在高能物理研究中,粒子回旋加速器起着重要作用,如图甲为它的示意图。它由两个铝制D型金属扁盒组成,两个D形盒正中间开有一条窄缝。两个D型盒处在匀强磁场中并接有高频交变电压。图乙为俯视图,在D型盒上半面中心S处有一正离子源,它发出的正离子,经狭缝电压加速后,进入D型盒中。在磁场力的作用下运动半周,再经狭缝电压加速。如此周而复始,最后到达D型盒的边缘,获得最大速度,由导出装置导出。已知正离子的电荷量为q,质量为m,加速时电极间电压大小为U,磁场的磁感应强度为B,D型盒的半径为R。每次加速的时间很短,可以忽略不计。正离子从离子源出发时的初速度为零,求
(1)为了使正离子每经过窄缝都被加速,求交变电压的频率
(2)求离子能获得的最大动能
(3)求离子第1次与第n次在下半盒中运动的轨道半径之比。
如图所示,一位质量m="60" kg,参加“挑战极限运动”的业余选手,要越过一宽为s =" 2.5" m的水沟后跃上高为h="2.0" m的平台。他采用的方法是:手握一根长L="3.25" m的轻质弹性杆一端,从A点由静止开始加速助跑,至B点时杆另一端抵在O点的阻挡物上,接着杆发生形变,同时人蹬地后被弹起,到达最高点时杆处于竖直状态,人的重心在杆的
顶端,此刻人放开杆水平飞出并趴落到平台上,运动过程中空气阻力可忽略不计。(g取10m/s2)求:
(1)人要最终到达平台,在最高点飞出时刻的速度应至少
多大?
(2) 设人到达B点时速度="8" m/s ,人受的阻力为体重的0.1倍,助跑距离
="16" m ,则人在该过程中做的功为多少?
(3)设人跑动过程中重心离地高度H="0." 8 m,在(1)、(2)两问的条件下,人要越过一宽为s =" 2.5" m的水沟后跃上高为h="2.0" m的平台,在整个过程中人应至少要做多少功?
如图甲所示,空间存在B ="0." 5T、方向竖直向下的匀强磁场,MN、PQ是放在同一水平面内的平行长直导轨,其间距L =" 0.2m" ,R是连在导轨一端的电阻,ab是跨接在导轨上质量m =" 0.1" kg的导体棒,导体棒与轨道间的滑动摩擦系数为
=0.2。从零时刻开始,对ab施加一个方向水平向右的恒定拉力F,使其从静止开始沿导轨运
动,此过程中棒始终保持与导轨垂直且接触良好,图乙是棒的速度一时间关系图象,其中AO是图象在O点的切
线,AB是图象的渐近线。(g取10m/s2, 除R以外,其余部分的电阻均不计)求:
(1)恒力F的大小为多少?
(2)当棒的速度达到时,导体棒的加速度大小为多少?
(3)从0到6s这段时间内电阻上产生的热量为Q = 4.3J。求此过程中导体棒运动的位移S为多少?
如图所示,水平放置的两块长直平行金属板、
相距d=0.1m,
、
间的电场强度为E=5.0×105N/C,
板下方整个空间存在着磁感应强度大小为B=6T、方向垂直纸面向里的匀强磁场。今有一质量为m=4.8×10-25Kg、电荷量为q=1.6×10-18C的带正电的粒子(不计重力),从贴近
板的左端以
的初速度水平射入匀强电场,刚好从狭缝
处穿过
板而与磁场方向垂直进入匀强磁场,最后粒子回到
板的
处(图中未画出).
求
、
之间的距离
。
某科幻小说中有下列一段描述。宇宙中有一球型均匀带电天体,其质量为m,半径为R。宇航员王小明乘坐飞行器,登上该天体,用质量为M,带电量为q的小球进行如下操作。第一次,让小球带负电,从距该天体表面为h的位置由静止释放,发现小球悬浮不动;第二次,让小球带正电,从相同的位置,用小型发射装置将小球以某一速度水平发射。(已知万有引力常量为G,静电力恒量为k)试根据以上信息求:
(1) 该天体所带电的电性及其电量
(2)若保持小球与天体表面距离始终为h ,则水平发射速度的大小为多少?
带电量为q的粒子(不计重力),匀速直线通过速度选择器(电场强度为E,磁感应强度为B1),又通过宽度为L,磁感应强度为B2的匀强磁场,粒子离开磁场时速度的方向跟入射方向间的偏角为θ,如图所示,求粒子的质量m。