内容正文:
射洪中学高2025级高二上期第一次综合素质测评
物理试题
(考试时间:75分钟 满分:100分)
注意事项:
1.答卷前,考生务必将自己的班级、姓名、考号填写在答题卡上。
2.回答选择题时,选出每小题答案后,用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。如需改动,用橡皮擦干净后,再选涂其他答案标号。写在本试卷上无效。
3.回答非选择题时,将答案写在答题卡对应题号的位置上。写在本试卷上无效。
4.考试结束后,将答题卡交回。
第I卷(选择题 共43分)
一、单项选择题(本题共7个小题,每小题4分,共28分。)
1. 下列对静电场中相关概念和公式的理解,正确的是( )
A. 摩擦起电的过程中产生了电荷
B. 电场强度公式表明,在点电荷形成的电场中,若r减半,则电场强度变为原来的4倍
C. 电场强度公式表明,若q减半,则该处的电场强度变为原来的2倍
D. A电荷的电势能为EpA=3J,B电荷的电势能EpB=-4J,则EpA<EpB
【答案】B
【解析】
【详解】A.摩擦起电的本质是电荷在不同物体间的转移,电荷总量守恒,并未产生新的电荷,故A错误;
B.是点电荷电场强度的决定式,在场源电荷可视为点电荷的适用范围内,电场强度与成反比,减半时,电场强度变为原来的4倍,故B正确;
C.是电场强度的定义式,电场强度由电场本身的性质决定,与试探电荷的大小、是否存在无关,减半时该处电场强度不变,故C错误;
D.电势能是标量,正负号表示大小,,则,故D错误。
故选B。
2. 真空中两个完全相同的点电荷所带电荷量分别为Q、-2Q,相距为r。静电力常量为k,两点电荷之间的静电力大小为( )
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】
【详解】根据库仑定律,两个点电荷之间的静电力大小
故选C。
3. 某电场区域的电场线分布如图所示,A、B、C为电场中的三个点,以下关于各点电场强度大小E、电势判断正确的是( )
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】
【详解】A.电场线越密集,电场强度越大,由图可知点附近的电场线比点附近密集,因此,故A错误;
B.由图可知点附近的电场线比点附近密集,因此,故B错误;
C.沿电场线方向电势逐渐降低,过点作与电场线垂直的等势线,该等势线与、所在电场线的交点位于、之间,因此三点电势关系为
故,故C正确;
D.由上述分析可知,故D错误。
故选C。
4. 如图所示,水平向右的匀强电场中的a、b两点电势分别为、,a、b间连线长度为,与电场方向间的夹角为。则匀强电场的电场强度大小为( )
A. 50V/m B. 100V/m C. 200V/m D. 400V/m
【答案】D
【解析】
【详解】、两点沿电场线方向的距离
所以电场强度
故选D。
5. 如图所示,图中的实线表示电场线,虚线表示只受电场力作用的带电粒子的运动轨迹,粒子先经过M点,再经过N点,可以判定( )
A. 粒子带负电
B. M点的电势低于N点的电势
C. 粒子在M点的加速度大于在N点的加速度
D. 粒子在M点的电势能大于在N点的电势能
【答案】D
【解析】
【详解】A.电场力沿电场线切线方向指向轨迹凹侧,根据粒子的弯曲方向可知,电场力方向与场强方向一致,故粒子带正电,A错误;
B.沿电场线方向电势降低,故M点的电势高于N点的电势,B错误;
C.由图看出,M点处电场线比N点处电场线疏,则M点的电场强度小于N点的电场强度,则粒子在M点受到的电场力小于在N点受到的电场力,根据牛顿第二定律得知,粒子在M点受到的加速度小于在N点受到的加速度,C错误;
D.由上述分析可知,运动过程中电场力与速度夹角是锐角,电场力对粒子做正功,电势能减小,动能增加,则粒子在M点的电势能大于它在N点的电势能,D正确。
故选D。
6. 如图所示为某静电场中x轴上各点电势分布图,一个带电粒子在坐标原点O由静止释放,仅在电场力作用下沿x轴正向运动,则下列说法正确的是( )
A. 粒子一定带负电
B. 粒子运动到坐标轴上处动能最小
C. 粒子从坐标轴上处运动到处,电势能先减小后增大
D. 粒子从坐标轴上处运动到处,加速度先增大后减小
【答案】A
【解析】
【详解】A.由于从坐标原点沿x轴正向电势先升高后降低,因此电场方向先向左后向右;由于带电粒子在坐标原点由静止沿x轴正向运动,因此可知粒子带负电,故A正确;
