如圖甲所示,一個(gè)半徑r=10cm圓盤(pán)由兩種材料Ⅰ、Ⅱ構(gòu)成,每種材料正好形成一個(gè)半圓,它們之間除圓心O以外由絕緣薄膜隔開(kāi).圓盤(pán)下端浸沒(méi)在導(dǎo)電液體中,O點(diǎn)到液面的距離是半徑r的倍.圓盤(pán)可繞O點(diǎn)按順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng),且在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中,只要材料進(jìn)入液體中,材料Ⅰ在O點(diǎn)與液體間的電阻恒為R=1kΩ,材料Ⅱ在O點(diǎn)與液體間的電阻恒為R=4kΩ.圓盤(pán)通過(guò)轉(zhuǎn)軸、導(dǎo)電液體與外電路連接,導(dǎo)線與導(dǎo)電液體電阻不計(jì).電路中電源電動(dòng)勢(shì)E=2000V,內(nèi)阻不計(jì),R=4kΩ.R的兩端與兩塊豎直放置、正對(duì)且等大的平行金屬板相連,板間距離不計(jì).金屬板右側(cè)依次有半徑為r/10的圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域及豎直放置的熒光屏,已知平行金屬板正中央的小孔O1、O2,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的圓心O3,熒光屏的中心O4在同一條水平直線上,O3O4=20cm.現(xiàn)有一細(xì)束帶電粒子從O1點(diǎn)沿O1O2方向進(jìn)入平行金屬板間,初速度及重力不計(jì),比荷.勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1.0T,圓盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)周期T=4s.
(1)圓盤(pán)處于圖示位置時(shí),兩平行金屬板間的電壓是多少?帶電粒子打到熒光屏上時(shí)距O4點(diǎn)的距離y是多大?
(2)如果圓盤(pán)在圖位置時(shí)為零時(shí)刻,在圖乙畫(huà)出平行金屬板間電壓在一個(gè)周期內(nèi)隨時(shí)間變化的圖象.(可不寫(xiě)計(jì)算過(guò)程,但需在圖上標(biāo)出具體數(shù)值)
(3)在圖丙中定性畫(huà)出電子到達(dá)屏上時(shí),它離O4點(diǎn)的距離y隨時(shí)間的變化圖線.

【答案】分析:(1)根據(jù)閉合電路歐姆定律求出電阻R兩端的電壓,從而得出兩金屬板間的電壓大小.根據(jù)動(dòng)能定理求出粒子進(jìn)入磁場(chǎng)的速度,通過(guò)半徑公式求出粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑,結(jié)合幾何關(guān)系求出偏轉(zhuǎn)角的大小,從而得出帶電粒子打到熒光屏上時(shí)距O4點(diǎn)的距離.
(2)求出各個(gè)時(shí)間段圓盤(pán)部分的并聯(lián)電阻,通過(guò)閉合電路歐姆定律求出平行金屬板間電壓在一個(gè)周期內(nèi)隨時(shí)間變化的圖象.
(3)粒子的速度越大,偏轉(zhuǎn)角越小,則離O4點(diǎn)的距離y越。
解答:解:(1)電阻R兩端的電壓U=
根據(jù)動(dòng)能定理得,qU=
解得v=m/s.
粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑r′=
根據(jù)幾何關(guān)系得,粒子的偏向角為60度.
所以y=
(2)在0-1s內(nèi),平行板間的電壓為1000V.
在1-2s內(nèi),圓盤(pán)部分并聯(lián)電阻為,則電阻R兩端的電壓.則平行板間的電壓為1667V.
在2-3s內(nèi),圓盤(pán)部分電阻為1kΩ,則平行板間的電壓
在3-4s內(nèi),圓盤(pán)部分并聯(lián)電阻為,則電阻R兩端的電壓.則平行板間的電壓為1667V.
所以平行金屬板間電壓在一個(gè)周期內(nèi)隨時(shí)間變化的圖象如圖所示.
(3)粒子速度越大,則偏轉(zhuǎn)角越小,y越小,定性地作出y隨時(shí)間的變化圖線.如圖所示.
答:(1)兩平行金屬板間的電壓是1000V,帶電粒子打到熒光屏上時(shí)距O4點(diǎn)的距離y是
(2)如圖所示.
(3)如圖所示.
點(diǎn)評(píng):本題考查了閉合電路歐姆定律、動(dòng)能定理、牛頓第二定律、共點(diǎn)力平衡等知識(shí)點(diǎn),綜合性較強(qiáng),對(duì)學(xué)生的能力要求較高,需加強(qiáng)訓(xùn)練.
練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

如圖甲所示是一個(gè)研究向心力與哪些因素有關(guān)的DIS實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖,其中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的圓柱體的質(zhì)量為m,放置在未畫(huà)出的圓盤(pán)上.圓周軌道的半徑為r,力電傳感器測(cè)定的是向心力,光電傳感器測(cè)定的是圓柱體的線速度,以下是所得數(shù)據(jù)和圖乙所示的F-v2,F(xiàn)-v,F(xiàn)-v3三個(gè)圖象:(計(jì)算時(shí)保留兩位有效數(shù)字)
精英家教網(wǎng)
v/m?s-1 1 1.5 2 2.5 3
F/N 0.88 2 3.5 5.5 7.9
(1)數(shù)據(jù)表和圖乙的三個(gè)圖象,是在用實(shí)驗(yàn)探究向心力F和圓柱體線速度v的關(guān)系時(shí),并保持圓柱體質(zhì)量不變,半徑r=0.1m的條件下得到的.研究圖象后,可得出向心力F和圓柱體速度v的關(guān)系是
 

