【題目】1932年美國(guó)物理學(xué)家勞倫斯發(fā)明了回旋加速器，巧妙地利用帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，解決了粒子的加速問題。現(xiàn)在回旋加速器被廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究和恢學(xué)設(shè)備中�；匦铀倨鞯墓ぷ髟砣鐖D甲所，置于真空中的D形金屬盒半徑為R，兩盒間的狹縫很小，帶電粒子穿過的時(shí)間可以忽略不計(jì)。磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與盒面垂直，加速器按一定頻率的高頻交流電源，保證粒子每次經(jīng)過電場(chǎng)都被加速，加速電壓為U。D形金屬盒中心粒子源產(chǎn)生的粒子，初速度不計(jì)，在加速器中被加速，加速過程中不考慮相對(duì)論效應(yīng)和重力作用。

(1)求把質(zhì)量為m、電荷量為q的靜止粒子加速到最大動(dòng)能所需時(shí)間；

(2)若此回旋加速器原來加速質(zhì)量為2m，帶電荷量為q的α粒子（），獲得的最大動(dòng)能為Ekm，現(xiàn)改為加速氘核（），它獲得的最大動(dòng)能為多少？要想使氘核獲得與α粒子相同的動(dòng)能，請(qǐng)你通過分析，提出一種簡(jiǎn)單可行的辦法；

(3)已知兩D形盒間的交變電壓如圖乙所示，設(shè)α粒子在此回旋加速器中運(yùn)行的周期為T，若存在一種帶電荷量為q′、質(zhì)量為m′的粒子，在時(shí)進(jìn)入加速電場(chǎng)，該粒子在加速器中能獲得的最大動(dòng)能？（在此過程中，粒子未飛出D形盒）

【答案】（1）；（2），見解析；（3）

【解析】

（1）由洛倫茲力提供向心力得

粒子每旋轉(zhuǎn)一周動(dòng)能增加2qU，則旋轉(zhuǎn)周數(shù)

周期

粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間

一般地可忽略粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，t磁可視為總時(shí)間

（2）對(duì)α粒子，由速度

得其最大動(dòng)能為

對(duì)氘核，最大動(dòng)能為

若兩者有相同的動(dòng)能，設(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)度變?yōu)?/span>B′、由α粒子換成氘核，有

解得，即磁感應(yīng)強(qiáng)度需增大為原來的倍

高頻交流電源的原來周期

故

由α粒子換為氘核時(shí)，交流電源的周期應(yīng)為原來的

（3）對(duì)粒子分析，其在磁場(chǎng)中的周期

每次加速偏移的時(shí)間差為

加速次數(shù)

所以獲得的最大動(dòng)能

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】泥石流是在雨季由于暴雨、洪水將含有沙石且松軟的土質(zhì)山體經(jīng)飽和稀釋后形成的洪流。泥石流流動(dòng)的全過程雖然只有很短時(shí)間，但由于其高速前進(jìn)，具有強(qiáng)大的能量，因而破壞性極大。某課題小組對(duì)泥石流的威力進(jìn)行了模擬研究，他們?cè)O(shè)計(jì)了如圖甲所示的模型：在水平地面上放置一個(gè)質(zhì)量為m＝4 kg的物體，讓其在隨位移均勻減小的水平推力作用下運(yùn)動(dòng)，推力F隨位移變化如圖乙所示，已知物體與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ＝0.5，g＝10 m/s2.則：

(1)物體在運(yùn)動(dòng)過程中的最大加速度為多少？

(2)在距出發(fā)點(diǎn)多遠(yuǎn)處，物體的速度達(dá)到最大？

(3)物體在水平面上運(yùn)動(dòng)的最大位移是多少？

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科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】有一根長(zhǎng)陶瓷管，表面均勻地鍍有一層很薄的電阻膜，管的兩端有導(dǎo)電箍M和N，如圖1所示。用多用表電阻擋測(cè)得MN間的電阻膜的電阻約為100Ω，陶瓷管的直徑遠(yuǎn)大于電阻膜的厚度。某同學(xué)利用下列器材設(shè)計(jì)了一個(gè)測(cè)量該電阻膜厚度d的實(shí)驗(yàn)。

