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如图所示,长为L的通电直导体棒放在光滑水平绝缘轨道上,劲度系数为k的水平轻弹簧一端固定,另一端拴在棒的中点,且与棒垂直,整个装置处于方向竖直向上、磁感应强度为B的匀强磁场中,弹簧伸长x,棒处于静止状态.则:

A.导体棒中的电流方向从a流向b

B.导体棒中的电流大小为

C.若只将磁场方向缓慢顺时针转过一小角度,x变大

D.若只将磁场方向缓慢逆时针转过一小角度,x变大


【答案】AB

【解析】

A、由于弹簧伸长,则安培力方向水平向右;由左手定则可得,导体棒中的电流方向从a流向b,故A错误,

B、由于弹簧伸长为x,根据胡克定律可得,,则有,故B正确;

C、若只将磁场方向缓慢顺时针转过一小角度,则水平向右方向安培力也顺时针转动一小角度,根据力的分解与平衡可得,弹力变小,导致x变小,故C错误;

D、若只将磁场方向缓慢逆时针转过一小角度,则水平向右方向安培力也逆时针转动一小角度,根据力的分解与平衡可得,弹力变小,导致x变小,故D错误。

故选AB。

【考点】安培力;力的合成与分解;共点力平衡


练习册系列答案
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科目:高中物理 来源: 题型:


物体受到几个恒力的作用处于平衡状态,若再对物体施加一个恒力,则物体可能做

A.静止                          B.匀速直线运动

C.变加速曲线运动                D.匀变速曲线运动

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科目:高中物理 来源: 题型:


已知一质量m=1 kg的物体在倾角α=37°的斜面上恰能匀速下滑,当对该物体施加一个沿斜面向上的推力F时,物体恰能匀速上滑。(取g=10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8)

(1)物体与斜面间的动摩擦因数μ是多大?

(2)求推力F的大小。

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面积S = 0.2m2、n = 100匝的圆形线圈,处在如图所示的磁场内,磁感应强度B随时间t变化的规律是B = 0.02t,R = 3Ω,C = 30μF,线圈电阻r = 1Ω,其余导线电阻不计,求:

(1)通过R的电流大小和方向.

(2)电容器C所带的电荷量.

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用图示的电路可以测量电阻的阻值。图中Rx是待测电阻,R0是定值电阻,G是灵敏度很高的电流表,MN是一段均匀的电阻丝。闭合开关,改变滑动头P的位置,当通过电流表G的电流为零时,测得NP之间距离为l1、MP之间距离为l2则Rx的阻值为:

A.           B.

C.           D. 

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科目:高中物理 来源: 题型:


阅读以下有关加速器的文章完成文中问题(问题以加粗字体标记)。

相关知识背景:

电子伏特,符号为eV,是能量的单位。代表一个电子经过1伏特的电势差加速后所获得的动能。在微观领域,一般使用电子伏特作为能量单位。电子伏特与SI制的能量单位焦耳(J)的换算关系是单位换算:1eV=1.6×10-19J    1MeV=1×106 eV

a粒子即为氦原子核    

科学家在研究原子核的结构时,采用了高速运动的亚原子粒子去轰击原子核.早在1906年,卢瑟福就利用放射性物质释放的高速α粒子来轰击物质.1919年他成功地从氮原子核中打出了质子,使氮原子核变成氧原子核.然而使用天然产生的α粒子作为轰击物,有很大的局限性.带正电的α粒子与带正电的原子核相互排斥,要消耗很大的能量;而天然产生的带电粒子的能量是有限的.为了得到更高能量的带电粒子,物理学家们开始尝试设计一种产生高能量带电粒子的实验设备——加速器.我们知道电场可以使带电粒子加速,增加带电粒子的能量。

(1)如图所示,这就是早期的加速器的原理。若设该加速器两板间电压为1000V,两板间距为20厘米,求一初速度可忽略不计的α粒子通过该加速器所获得的能量?

这种加速器可以通过增加电极间的电压来提高粒子加速的能量,但这种加速器的发展受到高压绝缘的限制。(电压太大,电介质会被击穿)。

因此,人们就想利用较低的电压,采用多级加速使粒子加速到高能量,如图甲所示。N个长度逐个增大的金属圆筒和一个靶,它们沿轴线排列成一串,如图所示(图中只画出了六个圆筒,作为示意)。各筒和靶相间地连接到如图乙所示周期为T、电压值为U0的高频方波电源的两端。整个装置放在高真空容器中,圆筒的两底面中心开有小孔。带电粒子沿轴线射入圆筒,并将在圆筒间及圆筒与靶间的缝隙处受到电场力的作用而加速(设圆筒内部没有电场)。缝隙的宽度很小,粒子穿过缝隙的时间可以不计。

(2)为使初动能为2U0e、质量为mα的α粒子打到靶时获得最大能量,各个圆筒的长度应满足什么条件?

