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高中物理
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综合题
1.
(2022高三上·浙江月考)
中国“人造太阳”在核聚变实验方面取得新突破,该装置中用电磁场约束和加速高能离子,其部分磁场简化模型如图所示,在三维坐标系Oxyz中,3d<z<5d空间内充满匀强磁场I,磁感应强度大小为B,方向沿x轴正方向;0<z<3d的空间内充满匀强磁场II,磁感应强度大小为0.5B,方向平行于xOy平面,与x轴正方向夹角为60°(如图所示);质量为m,带电量为+q的离子甲从A点(0,0,3d)以一定速度沿z轴正方向进入磁场I。不计离子重力。
(1) 若使离子甲进入磁场后始终在磁场中运动,求进入磁场时的最大速度v
m
;
(2) 离子甲以
的速度第一次经过z=3d平面从A点沿z轴正方向进入磁场I,求第四次穿过z=3d平面的位置坐标(用d表示);
(3) 当离子甲以
的速度从A点进入磁场I时,质量为4m、带电量为+q的离子乙也从A点沿z轴正方向以相同的动能同时进入磁场I,求两离子进入磁场后,到达它们运动轨迹第一个交点的时间差
(忽略离子间相互作用)。
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