A．米尺(最小分度為mm)；

B．游標(biāo)卡尺(游標(biāo)為20分度)；

C．電流表A1(量程0～30mA，內(nèi)阻約1)；

D．電流表A2(量程0～100mA，內(nèi)阻約0.3)；

E．電壓表V1(量程3V，內(nèi)阻約3k)；

F．電壓表V2(量程15V，內(nèi)阻約15k)；

G．滑動(dòng)變阻器R1(阻值范圍0～10，額定電流1A)；

H．滑動(dòng)變阻器R2(阻值范圍0～1.5K，額定電流0.01A)；

I．電源E(電動(dòng)勢(shì)6V，內(nèi)阻可不計(jì))；

J．開關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干。

①他用毫米刻度尺測(cè)出電阻膜的長(zhǎng)度為l=10.00cm，用20分度游標(biāo)卡尺測(cè)量該陶瓷管的外徑，其示數(shù)如圖2所示，該陶瓷管的外徑D=_______cm

②為了比較準(zhǔn)確地測(cè)量電阻膜的電阻，且調(diào)節(jié)方便，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)選用電流表_______，電壓表_______，滑動(dòng)變阻器_______。（填寫器材前面的字母代號(hào)）

③在方框內(nèi)畫出測(cè)量電阻膜的電阻R的實(shí)驗(yàn)電路圖______________。

④若電壓表的讀數(shù)為U，電流表的讀數(shù)為I，鍍膜材料的電阻率為，計(jì)算電阻膜厚度d的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：d=___________（用所測(cè)得的量和已知量的符號(hào)表示）。

⑤常用的金屬膜電阻的阻值小到幾歐，大到幾萬歐，應(yīng)用十分廣泛。例如我們經(jīng)常在電源插座上看到指示燈，其中就用到了這種電阻。根據(jù)下面的電路原理圖，請(qǐng)你判斷這里使用的電阻較小還是較大，并說明你判斷的依據(jù)______________。

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科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】如圖所示，圖甲是旋轉(zhuǎn)磁極式交流發(fā)電機(jī)簡(jiǎn)化圖，其矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中不動(dòng)，線圈匝數(shù)為10匝，內(nèi)阻不可忽略。產(chǎn)生勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁極繞垂直于磁場(chǎng)方向的固定軸OO′（O′O沿水平方向）勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中的磁通量隨時(shí)間按如圖乙所示正弦規(guī)律變化。線圈的兩端連接理想變壓器，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1∶n2=2∶1，電阻R1=R2=8Ω。電流表示數(shù)為1A。則下列說法不正確的是（　�。�

A.abcd線圈在圖甲所在的面為非中性面

B.發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的最大值為10V

C.電壓表的示數(shù)為10V

D.發(fā)電機(jī)線圈的電阻為4Ω

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科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】圖甲是某同學(xué)在做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)初始時(shí)刻的裝置狀態(tài)圖，圖乙是該同學(xué)得到一條用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶。

(1)寫出圖甲中錯(cuò)誤的地方__________________________。（至少寫出兩點(diǎn)）

(2)圖甲中所示打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)該用以下哪種電源___________。

A.交流4~6V B.交流220V

C.直流4~6V D.直流220V

(3)為完成“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)，除了圖甲中裝置外，還需要用到以下哪些裝置___________。

A. B.

C. D.

(4)該裝置還可用于以下哪些實(shí)驗(yàn)_____________。

A.探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律實(shí)驗(yàn)

B.用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度實(shí)驗(yàn)

C.研究平拋運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)

D.探究做功與物體速度變化的關(guān)系實(shí)驗(yàn)

(5)圖乙是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的點(diǎn)，請(qǐng)讀出C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的刻度為___________cm，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的頻率為50Hz，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在打C點(diǎn)時(shí)物體的瞬時(shí)速度vC=_______m/s，由此紙帶測(cè)得小車的加速度為a=______m/s2（最后兩空計(jì)算結(jié)果均保留到小數(shù)點(diǎn)后面兩位數(shù)字）。

