【題目】1930年，Earnest O. Lawrence提出了回旋加速器的理論，他設(shè)想用磁場使帶電粒子沿圓弧形軌道旋轉(zhuǎn)，多次反復(fù)地通過高頻加速電場，直至達到高能量。題圖甲為Earnest O. Lawrence設(shè)計的回旋加速器的示意圖。它由兩個鋁制D型金屬扁盒組成，兩個D形盒正中間開有一條狹縫；兩個D型盒處在勻強磁場中并接有高頻交變電壓。圖乙為俯視圖，在D型盒上半面中心S處有一正離子源，它發(fā)出的正離子，經(jīng)狹縫電壓加速后，進入D型盒中。在磁場力的作用下運動半周，再經(jīng)狹縫電壓加速；為保證粒子每次經(jīng)過狹縫都被加速，應(yīng)設(shè)法使交變電壓的周期與粒子在狹縫及磁場中運動的周期一致。如此周而復(fù)始，最后到達D型盒的邊緣，獲得最大速度后被束流提取裝置提取出。已知正離子的電荷量為q，質(zhì)量為m，加速時電極間電壓大小恒為U，磁場的磁感應(yīng)強度為B，D型盒的半徑為R，狹縫之間的距離為d。設(shè)正離子從離子源出發(fā)時的初速度為零。

（1）試計算上述正離子從離子源出發(fā)被第一次加速后進入下半盒中運動的軌道半徑；

（2）設(shè)該正離子在電場中的加速次數(shù)與回旋半周的次數(shù)相同，試推證當(dāng)R>>d時，正離子在電場中加速的總時間相對于在D形盒中回旋的時間可忽略不計（正離子在電場中運動時，不考慮磁場的影響）。

（3）若此回旋加速器原來加速的是α粒子（），現(xiàn)改為加速氘核（），要想使氘核獲得與α粒子相同的動能，請你通過分析，提出一種簡單可行的辦法。

【答案】（1）（2）見解析（3）

【解析】

（1）設(shè)質(zhì)子經(jīng)過窄縫被第n次加速后速度為vn，由動能定理nqU=mvn2
第n次加速后質(zhì)子在磁場中做勻速圓周運動的半徑為Rn，由牛頓第二定律Bqvn=m
由以上兩式解得
則R1=；
（2）在電場中加速的總時間為：
在D形盒中回旋的時間為t2=
故1
即只有當(dāng)Rd時，質(zhì)子在電場中加速的總時間相對于在D形盒中回旋的時間可忽略不計．
（3）若加速氘核，氘核從D盒邊緣離開時的動能為Ek′則：Ek′==Ekm
聯(lián)立解得B1=B
即磁感應(yīng)強度需增大為原來的倍；高頻交流電源的周期T=，由α粒子換為氘核時，交流電源的周期應(yīng)為原來的倍．

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】圖示為倉庫中常用的皮帶傳輸裝置示意圖，它由兩臺皮帶傳送機組成，一臺水平傳送，A、B兩端相距3m，另一臺傾斜，傳送帶與地面的傾角θ=" 37°,"C、D兩端相距4.45m ,B、C相距很近．水平部分AB以5m/s的速率順時針轉(zhuǎn)動．將質(zhì)量為10 kg的一袋大米放在A 端，到達B端后，速度大小不變地傳到傾斜的CD部分，米袋與傳送帶間的動摩擦因數(shù)均為0.5．試求：

【1】若CD部分傳送帶不運轉(zhuǎn)，求米袋沿傳送帶所能上升的最大距離．

【2】若要米袋能被送到D端，求CD部分順時針運轉(zhuǎn)的速度應(yīng)滿足的條件及米袋從C端到D端所用時間的取值范圍．

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科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】在遇到暴雨、霧霾等惡劣天氣時，高速公路上能見度不足100m．在這樣的惡劣天氣時，甲、乙兩汽車在一條平直的單行道上，乙在前、甲在后同向行駛．某時刻兩車司機同時聽到前方有事故發(fā)生的警笛提示，同時開始剎車，結(jié)果兩輛車發(fā)生了碰撞．圖示為兩輛車剎車后若不相撞的v-t圖像，由此可知（ ）

