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题文

变化的磁场可以激发感生电场,电子感应加速器就是利用感生电场使电子加速的设备。它的基本原理如图所示,上、下为两个电磁铁,磁极之间有一个环形真空室,电子在真空室内做圆周运动。电磁铁线圈电流的大小、方向可以变化,在两极间产生一个由中心向外逐渐减弱、而且变化的磁场,这个变化的磁场又在真空室内激发感生电场,其电场线是在同一平面内的一系列同心圆,产生的感生电场使电子加速。图1中上部分为侧视图、下部分为俯视图。已知电子质量为m、电荷量为e,初速度为零,电子圆形轨道的半径为R。穿过电子圆形轨道面积的磁通量Φ随时间t的变化关系如图2所示,在t0时刻后,电子轨道处的磁感应强度为B0,电子加速过程中忽略相对论效应。
       



图1

 

(1)求在t0时刻后,电子运动的速度大小;

(2)求电子在整个加速过程中运动的圈数;
(3)电子在半径不变的圆形轨道上加速是电子感应加速器关键技术要求。试求电子加速过程中电子轨道处的磁感应强度随时间变化规律。
当磁场分布不均匀时,可认为穿过一定面积的磁通量与面积的比值为平均磁感应强度 。请进一步说明在电子加速过程中,某一确定时刻电子轨道处的磁感应强度与电子轨道内的平均磁感应强度的关系。

科目 物理   题型 计算题   难度 较难
知识点: 法拉第电磁感应定律
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如图所示,一个质量为0.6Kg的小球以某一初速度从P点水平抛出,恰好从光滑圆弧AB的A点的切线方向进入圆弧(不计空气阻力,进入圆弧时无机械能损失),并从最低点B通过一段光滑小圆弧滑上另一粗糙斜面CD。已知圆弧AB的半径R=0.9m,θ=600,B在O点正下方,斜面足够长,动摩擦因数u=0.5,斜面倾角为370,小球到达A点时的速度为4m/s。(g取10m/s2,cos37°=0.8,sin37°=0.6)问:

(1)P点与A点的水平距离和竖直高度
(2)小球在斜面上滑行的总路程

在半径R=5 000 km的某星球表面,宇航员做了如下实验,实验装置如图甲所示.竖直平面内的光滑轨道由轨道AB和圆弧轨道BC组成,将质量m=0.2 kg的小球,从轨道AB上高H处的某点由静止滑下,用力传感器测出小球经过C点时对轨道的压力F,改变H的大小,可测出相应的F大小,F随H的变化关系如图乙所示.求:

(1)圆轨道的半径及星球表面的重力加速度.
(2)该星球的第一宇宙速度.

如图所示,一水平的传送带长为20m,以2m/s的速度匀速顺时针转动。已知该物体与传送带间的动摩擦因数为0.1,现将该物体由静止轻放到传送带的A端。求物体被送到另一端B点所需的时间。(g取10m/s2

如图所示,真空中有以O′为圆心,r为半径的圆形匀强磁场区域,磁场方向垂直纸面向外,磁感应强度为B。圆的最下端与x轴相切于直角坐标原点O,圆的右端与平行于y轴的虚线MN相切,在虚线MN右侧x轴上方足够大的范围内有方向竖直向下、场强大小为E的匀强电场,在坐标系第四象限存在方向垂直纸面向里、磁感应强度大小也为B的匀强磁场,现从坐标原点O沿y轴正方向发射速率相同的质子,质子在磁场中做半径为r的匀速圆周运动,然后进入电场到达x轴上的C点。已知质子带电量为+q,质量为m,不计质子的重力、质子对电磁场的影响及质子间的相互作用力。求:

(1)质子刚进入电场时的速度方向和大小;
(2)OC间的距离;
(3)若质子到达C点后经过第四限的磁场后恰好被放在x轴上D点处(图上未画出)的一检测装置俘获,此后质子将不能再返回电场,则CD间的距离为多少。

(12分)如图所示,在倾角为θ的绝缘斜面上,有相距为L的A、B两点,分别固定着两个带电量均为的正点电荷。O为AB连线的中点,a、b是AB连线上两点,其中Aa=Bb=。一质量为m、电荷量为+q的小滑块(可视为质点)以初动能从a点出发,沿AB直线向b点运动,其中小滑块第一次经过O点时的动能为,第一次到达b点时的动能恰好为零,已知静电力常量为。求:

(1)两个带电量均为的正点电荷在a点处的合场强大小和方向;
(2)小滑块由a点向b点运动的过程中受到的滑动摩擦力大小;
(3)aO两点间的电势差。

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