【題目】如圖所示為一離子收集裝置,PQ為收集區(qū)域,OP=PQ=L,F(xiàn)讓電荷量均為q、質(zhì)量不同的離子從裝置下方的S1小孔飄入電勢差為U0的加速電場,然后依次經(jīng)過S2O小孔,沿著與OP邊界垂直的方向進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中,最后打在PQ收集區(qū)域,勻強(qiáng)磁場方向垂直紙面向外。某次收集時發(fā)現(xiàn),PQ左側(cè)區(qū)域PN損壞,無法收集離子,但右側(cè)區(qū)域NQ仍能正常收集離子。在適當(dāng)調(diào)節(jié)加速電壓后,原本打在PN區(qū)域的離子即可在NQ區(qū)域進(jìn)行收集。離子的重力及離子間的相互作用均忽略不計:

(1)求原本打在PQ中點(diǎn)的離子質(zhì)量m

(2)為使原本打在PQ中點(diǎn)的離子能打在NQ區(qū)域,求加速電壓U的取值范圍;

(3)為了在NQ區(qū)域能將原本打在PN區(qū)域的所有離子全部收集,求需要調(diào)節(jié)U的最少次數(shù);(取lg2=0.301,lg7=0.845

(4)只調(diào)節(jié)一次U后,再通過不斷調(diào)節(jié)離子入射的方向,也能使原本打在PN區(qū)域的所有離子在NQ區(qū)域得到收集,當(dāng)入射方向與垂直OP方向的夾角從0緩慢調(diào)節(jié)到θ時,恰好完成全部離子的收集,求cosθ的值。

【答案】(1);(2);(3)見解析所示

【解析】

1)離子在電場中加速

在磁場中做勻速圓周運(yùn)動

解得

代入,解得

2)由(1)知可得

離子打在N點(diǎn)時

離子打在Q點(diǎn)時

r=L,

則電壓的范圍

3)由(1)可知

由題意知,第1次調(diào)節(jié)電壓到,使原本N點(diǎn)的離子打在Q點(diǎn)

此時,原本半徑為的打在N1的離子打在N點(diǎn)

解得

2次調(diào)節(jié)電壓到,原本打在N1的離子打在Q點(diǎn),原本半徑為r2打在N2的離子打在N點(diǎn)

解得

同理,第n次調(diào)節(jié)電壓,有

若要全部收集,有

解得

最少次數(shù)為5

4)使原本P點(diǎn)的離子打在N點(diǎn)

此時,原本打在N的離子的半徑為r

解得

恰好完成全部離子收集時,則需調(diào)節(jié)入射方向,讓半徑為r的離子打到Q點(diǎn)

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】如圖所示,在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場的邊界上,有兩個質(zhì)量和電荷量均相同的正負(fù)離子(不計重力),從點(diǎn)O以相同的速率先后射入磁場中,入射方向與邊界成θ角,則正負(fù)離子在磁場中(  )

A. 運(yùn)動時間相同

B. 運(yùn)動軌道的半徑相同

C. 重新回到邊界時速度的大小和方向相同

D. 重新回到邊界的位置與O點(diǎn)距離相等

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】研究光電效應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)電路如圖所示,A、K為光電管的兩個電極。已知該光電管陰極K的極限頻率為0,元電荷電量為,普朗克常量為。現(xiàn)用頻率為vv0)的光照射陰極K,則下列說法正確的是( 。

A.將滑片P向右滑動,可增大光電子的最大初動能

B.若兩電極間電壓為,則到達(dá)陽極A的光電子最大動能為

C.將滑片P向右滑動,則電流表的示數(shù)一定會不斷增大

D.將電源正負(fù)極對調(diào),當(dāng)兩電極間的電壓大于時,電流表的示數(shù)為0

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖所示,在水平放置的平行板電容器形成的勻強(qiáng)電場中,MN兩點(diǎn)之間的連線與豎直方向的夾角為60。把帶電量為q= 1.5×108C的點(diǎn)電荷由M點(diǎn)移到N點(diǎn),克服電場力做了4.2×105J的功。若已知M點(diǎn)電勢φM=800VMN長為1cm。試求:

1N點(diǎn)電勢φN

2)電場強(qiáng)度的大小和方向。

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】在探究小球做圓周運(yùn)動所需向心力的大小F與質(zhì)量m、角速度ω和半徑r之間的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中.

