【題目】太空粒子探測器主要使命之一是在太空中尋找反物質(zhì)暗物質(zhì),探索宇宙的起源的奧秘,是人類在太空中進(jìn)行的最大規(guī)模的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。探測器核心部件是由加速、偏轉(zhuǎn)和收集三部分組成,其原理可簡化如下:如圖所示,輻射狀的加速電場區(qū)域邊界為兩個(gè)同心平行半圓弧面,圓心為,外圓弧面的半徑為,電勢為,內(nèi)圓弧面的半徑為,電勢為。足夠長的收集板平行邊界,板的距離為。在邊界和收集板之間加一個(gè)圓心為,半徑為,方向垂直紙面向里的半圓形勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度為。假設(shè)太空中漂浮著某種帶正電的反物質(zhì)粒子,它們能均勻地吸附到圓弧面上,并被加速電場從靜止開始加速,不計(jì)粒子間的相互作用和其它星球?qū)αW右Φ挠绊憽?/span>

1)若發(fā)現(xiàn)從圓弧面收集到的粒子有能打到板上(不考慮過邊界的粒子),求漂浮粒子的比荷;

2)隨著所加磁場大小的變化,試定量分析收集板上的收集粒子的效率和磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系。

3)該題粒子打不到屏上的臨界射出速度方向如何?

【答案】1 2 3)與板平行,或豎直向上

【解析】

1)由幾何關(guān)系得

粒子在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng),根據(jù)牛頓第二定律

粒子進(jìn)入電場,根據(jù)動(dòng)能定理

解得

2)磁感應(yīng)強(qiáng)度增大,粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑減小,由幾何關(guān)系,知收集效率變小,粒子在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng),根據(jù)牛頓第二定律

當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為時(shí),所有粒子剛好不能打在收集板上,由幾何關(guān)系得

解得

收集粒子的效率

當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度時(shí),設(shè)粒子進(jìn)入磁場時(shí),速度方向與邊界的夾角為,半徑為,由幾何關(guān)系得

收集粒子的效率

,

(3)根據(jù)題意可知,粒子打不到屏上的臨界射出速度方向與板平行(或豎直向上)。

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖為 LC 振蕩電路中電流隨時(shí)間變化的圖象,則( 。

A. 0﹣t1時(shí)間內(nèi),磁場能在增加

B. t1﹣t2時(shí)間內(nèi),電容器處于放電狀態(tài)

C. t2﹣t3時(shí)間內(nèi),電容器兩板間電壓在減小

D. t3﹣t4時(shí)間內(nèi),線圈中電流變化率在增大

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【題目】物理學(xué)史的學(xué)習(xí)是物理學(xué)習(xí)中很重要的一部分,下列關(guān)于物理學(xué)史敘述中不正確的是 ( )

A.湯姆孫通過研究陰極射線實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)了電子

B.盧瑟福通過對(duì)α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析,提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型

C.愛因斯坦發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng),并提出了光量子理論成功解釋了光電效應(yīng)

D.巴耳末根據(jù)氫原子光譜分析,總結(jié)出了氫原子光譜可見光區(qū)波長公式

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【題目】將三個(gè)木板1、2、3固定在墻角,木板與墻壁和地面構(gòu)成了三個(gè)不同的三角形,如圖所示,其中12所構(gòu)成三角形的底邊相同,23所構(gòu)成三角形的高度相同,現(xiàn)將一 個(gè)可以視為質(zhì)點(diǎn)的物塊分別從三個(gè)木板的頂端由靜止釋放,并沿木板形成的斜面下滑到底端,物塊與木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)均相同,在這三個(gè)過程中,下列說法正確的是(

A.沿著12下滑到底端時(shí),物塊的速度不同;沿著23下滑到底端時(shí),物塊的速度相同

B.沿著1下滑到底端時(shí),物塊的速度最大

C.物塊沿著3下滑到底端的過程中,產(chǎn)生的熱量最多

D.物塊沿著12下滑到底端的過程中,產(chǎn)生的熱量一樣多

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖所示,彈簧的一端固定,另一端連接一個(gè)物塊,彈簧質(zhì)量不計(jì).物快(可視為質(zhì)點(diǎn))的質(zhì)量為 ,在水平桌面上沿軸運(yùn)動(dòng),與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為.以彈簧原長時(shí)物塊的位置為坐標(biāo)原點(diǎn),當(dāng)彈簧的伸長量為時(shí),物塊所受彈簧彈力大小為, 為常量.