B.由图可知,坐标处的电势最高,由于粒子带负电,因此粒子在处电势能最小。粒子只有电场力做功,电势能与动能相互转化,总量保持不变,电势能最小则动能最大,故B错误;
C.根据结合题图可知负电荷从运动到处电势持续升高,电势能持续减小,故C错误;
D.由电场强度与电势差关系
可知在图像中,图像的斜率为电场强度的大小,结合图像可知,从处运动到处,图像的斜率逐渐减小,电场强度逐渐减小。根据可知粒子的加速度逐渐减小,故D错误。
故选A。
7. 如图所示,在场强方向水平向右、大小为E的匀强电场中,在O点固定一电荷量为Q的正电荷,A、B、C、D为以O为圆心、半径为r的同一圆周上的四点,B、D连线与电场线平行,A、C连线与电场线垂直,则( )
A. A点的电场强度大小为
B. B点的电场强度大小为E-
C. D点的电场强度大小不可能为0
D. A、C两点的电场强度相同
【答案】A
【解析】
【详解】AD.由点电荷产生的电场强度公式可知,电荷量为Q的正电荷在A、C两点产生的电场强度大小相等,均为
其方向与匀强电场E的方向垂直,在A点向上,在C点向下,由电场强度的叠加原理可得,在A、C两点产生的合电场强度大小相等,则有
A、C两点合电场强度方向不同,故A正确,D错误;
B.电荷量为Q的正电荷在B点产生的电场强度大小为
方向与匀强电场E的方向相同,由电场强度的叠加原理可得,B点的电场强度大小为,故B错误;
C.电荷量为Q的正电荷在D点产生的电场强度大小为
方向与匀强电场E的方向相反,由电场强度的叠加原理可得,D点的电场强度大小是
可知若与大小相等时,D点的电场强度大小可能是零,故C错误。
故选A。
二、多选题(本题包含3小题,每小题6分,共18分,每小题给出的四个选项中,有多个选项符合要求,全部选对的得6分,选对但选不全的得3分,有选错的得0分)
8. 在匀强电场中把电荷量为的点电荷Q从A点移动到B点,克服静电力做的功为;再把这个电荷从B点移动到C点,静电力做的功为取B点电势为零。则下列说法正确的是( )
A. A点电势为
B. A、C两点间的电势差
C. 点电荷A在C点的电势能为
D. 点电荷Q从A点移动到C点,电场力做功为
【答案】AB
【解析】
【详解】A.A到B点,由电场力做功得
即
解得
故A正确;
B.B点移动到C点,由电场力做功得
解得
A、C两点间的电势差为
故B正确;
C.点电荷Q在C点的电势能为
故C错误;
D.点电荷Q从A点移动到C点,电场力做功为
故D错误。
故选AB。
9. 一带负电的粒子从电场中的点运动到点,该过程中,粒子受到的电场力做的功为,粒子受到的重力做的功为,除重力和电场力外的其他力做的功为,关于该过程中功与能量变化的关系,下列说法正确的是( )
A. 电势能减少了 B. 重力势能增加了
C. 机械能减少了 D. 动能的变化量是
【答案】AD
【解析】
【详解】A.功是能量变化的量度,根据
可知,带电粒子从A点运动到B点的过程中,电场力做正功为,则电势能减少了,故A正确;
B.重力做正功为,则重力势能减少了,故B错误;
C.根据机械能等于除重力外,其它外力所做的功,有
可知,带电粒子的机械能变化了,故C错误;
D.根据动能定理可得
可知该过程中带电粒子动能的变化量为,故D正确。
故选AD。
10. 如图所示,水平地面上方存在水平向右的匀强电场,O、Q为水平地面上的两点,现将质量为m,电荷量为q的小球(可看作质点),从O点以初速度竖直向上抛出,P为运动轨迹的最高点,Q为最后落回到地面上的点。若不计空气阻力,重力加速度为g,电场强度,,,下列说法正确的是( )
A. 小球到达Q点所用的时间为 B. 小球到达P点时的速度大小为0
C. OP的水平距离与PQ的水平距离之比为 D. OQ两点之间的电势差为
【答案】AC
【解析】
【详解】A.由分析可知,小球在竖直方向上做竖直上抛运动,在水平方向上向右做从静止开始的匀加速直线运动,则在竖直方向上根据可知,小球上升的时间为
由于小球上升和下落的时间相等,所以小球到达Q点所用的时间为,故A正确;
B.由于P为运动轨迹的最高点,所以小球在P点时竖直方向的速度大小为
设小球在水平方向的加速度为,则根据牛顿第二定律有
解得
根据运动学公式可知小球在P点时水平方向的速度大小为
所以小球到达P点时的速度大小为,故B错误;
C.根据匀变速直线运动的位移公式可知,OP的水平距离为
OQ的水平距离为
