甲、乙兩輛卡車質量m甲>m乙,都以相同的額定功率在平直的公路上同向行駛,若卡車所受運動阻力等于車重的K倍(K<1),則兩車在行駛過程中
A.有相同的最大速度 B.有相同的最大動量
C.速度相同時牽引力F甲>F乙 D.速度相同時加速度a甲<a乙
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空間有一沿x軸對稱分布的電場,其電場強度E隨x變化的圖象如圖所示,下列說法中正確的是
A.O點的電勢最低
B.x2點的電勢最高
C.x1和-x1兩點的電勢相等
D.x1和x3兩點的電勢相等
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某學生在研究串聯(lián)電路電壓特點的實驗時,連接成如圖所示的電路,接通S后,他將大內阻的電壓表并聯(lián)在A、C兩點間,電壓表讀數(shù)為U,當并聯(lián)在A、B兩點間時,電壓表讀數(shù)也為U,當并聯(lián)在B、C兩點間時,電壓表的讀數(shù)為零,則出現(xiàn)此種情況的原因可能是(R1、R2的阻值相差不大)
A.AB段斷路 B.BC段斷路
C.AB段短路 D.BC段短路
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某物體運動的速度圖象如圖,根據(jù)圖象可知( )
A.0-2s內的加速度為1m/s2
B.0-5s內的位移為10m
C.第1s末與第3s末的速度方向相反
D.第1s末與第5s末的加速度方向相反
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物體受到幾個恒力的作用處于平衡狀態(tài),若再對物體施加一個恒力,則物體可能做
A.靜止 B.勻速直線運動
C.變加速曲線運動 D.勻變速曲線運動
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有一根細長且均勻的空心金屬管線,長約30cm,電阻約為5,已知這種金屬的電阻率為ρ,現(xiàn)在要盡可能精確測定它的內徑d。
①用螺旋測微器測量金屬管線外徑D時刻度的位置如圖(a)所示,從圖中讀出外徑為 mm,應用_______(選填“厘米刻度尺”或“毫米刻度尺”)測金屬管線的長度L;
②測量金屬管線的電阻R,為此取來兩節(jié)新的干電池、電鍵和若干導線及下列器材:
A.電壓表0-3V,內阻約10k B.電壓表0-15V,內阻約50k
C.電流表0-0.6A,內阻約0.05 D.電流表0-3A,內阻約0.01
E.滑動變阻器,0-10 F.滑動變阻器,0-100
要求較準確地測出其阻值,電壓表應選 ,電流表應選 ,滑動變阻器應選 ;(填序號)
③實驗中他的實物接線如圖(b)所示,請指出接線中的兩處明顯錯誤。
錯誤1:
錯誤2:
④用已知的物理常數(shù)和應直接測量的物理量(均用符號表示),推導出計算金屬管線內徑的表達式d=________________;
⑤在實驗中,下列說法正確的是________________
A.為使電流表讀數(shù)明顯,應使電流盡可能大些
B.為操作方便,中間過程可保持開關S一直處于閉合狀態(tài)
C.千分尺的精確度是千分之一毫米
D.用千分尺測量直徑時必須估讀一位
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如圖所示,當平行板電容器C充電后把電鍵S斷開.設電容器電壓為U,電量為Q.現(xiàn)只將電容器兩板的正對面積減小,則
A.Q變大 B.Q變小 C.U變大 D.U變小
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關于速度、加速度、合外力之間的關系,正確的是( )
A.物體的速度越大,則加速度越大,所受的合外力也越大
B.物體的速度為零,則加速度為零,所受的合外力也為零
C.物體的速度為零,但加速度可能很大,所受的合外力也可能很大
D.物體的速度很大,但加速度可能為零,所受的合外力也可能為零
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閱讀以下有關加速器的文章完成文中問題(問題以加粗字體標記)。
相關知識背景:
電子伏特,符號為eV,是能量的單位。代表一個電子經(jīng)過1伏特的電勢差加速后所獲得的動能。在微觀領域,一般使用電子伏特作為能量單位。電子伏特與SI制的能量單位焦耳(J)的換算關系是單位換算:1eV=1.6×10-19J 1MeV=1×106 eV
a粒子即為氦原子核
科學家在研究原子核的結構時,采用了高速運動的亞原子粒子去轟擊原子核.早在1906年,盧瑟福就利用放射性物質釋放的高速α粒子來轟擊物質.1919年他成功地從氮原子核中打出了質子,使氮原子核變成氧原子核.然而使用天然產(chǎn)生的α粒子作為轟擊物,有很大的局限性.帶正電的α粒子與帶正電的原子核相互排斥,要消耗很大的能量;而天然產(chǎn)生的帶電粒子的能量是有限的.為了得到更高能量的帶電粒子,物理學家們開始嘗試設計一種產(chǎn)生高能量帶電粒子的實驗設備——加速器.我們知道電場可以使帶電粒子加速,增加帶電粒子的能量。
(1)如圖所示,這就是早期的加速器的原理。若設該加速器兩板間電壓為1000V,兩板間距為20厘米,求一初速度可忽略不計的α粒子通過該加速器所獲得的能量?
