受控核聚变是当前研究的热点。我国的“东方超环”世界领先,将氘氚燃料用特殊的加热方法加热到聚变反应温区(即1亿度以上)以点燃氘氚反应[一个氘核(21H)和一个氚核(31H)发生聚变核反应,生成一个氦核(42He),放出一个中子],利用特殊设计的“笼子”将它们稳定地约束在该真空容器内。使聚变反应能够稳定进行,其中一种方法是磁约束,围绕这种“磁笼子“的设计,人类已经走过了半个多世纪艰苦的历程。某校的研究小组进行了以下的设计,如图所示,矩形abcd的ab边长为2L,ab与ac夹角为30°,矩形对角线ac上下方分别分布着磁感应强度大小为B的匀强磁场,一个氚核(31H)从ab边中点P处以某一速度垂直ab边进入下方磁场恰好不从对角线ac边射出,一个氘核(21H)从c点以某一速度水平向左进入上方磁场并与氚核(31H)在对角线ac上相遇并发生聚变反应,生成一个氦核(42He),放出一个中子,生成的氦核(42He)速度方向竖直向下。已知一个核子的质量为m,质子的电量为q,求:
(1)氚核(31H)与氘核(21H)射入磁场时的速度大小之比v1:v2;
(2)先后释放氚核(31H)与氘核(21H)的时间差;
(3)生成的氦核(42He)偏转后要恰好到达矩形的a点,其速度v应满足的条件。
2
1
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【考点】带电粒子在匀强磁场中的圆周运动.
【答案】1)氘核(H)与氚核(H)射入磁场时的速度大小之比v1:v2是。
(2)先后释放氚核(H)与氘核(H)的时间差是。
(3)生成的氦核(He)偏转后要恰好到达矩形的a点,其速度v应满足的条件是
。
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1
3
1
2
:
3
(2)先后释放氚核(
3
1
2
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πm
3
q
B
(3)生成的氦核(
4
2
v
=
q
BL
4
nm
(
n
=
1
,
2
,
3
…
)
。
【解答】
【点评】
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发布:2024/4/20 14:35:0组卷:99引用:2难度:0.5
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1.如图,半径为d的圆形区域内有磁感应强度为B的匀强磁场,磁场垂直圆所在的平面。一带电量为q、质量为m的带电粒子从圆周上a点对准圆心O射入磁场,从b点折射出来,若α=60°,则带电粒子射入磁场的速度大小为( )
发布:2025/1/6 0:30:5组卷:272引用:2难度:0.6 -
2.如图所示,三角形ABC内有垂直于三角形平面向外的匀强磁场,AB边长为L,∠CAB=30°,∠B=90°,D是AB边的中点。现在DB段上向磁场内射入速度大小相同、方向平行于BC的同种粒子(不考虑粒子间的相互作用和粒子重力),若从D点射入的粒子恰好能垂直AC边射出磁场,则AC边上有粒子射出的区域长度为( )
发布:2025/1/3 0:30:3组卷:303引用:1难度:0.5 -
3.如图1所示,在xOy坐标系中,两平行极板P、Q垂直于y轴且关于x轴对称,极板长度和板间距均为l,紧靠极板的右边缘的有界匀强磁场区域由ΔAB0和矩形0BCD构成,其中∠OAB=60°,OD=OA.磁场方向垂直于xOy平面向里,D、A位于y轴上。位于极板左侧的粒子源沿x轴向右接连发射质量为m,电荷量为+q、速度相同的带电粒子,现在0~3t0时间内两板间加上如图2所示的电压,已知t=0时刻进入两板间的粒子,在t0时刻射入磁场时,恰好不会从磁场边界射出磁场区域且圆心在x轴上,上述l、m、q、t0为已知量,U0=
,不考虑P、Q两板电压的变化对磁场的影响,也不考虑粒子的重力及粒子间的相互影响,求:ml2qt02
(1)t=0时刻进入两板间的带电粒子射入磁场时的速度;
(2)匀强磁场的磁感应强度的大小及磁场区域的面积;
(3)t=t0时刻进入两板间的带电粒子在匀强磁场中运动的时间。发布:2024/12/30 0:0:1组卷:89引用:2难度:0.7