中x轴上的C点.已知OA=OC=d.则磁感应强度B和电场强度E的大小分别是多少?

 

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如图所示,一平行板电容器的两个极板竖直放置,在两极板间有一带电小球,小球用一绝缘轻线悬挂于O点.现给电容器缓慢充电,使两极板所带电荷量分别为+Q和-Q,此时悬线与竖直方向的夹角为 .再给电容器缓慢充电,直到悬线和竖直方向的夹角增大到 ,且小球与两极板不接触.求第二次充电使电容器正极板增加的电荷量.

 

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如图所示,一束电子(电荷量为e)以速度v垂直射入磁感应强度为B、宽度为d的匀强磁场中,穿透磁场时速度方向与原来入射方向的夹角为θ=30°,求:

(1)确定圆心位置,做出运动轨迹,运动半径多大?

(2)电子的质量多大?

(3)穿透磁场的时间是多少?

 

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如图甲是某电器元件的伏安特性曲线,有实验小组想用伏安法验证该伏安特性曲线,已有符合实验要求的电压表V(内阻约为10k);滑动变阻器R;直流电源E(电动势6V,内阻不计);开关S和导线若干,另有电流表A1(量程050mA,内阻约为50)、电流表A2(量程0300mA,内阻约为10)可供选择.

1)从图像可判断该元件的电阻随温度的增大而____.

2)电流表应选用___(填A1A2.

3)图乙实物图中,已正确连接部分电路,请完成余下电路的连接______.

4)请完成主要实验的步骤:

A、连接好实验电路,把变阻器的滑动片调到____(填AB端);

B、闭合开关,___________,使通过元件的电流从小到大变化,读出数据.

 

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