高考物理冲刺复习 物理精练61.doc

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1、物理精练(61例题:个长度逐渐增大的金属圆筒和一个靶,它们沿轴线排列成一串,如图所示(图中画出五、六个圆筒,作为示意图)。各筒和靶相间地连接到频率为ν,最大电压值为U的正弦交流电源的两端。整个装置放在高真空容器中,圆筒的两底面中心开有小孔。现有一电荷量为q,质量为m的正离子沿轴线射入圆筒,并将在圆筒间及靶间的缝隙处受到电场力的作用而加速(设圆筒内部没有电场),缝隙的宽度很小,离子穿缝隙的时间可以不计,已知离子进入第一个圆筒左端的速度为v1,且此时第一、二两个圆筒间的电势差为U1-U2=-U。为使打在靶上的离子获得最大能量,各个圆筒的长度应满足什么条件?并求出在这种情况下打到靶

2、子上的离子的能量,解析:粒子在筒内做匀速直线运动,在缝隙处被加速,因此要求粒子穿过每个圆筒的时间均为(即),N个圆筒至打在靶上被加速N次,每次电场力做的功均为qU。只有当离子在各圆筒内穿过的时间都为t==时,离子才有可能每次通过筒间缝隙都被加速,这样第一个圆筒的长度L1=v1t=,当离子通过第一、二个圆筒间的缝隙时,两筒间电压为U,离子进入第二个圆筒时的动能就增加了qU,所以:E2=mv22=mv12+qUv2=第二个圆筒的长度L2=v2t=×如此可知离子进入第三个圆筒时的动能E3=E2=mv32=mv22+qU=mv12+2qU速度v3=第三个圆筒长度L3=×离子进入第n个

3、圆筒时的动能EN=mvN2=mv12+(N-1)qU速度vN=第N个圆筒的长度LN=×此时打到靶上离子的动能6用心爱心专心Ek=EN+qU=mv12+NqU例题:知回旋加速器中D形盒内匀强磁场的磁感应强度B=1.5T,D形盒的半径为R=60cm,两盒间电压U=2×104V,今将α粒子从间隙中心某处向D形盒内近似等于零的初速度,垂直于半径的方向射入,求粒子在加速器内运行的时间的最大可能值。解析:带电粒子在做圆周运动时,其周期与速度和半径无关,每一周期被加速两次,每次加速获得能量为qU,根据D形盒的半径得到粒子获得的最大能量,即可求出加速次数,可知经历了几个周期,从而求总出总时间

4、。粒子在D形盒中运动的最大半径为R则R=vm=则其最大动能为Ekm=mvm2=粒子被加速的次数为n==则粒子在加速器内运行的总时间为t=n·=×=4.3×10-5s例题1:如图所示,光滑导轨与水平面成α角,导轨宽L。匀强磁场磁感应强度为B。金属杆长也为L,质量为m,水平放在导轨上。当回路总电流为I1时,金属杆正好能静止。求:⑴B至少多大?这时B的方向如何?⑵若保持B的大小不变而将B的方向改为竖直向上,应把回路总电流I2调到多大才能使金属杆保持静止?解:画出金属杆的截面图。由三角形定则可知,只有当安培力方向沿导轨平面向上时安培力才最小,B也最小。根据左手定则,这时B应垂直于导轨

5、平面向上,大小满足:BI1L=mgsinα,B=mgsinα/I1L。当B的方向改为竖直向上时,这时安培力的方向变为水平向右,沿导轨方向合力为零,得BI2Lcosα=mgsinα,I2=I1/cosα。(在解这类题时必须画出截面图,只有在截面图上才能正确表示各力的准确方向,从而弄清各矢量方向间的关系)。例题2:如图所示,质量为m的铜棒搭在U形导线框右端,棒长和框宽均为L,磁感应强度为B的匀强磁场方向竖直向下。电键闭合后,在磁场力作用下铜棒被平抛出去,下落h6用心爱心专心后落在水平面上,水平位移为s。求闭合电键后通过铜棒的电荷量Q。解:闭合电键后的极短时间内,铜棒受安培力向右的

6、冲量FΔt=mv0而被平抛出去,其中F=BIL,而瞬时电流和时间的乘积等于电荷量Q=IΔt,由平抛规律可算铜棒离开导线框时的初速度,最终可得。例题3:磁流体发电机原理图如右。等离子体高速从左向右喷射,两极板间有如图方向的匀强磁场。该发电机哪个极板为正极?两板间最大电压为多少?解:由左手定则,正、负离子受的洛伦兹力分别向上、向下。所以上极板为正。正、负极板间会产生电场。当刚进入的正负离子受的洛伦兹力与电场力等值反向时,达到最大电压:U=Bdv。当外电路断开时,这也就是电动势E。当外电路接通时,极板上的电荷量减小,板间场强减小,洛伦兹力将大于电场力,进入的正负离子又将发生偏转。这

7、时电动势仍是E=Bdv,但路端电压将小于Bdv。在定性分析时特别需要注意的是:⑴正负离子速度方向相同时,在同一磁场中受洛伦兹力方向相反。⑵外电路接通时,电路中有电流,洛伦兹力大于电场力,两板间电压将小于Bdv,但电动势不变(和所有电源一样,电动势是电源本身的性质。)⑶注意在带电粒子偏转聚集在极板上以后新产生的电场的分析。在外电路断开时最终将达到平衡态。例题4:半导体靠自由电子(带负电)和空穴(相当于带正电)导电,分为p型和n型两种。p型半导体中空穴为多数载流子;n型半导体中自由电子为多数载流子。用以下实

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