练习册

  • 练习册
  • 试题
    精英家教网 > 高中物理 > 题目详情
    (18分）图所示为回旋加速器的示意图。它由两个铝制D型金属扁盒组成,两个D形盒正中间开有一条狭缝，两个D型盒处在匀强磁场中并接在高频交变电源上。在D1盒中心A处有离子源，它产生并发出的a粒子,经狭缝电压加速后,进入D2盒中。在磁场力的作用下运动半个圆周后，再次经狭缝电压加速。为保证粒子每次经过狭缝都被加速，设法使交变电压的周期与粒子在狭缝及磁场中运动的周期一致。如此周而复始，速度越来越 大,运动半径也越来越大,最后到达D型盒的边缘，以最大速度被导出。已知a粒子电荷量为q,质量为m，加速时电极间电压大小恒为U,磁场的磁感应强度为B,D型盒的半径为R，设 狭 缝 很 窄,粒子通过狭缝的时间可以忽略不计，设α粒子从离子源发出时的初速度为零。（不计α粒子重力）求：

    (1) α粒子第一次被加速后进入D2盒中时的速度大小；
    (2) α粒子被加速后获得的最大动能Ek和交变电压的频率f；
    (3)α粒子在第n次由D1盒进入D2盒与紧接着第n+1次由D1盒进入D2盒位置之间的距离Δx。
    （1）（2），（3）

    试题分析：α粒子在狭缝中做加速运动，在D形盒内做匀速圆周运动。
    （1）设α粒子第一次被加速后进入D2盒中时的速度大小为v1，根据动能定理有
        2分
        2分
    （2）α粒子在D形盒内做圆周运动，轨道半径达到最大时被引出，具有最大动能。设此时的速度为vm，有    
        2分
    解得：    2分    
    设α粒子的最大动能为Ek，则
    Ek=     2分               
    解得：Ek=   2分
    设交变电压的周期为T、频率为f，为保证粒子每次经过狭缝都被加速，带电粒子在磁场中运动一周的时间应等于交变电压的周期（在狭缝的时间极短忽略不计），则
     ，
    解得：T=    1分
       1分                       
    （3）离子经电场第1次加速后，以速度进入D2盒，设轨道半径为r1
              
    离子经第2次电场加速后，以速度v2进入D1盒，设轨道半径为r2
         1分             
    离子第n次由D1盒进入D2盒，离子已经过（2n-1）次电场加速，以速度进入D2盒，由动能定理：

    解得轨道半径：      1分
    离子经第n+1次由D1盒进入D2盒，离子已经过2n次电场加速，以速度v2n进入D1盒，由动能定理：

    轨道半径：    1分
    则     1分（如图所示）
     
           1分
    练习册系列答案
    年级 高中课程 年级 初中课程
    高一 高一免费课程推荐！ 初一 初一免费课程推荐！
    高二 高二免费课程推荐！ 初二 初二免费课程推荐！
    高三 高三免费课程推荐！ 初三 初三免费课程推荐！
    相关习题

    科目：高中物理 来源：不详 题型：计算题

    （22分）如图甲所示，水平放置的A、B两平行金属板的中央各有一小孔O1、O2，板间距离为d，开关S接1。当t=0时，在a、b两端加上如图乙中的①图线所示的电压，同时在c、d两端加上如图丙所示的电压。此时，一质量为m的带负电微粒恰好静止于两孔连线的中点P处 (P、O1、O2在同一竖直线上)。重力加速度为g，空气阻力和金属板的厚度不计。

    ⑴若某时刻突然在a、b两端改加如图乙中的②图线所示的电压，则微粒可达到的最高点距A板的高度为多少？
    ⑵试在答题卷所给的坐标中，定性画出在a、b两端改加如图乙中的②图线所示的电压之后微粒运动过程中相对于P点的重力势能Ep随时间t变化的图象（只要求画出图线，不必写出定量关系式，但必须标明各转折点的横纵坐标）；
    ⑶若要使微粒在两板间运动一段时间后，从A板中的O1小孔射出，且射出时的动能尽可能大，问应在t=0到t=T之间的哪个时 刻把开关s从l扳到2位置？ucd的变化周期T至少为多少?

