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放射性同位素电池具有工作时间长、可靠性高和体积小等优点,是航天、深海、医学等领域的重要新型电源,也是我国近年重点科研攻关项目。某同学设计了一种利用放射性元素β衰变的电池,该电池采用金属空心球壳结构,如图所示,在金属球壳内部的球心位置放有一小块与球壳绝缘的放射性物质,放射性物质与球壳之间是真空的。球心处的放射性物质的原子核发生β衰变发射出电子,已知单位时间内从放射性物质射出的电子数为N,射出电子的最小动能为E1,最大动能为E2。在E1和E2之间,任意相等的动能能量区间ΔE内的电子数相同。为了研究方便,假设所有射出的电子都是沿着球形结构径向运动,忽略电子的重力及在球壳间的电子之间的相互作用。元电荷为e,a和b为接线柱。
(1)当a、b间的电压为U且大于
E
1
e
时,证明外电路消耗的功率P1等于单位时间内到达球壳的电子,在从放射性物质到球壳运动时损失的动能之和ΔEk1
(2)如果认为单位时间内电子在与球壳碰撞过程中损失的动能之和ΔEk2等于电源内阻消耗的功率P2,证明在(1)的情形下电路的内电压
U
=
E
2
2
e
-
U
2

(注意:解题过程中需要用到、但题目没有给出的物理量,要在解题中做必要的说明)

【答案】(1)证明过程见解答;
(2)证明过程见解答。
【解答】
【点评】
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发布:2024/6/27 10:35:59组卷:263引用:1难度:0.3
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