這種加速器可以通過增加電極間的電壓來提高粒子加速的能量,但這種加速器的發(fā)展受到高壓絕緣的限制。(電壓太大,電介質會被擊穿)。
因此,人們就想利用較低的電壓,采用多級加速使粒子加速到高能量,如圖甲所示。N個長度逐個增大的金屬圓筒和一個靶,它們沿軸線排列成一串,如圖所示(圖中只畫出了六個圓筒,作為示意)。各筒和靶相間地連接到如圖乙所示周期為T、電壓值為U0的高頻方波電源的兩端。整個裝置放在高真空容器中,圓筒的兩底面中心開有小孔。帶電粒子沿軸線射入圓筒,并將在圓筒間及圓筒與靶間的縫隙處受到電場力的作用而加速(設圓筒內部沒有電場)?p隙的寬度很小,粒子穿過縫隙的時間可以不計。
(2)為使初動能為2U0e、質量為mα的α粒子打到靶時獲得最大能量,各個圓筒的長度應滿足什么條件?
(3)在滿足第(2)問條件的前提下,若用該加速器加速一初動能為2U0e的α粒子,求α粒子進入第k個圓筒前與進入第n個圓筒前的速率之比vk:vn。(k和n均為自然數(shù))
(4)若該加速器的電壓U0=1×105V,T=0.002s用該加速器加速一初動能2×105eV的α粒子,為使粒子獲得40MeV以上的動能,則該加速器的長度至少為多大?(可以用數(shù)列形式表示)α粒子質量為mα≈3600MeV/c²(c指光速)
通過剛才的計算我們可以看到,要想達到越來越高的能量,就必須使設備的長度增加到數(shù)十甚至數(shù)百英里的長度,從而因為經(jīng)濟效益的原因變的不實用。
1931年,加利福尼亞大學的歐內斯特·O·勞倫斯(Ernest O.Lawrence)提出了一個卓越的思想,通過磁場的作用迫使粒子沿著磁極之間作螺旋線運動,把電極像卷尺那樣卷起來,這樣就可以在有限的場地裝設比原來長許多倍的電極,他把這種設備叫作“回旋加速器”。
回旋加速器主要由圓柱形磁極、D形盒、高頻交變電源、粒子源和引出裝置組成,如圖所示.其中D形盒裝在真空室中,是回旋加速器的核心部件,整個真空室放在磁極之間,磁場方向垂直于D形盒,兩個D形盒之間留一個窄縫,分別與高頻電源的兩極相連.當粒子經(jīng)過D形盒之間的窄縫,得到高頻電源的加速,在D形盒之間,由于屏蔽作用,盒內只有磁場分布,這樣帶電粒子在D形盒內沿螺線軌道運動,達到預期的速率后,用引出裝置引出。
如圖所示:若D形盒的半徑為R,離子源放出質量為m、帶電量為q的正離子,磁感應強度大小為B,求:
(5)加在D形盒間的高頻電源的頻率。(用字母表示)
(6)從靜電偏轉板(如圖所示)出去的離子所具有的能量。(用字母表示)
(7)若被回旋加速器加速的粒子為初速度可忽略不計的α粒子,若:
α粒子質量為mα≈3600MeV/c²(c指光速), D形盒中的磁感應強度為1T,為使粒子獲得40MeV以上的動能,則D形盒的半徑R至少為多大?
兩相比較,我們發(fā)現(xiàn)加速到相同的動能,勞倫斯的回旋加速器的占地面積遠小于多級加速器,所以,回旋加速器的出現(xiàn),使科學家們在實驗室中獲得高能粒子的愿望得以實現(xiàn)。
40年代以后,物理學家用勞倫斯創(chuàng)造的加速器發(fā)現(xiàn)了許多新型核反應,觀察到幾百種前所未聞的同位素.在實施制造原子彈的曼哈頓工程時,勞倫斯用他的加速器分離出僅占鈾的總量0.7% 的鈾235,為發(fā)明原子彈立下了汗馬功勞。
因為發(fā)明回旋加速器,勞倫斯獲1939年諾貝爾物理學獎。
帶電粒子加速器自1930年前后問世以來,主要是朝更高能量的方向發(fā)展,在勞倫斯之后,科學家們設計制造了各種類型的新型加速器,如同步加速器、電子感應加速器,對撞機等。任何一種加速器都經(jīng)歷了發(fā)生、發(fā)展和加速能力或經(jīng)濟效益受到限制的三個階段。在第三個階段中,總會出現(xiàn)新技術或新原理突破困難,從而建造出新類型的加速器,使能量進一步提高,或使建造更高能量加速器在經(jīng)濟上成為可行。
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