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高中物理
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综合题
1.
(2023·浙江模拟)
东方超环,俗称“人造小太阳”,是中国科学院自主研制的磁约束核聚变实验装置。该装置需要将加速到较高速度的离子束变成中性粒子束,没有被中性化的高速带电离子需要利用“偏转系统”将带电离子从粒子束剥离出来。假设“偏转系统”的原理如图所示,混合粒子束先通过加有电压的两极板再进入偏转磁场中,中性粒子继续沿原方向运动,被接收器接收;未被中性化的带电离子一部分打到下极板,剩下的进入磁场发生偏转被吞噬板吞噬。已知离子带正电、电荷量为q,质量为m,两极板间电压为U,间距为d,极板长度为2d,吞噬板长度为2d,离子和中性粒子的重力可忽略不计,不考虑混合粒子间的相互作用。
(1) 要使
的离子能直线通过两极板,则需在极板间施加一垂直于纸面的匀强磁场B
1
, 求B
1
的大小;
(2) 直线通过极板的离子以
进入垂直于纸面向外的矩形匀强磁场区域。已知磁场
, 若离子全部能被吞噬板吞噬,求矩形磁场B
2
的最小面积;
(3) 若撤去极板间磁场B
1
, 且B
2
边界足够大。若粒子束由速度为
、
、
的三种离子组成,有部分带电离子会通过两极板进入偏转磁场,最终被吞噬板吞噬,求磁场B
2
的取值范围。
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