练习册

  • 练习册
  • 试题
    精英家教网 > 高中物理 > 题目详情
    8．用量子技术生产十字元件时用到了图甲中的装置：四个挨得很近的圆是半径均为R的光滑绝缘圆柱体的横截面，它们形成四个非常细窄的狭缝a、b、c、d和一个类十字空腔，圆柱和空腔所在的区域均存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度B的大小可调节．质量为m、电荷量为q、速度为v的带正电离子，从狭缝a处射入空腔内，速度方向在纸面内且与两圆相切．设离子在空腔内与圆柱体最多只发生一次碰撞，碰撞时间极短且速度大小不变；速度方向的改变遵循光的反射定律．
    （1）若B的大小调节为$\frac{mv}{qR}$，离子从何处离开空腔？并求出它在磁场中运动的时间t；
    （2）为使离子从狭缝d处离开空腔，B应调至多大？
    （3）当从狭缝d处射出的离子垂直极板从A孔进入由平行金属板M、N构成的接收器时，两板间立即加上图乙所示变化周期为T的电压，则U0为多大时，该离子将不会从B孔射出？两板相距L（L＞vT），板间可视为匀强电场．

    分析 （1）先求得离子做圆周运动的半径及周期，再通过几何关系即可求得出射点及中心角，进而求得运动时间；
    （2）根据几何关系求得离子做圆周运动的半径，进而由洛伦兹力作向心力求得磁感应强度；
    （3）通过离子不会从B孔射出，得到离子在一个周期内的位移为零，进而得到速度和周期、加速度的关系式，则可求解U0．

    解答 解：（1）离子在磁场中做圆周运动，洛伦兹力作向心力，所以有$Bvq=\frac{m{v}^{2}}{r}$，所以，$r=\frac{mv}{Bq}=R$，
    粒子做圆周运动的周期$T'=\frac{2πr}{v}=\frac{2πR}{v}$；
    由于离子在a点向上偏转，则离子从狭缝b离开空腔，它在磁场在运动的时间$t=\frac{1}{4}T'=\frac{πR}{2v}$；
    （2）因为离子在a点的圆心位于a点的上方，又有离子在空腔内与圆柱体最多只发生一次碰撞，碰撞时间极短且速度大小不变；速度方向的改变遵循光的反射定律，
    所以，粒子必与圆柱体碰撞一次，且碰撞位置在狭缝a，d的垂直平分线上，则如图所示，

    则有r2=（r-R+Rcos45°）2+（R+R-Rsin45°）2；
    所以，r=3R；又有$r=\frac{mv}{B'q}$，所以，$B'=\frac{mv}{qr}=\frac{mv}{3qR}$；
    （3）两板间立即加上图乙所示变化周期为T的电压，则粒子速度变化如图所示，
    ，
    那么要是离子不从B孔射出，则$v-\frac{q{U}_{0}}{mL}•\frac{T}{2}=-v$，所以，${U}_{0}=\frac{2v•2mL}{qT}=\frac{4mLv}{qT}$．
    答：（1）若B的大小调节为$\frac{mv}{qR}$，离子从狭缝b离开空腔，它在磁场中运动的时间t为$\frac{πR}{2v}$；
    （2）为使离子从狭缝d处离开空腔，B应调至$\frac{mv}{3qR}$；
    （3）当从狭缝d处射出的离子垂直极板从A孔进入由平行金属板M、N构成的接收器时，两板间立即加上图乙所示变化周期为T的电压，则U0为$\frac{4mLv}{qT}$时，该离子将不会从B孔射出．

    点评 带电粒子在磁场中的运动问题，通常根据入射点和出射点，应用几何关系求得半径，进而求得磁感应强度、速度等问题．

    练习册系列答案
    年级 高中课程 年级 初中课程
    高一 高一免费课程推荐！ 初一 初一免费课程推荐！
    高二 高二免费课程推荐！ 初二 初二免费课程推荐！
    高三 高三免费课程推荐！ 初三 初三免费课程推荐！
    相关习题

