返回

高中一年级物理

首页
  • 计算题
    1995年,美国费米国家实验室CDF和DO实验组在质子、反质子对撞机TEVATRON的实验中,观察到了顶夸克,测得它的静止质量m1=1. 75×1011eV/c2=3.1×10-25kg,寿命a=0.4×10-24s.这是近十几年来粒子物理研究最重要的实验进展之一.
    (1)在电场相互作用中,相距为r的电量为Q1、Q2的两点电,式中k1为静电力常量,而在强相互作用中,正、反顶夸克之间的强相互作用势能可写为,式中r是正、反顶夸克之间的距离,as=0.12,是强相互作用耦合系数,k2是与单位制有关的常数,在国际单位制中k2=0.319×10-25J.m.为估算正、反顶夸克能否构成一个处在束缚态的系统,可把束缚态设想为正、反顶夸克在彼此之间的吸引力作用下绕它们连线的中点做匀速圆周运动.如能构成束缚态,试用玻尔理论确定系统处于基态时正、反顶夸克之间的距离r0.已知处于束缚态的正、反顶夸克粒子满足量子化条件,即式中为一个粒子的动量mv与其轨道半径的乘积,n为量子数,h =6.63×10-34J.s为普朗克常量.
    (2)试求正、反顶夸克在上述设想的基态中做匀速圆周运动的周期T,你认为正、反顶夸克的这种束缚态能存在吗?
    本题信息:2012年同步题物理计算题难度较难 来源:周永伏(高中物理)
  • 本题答案
    查看答案
本试题 “1995年,美国费米国家实验室CDF和DO实验组在质子、反质子对撞机TEVATRON的实验中,观察到了顶夸克,测得它的静止质量m1=1. 75×1011eV/c2=3.1×10-25kg,寿命a=...” 主要考查您对

周期、频率、转速

向心力

库仑定律

等考点的理解。关于这些考点您可以点击下面的选项卡查看详细档案。
  • 周期、频率、转速
  • 向心力
  • 库仑定律

周期、频率、转速的定义:

1、周期:做圆周运动的物体运动一周所用的时间叫做周期,用T表示,单位为秒(s)。
2、频率:做圆周运动的物体单位时间内沿圆周绕圆心转过的圈数叫做频率,用f表示,单位为赫兹(Hz)。
3、转速:做圆周运动的物体在单位时间内沿圆周绕圆心转过的圈数,用n表示,单位为转每秒(r/s)。
4、v、ω、T、f、n的关系:


周期,频率与线速度、角速度的关系:


知识点拨:
1、周期T:做圆周运动的物体运动一周所用的时间叫做周期.
2、频率f:周期的倒数叫频率,表示1s内质点所转过的周数.频率的单位是Hz.
3、转速n:做圆周运动的物体单位时间内沿圆周绕圆心转过的圈数,叫转速.通常用n表示,单位是r/s.        实际中所说的转数是指做匀速圆周运动的物体每分钟转过的圈数,用n表示,单位是转每分(r/min).
说明:频率和转速对匀速圆周运动来说在意义上是相等的,但频率具有更广泛的意义,两者的单位也不相同。

向心力的定义:

在圆周运动中产生向心加速度的力。


向心力的特性:

1、向心力
总是指向圆心,产生向心加速度,向心力只改变线速度的方向,不改变速度的大小,大小,方向总是指向圆心(与线速度方向垂直),方向时刻在变化,是一个变力。向心力可以由某个具体力提供,也可以由合力提供,还可以由分力提供。
2、轻绳模型
Ⅰ、轻绳模型的特点:
①轻绳的质量和重力不计;
②可以任意弯曲,伸长形变不计,只能产生和承受沿绳方向的拉力;
③轻绳拉力的变化不需要时间,具有突变性。

Ⅱ、轻绳模型在圆周运动中的应用
小球在绳的拉力作用下在竖直平面内做圆周运动的临界问题:
①临界条件:小球通过最高点,绳子对小球刚好没有力的作用,由重力提供向心力:

