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高中物理
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综合题
1.
(2023·广东模拟)
如图甲是一种利用磁场约束离子运动的装置原理图,内、外半径分别为
R
和3
R
的圆筒共轴放置,轴线
水平,在轴线正下方是一对平行金属板,上板正中间的小孔
a
与外筒正中间的小孔
b
在通过轴线的同一竖直线上,
a
、
b
间距离为
d、
两筒之间分布着以轴为圆心的同心磁场,各处磁感应强度大小近似相等,磁感应强度为
B
, 从右往左看截面如图乙所示。在平行板下板中央的一个质量为
m
、电量为
e
的氢离子(
)从静止加速经小孔
a
从小孔
b
进入磁场,在磁场中的轨迹恰好与内筒下边缘相切;一段时间后调节板间电压为原来的2倍,并让一个氘核(
)在下极板同一位置从静止加速也进入磁场。已知离子与筒壁正碰后均原速反弹且碰撞时间极短,离子与筒壁接触其电荷量不变,筒壁光滑,忽略离子间的相互作用和它们在平行板间加速的时间。
(1) 求加速氢离子时平行板间的电压
U
多大;
(2) 分析氘核是否与内筒壁碰撞,如果与内筒壁碰撞,求它与内筒壁第一次碰撞的点
P
(未在图中画出)与小孔
b
的水平距离
s
的大小;
(3) 若氢离子第一次与筒左侧壁垂直碰撞后沿直线返回,运动到
P
点时与氘核相遇,筒长
, 求氢、氘核释放的时间间隔。
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