1)在探究向心力的大小F與角速度ω的關(guān)系時,要保持___相同.

Aωr Bωm Cmr DmF

2)本實(shí)驗(yàn)采用的實(shí)驗(yàn)方法是___

A.累積法 B.控制變量法 C.微元法 D.放大法

3)通過本實(shí)驗(yàn)可以得到的正確結(jié)果是___

A.在質(zhì)量和半徑一定的情況下,向心力的大小與角速度成正比

B.在質(zhì)量和半徑一定的情況下,向心力的大小與線速度的大小成正比

C.在質(zhì)量和角速度一定的情況下,向心力的大小與半徑成反比

D.在半徑和角速度一定的情況下,向心力的大小與質(zhì)量成正比.

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】要使兩個物體之間的萬有引力減小到原來的,可采用的方法是(  )

A. 使兩物體之間的距離增至原來的2倍,質(zhì)量不變

B. 使兩物體的質(zhì)量各減少一半,距離保持不變

C. 使其中一個物體的質(zhì)量減為原來的,距離保持不變

D. 使兩物體的質(zhì)量及它們之間的距離都減為原來的

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】在一個水平面上建立x軸,在過原點(diǎn)O垂直于x軸的平面的右側(cè)空間有一個勻強(qiáng)電場,場強(qiáng)大小E=6.0×105 N/C,方向與x軸正方向相同。在O處放一個電荷量q=-5.0×108 C,質(zhì)量m=1.0×102 kg的絕緣物塊。物塊與水平面間的動摩擦因數(shù)μ=0.20,沿x軸正方向給物塊一個初速度v0=2.0 m/s,如圖所示。(g10 m/s2)試求:

(1)物塊向右運(yùn)動的最大距離;

(2)物塊最終停止的位置。

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置,探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中,將一端帶定滑輪的長木板放在水平桌面上,實(shí)驗(yàn)小車通過輕細(xì)線滑輪跨過定滑輪與砂筒相連,小車與紙帶相連,打點(diǎn)計時器所用交流電的頻率為f=50Hz。在保持沙桶及沙的總質(zhì)量不變的情況下,放開砂桶,小車加速運(yùn)動,處理紙帶得到小車運(yùn)動的加速度為a。改變小車上鉤碼的質(zhì)量,重做多次實(shí)驗(yàn),分析紙帶,作上圖獲取am的關(guān)系。

1)某次得到圖乙所示紙帶。紙帶上相鄰計數(shù)點(diǎn)之間還有4個點(diǎn)未畫出,由紙帶數(shù)據(jù)計算加速度為_________m/s2。(保留3位有效數(shù)字)

2)以上實(shí)驗(yàn)操作前,_________ (填“需要”或“不需要”)墊高木板打點(diǎn)計時器一端以平衡小車摩擦力;_________(填“需要”或“不需要”)滿足沙和沙桶總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車和車上鉤碼總質(zhì)量。

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開始,經(jīng)歷三個過程ab、bc、ca回到原狀態(tài),其VT圖像如圖所示,pa、pbpc分別表示a、bc的壓強(qiáng),下列判斷正確的是(

A.狀態(tài)a、b、c的壓強(qiáng)滿足pc=pb=3pa

B.過程ab中氣體內(nèi)能增大

C.過程bc中氣體吸收熱量

D.過程bc中每一分子的速率都減小

E.過程ca中氣體吸收的熱量等于對外做的功

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