②小球能通过最高点的条件:(当时,绳子对球产生拉力)
③不能通过最高点的条件:(实际上小球还没有到最高点时,就脱离了轨道)
3、轻杆模型:
Ⅰ、轻杆模型的特点:
①轻杆的质量和重力不计;
②任意方向的形变不计,只能产生和承受各方向的拉力和压力;
③轻杆拉力和压力的变化不需要时间,具有突变性。

Ⅱ、轻杆模型在圆周运动中的应用
轻杆的一端连着一个小球在竖直平面内做圆周运动,小球通过最高点时,轻杆对小球产生弹力的情况:
①小球能通过最高点的临界条件:(N为支持力)
②当时,有(N为支持力)
③当时,有(N=0)
④当时,有(N为拉力)


知识点拨:
向心力是从力的作用效果来命名的,因为它产生指向圆心的加速度,所以称它为向心力。它不是具有确定性质的某种类型的力。相反,任何性质的力都可以作为向心力。实际上它可是某种性质的一个力,或某个力的分力,还可以是几个不同性质的力沿着半径指向圆心的合外力。对一个物体进行受力分析的时候,是不需要画向心力的,向心力是效果力。


知识拓展:
对于向心力的理解,同学们可以切身的体会一下。两个同学手拉手,甲同学原地,乙同学绕着甲同学转,甲同学给乙同学的拉力就是向心力,当拉力大于向心力的时候,乙同学向心(甲同学)运动,当拉力小于向心力的时候,乙同学做离心运动。

库仑定律:



“割补”法处理非点电荷间的静电力问题:

在应用库仑定律解题时,由于其适用条件是点电荷,所以造成了一些非点电荷问题的求解困难,对于环形或球形缺口问题,“割补法”非常有效。所谓“割”是指将带电体微元化,再利用对称性将带电体各部分所受电场力进行矢量合成。所谓“补”是将缺口部分先补上,使带电体能作为点电荷来处理。

静电力作用的平衡与运动类问题的解法:

带电体在静电力参与下的运动,从运动轨迹来看可以有直线运动、曲线运动;从运动性质来看可以是匀变速运动,也可以是变加速运动;从参与运动的研究对象来看可以是单一的物体,也可以是多物体组成的系统等。物体或者系统在静电力作用下处于平衡状态或某种形式的运动时,解决思路与力学中同类问题的解决思路相同,仍需选定研究对象后进行受力分析,再利用平衡条件或牛顿运动定律列方程求解。但需注意库仑力的特点,特别是在动态平衡问题、运动问题中,带电体间距离发生变化时,库仑力也要发生变化,要分析力与运动的相互影响。整体法与隔离法是解决连接体问题的有效方法,在通过静电力联系在一起的系统,也要注意考虑整体法与隔离法的选择。


知识拓展:

三个点电荷在相互间作用力作用下处于平衡时的规律
规律一:三个点电荷的位置关系是“同性在两边,异性在中间”:如果三个点电荷只在库仑力的作用下能够处于平衡状态,则这三个点电荷一定处于同一直线上,且有两个是同性电荷,一个是异性电荷,两个同性电荷分别在异性电荷的两边。
规律二:中间的电荷所带电荷量是三个点电荷中电荷量最小的;两边同性电荷谁的电荷量小,中间异性电荷就距谁近一些.
证明:如图所示,甲、乙、丙三个点电荷处于平衡状态,它们的电荷量分别为甲与乙、乙与丙之间的距离分别为为正电荷,则为负电荷。由公式F=qE知,三个电荷能够处于平衡状态,说明甲、乙、丙三个电荷所在处的合场强为0。

乙、丙两点电荷在甲处产生的场强分别为
两场强在甲处大小相等,方向相反,合场强等于零,故,由此式可知同理可证
规律三:三个点电荷的电荷量满足

证明:三个点电荷能够同时处于平衡状态,则三个点电荷之间的库仑力相等,即


整理该式易得

联立两式得
三个自由电荷都处于平衡状态时,则口诀概括为 “三点共线,两同夹异(同性在两边,异性在中间),两大夹小,近小远大,高考不怕”。由此可以迅速、准确地确定三个电荷的相对位置及电性。


发现相似题
与“1995年,美国费米国家实验室CDF和DO实验组在质子、反质子对撞...”考查相似的试题有: