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  • 1. (2024高三上·浑源月考) 如图甲所示,空间站上某种离子推进器由离子源、间距为d的中间有小孔的两平行金属板M、N和边长为L的立方体构成,其后端面P为喷口。以金属板N的中心O为坐标原点,垂直立方体侧面和金属板建立xyz坐标轴。M、N板之间存在场强为E、方向沿z轴正方向的匀强电场;立方体内存在磁场,其磁感应强度沿z方向的分量始终为零,沿xy方向的分量随时间周期性变化规律如图乙所示,图中可调。氙离子()束从离子源小孔S射出,沿z方向匀速运动到M板,经电场加速进入磁场区域,最后从端面P射出,测得离子经电场加速后在金属板N中心点O处相对推进器的速度为v0。已知单个离子的质量为m、电荷量为 , 忽略离子间的相互作用,且射出的离子总质量远小于推进器的质量。

    1. (1) 求离子从小孔S射出时相对推进器的速度大小vS
    2. (2) 不考虑在磁场突变时运动的离子,调节的值,使得从小孔S射出的离子均能从喷口后端面P射出,求的取值范围;
    3. (3) 设离子在磁场中的运动时间远小于磁场变化周期T , 单位时间从端面P射出的离子数为n , 且。求图乙中时刻离子束对推进器作用力沿z轴方向的分力。

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