所以OP的水平距离与PQ的水平距离之比为,故C正确;
D.OQ两点之间的水平距离为
OQ两点之间的电势差为,故D错误。
故选AC。
三、实验题(共16分)
11. 如图所示的实验装置可用来探究影响平行板电容器电容的因素,使电容器带电后与电源断开,将电容器左侧极板和静电计外壳均接地,电容器右侧极板与静电计金属球相连。
(1)该实验使用的科学方法是_____________。(填序号)
A. 类比法 B. 控制变量法 C. 假设法
(2)实验中使用静电计的目的是________。
A. 直接测量静电计上电荷量的变化情况
B. 直接测量电容器电容的变化情况
C. 观察电容器电荷量的变化情况
D. 观察电容器电势差的变化情况
(3)影响平行板电容器电容的因素有______________。
A. 极板的材料
B. 两极板间距离和两极板的正对面积
C. 电容器储存的电荷量
(4)在实验中观察到的现象是______________。
A. 将左极板向上移动一段距离,静电计指针的张角变小
B. 向两板间插入陶瓷片时,静电计指针的张角变大
C. 将左极板右移,静电计指针的张角变小
【答案】(1)B (2)D (3)B (4)C
【解析】
【小问1详解】
本实验中,若研究电容与其中一个变量的关系时,需要其他量保持不变,所以采用的科学方法是控制变量法。
故选B。
【小问2详解】
电容器带电后与电源断开,带电量保持不变;静电计不能直接测量电荷量和电容,它与电容器相接,几乎不会改变电容器的带电量,且可以通过指针张角的大小,反映电容器两极板间电势差的变化。
故选D。
【小问3详解】
由平行板电容器的决定式可知,影响平行板电容器电容的因素有两极板间距离、两极板的正对面积和两极板之间的电介质。
故选B。
【小问4详解】
A.本实验中,将左极板向上移动一段距离,即两极板的正对面积减小,由平行板电容器的电容,可知电容减小,由于电容器的带电荷量不变,根据电容的定义式,可知,两极板之间的电势差增大,故静电计指针的张角变大,故A错误;
B.向两板间插入陶瓷片时,平行板电容器两极板间的介电系数增大,故平行板电容器的电容增大。由于电容器的带电荷量不变,故两极板之间的电势差减小,静电计指针的张角变小,故B错误;
C.将左极板右移,两极板间的距离减小,故平行板电容器的电容增大。由于电容器的带电荷量不变,故两极板之间的电势差减小,静电计指针的张角变小,故C正确;
故选C。
12. 美国物理学家密立根于1910年利用如图所示的实验装置,确定了电荷量的不连续性,并测定了元电荷的数值。
(1)若某次实验中,一质量为m的油滴,在场强为E的两金属板之间恰好处于平衡状态。则油滴所带电荷量___________(已知当地的重力加速度为g);
(2)对许多油滴进行测定,发现各个油滴所带电荷量都是某一最小电荷量的整数倍。密立根断定这一最小电荷量就是电子的电荷量,经过计算得出其数值为1.6×10-19C。则下列说法中不正确的是_____________;
A. 在某次实验中,测得油滴所带电荷量为3.2×10-17C
B. 在某次实验中,测得油滴所带电荷量为2.3×10-17C
C. 在某次实验中,若只将两金属板的间距变大,则原来处于静止状态的油滴将向下运动
D. 在某次实验中,若只将两金属板的间距变大,则原来处于静止状态的油滴将向上运动
【答案】(1)
(2)BD
【解析】
【小问1详解】
油滴在两金属板之间恰好处于平衡状态,油滴受到竖直向下的重力和竖直向上的电场力,由二力平衡可得
解得油滴所带电荷量
【小问2详解】
A.在该次实验中,测得油滴所带电荷量为,由于,该电荷量是元电荷的整数倍,是可能出现的,A选项正确;
B.在该次实验中,测得油滴所带电荷量为,由于,不是整数,该电荷量不是元电荷的整数倍,是不可能出现的,B选项错误;
CD.由图可知,两金属板与电池组相连,板间电压不变,若只将两金属板的间距变大,根据可知,板间电场强度减小,油滴所受竖直向上的电场力减小,电场力小于重力,原来处于静止状态的油滴将向下运动,C选项正确,D选项错误;
故选BD。
13. 某同学在探究电荷间相互作用力的实验中,如图所示,把质量为m的带电小球B用绝缘细绳悬起,若将带电荷量为-Q的带电小球A靠近B,当两个带电小球在同一高度相距r时,绳与竖直方向成α角,A、B两球均静止,静电力常数为,则小球B带______电,所带的电荷量q=_____。
【答案】 ①. 负 ②.