(3)在满足第(2)问条件的前提下,若用该加速器加速一初动能为2U0e的α粒子,求α粒子进入第k个圆筒前与进入第n个圆筒前的速率之比vk:vn。(k和n均为自然数)

(4)若该加速器的电压U0=1×105V,T=0.002s用该加速器加速一初动能2×105eV的α粒子,为使粒子获得40MeV以上的动能,则该加速器的长度至少为多大?(可以用数列形式表示)α粒子质量为mα≈3600MeV/c²(c指光速)

通过刚才的计算我们可以看到,要想达到越来越高的能量,就必须使设备的长度增加到数十甚至数百英里的长度,从而因为经济效益的原因变的不实用。

1931年,加利福尼亚大学的欧内斯特·O·劳伦斯(Ernest O.Lawrence)提出了一个卓越的思想,通过磁场的作用迫使粒子沿着磁极之间作螺旋线运动,把电极像卷尺那样卷起来,这样就可以在有限的场地装设比原来长许多倍的电极,他把这种设备叫作“回旋加速器”。

回旋加速器主要由圆柱形磁极、D形盒、高频交变电源、粒子源和引出装置组成,如图所示.其中D形盒装在真空室中,是回旋加速器的核心部件,整个真空室放在磁极之间,磁场方向垂直于D形盒,两个D形盒之间留一个窄缝,分别与高频电源的两极相连.当粒子经过D形盒之间的窄缝,得到高频电源的加速,在D形盒之间,由于屏蔽作用,盒内只有磁场分布,这样带电粒子在D形盒内沿螺线轨道运动,达到预期的速率后,用引出装置引出。

如图所示:若D形盒的半径为R,离子源放出质量为m、带电量为q的正离子,磁感应强度大小为B,求:

(5)加在D形盒间的高频电源的频率。(用字母表示)

(6)从静电偏转板(如图所示)出去的离子所具有的能量。(用字母表示)

(7)若被回旋加速器加速的粒子为初速度可忽略不计的α粒子,若:

α粒子质量为mα≈3600MeV/c²(c指光速), D形盒中的磁感应强度为1T,为使粒子获得40MeV以上的动能,则D形盒的半径R至少为多大?

两相比较,我们发现加速到相同的动能,劳伦斯的回旋加速器的占地面积远小于多级加速器,所以,回旋加速器的出现,使科学家们在实验室中获得高能粒子的愿望得以实现。

40年代以后,物理学家用劳伦斯创造的加速器发现了许多新型核反应,观察到几百种前所未闻的同位素.在实施制造原子弹的曼哈顿工程时,劳伦斯用他的加速器分离出仅占铀的总量0.7% 的铀235,为发明原子弹立下了汗马功劳。

因为发明回旋加速器,劳伦斯获1939年诺贝尔物理学奖。

带电粒子加速器自1930年前后问世以来,主要是朝更高能量的方向发展,在劳伦斯之后,科学家们设计制造了各种类型的新型加速器,如同步加速器、电子感应加速器,对撞机等。任何一种加速器都经历了发生、发展和加速能力或经济效益受到限制的三个阶段。在第三个阶段中,总会出现新技术或新原理突破困难,从而建造出新类型的加速器,使能量进一步提高,或使建造更高能量加速器在经济上成为可行。

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如图所示,真空中等量异种点电荷放置在M、N两点, 在MN的连线上有对称点a、c,MN连线的中垂线上有对称点b、d,则下列说法正确的是 (  )

A.a点场强与c点场强不一定相同

B.a点电势一定小于c点电势

C.负电荷在c点电势能一定大于在a点电势能

D.正电荷从d点移到b点电场力不做功 

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如图所示,水平木板上有质量m=1.0kg的物块,受到随时间t变化的水平拉力F作用,用力传感器测出相应时刻物块所受摩擦力Ff的大小。取重力加速度g=10m/s2。下列判断正确的是 (  )

A.5 s内拉力对物块做功为零

B.4 s末物块所受合力大小为4.0 N

C.物块与木板之间的动摩擦因数为0.4

D.6~9 s内物块的加速度大小为2.0 m/s2

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如图所示,一个带正电的物块m,由静止开始从斜面上A点下滑,滑到水平面BC上的D点停下来。已知物块与斜面及水平面间的动摩擦因数相同,且不计物块经过B处时的机械能损失。先在ABC所在空间加竖直向下的匀强电场,第二次让物块m从A点由静止开始下滑,结果物块在水平面上的D′点停下来。后又撤去电场,在ABC所在空间加水平向里的匀强磁场,再次让物块m从A点由静止开始下滑,结果物块沿斜面滑下并在水平面上的D″点停下来。则以下说法中正确的是 (  )

A.D′点一定在D点左侧     B.D′点一定与D点重合

C.D″点一定在D点左侧       D.D″点一定与D点重合

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