【題目】國(guó)家重大科學(xué)工程項(xiàng)目“EAST超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置”實(shí)現(xiàn)了電子溫度超過5000萬度、持續(xù)時(shí)間達(dá)102秒的超高溫長(zhǎng)脈沖等離子體放電,這是國(guó)際托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置上電子溫度達(dá)到5000萬度持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的等離子體放電。該成果在未來聚變堆研究中具有里程碑意義,標(biāo)志著我國(guó)在穩(wěn)態(tài)磁約束聚變研究方面繼續(xù)走在國(guó)際前列。“EAST”部分裝置的簡(jiǎn)化模型:要持續(xù)發(fā)生熱核反應(yīng),必須把溫度高達(dá)幾百萬攝氏度以上的核材料約束在半徑分別為的兩個(gè)同心圓之間的環(huán)形區(qū)域內(nèi),等離子體只在半徑為的圓形區(qū)域內(nèi)反應(yīng),環(huán)形區(qū)域存在著垂直于截面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。假設(shè)約束的核聚變材料只有氕核()和氘核(),已知氕核()的質(zhì)量為,電量為,兩個(gè)同心圓的半徑滿足,只研究在紙面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的核子,不考慮核子間的相互作用,中子和質(zhì)子的質(zhì)量差異以及速度對(duì)核子質(zhì)量的影響。

1)兩個(gè)氘核()結(jié)合成一個(gè)氦核()時(shí),要放出某種粒子,同時(shí)釋放出能量,寫出上述核反應(yīng)方程;

2)核聚變材料氕核()和氘核()具有相同的動(dòng)能,為了約束從反應(yīng)區(qū)沿不同方向射入約束區(qū)的核子,求環(huán)形磁場(chǎng)區(qū)域所加磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B滿足的條件;

3)若環(huán)形磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為,氕核()從圓心O點(diǎn)沿半徑方向以某一速度射入約束區(qū),恰好經(jīng)過約束區(qū)的外邊界,求氕核()運(yùn)動(dòng)的周期T。

【答案】123

【解析】1兩個(gè)氘核()結(jié)合成一個(gè)氦核( )的核反應(yīng)方程為

2)若氘核不從磁場(chǎng)中射出,則氕核一定不從磁場(chǎng)中射出。因此只要滿足氘核不從磁場(chǎng)中射出即可。由幾何關(guān)系得

由洛倫茲力提供向心力得:

有題意可知:

解得:

磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)滿足的條件為

3)氕核()運(yùn)動(dòng)的軌跡如圖所示,要使沿半徑方向運(yùn)動(dòng)的氕核()恰好經(jīng)過約束區(qū)的外邊界,運(yùn)動(dòng)軌跡圓與磁場(chǎng)外邊界圓相切。設(shè)這時(shí)軌跡圓的半徑為R2,速度為v2,有幾何關(guān)系有

洛倫茲力充當(dāng)向心力,根據(jù)牛頓第二定律有

氕核()在約束區(qū)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期

氕核()在約束區(qū)中運(yùn)動(dòng)一次的時(shí)間

氕核()在在反應(yīng)區(qū)沿半徑運(yùn)動(dòng)一次的時(shí)間

氕核()運(yùn)動(dòng)的周期

解得

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖所示,ABC為一玻璃三棱鏡的截面,一束光線MN垂直于AB面射人,在AC面發(fā)生全反射后從BC面射出,則( )

A. BC面射出的紅光更偏向AB

B. BC面射出的紫光更偏向AB

C. MNB變小,最先從AC面透出的是紅光

D. MNB變小,最先從AC面透出的是紫光

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】12分)如圖所示,水平地面上有一輛固定有豎直光滑絕緣管的小車,管的底部有一質(zhì)量m=0.2g、電荷量q=8×10-5C的小球,小球的直徑比管的內(nèi)徑略。诠芸谒谒矫MN的下方存在著垂直紙面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度B1= 15T的勻強(qiáng)磁場(chǎng),MN面的上方還存在著豎直向上、場(chǎng)強(qiáng)E=25V/m的勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直紙面向外、磁感應(yīng)強(qiáng)度B2=5T的勻強(qiáng)磁場(chǎng).現(xiàn)讓小車始終保持v=2m/s的速度勻速向右運(yùn)動(dòng),以帶電小球剛經(jīng)過場(chǎng)的邊界PQ為計(jì)時(shí)的起點(diǎn),測(cè)得小球?qū)軅?cè)壁的彈力FN隨高度h變化的關(guān)系如圖所示.g10m/s2,不計(jì)空氣阻力.求:

1)小球剛進(jìn)入磁場(chǎng)B1時(shí)的加速度大小a;

