题目内容
“太空粒子探测器”是由加速、偏转和收集三部分组成,其原理可简化如下:如图1所示,辐射状的加速电场区域边界为两个同心平行半圆弧面,圆心为O,外圆弧面AB的半径为L,电势为φ1,内圆弧面CD的半径为
,电势为φ2。足够长的收集板MN平行边界ACDB,O到MN板的距离OP=L。假设太空中漂浮着质量为m,电量为q的带正电粒子,它们能均匀地吸附到AB圆弧面上,并被加速电场从静止开始加速,不计粒子间的相互作用和其它星球对粒子引力的影响。求:
(1)粒子到达O点时速度的大小;
(2)如图2所示,在边界ACDB和收集板MN之间加一个半圆形匀强磁场,圆心为O,半径为L,方向垂直纸面向内,则发现从AB圆弧面收集到的粒子经O点进入磁场后有2/3能打到MN板上(不考虑过边界ACDB的粒子再次返回),求所加磁感应强度的大小;
(3)同上问,从AB圆弧面收集到的粒子经O点进入磁场后均不能到达收集板MN,求磁感应强度所满足的条件。
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(1)(4分)带电粒子在电场中加速时,由动能定理,
(2分)
又U=φ1
φ2 (1分)
所以:
(1分)
(2)(5分)从AB圆弧面收集到的粒子有2/3能打到MN板上,刚好不能打到MN上的粒子从磁场中出来后速度方向与MN平行,则入射的方向与AB之间的夹角是60°,在磁场中运动的轨迹如图1,轨迹圆心角θ=60°(1分)
根据几何关系,粒子圆周运动的半径为r=L (2分)
由牛顿第二定律得:
(1分)
联立解得:
(1分)
(3)(5分)当沿OD方向的粒子刚好打到MN上,则由几何关系可知,
(2分)
由牛顿第二定律得:
(1分)
得:
(1分),即
(1分)
某学习小组利用伏安法测定某根2B铅笔芯的电阻(阻值约5Ω),实验原理如图所示。其中,虚线框内为用灵敏电流计G改装的电压表V,A为电流表,E为电池组(电动势约为3V,内阻很小),S为开关,R为滑动变阻器。
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(1)已知灵敏电流计G的满偏电流Ig=300μA,内阻rg=500Ω,若要使改装后的电压表满偏电压为3V,应串联一只 kΩ的定值电阻R0。
(2)实验室提供如下器材:
电流表A1(量程0.6A,内阻约为1.0Ω)
电流表A2(量程3A,内阻约为0.1Ω)
滑动变阻器R1(最大阻值10Ω,额定电流2A)
滑动变阻器R2(最大阻值2kΩ,额定电流0.5A)
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为顺利完成实验,电流表应选用 ,滑动变阻器应 选用
。
(3)某次实验数据如下表所示。
| 测量次数 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 改装表V的读数U/V | 0.80 | 1.10 | 1.40 | 1.70 | 2.00 | 2.30 |
| 电流表A的读数I/A | 0.17 | 0.24 | 0.30 | 0.37 | 0.43 | 0.50 |
请根据以上数据在坐标系中绘出U-I图像,根据图像可得2B铅笔芯的电阻R= Ω(结果保留两位小数);