【題目】“太空粒子探測器”是由加速、偏轉(zhuǎn)和收集三部分組成，其原理可簡化為如圖所示。輻射狀的加速電場區(qū)域I邊界為兩個同心平行扇形弧面，O1為圓心，圓心角θ為120°，外圓弧面AB與內(nèi)圓弧面CD的電勢差為U0，M為外圓弧的中點(diǎn)。在緊靠O1右側(cè)有一圓形勻強(qiáng)磁場區(qū)域Ⅱ，圓心為O2，半徑為L，磁場方向垂直于紙面向外且大小為B＝，在磁場區(qū)域下方相距L處有一足夠長的收集板PNQ．已知MO1O2和PNQ為兩條平行線，且與O2N連線垂直。假設(shè)太空中漂浮著質(zhì)量為m，電量為q的帶正電粒子，它們能均勻地吸附到AB弧面上，經(jīng)電場從靜止開始加速，然后從O1進(jìn)入磁場，并最終到達(dá)PNQ板被收集，忽略一切萬有引力和粒子之間作用力，已知從M點(diǎn)出發(fā)的粒子恰能到達(dá)N點(diǎn)，求：

（1）粒子經(jīng)電場加速后，進(jìn)入磁場時的速度v的大�。�

（2）從M點(diǎn)出發(fā)的粒子在磁場中運(yùn)動的半徑R；

（3）假設(shè)所有粒子從AB弧面同時出發(fā)，則最先到達(dá)收集板的是哪一點(diǎn)出發(fā)的粒子？求出該粒子從O至收集板的時間。

【答案】（1）；（2）L；（3）A點(diǎn)出發(fā)的粒子， 。

【解析】

（1）帶電粒子在電場中加速時，電場力做功，根據(jù)動能定理有：

則有：

（2）從M點(diǎn)出發(fā)的粒子到達(dá)O1點(diǎn)后水平進(jìn)入磁場，在磁場中做勻速圓周運(yùn)動，根據(jù)牛頓第二定律有：

解得：

（3）

所有粒子從AB弧面射入的粒子，速度大小相等，在磁場中做勻速圓周運(yùn)動的半徑相同，根據(jù)對稱性可知，它們經(jīng)過磁場旋轉(zhuǎn)后都從磁場邊界垂直于PNQ線射出，最終到達(dá)PNQ板被收集，軌跡如圖所示，從各個粒子的運(yùn)動軌跡可以看出，軌跡1在磁場中轉(zhuǎn)動的角度最小，所以從A點(diǎn)射出的粒子運(yùn)動的時間最短，根據(jù)圖形以及幾何知識可知，該粒子轉(zhuǎn)動了30°，所以在磁場中運(yùn)動的時間為：

出磁場后勻速運(yùn)動的時間為：

該粒子從O1至收集板的時間為：

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】如圖在x軸的-3a和3a兩處分別固定兩個電荷QA、QB，圖中曲線是兩電荷之間的電勢φ與位置x之間的關(guān)系圖象，圖中x = a處為圖線的最低點(diǎn)。線于在x = 2a處由靜止釋放一個質(zhì)量為m、帶電荷量為q的正電點(diǎn)電荷，該電荷只在電場力作用下運(yùn)動。下列有關(guān)說法正確的是

A. 電荷運(yùn)動至x = a處時速度最大

B. 兩點(diǎn)電荷QA:QB = 4:1

C. 該電荷一定通過x = a處，但不能到達(dá)x = -a處

D. 該電荷以O為中點(diǎn)做往復(fù)運(yùn)動

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【題目】要測繪標(biāo)有“3V；0.6W"小燈泡的伏安特性曲線，燈泡兩端的電壓需要由零逐漸增加到3V，并便于操作。已選用的器材有：

電池組（電動勢為4.5V，內(nèi)阻約1Ω）；

電流表（量程為0~250mA，內(nèi)阻約為5Ω）；

電壓表（量程為0~3V，內(nèi)阻約為3kΩ）；

電鍵一個、導(dǎo)線若干

（1）實(shí)驗(yàn)中所用的滑動變阻器應(yīng)選下列的___________________（填字母代號）。

A．滑動變阻器（最大阻值20Ω，額定電流1A）

B．滑動變阻器（最大阻值1750Ω，額定電流0.3A）

（2）實(shí)驗(yàn)的電路圖應(yīng)選用下列的圖____________（填字母代號）。

（3）實(shí)臉得到小燈泡的伏安特性曲線如圖所示．如果將這個小燈泡接到電動勢為1.5V，內(nèi)阻為5Ω的電源兩端，小燈泡消耗的功率是________W。（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）

（4）如果將這樣相同的兩個燈泡并聯(lián)后接到電動勢為1.5V、內(nèi)阻為5Ω的電源兩端，每個小燈泡消耗的功率是____________W.。結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）