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科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】如圖所示，光滑的水平面上有豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，水平面上平放著一個(gè)試管，試管內(nèi)壁光滑，底部有一個(gè)帶電小球。現(xiàn)在對(duì)試管施加一個(gè)垂直于試管的水平拉力F，在拉力F作用下，試管向右做勻速運(yùn)動(dòng)，帶電小球?qū)墓芸陲w出。下列說法正確的是

A. 小球帶負(fù)電

B. 小球離開試管前，洛倫茲力對(duì)小球做正功

C. 小球離開試管前的運(yùn)動(dòng)軌跡是一條拋物線

D. 維持試管做勻速運(yùn)動(dòng)的拉力F應(yīng)為恒力

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科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】如圖甲所示，以O為坐標(biāo)原點(diǎn)建立坐標(biāo)系，等邊三角形OMN內(nèi)部存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，三角形外側(cè)有沿x軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)�，F(xiàn)有一質(zhì)量m=1×10－18kg，電荷量q=+1×10－15C的帶電微粒從坐標(biāo)為(0，－0.5m)的Q點(diǎn)，以某一初速度v0沿某一方向入射，從x軸上的P點(diǎn)以v=200m/s的速度垂直x軸進(jìn)入三角形區(qū)域。同時(shí)，將電場(chǎng)換成垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(如圖乙所示)，兩磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等。已知三角形的邊長(zhǎng)L=4m，O、P兩點(diǎn)間距離為d=1m，重力不計(jì)。求：

(1)勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小及帶電微粒的初速度大��；

(2)若兩磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B=0.2T，求該微粒在乙圖中運(yùn)動(dòng)一個(gè)周期的時(shí)間；

(3)乙圖中若微粒能再次回到P點(diǎn)，則兩勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小應(yīng)滿足什么條件。

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科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】如圖所示，一繩子Ox上有—系列的質(zhì)點(diǎn)A、B、C……，相鄰質(zhì)點(diǎn)的間距離均為0.2m。當(dāng)t = 0時(shí)，波源A從平衡位置開始向上做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過0.4s剛好第一次回到平衡位置，此時(shí)質(zhì)點(diǎn)E剛好開始振動(dòng)。若波源簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的振幅為3cm，則下列說法正確的是 ________

A．波的傳播速度為2m/s，周期為0.4s

B．波的頻率為1.25Hz，波長(zhǎng)為1.6m

C．t = 0.6s，質(zhì)點(diǎn)G剛好開始振動(dòng)，此時(shí)質(zhì)點(diǎn)F的加速度方向向下

D．在0~0.8s內(nèi)，波源A的路程為1.6m

E．當(dāng)質(zhì)點(diǎn)K處于波谷時(shí)，質(zhì)點(diǎn)G一定處于波峰

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科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】近年來，智能手機(jī)的普及使“低頭族”應(yīng)運(yùn)而生．近日研究發(fā)現(xiàn)，玩手機(jī)時(shí)，就有可能讓頸椎承受多達(dá)60磅(約270 N)的重力，相當(dāng)于給頸椎掛兩個(gè)大西瓜，比一個(gè)7歲小孩還重．不當(dāng)?shù)淖藙?shì)與一系列健康問題存在關(guān)聯(lián)，如背痛、體重增加、胃病、偏頭痛和呼吸道疾病等．當(dāng)人體直立時(shí)，頸椎所承受的壓力等于頭部的重力，但當(dāng)?shù)皖^時(shí)，頸椎受到的壓力會(huì)隨之變化．現(xiàn)將人體頭頸部簡(jiǎn)化為如圖的模型：重心在P點(diǎn)的頭部，在可繞O轉(zhuǎn)動(dòng)的頸椎OP(輕桿)的支持力和沿PQ方向肌肉拉力的作用下處于靜止．當(dāng)?shù)皖^時(shí)，頸椎與豎直方向的夾角為45°，PQ與豎直方向的夾角為60°，此時(shí)，頸椎受到的壓力約為直立時(shí)頸椎受到的壓力的(　　)

A.3.3倍B.4.2倍C.2.8倍D.2.0倍

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