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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...

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(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=0.5m,外半径R2=1.0m,磁场的磁感应强度B=1.0T,若被束缚带电粒子的比荷为manfen5.com 满分网,中空区域内带电粒子具有各个方向的速度,试计算
(1)实践证明,粒子在磁场区域内沿垂直于磁场方向运动的速度v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)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.
(3)所有粒子不能穿越磁场的最大速度.

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(1)粒子在磁场中做圆周运动时,由洛伦兹力提供向心力,根据牛顿第二定律推导v与r的关系. (2)粒子若沿径向飞出,临界情况为粒子恰好与外环相切,根据几何关系求出运动的轨道半径,再根据带电粒子在磁场中轨道半径公式求出最大的速度. (3)粒子沿环状域的内边界圆的切线方向射入磁场时,此时的轨道半径为最小的轨道半径,此时粒子若不能出磁场,则所以粒子都不会出磁场,根据几何关系求出轨道半径,再通过轨道半径公式求出最大的速度. 【解析】 (1)设粒子的质量为m,电量为q,以速度v在磁感应强度为B的匀强磁场中做半径为r的匀速圆周运动; 由牛顿第二定律可知,Bqv=m 所以有:v=; 故粒子在磁场区域内沿垂直于磁场方向运动的速度v与它在磁场中运动的轨道半径r有关. (2)粒子沿环状的半径方向射入磁场,不能穿越磁场区域的最大速度粒子沿圆弧从B到A,恰与环状域外圆相切,0′为轨道圆心.设AO′=BO′=r, 由几何关系得(R2-r)2=r2+R12, 又r=, 可得v=• 代入解得v=1.5×107m/s (3)粒子沿环状域的内边界圆的切线方向射入磁场时,轨道半径最大为rm=,由rm=,得 vm=. 代入数据得vm=1.0×107m/s 答:(1) (2)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为1.5×107m/s. (3)所有粒子不能穿越磁场的最大速度为1.0×107m/s.
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考点分析:
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(1)在图中标出ab通过最低位置时,金属框中感应电流方向.
(2)求在时间t内金属框中的平均感应电动势.
(3)若在时间t内,金属框中产生的焦耳热为Q,求ab边通过最低位置时受到的安培力.

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②如图2所示,用螺旋测微器测金属丝直径d=______m;
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④利用电压表和电流表读数画出了如图4的U-I图象,由此得到金属丝电阻的测量值为R=______Ω
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D.g/2
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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