如图所示电路中,三个相同的灯泡额定功率是40 W,在不损坏灯泡的情况下,这三个灯泡消耗的总功率最大不超过 :
A.40 W B.60 W C.80 W D.120 W
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某物体运动的速度图象如图,根据图象可知( )
A.0-2s内的加速度为1m/s2
B.0-5s内的位移为10m
C.第1s末与第3s末的速度方向相反
D.第1s末与第5s末的加速度方向相反
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关于速度、加速度、合外力之间的关系,正确的是( )
A.物体的速度越大,则加速度越大,所受的合外力也越大
B.物体的速度为零,则加速度为零,所受的合外力也为零
C.物体的速度为零,但加速度可能很大,所受的合外力也可能很大
D.物体的速度很大,但加速度可能为零,所受的合外力也可能为零
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额定电压为4V的直流电动机的线圈电阻为1
,正常工作时,电动机线圈每秒产生的热量为4J,下列计算结果正确的是( )
A.电动机正常工作时的输入功率为4W B.电动机正常工作时的输出功率为8W
C.电动机每秒能将电能转化成4J的机械能 D.电动机正常工作时的电流强度为2A
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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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用金属箔做成一个不带电的圆环,放在干燥的绝缘桌面上。小明同学用绝缘材料做的笔套与头发摩擦后,将笔套自上向下慢慢靠近圆环,当距离约为0.5cm时圆环被吸引到笔套上,如图所示。对上述现象的判断与分析,下列说法正确的是:
A.摩擦使笔套带电
B.笔套靠近圆环时,圆环上、下部感应出异号电荷
C.圆环被吸引到笔套的过程中,圆环所受静电力的合力大于圆环的重力
D.笔套碰到圆环后,笔套所带的电荷立刻被全部中和
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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。
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(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?
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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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某研究性学习小组为测量某电阻Rx的阻值,设计并完成了有关的实验,以下是实验中可供选用的器材.
A.待测电阻Rx(阻值约为10Ω)
B.电流表(量程0~0.6A,内阻1.0Ω)
C.电压表(量程0~3V,内阻约5kΩ)
D.电压表(量程0~6V,内阻约15kΩ)
E.滑线变阻器(最大阻值50Ω)
F.滑线变阻器(最大阻值1kΩ)
G.直流电源(电动势6V,内阻可忽略)
H.开关一个,导线若干
实验中要求Rx两端电压从0开始变化,尽可能多的测量几组数据和小的误差.
① 请在后面的空格内填上所需实验实验仪器 (写上所需仪器的字母序号即可)
② 请在答卷的虚线框中画出为完成上述实验而设计的合理的电路图.![]()
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在地面附近的空间中有水平方向的匀强电场和匀强磁场,已知磁场的方向垂直纸面向里,一个带电油滴沿着一条与竖直方向成α角的直线MN运动,如图所示。由此可判断下列说法正确的是( )
A.如果油滴带正电,则油滴从M点运动到N点
B.如果油滴带正电,则油滴从N点运动到M点
C.如果电场方向水平向右,则油滴从N点运动到M点
D.如果电场方向水平向左,则油滴从N点运动到M点
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