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核聚變反應(yīng)需要幾百萬度以上的高溫，為把高溫條件下高速運(yùn)動(dòng)的離子約束在小范圍內(nèi)（否則不可能發(fā)生核反應(yīng)），通常采用磁約束的方法（托卡馬克裝置）。如圖所示，環(huán)狀勻強(qiáng)磁場(chǎng)圍成中空區(qū)域，中空區(qū)域中的帶電粒子只要速度不是很大，都不會(huì)穿出磁場(chǎng)的外邊緣而被約束在該區(qū)域內(nèi)。設(shè)環(huán)狀磁場(chǎng)的內(nèi)半徑為R₁=0.5m，外半徑R₂=1.0m，磁場(chǎng)的磁感強(qiáng)度B=1.0T，若被束縛帶電粒子的荷質(zhì)比為q/m=4×10⁷C/㎏，中空區(qū)域內(nèi)帶電粒子具有各個(gè)方向的速度。
求：（1）粒子沿環(huán)狀的半徑方向射入磁場(chǎng)，不能穿越磁場(chǎng)的最大速度。
（2）所有粒子不能穿越磁場(chǎng)的最大速度。

如圖所示，在第一象限有一勻強(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)大小為E，方向沿y軸負(fù)向；在x軸下方第四象限有一均強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B．一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電粒子以平行于x軸的速度從y軸上的P點(diǎn)處射入電場(chǎng)，在x軸上的Q點(diǎn)處進(jìn)入磁場(chǎng)，粒子第二次經(jīng)過x軸的M點(diǎn)，已知OP=，，不計(jì)重力．求：

【小題1】M點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)O間的距離；
【小題2】粒子從P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到M點(diǎn)所用的時(shí)間．

如右圖所示，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)被約束在由邊界ab、bc、cd形成的區(qū)域內(nèi)（ab∥cd，bc⊥ab，ab和cd可以向右端無限延伸），一質(zhì)量為m、電荷量為＋q的帶電粒子從bc邊的中點(diǎn)O處，以大小為v的初速度垂直磁場(chǎng)方向射入此區(qū)域，初速度方向與bc邊的夾角＝30°．已知bc邊的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，粒子重力不計(jì)，試問：
⑴若粒子最終能從邊界ab射出，則初速度v應(yīng)滿足什么條件？
⑵粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的最長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)為多少？

如圖甲所示，在一水平放置的隔板MN的上方，存在一磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向如圖所示。O為隔板上的一個(gè)小孔，通過O點(diǎn)可以從不同方向向磁場(chǎng)區(qū)域發(fā)射電量為+q，質(zhì)量為m，速率為的粒子，且所有入射的粒子都在垂直于磁場(chǎng)的同一平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。不計(jì)重力及粒子間的相互作用。
（1）如圖乙所示，與隔板成45⁰角的粒子，經(jīng)過多少時(shí)間后再次打到隔板上？此粒子打到隔板的位置與小孔的距離為多少？
（2）所有從O點(diǎn)射入的帶電粒子在磁場(chǎng)中可能經(jīng)過區(qū)域的面積為多少？
（3） 若有兩個(gè)時(shí)間間隔為t₀的粒子先后射入磁場(chǎng)后恰好在磁場(chǎng)中給定的P點(diǎn)相遇，如圖丙所示，則P與O之間的距離為多少？

如圖所示，M、N是豎直正對(duì)放置的兩個(gè)平行金屬板，S₁、S₂是M、N板上的兩個(gè)小孔；N板的右側(cè)有一個(gè)在豎直面內(nèi)，以O(shè)為圓心的圓形區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)存在垂直圓面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，另有一個(gè)同樣以O(shè)為圓心的半圓形熒光屏AO＇C已知S₁、S₂、O和熒光屏的中間位置O＇在同一直線上，且AC⊥S₁O＇。當(dāng)在M、N板間加恒定電壓U時(shí)，一帶正電離子在S₁處由靜止開始加速向S₂孔運(yùn)動(dòng)，最后打在圖示的熒光屏上P處，∠COP=30°。若要讓上述帶正電離子(不計(jì)重力)仍在S₁處由靜止開始加速，最后打在圖示的熒光屏下邊緣Ｃ處，求M、N板間所加電壓的大小。

如圖所示，足夠長(zhǎng)的矩形區(qū)域abcd內(nèi)充滿磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，現(xiàn)從ad邊的中心O點(diǎn)處，垂直磁場(chǎng)方向射入一速度為v₀的帶正電粒子，v₀與ad邊的夾角為30°.已知粒子質(zhì)量為m，帶電量為q，ad邊長(zhǎng)為L(zhǎng)，不計(jì)粒子的重力.
【小題1】求要使粒子能從ab邊射出磁場(chǎng)，v₀的大小范圍.
【小題2】粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的最長(zhǎng)時(shí)間是多少?在這種情況下，粒子將從什么范圍射出磁場(chǎng)?

如右圖，在0≤x≤a區(qū)域內(nèi)存在與xy平面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B.在t＝0時(shí)刻，一位于坐標(biāo)原點(diǎn)的粒子源在xy平面內(nèi)發(fā)射出大量同種帶電粒子，所有粒子的初速度大小相同，方向與y軸正方向的夾角分布在0～180°范圍內(nèi)．已知沿y軸正方向發(fā)射的粒子在t＝t0時(shí)刻剛好從磁場(chǎng)邊界上P(a，a)點(diǎn)離開磁場(chǎng)．
求：
【小題1】粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)半徑及速度；
【小題2】粒子的比荷q/m；
【小題3】從粒子發(fā)射到全部粒子離開磁場(chǎng)所用的時(shí)間．

(12分)(2010·蘇州模擬)質(zhì)譜儀可測(cè)定同位素的組成．現(xiàn)有一束一價(jià)的鉀39和鉀41離

子經(jīng)電場(chǎng)加速后，沿著與磁場(chǎng)和邊界均垂直的方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，
如圖所示．測(cè)試時(shí)規(guī)定加速電壓大小為U₀，但在實(shí)驗(yàn)過程中加
速電壓有較小的波動(dòng)，可能偏大或偏小ΔU.為使鉀39和鉀41打在
照相底片上的區(qū)域不重疊，ΔU不得超過多少？(不計(jì)離子的重力)

(14分)如圖所示，在坐標(biāo)系xOy中，第一象限內(nèi)充滿著兩個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)a和b，OP為分界線，在區(qū)域a中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為2B，方向垂直于紙面向里；在區(qū)域b中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直于紙面向外，P點(diǎn)坐標(biāo)為(4l,3l)．一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電的粒子從P點(diǎn)沿y軸負(fù)方向射入?yún)^(qū)域b，經(jīng)過一段時(shí)間后，粒子恰能經(jīng)過原點(diǎn)O，不計(jì)粒子重力．(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)求：

圖12
(1)粒子從P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到O點(diǎn)的時(shí)間最少是多少？
(2)粒子運(yùn)動(dòng)的速度可能是多少？

（8分）如圖所示，一個(gè)有界的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.50T，磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里，MN是磁場(chǎng)的左邊界．在距磁場(chǎng)左邊界MN的1.0m處有一個(gè)放射源A，內(nèi)裝放射物質(zhì)（鐳），發(fā)生α衰變生成新核Rn（氡）．放在MN左側(cè)的粒子接收器接收到垂直于邊界MN方向射出的α粒子，此時(shí)接收器位置距直線OA的距離為1m．

（1）寫出Ra的衰變方程；
（2）求衰變后Rn（氡）的速率（質(zhì)子、中子的質(zhì)量為1.6×10^-27kg，電子電量e=1.6×10^-19C）．