【解析】
【详解】[1]由题知,两小球相互排斥,故小球B带负电;
[2]根据平衡条件
解得
四、解答题(共38分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤,只写出最后答案的不能得分,有数值运算的题,答案中必须明确写出数值和单位)
14. 一检验电荷Q1,其所带的电荷q=4×10-9 C,在电场中P点受到的静电力F=8×10-7 N。求∶
(1)P点的电场强度大小;
(2)没有检验电荷时P点的电场强度大小;
(3)放一电荷量为q'=1.5×10-6 C的点电荷Q2在P点,受到的静电力F'是多大?
【答案】(1)2.0×102 N/C
(2)2.0×102 N/C
(3)3.0×10-4 N
【解析】
【小问1详解】
P点的电场强度大小EN/C=2.0×102 N/C
【小问2详解】
电场强度跟检验电荷无关,所以电场强度仍是2.0×102 N/C。
【小问3详解】
点电荷Q2在P点受到的静电力F'=q'E=1.5×10-6×2.0×102 N=3.0×10-4 N
15. 如图所示,电子在电势差为U0的加速电场中,从左极板由静止开始运动,经加速电场加速后从右板中央垂直射入电势差为U的偏转电场中,经偏转电场偏转后打在竖直放置的荧光屏M上,整个装置处在真空中,已知电子的质量为m,电量为-e,偏转电场的板长为L1,板间距离为d,光屏M到偏转电场极板右端的距离L2,求:
(1)电子从加速电场射入偏转电场的速度v0
(2)电子飞出偏转电场时的偏转距离y;
(3)电子飞出偏转电场时偏转角的正切值;
(4)电子打在荧光屏上时到中心O的距离Y.
【答案】(1) (2) (3) (4)
【解析】
【详解】(1)电子在加速电场中直线加速过程,根据动能定理得:
解得电子从加速电场进入偏转电场的速度
(2)根据牛顿第二定律得:
电子在偏转电场中的运动时间
则偏转位移
(3)电子离开偏转电场时偏转角θ的正切值为:
(4)电子离开偏转电场时速度的反向延长线经过中轴线的中点,根据相似三角形得,
解得:
16. 某些肿瘤可以用“质子疗法”进行治疗。在这种疗法中,质子先被加速到具有较高的能量,然后被引导轰击肿瘤,杀死细胞。已知质子的质量为,电荷量为,其治疗方案有两种:
(1)用直线加速器给质子加速,获得高速质子流。直线加速器的长度为,其电场可以看成匀强电场,要使质子由静止被加速到,不计质子间相互作用,求电场强度大小;
(2)装置如图所示,来自质子源的质子初速度为零,经加速电压加速后,沿图中四分之一圆弧虚线通过辐向电场,再从点竖直向上进入存在水平向右的匀强电场的圆形区域,最终轰击处在圆上点的肿瘤细胞。已知四分之一圆弧虚线处的场强大小为,方向沿半径指向圆心,圆与相切于点,,圆形区域的半径为,点距直线为,不计质子重力及质子间相互作用,求:
①加速电场的电压的大小;
②圆形区域内电场的电场强度大小。
【答案】(1)
(2)①;②
【解析】
【小问1详解】
质子加速的过程,根据动能定理有
解得
【小问2详解】
①质子在加速电场中加速的过程,根据动能定理有
质子通过辐向电场的过程电场力提供向心力,有
联立解得
②质子由P点运动到Q点的过程中,竖直方向做匀速直线运动,水平方向做初速度为零的匀加速直线运动,水平方向和竖直方向通过的位移大小分别为,
水平方向和竖直方向分别有,
又
联立解得
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射洪中学高2025级高二上期第一次综合素质测评
物理试题
(考试时间:75分钟 满分:100分)
注意事项:
1.答卷前,考生务必将自己的班级、姓名、考号填写在答题卡上。
2.回答选择题时,选出每小题答案后,用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。如需改动,用橡皮擦干净后,再选涂其他答案标号。写在本试卷上无效。