    科目：高中物理 来源： 题型：计算题

    18．电动机的内电阻R0=2Ω，与R=8Ω的电阻串连接在线圈上，如图所示．已知发电机线圈面积$\frac{\sqrt{2}}{20}$m2，共100匝，发电机线圈的总电阻为r=2Ω，线圈在B=$\frac{2}{π}$T的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴OO?以角速度ω=20πrad/S匀速转动，在合上开关S后电动机正常工作时，电压表的示数为150V．求：
    （1）发电机产生的电动势有效值；
    （2）通过电动机的电流；
    （3）电动机的输出功率．

    查看答案和解析>>

    科目：高中物理 来源： 题型：计算题

    19．如图所示，虚线MN右侧存在一个竖直向上的匀强磁场，一边长为L的正方形单匝均匀金属线框abcd放在光滑水平面上，电阻为R，质量为m，ab边在磁场外侧紧靠MN虚线边界．t=0时起磁感应强度B随时间t的变化规律是B=λt（λ为大于零的常数），同时用一水平外力使线圈处于静止状态，空气阻力忽略不计．
    （1）求线框中感应电流的大小和方向．
    （2）求线框中a、b两点的电势差值．
    （3）写出所加水平外力随时间变化的表达式．

    查看答案和解析>>

    科目：高中物理 来源： 题型：选择题

    16．如图所示为氢原子能级示意图，现有大量的氢原子处于量子数为n=4的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光，下列说法正确的是（　　）
    A．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光
    B．由n=2能级跃迁到n=1能级产生的光频率最小
    C．用n=4能级跃迁到n=2能级辐射出的光照射逸出功为4.54 eV的金属钨能发生光电效应
    D．若是一个氢原子处于n=4能级，则最多可辐射3种不同频率的光

    查看答案和解析>>

    科目：高中物理 来源： 题型：多选题

    3．如图所示，质量相同的两物体处于同一高度，A沿固定在地面上的光滑斜面下滑，B自由下落，最后到达同一水平面，则（　　）
    A．两物体刚到达底端时的速度相同
    B．刚到达底端时重力的瞬时功率PA=PB
    C．若斜面粗糙，A对斜面的摩擦力对斜面不做功
    D．若斜面粗糙，斜面对A的摩擦力对A做负功

    查看答案和解析>>

    科目：高中物理 来源： 题型：多选题

    13．以下是有关近代物理内容的若干叙述，其中正确的是（　　）
    A．原子核发生一次β衰变，该原子外层就失去一个电子
    B．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，但原子的能量增大
    C．比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定
    D．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，可能是因为这束光的光强太小

    查看答案和解析>>

    科目：高中物理 来源： 题型：计算题

    20．一辆额定功率为80KW的汽车，在平直公路上行驶的最大速率为20m/s汽车的质量为2t，若汽车从静止开始做匀加速度直线运动，加速度大小为2m/s2，运动过程中的阻力不变，求：
    （1）汽车受到阻力大小；
    （2）6秒末汽车的功率；
    （3）在匀加速过程中汽车牵引力做的功．

    查看答案和解析>>

    科目：高中物理 来源： 题型：选择题

    17．韩晓鹏是我国首位在冬奥会雪上项目夺冠的运动员．他在一次自由式滑雪空中技巧比赛中沿“助滑区”保持同一姿态下滑了一段距离，重力对他做功1900J，他克服阻力做功100J．韩晓鹏在此过程中（　　）
    A．重力势能减小了1900 JB．重力势能减小了2000 J
    C．动能增加了1900 JD．动能增加了2000 J

    查看答案和解析>>

    科目：高中物理 来源： 题型：选择题

    18．图中B为理想变压器，接在交变电压有效值保持不变的电源上．指示灯L1和L2完全相同（其阻值均恒定不变），R是一个定值电阻，电压表、电流表都为理想电表．开始时开关S是闭合的，当S断开后，下列说法正确的是（　　）
    A．电流表A2的示数变大B．电流表A1的示数变小
    C．电压表的示数变大D．灯泡L1的亮度变暗

    查看答案和解析>>

    同步练习册答案