勻強(qiáng)電場(chǎng)勻變速,勻強(qiáng)磁場(chǎng)回旋 例2. (2鈥︹€�查看更多

 

題目列表(包括答案和解析)

回旋加速器英文:Cyclotron 它是利用磁場(chǎng)使帶電粒子作回旋運(yùn)動(dòng),在運(yùn)動(dòng)中經(jīng)高頻電場(chǎng)反復(fù)加速的裝置,是高能物理中的重要儀器.
1930年Earnest O.Lawrence提出回旋加速器的理論,1932年首次研制成功.它的主要結(jié)構(gòu)是在磁極間的真空室內(nèi)有兩個(gè)半圓形的金屬扁盒(D形盒)隔開相對(duì)放置,D形盒上加交變電壓,其間隙處產(chǎn)生交變電場(chǎng).在D形盒所在處存在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng).置于中心的粒子源產(chǎn)生的帶電粒子,質(zhì)量為m,電荷量為q,在電場(chǎng)中被加速,帶電粒子在D形盒內(nèi)不受電場(chǎng)力,在洛倫茲力作用下,在垂直磁場(chǎng)平面內(nèi)作圓周運(yùn)動(dòng).如果D形盒上所加的交變電壓的頻率恰好等于粒子在磁場(chǎng)中作圓周運(yùn)動(dòng)的頻率,則粒子繞行半圈后正趕上D形盒上極性變號(hào),粒子仍處于加速狀態(tài).由于上述粒子繞行半圈的時(shí)間與粒子的速度無關(guān),因此粒子每繞行半圈受到一次加速,繞行半徑增大.經(jīng)過很多次加速,粒子沿如圖2所示的軌跡從D形盒邊緣引出,能量可達(dá)幾十兆電子伏特(MeV ).回旋加速器的能量受制于隨粒子速度增大的相對(duì)論效應(yīng),粒子的質(zhì)量增大,粒子繞行周期變長(zhǎng),從而逐漸偏離了交變電場(chǎng)的加速狀態(tài).
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圖1是回旋加速器的實(shí)物圖,圖2、圖3是回旋加速器的原理圖,一質(zhì)量為m,電荷量為q的帶電粒子自半徑為R的D形盒的中心由靜止開始加速,D形盒上加交變電壓大小恒為U,兩D形盒之間的距離為d,D形盒所在處的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,不考慮相對(duì)論效應(yīng),求:
(1)帶電粒子被第一次加速后獲得的速度v1;
(2)帶電粒子加速后獲得的最大速度vm;
(3)帶電粒子由靜止開始到第n次加速結(jié)束時(shí)在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)所用的總時(shí)間是多少?若要增大帶電粒子加速后獲得的最大速度vm,你認(rèn)為可以采取哪些方案?

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(2013·天津南開二模,9題)(18分)(1)如圖為“電流天平”,可用于測(cè)定磁感應(yīng)強(qiáng)度。在天平的右端掛有一矩形線圈,設(shè)其匝數(shù)n=5匝,底邊cd長(zhǎng)L=20cm,放在垂直于紙面向里的待測(cè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,且線圈平面與磁場(chǎng)垂直。當(dāng)線圈中通入如圖方向的電流I=100mA時(shí):調(diào)節(jié)砝碼使天平平衡。若保持電流大小不變,使電流方向反向,則要在天平右盤加質(zhì)量m=8.2g的砝碼,才能使天平再次平衡。則cd邊所受的安培力大小為______N,磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小為__________T。

(2)某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示的裝置來探究加速度與力的關(guān)系。彈簧秤固定在一合適的木板上,桌面的右邊緣固定一支表面光滑的鉛筆以代替定滑輪,細(xì)繩的兩端分別與彈簧秤的掛鉤和礦泉水瓶連接。在桌面上畫出兩條平行線MN、PQ,并測(cè)出間距d。開始時(shí)將木板置于MN處,現(xiàn)緩慢向瓶中加水,直到木板剛剛開始運(yùn)動(dòng)為止,記下彈簧秤的示數(shù),以此表示滑動(dòng)摩擦力的大小。再將木板放回原處并按住,繼續(xù)向瓶中加水后,記下彈簧秤的示數(shù),然后釋放木板,并用秒表記下木板運(yùn)動(dòng)到PQ處的時(shí)間t。

  

  ①木板的加速度可以用d、t表示為a=_______;

   ②改變瓶中水的質(zhì)量重復(fù)實(shí)驗(yàn),確定加速度a與彈簧秤示數(shù)的關(guān)系。下列圖象能表示該同學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的是_________;

   ③用加水的方法改變拉力的大小與掛鉤碼的方法相比,它的優(yōu)點(diǎn)是________。

   A.可以改變滑動(dòng)摩擦力的大小        B.可以更方便地獲取多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

   C.可以比較精確地測(cè)出摩擦力的大小  D.可以獲得更大的加速度以提高實(shí)驗(yàn)精度

(3)在練習(xí)使用多用表的實(shí)驗(yàn)中,某同學(xué)連接的電路如圖所示。

  ①若旋轉(zhuǎn)選擇開關(guān),使尖端對(duì)準(zhǔn)直流電流擋,閉合電鍵S,此時(shí)測(cè)得的是通過_____的電流;