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科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】如圖所示的天平可用來測定磁感應(yīng)強(qiáng)度，天平的右臂下面掛有一個矩形線圈，寬度為L＝20.0cm，共N＝10匝，線圈下端懸在勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直紙面。當(dāng)線圈中通有電流I＝0.20A時（方向如圖），調(diào)節(jié)砝碼使天平達(dá)到平衡，此時m1＞m2．當(dāng)電流反向（大小不變）時，右邊再加上質(zhì)量為m＝10g的砝碼后，天平重新平衡，重力加速度取g＝10m/s2，由此可知（　　）

A.磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直紙面向外，大小為0.25T

B.磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直紙面向里，大小為0.25T

C.磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向乖直紙面向外，大小為0.125T

D.磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直紙面向里，大小為0.125T

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科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】在“測定金屬的電阻率”實(shí)驗(yàn)中，先用多用電表進(jìn)行粗測其阻值，部分操作步驟如下：

（1）①將選擇開關(guān)撥至×10檔，紅、黑表筆分別插入“+”、“﹣”插孔，進(jìn)行歐姆調(diào)零；

②將紅、黑表筆分別接在電阻兩端，發(fā)現(xiàn)指針偏角太大，則需將選擇開關(guān)K轉(zhuǎn)換至_____（選填“×100”或“×1”）；

③歐姆調(diào)零后再次測量如圖1所示，則其讀數(shù)為_____Ω。

（2）用伏安法精確測量金屬絲的電阻，實(shí)驗(yàn)中得到電流、電壓示數(shù)如圖2所示，則電流表讀數(shù)為_____A，電壓表讀數(shù)為_____V。

（3）若實(shí)驗(yàn)中測得用L表示金屬絲的長度，d表示直徑，電流表示數(shù)為I，電壓表示數(shù)為U，請寫出計(jì)算金屬絲電阻率的表達(dá)式ρ＝_____。（用測出的物理量的符號表示）

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科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】如圖，水平地面上有兩個靜止的小物塊a和b，其連線與墻垂直，a和b相距l，b與墻之間也相距l；a的質(zhì)量為m，b的質(zhì)量為，兩物塊與地面間的動摩擦因數(shù)均相同，現(xiàn)使a以初速度v0向右滑動，此后a與b發(fā)生彈性碰撞，但b沒有與墻發(fā)生碰撞．重力加速度大小為g，求物塊與地面間的動摩擦因數(shù)滿足的條件．

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【題目】為精確測量電源的電動勢和內(nèi)阻，實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)了圖甲所示電路，圖中S2為單刀雙擲開關(guān)，定值電阻R0=4Ω。實(shí)驗(yàn)時先閉合開關(guān)S1，然后分別將S2先后接到1和2，移動滑動變阻器滑片，記錄多組電壓表和電流表的讀數(shù)U和I，最后通過描點(diǎn)得到圖乙所示的兩條U-I關(guān)系圖線。

(1)請根據(jù)圖甲，在圖丙中將單刀雙擲開關(guān)連入電路_________。

(2)若只考慮系統(tǒng)誤差，當(dāng)單刀雙擲開關(guān)撥向1時，E測______E真，r測______r真；當(dāng)單刀雙擲開關(guān)撥向2時，E測_______E真，r測_______r真（填“>”、“=”、“<”）。

(3)根據(jù)圖乙可知電源電動勢E=_______V，內(nèi)阻r=_______Ω。（結(jié)果均保留三位有效數(shù)字）

(4)電壓表內(nèi)阻RV=_______Ω ，電流表內(nèi)阻RA=_________Ω。（結(jié)果均保留三位有效數(shù)字）

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【題目】如圖所示，一束高速帶電粒子流在P點(diǎn)產(chǎn)生了一垂直于紙面向外的磁場，則這束帶電粒子流為

A.P點(diǎn)上方向右的帶正電粒子B.P點(diǎn)右側(cè)向上的帶負(fù)電粒子

C.P點(diǎn)上方向左的帶負(fù)電粒子D.P點(diǎn)下方向右的帶正電粒子

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【題目】如圖所示，水平放置的平行板電容器的兩極板M、N，接上直流電源．上極板M的中央有一小孔A，在A的正上方h＝20 cm處的B點(diǎn)，有一小油滴自由落下．已知小油滴的電量Q＝－3.5×10-14C，質(zhì)量m＝3.0×10-9kg.當(dāng)小油滴即將落到下極板時，速度恰為零．(不計(jì)空氣阻力，g＝10 m/s2，L＝15 cm)求：

（1）兩極板間的電勢差U；

（2）兩極板間的電場強(qiáng)度E；

（3）設(shè)平行板電容器的電容C＝4.0×10-12F，則該電容器帶電量Q是多少？

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