(2)根據(jù)你已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)的向心力公式以及上面的圖線和數(shù)字可以推算出,本實(shí)驗(yàn)中圓柱體的質(zhì)量為
 

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:閱讀理解

精英家教網(wǎng)如圖甲所示,一個(gè)半徑r=10cm圓盤(pán)由兩種材料Ⅰ、Ⅱ構(gòu)成,每種材料正好形成一個(gè)半圓,它們之間除圓心O以外由絕緣薄膜隔開(kāi).圓盤(pán)下端浸沒(méi)在導(dǎo)電液體中,O點(diǎn)到液面的距離是半徑r的
2
2
倍.圓盤(pán)可繞O點(diǎn)按順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng),且在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中,只要材料進(jìn)入液體中,材料Ⅰ在O點(diǎn)與液體間的電阻恒為R=1kΩ,材料Ⅱ在O點(diǎn)與液體間的電阻恒為R=4kΩ.圓盤(pán)通過(guò)轉(zhuǎn)軸、導(dǎo)電液體與外電路連接,導(dǎo)線與導(dǎo)電液體電阻不計(jì).電路中電源電動(dòng)勢(shì)E=2000V,內(nèi)阻不計(jì),R=4kΩ.R的兩端與兩塊豎直放置、正對(duì)且等大的平行金屬板相連,板間距離不計(jì).金屬板右側(cè)依次有半徑為r/10的圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域及豎直放置的熒光屏,已知平行金屬板正中央的小孔O1、O2,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的圓心O3,熒光屏的中心O4在同一條水平直線上,O3O4=20cm.現(xiàn)有一細(xì)束帶電粒子從O1點(diǎn)沿O1O2方向進(jìn)入平行金屬板間,初速度及重力不計(jì),比荷
q
m
=
2
3
×107C/kg
.勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1.0T,圓盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)周期T=4s.
(1)圓盤(pán)處于圖示位置時(shí),兩平行金屬板間的電壓是多少?帶電粒子打到熒光屏上時(shí)距O4點(diǎn)的距離y是多大?
(2)如果圓盤(pán)在圖位置時(shí)為零時(shí)刻,在圖乙畫(huà)出平行金屬板間電壓在一個(gè)周期內(nèi)隨時(shí)間變化的圖象.(可不寫(xiě)計(jì)算過(guò)程,但需在圖上標(biāo)出具體數(shù)值)
(3)在圖丙中定性畫(huà)出電子到達(dá)屏上時(shí),它離O4點(diǎn)的距離y隨時(shí)間的變化圖線.

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科目:高中物理 來(lái)源:2011-2012學(xué)年度浙江省杭州第十四中學(xué)高三物理上學(xué)期12月物理卷 題型:實(shí)驗(yàn)題

如圖甲所示是一個(gè)研究向心力與哪些因素有關(guān)的DIS實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖。其中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的圓柱體的質(zhì)量為m,放置在末畫(huà)出的圓盤(pán)上,圓周軌道的半徑為r,力電傳感器測(cè)定的是向心力,光電傳感器測(cè)定的是圓柱體的線速度,以下是所得數(shù)據(jù)和圖乙所示的F-v、F-v2、F-v3三個(gè)圖象。

v /m·s-1
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
F /N
0.88
2.00
3.50
5.50
7.90
【小題1】數(shù)據(jù)表和圖乙的三個(gè)圖象是在用實(shí)驗(yàn)探究向心力F和圓柱體線速度v的關(guān)系時(shí)保持圓柱體質(zhì)量不變,半徑r=0.1m的條件下得到的。研究圖象后,可得出向心力F和圓柱體速度v的具體關(guān)系式是            。

【小題2】為了研究F與r的關(guān)系,實(shí)驗(yàn)時(shí)除了要保持圓柱體質(zhì)量不變外,還應(yīng)保持物理量_ ___不變。
【小題3】根據(jù)你已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)的向心力公式以及上面的圖線可以推算出,本實(shí)驗(yàn)中圓柱體的質(zhì)量為       kg。

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科目:高中物理 來(lái)源:2014屆北京市海淀區(qū)高三下期期中練習(xí)物理試卷(解析版) 題型:選擇題

理論上已經(jīng)證明:質(zhì)量分布均勻的球殼對(duì)殼內(nèi)物體的萬(wàn)有引力為零。現(xiàn)假設(shè)地球是一半徑為R、質(zhì)量分布均勻的實(shí)心球體,O為球心,以O為原點(diǎn)建立坐標(biāo)Ox,如圖甲所示。一個(gè)質(zhì)量一定的小物體(假設(shè)它能夠在地球內(nèi)部移動(dòng))x軸上各位置受到的引力大小用F表示,則圖乙所示的四個(gè)Fx的變化關(guān)系圖正確的是??

 

 

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