24.(20分)

如图15所示,固定在上、下两层水平面上的平行金属导轨MN、M′N′和OP、O′P′间距都是l,二者之间固定两组竖直半圆形轨道PQM和P′Q′M′,两轨道间距也均为l,且PQM和P′Q′M′的竖直高度均为4R,两个半圆形轨道的半径均为R。轨道的QQ′端、MM′端的对接狭缝宽度可忽略不计,图中的虚线为绝缘材料制成的固定支架,能使导轨系统位置固定。

将一质量为m的金属杆沿垂直导轨方向放在下层金属导轨的最左端OO′位置,金属杆在与水平成θ角斜向上的恒力作用下沿导轨运动,运动过程中金属杆始终与导轨垂直,且接触良好。当金属杆通过4R距离运动到导轨末端PP′位置时其速度大小vP=4。金属杆和导轨的电阻、金属杆在半圆轨道和上层水平导轨上运动过程中所受的摩擦阻力,以及整个运动过程中所受空气阻力均可忽略不计。

(1)已知金属杆与下层导轨间的动摩擦因数为μ,求金属杆所受恒力F的大小;

(2)金属杆运动到PP′位置时撤去恒力F,金属杆将无碰撞地水平进入第一组半圆轨道PQ和P′Q′,又在对接狭缝Q和Q′处无碰撞地水平进入第二组半圆形轨道QM和Q′M′的内侧,求金属杆运动到半圆轨道的最高位置MM′时,它对轨道作用力的大小;

(3)若上层水平导轨足够长,其右端连接的定值电阻阻值为r,导轨处于磁感应强度为B、方向竖直向下的匀强磁场中。金属杆由第二组半圆轨道的最高位置MM′处,无碰撞地水平进入上层导轨后,能沿上层导轨滑行。求金属杆在上层导轨上能滑行的最大距离。

23.(18分)

示波管是示波器的核心部分,它主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成,如图14甲所示。电子枪具有释放出电子并使电子聚集成束以及加速的作用;偏转系统使电子束发生偏转;电子束打在荧光屏形成光迹。这三部分均封装于真空玻璃壳中。已知电子的电荷量e=1.6×10-19 C,质量m=0.91×10-30 kg,电子所受重力及电子之间的相互作用力均可忽略不计,不考虑相对论效应。

(1)电子枪的三级加速可以简化为如图14乙所示的加速电场,若从阴极逸出电子的初速度可忽略不计,要使电子被加速后的动能达到1.6×10-16J,求加速电压U0为多大;

(2)电子被加速后进入偏转系统,若只考虑电子沿Y(竖直)方向的偏转情况,偏转系统可以简化为如图14丙所示的偏转电场。偏转电极的极板长l=4.0 cm,两板间距离d=1.0 cm,极板右端与荧光屏的距离L=18 cm,当在偏转电极U上加u=480 sin100πt V的正弦交变电压时,如果电子进入偏转系统的初速度v0=3.0×107 m/s,求电子打在荧光屏上产生亮线的最大长度;

(3)如图14甲所示,电子枪中灯丝用来加热阴极,使阴极发射电子。控制栅极的电势比阴极低,调节阴极与控制栅极之间的电压,可控制通过栅极电子的数量。现要使电子打在荧光屏上电子的数量增加,应如何调节阴极与控制栅极之间的电压。

电子枪中A1、A2和A3三个阳极除了对电子加速外,还共同完成对电子束的聚焦作用,其中聚焦的电场可简化为如图14丁所示的电场,图中的虚线是该电场的等势线。请说明聚焦电场如何实现对电子束的聚焦作用。

 

21.(18分)

(1)如图9所示为“验证碰撞中的动量守恒”的实验装置。

①下列说法中不符合本实验要求的是    。(选填选项前面的字母)

A.入射球比靶球质量大或者小均可,但二者的直径必须相同

B.在同一组实验的不同碰撞中,每次入射球必须从同一高度由静止释放

C.安装轨道时,轨道末端必须水平

D.需要使用的测量仪器有天平和刻度尺

②实验中记录了轨道末端在记录纸上的竖直投影为O点,经多次释放入射球,在记录纸上找到了两球平均落点位置为M、P、N,并测得它们到O点的距离分别为OM、OP和ON。已知入射球的质量为m1,靶球的质量为m2,如果测得近似等于    ,则认为成功验证了碰撞中的动量守恒。

(2)用一段长为80cm的金属丝做“测定金属的电阻率”的实验。

①用多用表粗测电阻丝的电阻,结果如图10所示,由此可知电阻丝电阻的测量值约为_______Ω。

②用螺旋测微器测量金属丝的直径,结果如图11所示,由此可知金属丝直径的测量结果为_______mm。

③在用电压表和电流表测金属丝的电阻时,提供下列供选择的器材:

A.直流电源(电动势约为4.5V,内阻很小)

B.电压表(量程0~3V,内阻约3kΩ)

C.电压表(量程0~15V,内阻约15kΩ)

D.电流表(量程0~0.6A,内阻约0.125Ω)

E.电流表(量程0~3A,内阻约0.025Ω)

F.滑动变阻器(阻值范围0~15Ω,最大允许电流1A)

G.滑动变阻器(阻值范围0~200Ω,最大允许电流2A)

H.开关、导线。

要求有较高的测量精度,并能测得多组数据,在供选择的器材中,电流表应选择_____,电压表应选择_____,滑动变阻器应选择____。(填字母代号)

④根据上面选择的器材,完成图12中实验电路的连接。

 0  338450  338458  338464  338468  338474  338476  338480  338486  338488  338494  338500  338504  338506  338510  338516  338518  338524  338528  338530  338534  338536  338540  338542  338544  338545  338546  338548  338549  338550  338552  338554  338558  338560  338564  338566  338570  338576  338578  338584  338588  338590  338594  338600  338606  338608  338614  338618  338620  338626  338630  338636  338644  447090 

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