  ②若斷開電路中的電鍵S,旋轉(zhuǎn)選擇開關(guān)使其尖端對(duì)準(zhǔn)歐姆擋,此時(shí)測(cè)得的是________的電阻;

  ③若旋轉(zhuǎn)選擇開關(guān),使尖端對(duì)準(zhǔn)直流電壓擋,閉合電鍵S,并將滑動(dòng)變阻器的滑片移至最左端,此時(shí)測(cè)得的是_______兩端的電壓;

④在使用多用表的歐姆擋測(cè)量電阻時(shí),若(    )

  A.雙手捏住兩表筆金屬桿,測(cè)量值將偏大

  B.測(cè)量時(shí)發(fā)現(xiàn)指針向左偏離中央刻度過大,則必須減小倍率,重新調(diào)零后再進(jìn)行測(cè)量

  C.選擇“×l0”倍率測(cè)量時(shí)發(fā)現(xiàn)指針位于20與30正中間,則測(cè)量值等于250

  D.歐姆表內(nèi)的電池使用時(shí)間太長(zhǎng),雖然完成調(diào)零,但測(cè)量值將略偏大

  

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(2013?南開區(qū)二模)(1)如圖1為“電流天平”,可用于測(cè)定磁感應(yīng)強(qiáng)度.在天平的右端掛有一矩形線圈,設(shè)其匝數(shù)n=5匝,底邊cd長(zhǎng)L=20cm,放在垂直于紙面向里的待測(cè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,且線圈平面與磁場(chǎng)垂直.當(dāng)線圈中通入如圖方向的電流I=100mA時(shí):調(diào)節(jié)砝碼使天平平衡.若保持電流大小不變;使電流方向反向,則要在天平右盤加質(zhì)量m=8.2g的砝碼,才能使天平再次平衡.則cd邊所受的安培力大小為
4.1×10-2
4.1×10-2
N,磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小為
0.41
0.41
T.(g=10m/s2

(2)某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖2所示的裝置來探究加速度與力的關(guān)系.彈簧秤固定在一合適的木板上,桌面的右邊緣固定一支表面光滑的鉛筆以代替定滑輪,細(xì)繩的兩端分別與彈簧秤的掛鉤和礦泉水瓶連接.在桌面上畫出兩條平行線MN、PQ,并測(cè)出間距d.開始時(shí)將木板置于MN處,現(xiàn)緩慢向瓶中加水,直到木板剛剛開始運(yùn)動(dòng)為止,記下彈簧秤的示數(shù)F0,以此
表示滑動(dòng)摩擦力的大�。賹⒛景宸呕卦幉醋。^續(xù)向瓶中加水后,記下彈簧秤的示數(shù)F1,然后釋放木板,并用秒表記下木板運(yùn)動(dòng)到PQ處的時(shí)間t.
①木板的加速度可以用d、t表示為a=
2d
t2
2d
t2
;
②改變瓶中水的質(zhì)量重復(fù)實(shí)驗(yàn),確定加速度a與彈簧秤示數(shù)的關(guān)系.圖3中能表示該同學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的是
C
C

③用加水的方法改變拉力的大小與掛鉤碼的方法相比,它的優(yōu)點(diǎn)是
BC
BC

A.可以改變滑動(dòng)摩擦力的大小        B.可以更方便地獲取多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
C.可以比較精確地測(cè)出摩擦力的大小  D.可以獲得更大的加速度以提高實(shí)驗(yàn)精度
(3)在練習(xí)使用多用表的實(shí)驗(yàn)中,某同學(xué)連接的電路如圖4所示.
①若旋轉(zhuǎn)選擇開關(guān),使尖端對(duì)準(zhǔn)直流電流擋,閉合電鍵S,此時(shí)測(cè)得的是通過
R1
R1
的電流;
②若斷開電路中的電鍵S,旋轉(zhuǎn)選擇開關(guān)使其尖端對(duì)準(zhǔn)歐姆擋,此時(shí)測(cè)得的是
R1+R2
R1+R2
的電阻;
③若旋轉(zhuǎn)選擇開關(guān),使尖端對(duì)準(zhǔn)直流電壓擋,閉合電鍵S,并將滑動(dòng)變阻器的滑片移至最左端,此時(shí)測(cè)得的是
R2
R2
兩端的電壓;
④在使用多用表的歐姆擋測(cè)量電阻時(shí),若
D
D

A.雙手捏住兩表筆金屬桿,測(cè)量值將偏大
B.測(cè)量時(shí)發(fā)現(xiàn)指針向左偏離中央刻度過大,則必須減小倍率,重新調(diào)零后再進(jìn)行測(cè)量
C.選擇“×l0”倍率測(cè)量時(shí)發(fā)現(xiàn)指針位于20與30 正中間,則測(cè)量值等于250Ω
D.歐姆表內(nèi)的電池使用時(shí)間太長(zhǎng),雖然完成調(diào)零,但測(cè)量值將略偏大.

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