)請(qǐng)畫出變化的示意圖;并根據(jù)圖象求物塊沿軸從點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到位置的過程中彈力所做的功.

)物塊由向右運(yùn)動(dòng)到,然后由返回到,在這個(gè)過程中,

.求彈力所做的功,并據(jù)此求彈性勢能的變化量;

.求滑動(dòng)摩擦力所做的功;并與彈力做功比較,說明為什么不存在與摩擦力對(duì)應(yīng)的摩擦力勢能的概念,為什么?

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖所示,在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中用a光照射光電管時(shí),靈敏電流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),而用b光照射光電管時(shí),靈敏電流計(jì)指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn),則( 。

A.a光的強(qiáng)度一定大于b

B.b光的頻率一定小于截止頻率

C.a光照射光電管時(shí),電流計(jì)中的光電流沿dc方向

D.K極換成逸出功較小的金屬板,仍用a光照射,其遏止電壓將減小

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【題目】質(zhì)量m=0.1kg的金屬滑塊(可看成質(zhì)點(diǎn))從距水平面h=1.8m的光滑斜面上由靜止開始釋放,運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)時(shí)無能量損耗,水平面AB粗糙,長度為2m,與半徑為R=0.4m的光滑的半圓形軌道BCD相切于B點(diǎn),其中圓軌道在豎直平面內(nèi),D為軌道的最高點(diǎn),滑塊恰能通過最高點(diǎn)D,(g=10m/s2)。求:

1)滑塊從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)克服摩擦阻力所做的功;

2)滑塊與AB間的動(dòng)摩擦因數(shù)

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【題目】在如圖甲所示的電路中,螺線管匝數(shù)n=1500,橫截面積S=20cm2。螺線管導(dǎo)線電阻r=1.0Ω,R1=4.0Ω,R2=5.0Ω,C=30μF。在一段時(shí)間內(nèi),穿過螺線管的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B按如圖乙所示的規(guī)律變化。則下列說法正確的是( 。

A.螺線管中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為1V

B.閉合S,電路中的電流穩(wěn)定后,電阻R1的電功率為1.4×102W

C.電路中的電流穩(wěn)定后電容器下極板帶正電

D.S斷開后,流經(jīng)R2的電荷量為1.8×105C

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】在“探究動(dòng)能定理”實(shí)驗(yàn)中,某實(shí)驗(yàn)小組采用如圖甲所示的裝置,在水平氣墊導(dǎo)軌上安裝了兩個(gè)光電門M、N,滑塊上固定一遮光條,細(xì)線繞過定滑輪將滑塊與力傳感器相連,傳感器下方懸掛鉤碼。已知遮光條的寬度為d,滑塊和遮光條的總質(zhì)量為m。

(1)接通氣源,滑塊從A位置由靜止釋放,讀出遮光條通過光電門M、N的時(shí)間分別為、,力傳感器的示數(shù),改變鉤碼質(zhì)量,重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。

①為探究在M、N間運(yùn)動(dòng)過程中細(xì)線拉力對(duì)滑塊做的功W和滑塊動(dòng)能增量的關(guān)系,還需要測量的物理量是 ___ (寫出名稱及符號(hào))。

②利用實(shí)驗(yàn)中直接測量的物理量表示需探究的關(guān)系式為____

(2)保持鉤碼質(zhì)量不變,改變光電門N的位置,重復(fù)實(shí)驗(yàn),根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出從M到N過程中細(xì)線拉力對(duì)滑塊做的功W與滑塊到達(dá)N點(diǎn)時(shí)速度二次方的關(guān)系圖象,如圖乙所示,則圖線的斜率表示_____,圖線在橫軸上的截距表示______

(3)下列不必要考慮的實(shí)驗(yàn)操作和要求有______(請(qǐng)?zhí)顚戇x項(xiàng)前對(duì)應(yīng)的字母)。

A.測量鉤碼的質(zhì)量

B.調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌水平

C.調(diào)節(jié)滑輪使細(xì)線與氣墊導(dǎo)軌平行

D.保證滑塊質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼和力傳感器的總質(zhì)量

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