2)絕緣管的長(zhǎng)度L

3)小球離開管后再次經(jīng)過水平面MN時(shí)距管口的距離

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖所示,ab、cd是固定在豎直平面內(nèi)的足夠長(zhǎng)的金屬框架,bc段接有一阻值為R的電阻,其余電阻不計(jì),ef是一條不計(jì)電阻的金屬桿,桿兩端與ab和cd接觸良好且能無摩擦下滑(不計(jì)空氣阻力),下滑時(shí)ef始終處于水平位置,整個(gè)裝置處于方向垂直框面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,ef從靜止下滑,經(jīng)過一段時(shí)間后閉合開關(guān)S,則在閉合開關(guān)S后( )

A.ef的加速度大小不可能大于g

B.無論何時(shí)閉合開關(guān)S,ef最終勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)速度都相同

C.無論何時(shí)閉合開關(guān)S,ef最終勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)電流的功率都相同

D.ef勻速下滑時(shí),減少的機(jī)械能大于電路消耗的電能

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】半徑為r、質(zhì)量為m、電阻為R的金屬圓環(huán)用一根長(zhǎng)為L的絕緣輕細(xì)桿懸掛于O1點(diǎn),桿所在直線過圓環(huán)圓心,在O1點(diǎn)的正下方有一半徑為L2r的圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,其圓心O2O1點(diǎn)在同一豎直線上,O1點(diǎn)在圓形磁場(chǎng)區(qū)域邊界上,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,如圖所示,F(xiàn)使絕緣輕細(xì)桿從水平位置由靜止釋放,下擺過程中金屬圓環(huán)所在平面始終與磁場(chǎng)垂直,已知重力加速度為g,不計(jì)空氣阻力及摩擦阻力,則(

A. 圓環(huán)最終會(huì)靜止在O1點(diǎn)的正下方

B. 圓環(huán)第一次進(jìn)入磁場(chǎng)的過程通過圓環(huán)的電量大小為

C. 圓環(huán)在整個(gè)過程中產(chǎn)生的焦耳熱為

D. 圓環(huán)在整個(gè)過程中產(chǎn)生的焦耳熱為

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖所示為一橫截面為直角三角形的玻璃棱鏡ABC,其中∠A30°,D點(diǎn)在AC邊上,A、D間距為LAB.一條光線平行于AB邊從D點(diǎn)射入棱鏡,光線垂直BC邊射出,已知真空中的光速為c,求:

(a)玻璃的折射率;

(b)光線在棱鏡中傳播的時(shí)間。

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖所示,A、B為豎直墻面上等高的兩點(diǎn),AO、BO為長(zhǎng)度相等的兩根輕繩,AOB在同一水平面內(nèi),初始時(shí)∠AOB < 90°,CO為一根輕桿,可繞C點(diǎn)在空間無摩擦轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)軸CAB中點(diǎn)D的正下方,在O點(diǎn)處懸掛一個(gè)質(zhì)量為m的物體,整個(gè)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài),F(xiàn)將繩AOA端緩緩向D端移動(dòng),O點(diǎn)位置保持不動(dòng),系統(tǒng)仍然保持平衡,則( )

A. AO受到的拉力逐漸增大

B. BO受到的拉力逐漸增大

C. CO受到的壓力逐漸增大

D. AO、BO受到的拉力的合力逐漸增大

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖甲所示,一端連接一質(zhì)量為1kg的帶正電小球的輕桿,可繞固定軸O在豎直面內(nèi)無摩擦轉(zhuǎn)動(dòng)。豎直內(nèi)有方向豎直向下、場(chǎng)強(qiáng)E=1×103N/C的勻強(qiáng)電場(chǎng)。小球運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能Ek與桿對(duì)球的作用力F間的關(guān)系如圖乙所示。取豎直向下為力F的正方向,重力加速度取g=10m/s2。求:

(1)小球所帶的電荷量;

(2)當(dāng)小球在最高點(diǎn)的速度為6m/s時(shí),其運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)的速度。

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】某同學(xué)將一個(gè)量程為0~1V、內(nèi)阻未知的電壓表改裝為0~3V的電壓表。

(1)該同學(xué)首先進(jìn)行了如下操作:

①將多用電表檔位調(diào)到電阻“×100”,再將紅表筆和黑表筆_____________,進(jìn)行調(diào)零;

②將圖a中多用電表的紅表筆和電壓表的_____________(“+”“-”)接線柱相連,黑表筆與另一接線柱相連;

③此時(shí)多用電表的示數(shù)如圖b所示,則電壓表的內(nèi)阻為_____________Ω。若已知多用電表歐姆檔表盤中央刻度值為“15”,表內(nèi)電池電動(dòng)勢(shì)為1.5V,則電壓表的示數(shù)為_____________V。

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