A. 剎車過程中甲車的加速度是乙車加速度的2倍

B. 兩輛車一定是在剎車后的20s之內(nèi)的某時刻發(fā)生相撞的

C. 兩車相撞可能發(fā)生在乙車停止后

D. 兩車剎車時相距的距離一定小于100m

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科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】“電磁炮”是利用電磁力對彈體加速的新型武器，具有速度快，效率高等優(yōu)點。如圖是“電磁炮”的原理結(jié)構(gòu)示意圖。光滑水平加速導(dǎo)軌電阻不計，軌道寬為L＝0.2m。在導(dǎo)軌間有豎直向上的勻強磁場，磁感應(yīng)強度B＝1×102T。“電磁炮”彈體總質(zhì)量m=0.2kg，其中彈體在軌道間的電阻R＝0.4Ω�？煽仉娫吹膬�(nèi)阻r=0.6Ω，電源的電壓能自行調(diào)節(jié)，以保證“電磁炮”勻加速發(fā)射。在某次試驗發(fā)射時，電源為加速彈體提供的電流是I＝4×103A，不計空氣阻力。求：

（1）彈體所受安培力大��；

（2）彈體從靜止加速到4km/s，軌道至少要多長？

（3）彈體從靜止加速到4km/s過程中，該系統(tǒng)消耗的總能量；

（4）請說明電源的電壓如何自行調(diào)節(jié)，以保證“電磁炮”勻加速發(fā)射。

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科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】如圖所示，一水平的長L=2.25m的傳送帶與平板緊靠在一起，且上表面在同一水平面，皮帶以v0=4m/s勻速順時針轉(zhuǎn)動，現(xiàn)在傳送帶上左端靜止放上一質(zhì)量為m=1kg的煤塊（視為質(zhì)點），煤塊與傳送帶及煤塊與平板上表面之間的動摩擦因數(shù)為均為μ1=0.2．經(jīng)過一段時間，煤塊被傳送到傳送帶的右端，此過程在傳送帶上留下了一段黑色痕跡，隨后煤塊在平穩(wěn)滑上右端平板上的同時，在平板右側(cè)施加一個水平向右恒力F=17N，F(xiàn)作用了t0=1s時煤塊與平板速度恰相等，此時刻撤去F．最終煤塊沒有從平板上滑下，已知平板質(zhì)量M=4kg，（重力加速度為g=10m/s2），求：

(1)傳送帶上黑色痕跡的長度；

(2)求平板與地面間動摩擦因數(shù)μ2的大��；

(3)平板上表面至少多長（計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。

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科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】如圖所示，在勻速轉(zhuǎn)動的水平圓盤上，沿半徑方向放著用細線相連的質(zhì)量均為m的兩個物體A和B，它們分居圓心兩側(cè)，與圓心距離分別為RA=r，RB=2r，與盤間的動摩擦因數(shù)μ相同，當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)速加快到兩物體剛好還未發(fā)生滑動時(設(shè)最大靜摩擦力等于滑動摩擦力)，下列說法正確的是(　　)

A. 此時繩子張力為3μmg

B. 此時圓盤的角速度為

C. 此時A所受摩擦力方向沿半徑指向圓外

D. 此時燒斷細線，A仍相對盤靜止，B將做離心運動

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科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】（10分）用如圖所示電路測量電源的電動勢和內(nèi)阻。實驗器材：待測電源（電動勢約3V，內(nèi)阻約2Ω），保護電阻R1（阻值10Ω）和R2（阻值5Ω），滑動變阻器R，電流表A，電壓表V，開關(guān)S，導(dǎo)線若干。