3.回答非选择题时,将答案写在答题卡对应题号的位置上。写在本试卷上无效。
4.考试结束后,将答题卡交回。
第I卷(选择题 共43分)
一、单项选择题(本题共7个小题,每小题4分,共28分。)
1. 下列对静电场中相关概念和公式的理解,正确的是( )
A. 摩擦起电的过程中产生了电荷
B. 电场强度公式表明,在点电荷形成的电场中,若r减半,则电场强度变为原来的4倍
C. 电场强度公式表明,若q减半,则该处的电场强度变为原来的2倍
D. A电荷的电势能为EpA=3J,B电荷的电势能EpB=-4J,则EpA<EpB
2. 真空中两个完全相同的点电荷所带电荷量分别为Q、-2Q,相距为r。静电力常量为k,两点电荷之间的静电力大小为( )
A. B. C. D.
3. 某电场区域的电场线分布如图所示,A、B、C为电场中的三个点,以下关于各点电场强度大小E、电势判断正确的是( )
A. B. C. D.
4. 如图所示,水平向右的匀强电场中的a、b两点电势分别为、,a、b间连线长度为,与电场方向间的夹角为。则匀强电场的电场强度大小为( )
A. 50V/m B. 100V/m C. 200V/m D. 400V/m
5. 如图所示,图中的实线表示电场线,虚线表示只受电场力作用的带电粒子的运动轨迹,粒子先经过M点,再经过N点,可以判定( )
A. 粒子带负电
B. M点的电势低于N点的电势
C. 粒子在M点的加速度大于在N点的加速度
D. 粒子在M点的电势能大于在N点的电势能
6. 如图所示为某静电场中x轴上各点电势分布图,一个带电粒子在坐标原点O由静止释放,仅在电场力作用下沿x轴正向运动,则下列说法正确的是( )
A. 粒子一定带负电
B. 粒子运动到坐标轴上处动能最小
C. 粒子从坐标轴上处运动到处,电势能先减小后增大
D. 粒子从坐标轴上处运动到处,加速度先增大后减小
7. 如图所示,在场强方向水平向右、大小为E的匀强电场中,在O点固定一电荷量为Q的正电荷,A、B、C、D为以O为圆心、半径为r的同一圆周上的四点,B、D连线与电场线平行,A、C连线与电场线垂直,则( )
A. A点的电场强度大小为
B. B点的电场强度大小为E-
C. D点的电场强度大小不可能为0
D. A、C两点的电场强度相同
二、多选题(本题包含3小题,每小题6分,共18分,每小题给出的四个选项中,有多个选项符合要求,全部选对的得6分,选对但选不全的得3分,有选错的得0分)
8. 在匀强电场中把电荷量为的点电荷Q从A点移动到B点,克服静电力做的功为;再把这个电荷从B点移动到C点,静电力做的功为取B点电势为零。则下列说法正确的是( )
A. A点电势为
B. A、C两点间的电势差
C. 点电荷A在C点的电势能为
D. 点电荷Q从A点移动到C点,电场力做功为
9. 一带负电的粒子从电场中的点运动到点,该过程中,粒子受到的电场力做的功为,粒子受到的重力做的功为,除重力和电场力外的其他力做的功为,关于该过程中功与能量变化的关系,下列说法正确的是( )
A. 电势能减少了 B. 重力势能增加了
C. 机械能减少了 D. 动能的变化量是
10. 如图所示,水平地面上方存在水平向右的匀强电场,O、Q为水平地面上的两点,现将质量为m,电荷量为q的小球(可看作质点),从O点以初速度竖直向上抛出,P为运动轨迹的最高点,Q为最后落回到地面上的点。若不计空气阻力,重力加速度为g,电场强度,,,下列说法正确的是( )
A. 小球到达Q点所用的时间为 B. 小球到达P点时的速度大小为0
C. OP的水平距离与PQ的水平距离之比为 D. OQ两点之间的电势差为
三、实验题(共16分)
11. 如图所示的实验装置可用来探究影响平行板电容器电容的因素,使电容器带电后与电源断开,将电容器左侧极板和静电计外壳均接地,电容器右侧极板与静电计金属球相连。
(1)该实验使用的科学方法是_____________。(填序号)
A. 类比法 B. 控制变量法 C. 假设法
