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如图所示为一种获得高能粒子的装置.环形区域内存在垂直纸面向外、大小可调节的匀强磁...

如图所示为一种获得高能粒子的装置.环形区域内存在垂直纸面向外、大小可调节的匀强磁场.质量为m、电量为+q的粒子在环中做半径为R的圆周运动.A、B为两块中心开有小孔的极板.原来电势都为零,每当粒子飞经A板时,A板电势升高为+U,B板电势仍保持为零,粒子在两板间电场中得到加速.每当粒子离开B板时,A板电势又降为零.粒子在电场一次次加速下动能不断增大,而绕行半径不变.
(1)设t=0时,粒子静止在A板小孔处,在电场作用下加速.求粒子第一次穿过B板时速度的大小v1
(2)为使粒子始终保持在半径为R的圆轨道上运动,磁场必须周期性递增.求粒子绕行第n圈时磁感应强度的大小Bn
(3)求粒子绕行n圈所需的总时间tn总(设极板间距离远小于R,粒子在A、B极板间运动的时间可忽略不计).

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(1)由题意可知,每加速一次,粒子的能量增加qU,根据动能定理求解粒子第一次穿过B板时速度的大小v1; (2)粒子的动能逐渐增加,速度就逐渐增加,由能量可表示出速度,洛伦兹力提供向心力,由牛顿第二定律即可求出第n圈时的磁感应强度Bn;. (3)每圈的半径没有发生变化,由周长和每圈的速度即可求出每圈的时间,然后相累加,即可求得总时间tn总. 【解析】 (1)粒子第一次加速过程,根据动能定理得     qU= 解得,v1= (2)粒子绕行第n圈时,nqU= 粒子受到的洛伦兹力提供向心力,qvnBn=m 解得:Bn= (3)粒子运动的周期表达式为:Tn== 粒子绕行第1圈,所用时间为t1=,B1= 粒子绕行第2圈,所用时间为t2=,B2= 粒子绕行第3圈,所用时间为t3=,B3= … 以此类推,粒子绕行第n圈,所用时间为 tn=,Bn= 解得:tn总=t1+t2+t3+…+tn=2πR(1++…+) 答:(1)粒子第一次穿过B板时速度的大小v1是. (2)粒子绕行第n圈时磁感应强度的大小Bn是. (3)粒子绕行n圈所需的总时间tn总是2πR(1++…+).
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考点分析:
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如图所示,半径R=0.1m的竖直半圆形光滑轨道bc与水平面ab相切.质量m=0.1kg的小滑块B放在半圆形轨道末端的b点,另一质量也为m=0.1kg的小滑块A,以v=2manfen5.com 满分网m/s的水平初速度向B滑行,滑过x=1m的距离,与B相碰,碰撞时间极短,碰后A、B粘在一起运动.已知木块A与水平面之间的动摩擦因数μ=0.2.取重力加速度g=10m/s2.A、B均可视为质点.求:
(1)A与B碰撞前瞬间的速度大小vA
(2)A、B碰撞过程中损失的机械能△E;
(3)在半圆形轨道的最高点c,轨道对A、B的作用力F的大小.

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(1)在“用单摆测定重力加速度”的实验中
①为了较准确地测出重力加速度,可选用的器材为______(填正确选项的序号)
A.40cm长的结实细线、小木球、秒表、米尺、铁架台
B.40cm长的结实细线、小钢球、秒表、米尺、铁架台
C.100cm长的结实细线、小钢球、秒表、米尺、铁架台
D.100cm长的结实细线、大木球、秒表、米尺、铁架台
②用游标为10分度的卡尺测量小球的直径,某次测量的示数如图所示,读出小球直径d的值为______m.
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③某次测得单摆摆线的长度为L(m),小球直径为d(m),此单摆完成n次全振动所用时间为t(s),则重力加速度可表示为g=______
(2)某研究性学习小组欲用图1所示的电路,测定一节干电池的电动势和内阻.
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①先直接用多用电表测定该电池的电动势.在操作无误的情况下,多用电表表盘示数如图2,其示数为______V.
电池的内阻较小,为了防止在调节滑动变阻器时造成短路,电路中用一个定值电阻R起保护作用.除电池、开关和导线外,可供选用的实验器材还有:
电流表:A(量程0~0.6A,内阻约为0.1Ω);(量程0~3A,内阻约为0.05Ω);
电压表:V(量程0~3V,内阻约6kΩ);(量程0~15V,内阻约15kΩ);
定值电阻:R(阻值1Ω);(阻值10Ω);
滑动变阻器:R(阻值范围0~10Ω、额定电流2A)(阻值范围0~1kΩ、额定电流1A)
②为了调节方便,测量准确,实验中应选用电流表的量程为______,电压表的量程为______,定值电阻R的阻值为______,滑动变阻器的阻值范围为______
③根据电路图,在下图3所示的实物上画出连线(部分线已画出).
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④按正确的器材连接好实验电路后,接通开关,改变滑动变阻器的阻值R,读出对应的电流表的示数I和电压表的示数U,并作记录.某同学记录的实验数据如下表所示,试根据这些数据在图4中画出U-I图线.
123456
I/A0.100.150.200.250.300.40
U/V1.321.251.181.181.040.90
⑤根据图线得到被测电池的电动势E=______V,内电阻r=______Ω(结果保留三位有效数字).
⑥用该实验电路测出的电动势值E______实际值;内阻R______实际值.(选填“>”、“<”或“=”)
⑦引起该实验系统误差的主要原因是______
A.由于电压表和电流表读数不准确引起误差
B.用图象法求E和r时,由于作图不准确造成误差
C.由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比电源实际输出的电流小
D.保护电阻R的使用.
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导体导电是导体中的自由电荷定向移动的结果,这些可以移动的电荷又叫载流子,例如金属导体中的载流子就是自由电子.现代广泛应用的半导体材料可以分成两大类,一类为N型半导体,它的载流子是电子;另一类为P型半导体,它的载流子是“空穴”,相当于带正电的粒子.如果把某种材料制成的长方体放在匀强磁场中,磁场方向如图所示,且与前后侧面垂直.长方体中通入水平向右的电流,测得长方体的上、下表面M、N的电势分别为φM、φN,则该种材料( )
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A.如果是P型半导体,有φM>φN
B.如果是N型半导体,有φM<φN
C.如果是P型半导体,有φM<φN
D.如果是金属导体,有φM<φN
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如图1,质量m=1kg的物体,初速度为v,方向水平向右.在向右的水平拉力F的作用下,沿粗糙水平面运动,位移为4m时,拉力 F停止作用,物体又运动了4m后停下来.其运动过程中的动能随位移的变化(Ek-x)图线如图2所示,重力加速度g取10m/s2,则( )
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A.物体的初速度vmanfen5.com 满分网m/s
B.物体与水平面间的动摩擦因数为0.25
C.滑动摩擦力的大小为5N
D.拉力F的大小为2N
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物理课上,老师做了一个“神奇”的实验:将1米长的铜管竖直放置,一磁性很强的磁铁从上管口由静止释放,观察到磁铁用较长时间才从下管口落出,如图所示.对于这个实验现象同学们经分析讨论做出相关的判断,你认为正确的是(下落过程中不计空气阻力,磁铁也没有与管壁接触)( )
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A.如果磁铁的磁性足够强,磁铁会停留在铜管中,永远不落下来
B.如果磁铁的磁性足够强,磁铁在铜管中运动时间更长,但一定会落下来
C.磁铁在铜管中运动的过程中,由于不计空气阻力,所以机械能守恒
D.如果将铜管换成塑料管,磁铁从塑料管中出来也会用较长时间
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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