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“太空粒子探测器”是由加速装置、偏转装置和收集装置三部分组成的,其原理可简化如下...

“太空粒子探测器”是由加速装置、偏转装置和收集装置三部分组成的,其原理可简化如下:如图所示,辐射状的加速电场区域边界为两个同心圆,圆心为O,外圆的半径,电势,内圆的半径,电势,内圆内有磁感应强度大小、方向垂直纸面向里的匀强磁场,收集薄板MN与内圆的一条直径重合,收集薄板两端M、N与内圆间各存在狭缝.假设太空中漂浮着质量、电荷量的带正电粒子,它们能均匀地吸附到外圆面上,并被加速电场从静止开始加速,进入磁场后,发生偏转,最后打在收集薄板MN上并被吸收(收集薄板两侧均能吸收粒子),不考虑粒子相互间的碰撞和作用.

(1)求粒子刚到达内圆时速度的大小;

(2)以收集薄板MN所在的直线为轴建立如图的平面直角坐标系.分析外圆哪些位置  的粒子将在电场和磁场中做周期性运动.指出该位置并求出这些粒子运动一个周期内在磁场中所用时间.

 

(1) (2) (0, 2m),(2m, 0),(0, -2m),(-2m, 0) 【解析】 (1)带电粒子在电场中被加速时,由动能定理可知 解得: (2)粒子进入磁场后,在洛伦兹力的作用下发生偏转,有 解得r=1.0m 因为r=R2,所以由几何关系可知,从收集板左端贴着收集板上表面进入磁场的粒子在磁场中运动圆周后,射出磁场,进入电场,在电场中先减速后反向加速,并返回磁场,如此反复的周期运动.其运动轨迹如图所示.则在磁场中运动的时间为T. 解得 粒子进入电场的四个位置坐标分别为(0, 2m),(2m, 0),(0, -2m),(-2m, 0)  
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如图所示,绝热气缸放在水平地面上,质量为m、横截面积为S的绝热活塞上下两室分别充有一定量的氢气A和氮气B(视为理想气体),竖直轻弹簧上端固定,下端与活塞相连。初始时,两室气体的绝对温度均为,活塞与气缸底部的间距为L,与顶部的间距为3L,弹簧劲度系数为(g为重力加速度大小)、原长为2L。现对B缓慢加热,当弹簧处于原长状态时停止加热,此时A的绝对温度为B的绝对温度为。已知,求对B停止加热时AB的压强各为多大?

 

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某节目中,气功师平躺在水平地面上,其腹部上平放着一块大石板,助手用铁锤猛击大石板,石板裂开而气功师没有受伤.现用下述模型分析探究:

设大石板质量M=80 kg,铁锤质量m=5 kg;铁锤从h1=1.8 m高处由静止落下,打在石板上反弹,当反弹达到最大高度h2=0.05 m时被拿开;铁锤与石板的作用时间t1=0.01 s;由于缓冲,石板与气功师腹部的作用时间t2=0.5 s.取重力加速度g=10 m/s2.求:铁锤敲击大石板的过程中,

(1)铁锤受到的冲量大小;

(2)大石板对铁锤的平均作用力大小;

(3)大石板对人的平均作用力大小.

 

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为了精确测量一电阻的阻值Rx,现有以下器材:蓄电池组E,电流表A,电压表V,滑动变阻器R,电阻箱RP,开关S1S2,导线若干。某实验小组设计了如图甲所示的电路,实验的主要步骤如下:

a.闭合S1,断开S2,调节RRP,使电流表和电压表的示数适当,记下两表示数分别为I1U1

b.保持S1闭合、RP阻值不变,闭合S2,记下电流表和电压表示数分别为I2U2

(1)按图甲所示的电路图将如图乙所示的实物连成电路______

(2)被测电阻的阻值________(用两电表的示数表示);

(3)由于电流表、电压表都不是理想电表,则被测电阻的阻值Rx的测量值________真实值(选填“大于”“小于”或“等于”)。

 

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用如图甲所示装置研究平抛运动。将白纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直的硬板上。钢球沿斜槽轨道PQ滑下后从Q点飞出,落在水平挡板MN上。由于挡板靠近硬板一侧较低,钢球落在挡板上时,钢球侧面会在白纸上挤压出一个痕迹点。移动挡板,重新释放钢球,如此重复,白纸上将留下一系列痕迹点。

(1)下列实验条件必须满足的有____________

A.斜槽轨道光滑

B.斜槽轨道末段水平

C.挡板高度等间距变化

D.每次从斜槽上相同的位置无初速度释放钢球

(2)为定量研究,建立以水平方向为轴、竖直方向为轴的坐标系;

a.取平抛运动的起始点为坐标原点,将钢球静置于Q点,钢球的_______(选填“最上端”、“最下端”或者“球心”)对应白纸上的位置即为原点;在确定轴时_______(选填“需要”或者“不需要”)轴与重锤线平行;

b.若遗漏记录平抛轨迹的起始点,也可按下述方法处理数据:如图乙所示,在轨迹上取ABC三点,ABBC的水平间距相等且均为,测得ABBC的竖直间距分别是,则_______(选填“大于”、“等于”或者“小于”)。可求得钢球平抛的初速度大小为_______(已知当地重力加速度为,结果用上述字母表示)。

(3)为了得到平拋物体的运动轨迹,同学们还提出了以下三种方案,其中可行的是_______

A.从细管水平喷出稳定的细水柱,拍摄照片,即可得到平抛运动轨迹

B.用频闪照相在同一底片上记录平抛小球在不同时刻的位置,平滑连接各位置,即可得到平抛运动轨迹

C.将铅笔垂直于竖直的白纸板放置,笔尖紧靠白纸板,铅笔以一定初速度水平抛出,将会在白纸上留下笔尖的平抛运动轨迹

(4)伽利略曾研究过平抛运动,他推断:从同一炮台水平发射的炮弹,如果不受空气阻力,不论它们能射多远,在空中飞行的时间都一样。这实际上揭示了平抛物体_______

A.在水平方向上做匀速直线运动

B.在竖直方向上做自由落体运动

C.在下落过程中机械能守恒

 

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如图(a)所示,水平面内有一光滑金属导轨,ac边的电阻为R,其他电阻均不计,abac角夹角为135°,cdac垂直。将质量为m的长直导体棒搁在导轨上。并与ac平行。棒与ab、cd交点G、H间的距离为L0,空间存在垂直于导轨平面的匀强磁场,磁感应强度为B.在外力作用下,棒由GH处以初速度v0向右做直线运动。其速度的倒数随位移x变化的关系如图(b)所示。在棒运动L0MN处的过程中(  )

A. 导体棒做匀变速直线运动

B. 导体棒运动的时间为

C. 流过导体棒的电流大小不变

D. 外力做功为

 

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