据有关资料介绍,受控核聚变装置中有极高的温度,因而带电粒子将没有通常意义上的“容器”可装,而是由磁场约束带电粒子运动使之束缚在某个区域内.现按下面的简化条件来讨论这个问题:如图11所示是一个截面为内径R1=0.6 m、外径R2=1.2 m的环状区域,区域内有垂直于截面向里的匀强磁场.已知氦核的荷质比=4.8×107 C/kg,磁场的磁感应强度B=0.4 T,不计带电粒子重力.
(1)实践证明,氦核在磁场区域内沿垂直于磁场方向运动速度v的大小与它在磁场中运动的轨道半径r有关,试导出v与r的关系式.
(2)若氦核在平行于截面从A点沿各个方向射入磁场都不能穿出磁场的外边界,求氦核的最大速度.
在科技活动中某同学利用自制的电子秤来称量物体的质量,如图13所示,为电子秤的原理图,托盘和弹簧的电阻与质量均不计.滑动变阻器的滑动端与弹簧上端连接,当托盘中没有放物体时,电压表示数为零.设变阻器的总电阻为R,总长度为l,电源电动势为E,内阻为r,限流电阻的阻值为R0,弹簧劲度系数为k,不计一切摩擦和其他阻力,电压表为理想表,当托盘上放上某物体时,电压表的示数为U,求此时称量物体的质量.
带有等量异种电荷的两个平行金属板A和B水平放置,相距为d(d远小于板的长和宽),一个带正电的油滴M浮在两板正中央,处于静止状态,其质量为m,带电量为q,如图15所示.在油滴正上方距A板高度为d处有另一质量为m的带电油滴N由静止开始释放,可穿过A板上的小孔进入两板间并与M相碰,碰后结合成一个大油滴.整个装置放置在真空环境中,不计油滴M和N间的万有引力和库仑力以及金属板的厚度,要使油滴N能与M相碰且结合后又不至于同金属板B相碰,
求:(1)金属板A、B间的电势差是多少?
(2)油滴N带何种电荷,电量可能为多少?
如图5—16所示,光子具有动量,每个光子的动量mv=h /λ(式中h为普朗克常量,λ为光子的波长).当光照射到物体表面上时,不论光被物体吸收还是被物体表面反射,光子的动量都会发生改变,因而对物体表面产生一种压力,称为光压.右图是列别捷夫设计的用来测量光压的仪器.图中两个圆片中,a是涂黑的,而b是光亮的.当光线照射到a上时,可以认为光子全部被吸收,而当光线照射到b上时,可以认为光子全部被反射.分别用光线照射在a或b上,由于光压的作用,都可以引起悬丝的旋转,旋转的角度
可以借助于和悬丝一起旋转的小平面镜M进行观察.
(1)如果用一束强光同时照射a、b两个圆片,光线的入射方向跟圆片表面垂直,悬丝将向哪个方向偏转?为什么?
(2)已知a、b两个圆片的半径都为r,两圆心间的距离是d.现用频率为ν的激光束同时照射a、b两个圆片,设入射光与圆面垂直,单位时间内垂直于光传播方向的单位面积上通过的光子个数为n,光速为c,求:由于光压而产生的作用力分别多大.
如图,一辆质量m=2kg的平板车左端放有质量M=3kg的小滑块,滑块与平板车之间的动摩擦因数。开始时平板车和滑块共同以
的速度在光滑水平面上向右运动,并与竖直墙壁发生碰撞,设碰撞时间极短且碰撞后平板车速度大小保持不变,但方向与原来相反。平板车足够长,以致滑块不会滑到平板车右端(取g=10m/s2).求:(1)平板车第一次与墙壁碰撞后向左运动的最大距离;
(2)平板车第二次与墙壁碰撞前瞬间的速度v;
(3)为使滑块始终不会滑到平板车右端,平板车至少多长?