一质量m=0.5 kg的滑块以一定的初速度冲上一倾角θ=37°足够长的斜面,某同学利用传感器测出了滑块冲上斜面过程中多个时刻的瞬时速度,并用计算机做出了小物块上滑过程的v-t图象,如图所示。(最大静摩擦力等于滑动摩擦力,取sin37°=0.6,cos37°=0.8,g="10" m/s2)求:(1)滑块与斜面间的动摩擦因数。(2)判断滑块最后能否返回斜面底端?若能返回,求出返回斜面底端时的速度大小;若不能返回,求出滑块停在什么位置。
正负电子对撞机的最后部分的简化示意图如图甲所示(俯视图),位于水平面内的粗实线所示的圆环形真空管道是正、负电子做圆运动的“容器”,经过加速器加速后的正、负电子被分别引入该管道时,具有相等的速率v,它们沿着管道向相反的方向运动.在管道内控制它们转弯的是一系列圆形电磁铁,即图中的A1、A2、A3……An共有n个,均匀分布在整个圆环上,每个电磁铁内的磁场都是磁感应强度相同的匀强磁场,并且方向竖直向下,磁场区域的直径为d,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,首先实现电子在环形管道中沿图甲中粗虚线所示的轨迹运动,这时电子经过每个电磁场区域时射入点和射出点都是电磁场区域的同一条直径的两端,如图乙所示.这就为进一步实现正、负电子的对撞作好了准备.(1)试确定正、负电子在管道内各是沿什么方向旋转的;(2)已知正、负电子的质量都是m,所带电荷都是元电荷e,重力可不计,求电磁铁内匀强磁场的磁感应强度B的大小.
核聚变反应需要几百万度以上的高温,为把高温条件下高速运动的离子约束在小范围内(否则不可能发生核反应),通常采用磁约束的方法(托卡马克装置).如图所示,环状匀强磁场围成中空区域,中空区域中的带电粒子只要速度不是很大,都不会穿出磁场的外边缘而被约束在该区域内.设环状磁场的内半径为R1,外半径为R2,磁场的磁感强度为B,若被束缚带电粒子的比荷为q/m,中空区域内带电粒子具有各个方向的速度.求:(1)粒子沿环状的半径方向射入磁场,不能穿越磁场的最大速度.(2)所有粒子不能穿越磁场的最大速度.
磁流体发电是一种新型发电方式,图中的图1和图2是其工作原理示意图。图1中的长方体是发电导管,其中空部分的长、高、宽分别为、、,前后两个侧面是绝缘体,上下两个侧面是电阻可略的导体电极,这两个电极与负载电阻相连。整个发电导管处于图2中磁场线圈产生的匀强磁场里,磁感应强度为B,方向如图所示。发电导管内有电阻率为的高温、高速电离气体沿导管向右流动,并通过专用管道导出。由于运动的电离气体受到磁场作用,产生了电动势。发电导管内电离气体流速随磁场有无而不同。设发电导管内电离气体流速处处相同,且不存在磁场时电离气体流速为,电离气体所受摩擦阻力总与流速成正比,发电导管两端的电离气体压强差维持恒定,求:(1)不存在磁场时电离气体所受的摩擦阻力F多大; (2)磁流体发电机的电动势E的大小; (3)磁流体发电机发电导管的输入功率P
图是一种获得高能带电粒子的加速器的示意图.在真空环形区域内存在着垂直于纸面向外、磁感应强度大小可以调节的均匀磁场.被加速的带电粒子质量为m,电荷量为+q,它在环形磁场中做半径为R的匀速圆周运动.环形管道中的平行加速电极板A和B的中心均有小孔让带电粒子通过.开始时A、B的电势均为零,每当带电粒子穿过A板中心小孔时,A板的电势立即升高到U(B板电势始终为零),粒子被电压为U的电场加速后从B板中心小孔穿出时,A板电势降为零;带电粒子在磁场力作用下沿半径为R的圆形轨道运动,再次穿过A板中心小孔时,A板电势又升高到U,粒子再次被加速;动能不断增加,但做圆周运动的轨道半径不变.(1)设带电粒子从A板小孔处由静止开始被电场加速,A板电势升高到U时开始计时;求粒子沿环形通道绕行n圈,回到A板中心小孔时,其动能多大? (2)为了保证带电粒子在环形磁场中能沿半径为R的圆轨道做匀速圆周运动,磁场的磁感应强度必须周期性地递增;求粒子绕行第n圈时,磁感应强度多大? (3)带电粒子沿环形通道绕行n圈回到A板中心小孔处,共用多少时间?
如图所示为贝恩布里奇(Bainbridge)设计的用来测量同素荷质比的仪器。有一束速度相同的同位素离子速(有两种离子)以相同的速度通过狭缝S1、S2,向下运动到两极板P1、P2之间,在这两极板之间有垂直纸面向外的匀强磁场,磁感应强度为B,同时加一水平向右的匀强电场,电场强度为E,调节E、B,使离子沿着直线通过狭缝S3,然后进入半圆形的匀强磁场区域,此区域的磁感应强度为Bˊ,最后离子在此匀强磁场中做匀速圆周运动,经过半个圆周打到照相底片上D1、D2两点,测量出S3D1=L1,S3D2=L2。试求这两种离子的荷质比。