    查看答案和解析>>

    科目：高中物理 来源：不详 题型：计算题

    如图所示，在平面直角坐标系中，直线与轴成30°角，点的坐标为（，0），在轴与直线之间的区域内，存在垂直于平面向里磁感强度为的匀强磁场．均匀分布的电子束以相同的速度从轴上的区间垂直于轴和磁场方向射入磁场．己知从轴上点射入磁场的电子在磁场中的轨迹恰好经过点，忽略电子间的相互作用，不计电子的重力．

    （1）电子的比荷（）；
    （2）有一电子，经过直线MP飞出磁场时，它的速度方向平行于y轴，求该电子在y轴上的何处进入磁场；（3）若在直角坐标系的第一象限区域内，加上方向沿轴正方向大小为的匀强电场，在处垂直于轴放置一平面荧光屏，与轴交点为，求：从O点上方最远处进入电场的粒子打在荧光屏上的位置。

    查看答案和解析>>

    科目：高中物理 来源：不详 题型：计算题

    （12分）半径为r的绝缘光滑圆环固定在竖直平面内，环上套有质量为m、带正电的珠子，空间存在水平向右的匀强电场，如图所示，珠子所受静电力是其重力的倍。将珠子从环最低位置A点静止释放，求：

    （1）珠子所能获得的最大动能；
    （2）最大动能位置圆环对珠子作用力大小；
    （3）珠子运动到最高点B点位置。

    查看答案和解析>>

    科目：高中物理 来源：不详 题型：计算题

    （10分）如图甲所示，足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ所在平面与水平面成30°角，两导轨的间距l=0.50m，一端接有阻值R=1.0Ω的电阻。质量m=0.10kg的金属棒ab置于导轨上，与轨道垂直，电阻r=0.25Ω。整个装置处于磁感应强度B=1.0T的匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面向下。t=0时刻，对金属棒施加一平行于导轨向上的外力F，使之由静止开始沿斜面向上运动，运动过程中电路中的电流随时间t变化的关系如图乙所示。电路中其他部分电阻忽略不计，g取10m/s2，求：   

    （1）4.0s末金属棒ab瞬时速度的大小；
    （2）4.0s末力F的瞬时功率。

    查看答案和解析>>

    科目：高中物理 来源：不详 题型：计算题

    （12分）图（甲）为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动，线圈的匝数n =100匝、电阻r =10W，线圈的两端经集流环与电阻R连接，电阻R =" 90" Ω，与R并联的交流电压表为理想电表。在t ＝0时刻，线圈平面与磁场方向平行，穿过每匝线圈的磁通量F随时间t按图15（乙）所示正弦规律变化。 求：

    (1) 从1.57×10-2s到4.71×10-2s内通过电阻R上的电量q。
    (2)电路中交流电压表的示数。
    (3)线圈匀速转动一周的过程中，外力所做的功W外。

    查看答案和解析>>

    科目：高中物理 来源：不详 题型：计算题

    如图甲所示，一个n=10匝，面积为S=0.3m2的圆形金属线圈，其总电阻为R1="2Ω," 与R2=4Ω的电阻连接成闭合电路。线圈内存在方向垂直于纸面向里，磁感应强度按B1="2t" + 3 (T)规律变化的磁场。电阻R2两端通过金属导线分别与电容器C的两极相连．电容器C紧靠着带小孔a（只能容一个粒子通过）的固定绝缘弹性圆筒。圆筒内壁光滑，筒内有垂直水平面竖直向下的匀强磁场B2，O是圆筒的圆心，圆筒的内半径为r=0.4m．

    （1）金属线圈的感应电动势E和电容器C两板间的电压U;
    （2）在电容器C内紧靠极板且正对a孔的D处有一个带正电的粒子从静止开始经电容器C加速后从a孔垂直磁场B2并正对着圆心O进入筒中，该带电粒子与圆筒壁碰撞四次后恰好又从小孔a射出圆筒．已知粒子的比荷q/m=5×107（C/kg），该带电粒子每次与筒壁发生碰撞时电量和能量都不损失，不计粒子重力和空气阻力，则磁感应强度B2多大（结果允许含有三角函数式）。

    查看答案和解析>>

    科目：高中物理 来源：不详 题型：计算题

    如右图，在区域内存在与xy平面垂直的匀强磁场，磁感应强度的大小为B.在t＝0时刻，一位于坐标原点的粒子源在xy平面内发射出大量同种带电粒子，所有粒子的初速度大小相同，方向与y轴正方向的夹角分布在0～180°范围内．已知沿y轴正方向发射的粒子在时刻刚好从磁场边界上点离开磁场．求：

    (1)粒子在磁场中做圆周运动的半径R及粒子的比荷q/m；
    (2)此时刻仍在磁场中的粒子的初速度方向与y轴正方向夹角的取值范围；
    (3)从粒子发射到全部粒子离开磁场所用的时间。

    查看答案和解析>>

    科目：高中物理 来源：不详 题型：填空题

    如图所示，水平向左的匀强电场，一根不可伸长的绝缘细线长度为L，细线一端拴一个质量为m，带负电小球，另一端固定在O点，把小球拉到使细线水平的位置A，然后由静止释放，小球沿弧线运动到细线与水平方向成角的位置B时速度为零。

    （1）该小球在B点的电势能比在A点时          （大、小）。
    （2）小球所受电场力与重力之比为          。
    （3）小球从A到B过程中，电场力做功          。
    （4）小球从A到B过程中，最大动能为          。

    查看答案和解析>>

    同步练习册答案