實驗主要步驟：

（ⅰ）將滑動變阻器接入電路的阻值調(diào)到最大，閉合開關(guān)；

（ⅱ）逐漸減小滑動變阻器接入電路的阻值，記下電壓表的示數(shù)U和相應(yīng)電流表的示數(shù)I；

（ⅲ）以U為縱坐標(biāo)，I為橫坐標(biāo)，作U—I圖線（U、I都用國際單位）；

（ⅳ）求出U—I圖線斜率的絕對值k和在橫軸上的截距a。

回答下列問題：

（1）電壓表最好選用______；電流表最好選用______。

A．電壓表（0-3V，內(nèi)阻約15kΩ） B．電壓表（0-3V，內(nèi)阻約3kΩ）

C．電流表（0-200mA，內(nèi)阻約2Ω） D．電流表（0-30mA，內(nèi)阻約2Ω）

（2）滑動變阻器的滑片從左向右滑動，發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)增大，兩導(dǎo)線與滑動變阻器接線柱連接情況是______。

A．兩導(dǎo)線接在滑動變阻器電阻絲兩端的接線柱

B．兩導(dǎo)線接在滑動變阻器金屬桿兩端的接線柱

C．一條導(dǎo)線接在滑動變阻器金屬桿左端接線柱，另一條導(dǎo)線接在電阻絲左端接線柱

D．一條導(dǎo)線接在滑動變阻器金屬桿右端接線柱，另一條導(dǎo)線接在電阻絲右端接線柱

（3）選用k、a、R1、R2表示待測電源的電動勢E和內(nèi)阻r的表達式E=______，r=______，代入數(shù)值可得E和r的測量值。

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科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】（1）在做“探究平拋運動”的實驗時，讓小球多次從同一高度釋放沿同一軌道運動，通過描點法畫小球做平拋運動的軌跡．為了能較準(zhǔn)確地描繪運動軌跡．下面列出了一些操作要求，將正確的選項前面的字母填在橫線上________．

A．調(diào)節(jié)斜槽的末端保持水平

B．每次釋放小球的位置必須不同

C．每次必須由靜止釋放小球

D．記錄小球位置用的凹槽每次必須嚴(yán)格地等距離下降

E．小球運動時不應(yīng)與木板上的白紙（或方格紙）相接觸

F．將球的位置記錄在紙上后，取下紙，用直尺將點連成折線

（2）未來在一個未知星球上用如圖甲所示裝置研究平拋運動的規(guī)律．懸點O正下方P點處有水平放置的熾熱電熱絲，當(dāng)懸線擺至電熱絲處時能輕易被燒斷，小球由于慣性向前飛出做平拋運動．現(xiàn)對小球采用頻閃數(shù)碼照相機連續(xù)拍攝．在有坐標(biāo)紙的背景屏前，拍下了小球在做平拋運動過程中的多張照片，經(jīng)合成后，照片如圖乙所示．a、b、c、d為連續(xù)四次拍下的小球位置，已知照相機連續(xù)拍照的時間間隔是0．10 s，照片大小如圖中坐標(biāo)所示，又知該照片的長度與實際背景屏的長度之比為1：4，則：

①由以上信息，可知a點________（選填“是”或“不是”）小球的拋出點；

②由以上及圖信息，可以推算出該星球表面的重力加速度為________m/s2；

③由以上及圖信息可以算出小球平拋的初速度是________ m/s；

④由以上及圖信息可以算出小球在b點時的速度是________ m/s．

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科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】如圖所示，物體B疊放在物體A上，A、B的質(zhì)量均為m，且上、下表面均與斜面平行，它們以共同速度沿傾角為θ的固定斜面C勻速下滑，則（ ）

A. A，B間沒有靜摩擦力

B. A受到B的靜摩擦力方向沿斜面向上

C. A受到斜面的滑動摩擦力大小為2mgsinθ

D. A與B間的動摩擦因數(shù)μ＝tanθ

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同步練習(xí)冊答案