题目列表(包括答案和解析)
某研究性学习小组设计了一个方案来测量物体的电荷量.如下图甲所示,将一个外表面镀有金属膜的空心塑料球,用绝缘丝线悬挂于天花板上的O点,O点竖直固定一个可测量丝线偏离竖直方向角度的量角器,M、N是两块相同的、正对着竖直平行放置的金属薄板(加上电压后其内部电场可看作匀强电场),两块金属薄板与量角器所在平面垂直.另外还要用到的器材有天平、刻度尺、电源E、电压表V、开关S、滑动变阻器R及导线若干.若在整个实验过程中不考虑微量的静电泄漏,小球始终不与金属薄板相碰,试根据如下实验操作回答:
(1)用天平测出小球的质量m,按图甲所示进行器材的安装,并用刻度尺测出M、N两板之间的距离d,然后使小球带上一定的电荷量;
(2)小组成员预先设计了如下图乙、丙所示的控制电路,为了使M、N两板之间的电势差(即电压表的示数)能从0开始逐渐增大,应该选用图________控制电路(选填“乙”或“丙”);
(3)正确选择控制电路与图甲中的接线柱A、B连接后,闭合开关S,缓慢调节滑动变阻器R滑片P,记录下多组电压表的示数U和相应的丝线偏离竖直方向的夹角;
(4)以U为纵坐标,以tan为横坐标,将上述多组实验数据描点后可得到一条过原点的直线,若该直线的斜率k,则被测小球的电荷量q=________(用m、d、k、g表示);
(5)在完成最后一组数据测量后,该小组成员采用特殊手段将接线柱A、B与控制电路脱开,在确保金属薄板M、N上已有电荷量不变的条件下:①若将M、N两板间距d缓慢适量增大,则悬挂小球的绝缘丝线偏离竖直方向的夹角将________(选填“增大”、“不变”或“减小”);②若将绝缘丝线在悬点O处瞬间剪断,则小球将做什么形式的运动?答:________.
质量为m、电荷量为e的正、负电子分别经过直线加速器加速后,从左、右两侧被导入装置送入位于水平面内的圆环形真空管道,且被导入的速度方向与圆环形管道中粗虚线相切。在管道内控制电子转弯的是一系列圆形电磁铁,即图中的A1、A2、A3…An,共n个,均匀分布在整个圆周上(图中只示意性地用实线画了几个,其余的用虚线表示),每个电磁铁内的磁场都是磁感应强度相同的匀强磁场,磁场区域都是直径为d的圆形。改变电磁铁内电流的大小,就可改变磁场的磁感应强度,从而改变电子偏转的角度。经过精确的调整,可使电子在环形管道中沿图中粗虚线所示的轨迹运动,这时电子经过每个电磁铁时射入点和射出点都在圆形匀强磁场区域的同一条直径的两端,如图乙所示。这就为实现正、负电子的对撞作好了准备。
图甲
图乙
(1)据相对论知,当1时,物体运动时的能量和静止时的能量之差等于物体的动能。若正、负电子经过直线加速器后的动能均为E0(能满足vc),它们对撞后发生湮灭,电子消失,且仅产生一对频率相同的光子,则此光子的频率为多大?(已知普朗克常量为h,真空中的光速为c)?
(2)若电子刚进入直线加速器第一个圆筒时速度大小为v0,为使电子通过直线加速器后速度为v,加速器所接正弦交流电压的最大值应当多大?
(3)电磁铁内匀强磁场的磁感应强度B为多大?(相邻两电磁铁的间距忽略不计)
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