(2)实验中使用静电计的目的是________。
A. 直接测量静电计上电荷量的变化情况
B. 直接测量电容器电容的变化情况
C. 观察电容器电荷量的变化情况
D. 观察电容器电势差的变化情况
(3)影响平行板电容器电容的因素有______________。
A. 极板的材料
B. 两极板间距离和两极板的正对面积
C. 电容器储存的电荷量
(4)在实验中观察到的现象是______________。
A. 将左极板向上移动一段距离,静电计指针的张角变小
B. 向两板间插入陶瓷片时,静电计指针的张角变大
C. 将左极板右移,静电计指针的张角变小
12. 美国物理学家密立根于1910年利用如图所示的实验装置,确定了电荷量的不连续性,并测定了元电荷的数值。
(1)若某次实验中,一质量为m的油滴,在场强为E的两金属板之间恰好处于平衡状态。则油滴所带电荷量___________(已知当地的重力加速度为g);
(2)对许多油滴进行测定,发现各个油滴所带电荷量都是某一最小电荷量的整数倍。密立根断定这一最小电荷量就是电子的电荷量,经过计算得出其数值为1.6×10-19C。则下列说法中不正确的是_____________;
A. 在某次实验中,测得油滴所带电荷量为3.2×10-17C
B. 在某次实验中,测得油滴所带电荷量为2.3×10-17C
C. 在某次实验中,若只将两金属板的间距变大,则原来处于静止状态的油滴将向下运动
D. 在某次实验中,若只将两金属板的间距变大,则原来处于静止状态的油滴将向上运动
13. 某同学在探究电荷间相互作用力的实验中,如图所示,把质量为m的带电小球B用绝缘细绳悬起,若将带电荷量为-Q的带电小球A靠近B,当两个带电小球在同一高度相距r时,绳与竖直方向成α角,A、B两球均静止,静电力常数为,则小球B带______电,所带的电荷量q=_____。
四、解答题(共38分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤,只写出最后答案的不能得分,有数值运算的题,答案中必须明确写出数值和单位)
14. 一检验电荷Q1,其所带的电荷q=4×10-9 C,在电场中P点受到的静电力F=8×10-7 N。求∶
(1)P点的电场强度大小;
(2)没有检验电荷时P点的电场强度大小;
(3)放一电荷量为q'=1.5×10-6 C的点电荷Q2在P点,受到的静电力F'是多大?
15. 如图所示,电子在电势差为U0的加速电场中,从左极板由静止开始运动,经加速电场加速后从右板中央垂直射入电势差为U的偏转电场中,经偏转电场偏转后打在竖直放置的荧光屏M上,整个装置处在真空中,已知电子的质量为m,电量为-e,偏转电场的板长为L1,板间距离为d,光屏M到偏转电场极板右端的距离L2,求:
(1)电子从加速电场射入偏转电场的速度v0
(2)电子飞出偏转电场时的偏转距离y;
(3)电子飞出偏转电场时偏转角的正切值;
(4)电子打在荧光屏上时到中心O的距离Y.
16. 某些肿瘤可以用“质子疗法”进行治疗。在这种疗法中,质子先被加速到具有较高的能量,然后被引导轰击肿瘤,杀死细胞。已知质子的质量为,电荷量为,其治疗方案有两种:
(1)用直线加速器给质子加速,获得高速质子流。直线加速器的长度为,其电场可以看成匀强电场,要使质子由静止被加速到,不计质子间相互作用,求电场强度大小;
(2)装置如图所示,来自质子源的质子初速度为零,经加速电压加速后,沿图中四分之一圆弧虚线通过辐向电场,再从点竖直向上进入存在水平向右的匀强电场的圆形区域,最终轰击处在圆上点的肿瘤细胞。已知四分之一圆弧虚线处的场强大小为,方向沿半径指向圆心,圆与相切于点,,圆形区域的半径为,点距直线为,不计质子重力及质子间相互作用,求:
①加速电场的电压的大小;
②圆形区域内电场的电场强度大小。
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