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回旋加速器是用来加速一群带电粒子使它们获得很大动能的仪器,其核心部分是两个D形金属扁盒.两盒分别和一高频交流电源两极相连,以便在盒间的窄缝中形成匀强电场,使粒子每次穿过狭缝都得到加速.两盒放在匀强磁场中,磁场方向垂直于盒底面,粒子源置于盒的圆心附近.若粒子源射出的离子电荷量为q、质量为m,粒子最大回旋半径为Rm,其运动轨迹如图5所示,问:

图5
(1)盒内有无电场?
(2)粒子在盒内做何种运动?
(3)所加交流电频率应是多大?粒子角速度为多大?
(4)粒子离开加速器时速度为多大?最大动能为多少?
(5)设两D形盒间电场的电势差为U,盒间距离为d,其电场均匀,求加速到上述能量所需的时间.

科目 物理   题型 综合题   难度 较易
知识点: 质谱仪和回旋加速器的工作原理
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据报道,2004年底,美国一核潜艇在关岛触礁,造成多名士兵受伤。假设当时潜艇的航速是30节,一节等于1.852公里/小时,发动机的功率为24000千瓦,潜艇质量5000吨.核潜艇触礁后在2秒内停下,则一个70kg的士兵由于惯性和潜艇相撞的撞击力大约为多大?假设当时下面声纳系统打开,驾驶员的反应时间为1秒,要避免触礁至少在距离暗礁多远处开始关闭发动机?(假设水的阻力恒定,除去水的阻力没有其他阻力)

如图所示,相距为0.2m的平行金属板A、B上加电压U=40V,在两板正中沿水平方向射入一带负电小球,经0.2s小球到达B板,若要小球始终沿水平方向运动而不发生偏转,A、B两板间的距离应调节为多少?(g取10m/s2

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有带电平行板电容器竖直放置,如图所示。板间距d=0.1m、板间电势差U=1000V。现从A处以速度vA=3m/s水平向左射出一带正电的小球(质量m=0.02g、电量为q=10-7C)经过一段时间后发现小球打在A点正下方的B处,(g=10m/s2)求:

(1)分别从水平方向和竖直方向定性分析小球从A到B的过程中,小球的运动情况?
(2)A、B间的距离?(提示:小球由A到B的过程中,不会碰到左极板。)

电子所带电荷量最早是由美国科学家密立根通过油滴实验测出的.油滴实验的原理如图所示,两块水平放置的平行金属板与电源连接,上、下板分别带正、负电荷.油滴从喷雾器喷出后,由于摩擦而带电,油滴进入上板中央小孔后落到匀强电场中,通过显微镜可以观察到油滴的运动情况.两金属板间的距离为d,忽略空气对油滴的浮力和阻力.

(1)调节两金属板间的电势差U,当u=U0时,使得某个质量为ml的油滴恰好做匀速运动.该油滴所带电荷量q为多少?
(2)若油滴进入电场时的速度可以忽略,当两金属板间的电势差u=U时,观察到某个质量为m2的油滴进入电场后做匀加速运动,经过时间t运动到下极板,求此油滴所带电荷量Q.

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