(17分)2007年3月1日,國家重大科學(xué)工程項目“EAST超導(dǎo)托卡馬克核聚變實驗裝置”在合肥順利通過了國家發(fā)改委組織的國家竣工驗收。作為核聚變研究的實驗設(shè)備,EAST可為未來的聚變反應(yīng)堆進行較深入的工程和物理方面的探索,其目的是建成一個核聚變反應(yīng)堆,屆時從1升海水中提取氫的同位素氘,在這里和氚發(fā)生完全的核聚變反應(yīng),釋放可利用能量相當(dāng)于燃燒300公升汽油所獲得的能量,這就相當(dāng)于人類為自己制造了一個小太陽,可以得到無窮盡的清潔能源。作為核聚變研究的實驗設(shè)備,要持續(xù)發(fā)生熱核反應(yīng),必須把溫度高達幾百萬攝氏度以上的核材料約束在一定的空間內(nèi),約束的辦法有多種,其中技術(shù)上相對較成熟的是用磁場約束核材料。如圖所示為EAST部分裝置的簡化模型:垂直紙面的有環(huán)形邊界的勻強磁場b區(qū)域,圍著磁感應(yīng)強度為零的圓形a區(qū)域,a區(qū)域內(nèi)的離子向各個方向運動,離子的速度只要不超過某值,就不能穿過環(huán)形磁場的外邊界而逃逸,從而被約束。設(shè)離子質(zhì)量為m,電荷量為q,環(huán)形磁場的內(nèi)半徑為R1, 外半徑R2 =(1+)R1。
(1)將下列核反應(yīng)方程補充完整,指出哪個屬于核聚變方程。并求出聚變過程中釋放的核能E0。已知H的質(zhì)量為m2,H的質(zhì)量為m3,α粒子的質(zhì)量為mα,的質(zhì)量為mn,質(zhì)子質(zhì)量為mP,電子質(zhì)量為me,光速為c。
A.( ) B.( )
C.( ) D.( )
(2)若要使從a區(qū)域沿任何方向,速率為v的離子射入磁場時都不能越出磁場的外邊界,則b區(qū)域磁場的磁感應(yīng)強度B至少為多大?
(3)若b區(qū)域內(nèi)磁場的磁感應(yīng)強度為B,離子從a區(qū)域中心O點沿半徑OM方向以某一速度射入b區(qū),恰好不越出磁場的外邊界。請畫出在該情況下離子在a、b區(qū)域內(nèi)運動一個周期的軌跡,并求出周期T。
解析:
(1)A屬于聚變方程 (1分)
,2,,(全對得1分)
E = [m2+m3-(mα+mn)]c2 (1分)
(2)如圖1所示,當(dāng)離子的速度沿與內(nèi)邊界圓相切的方向射入磁場,且軌道與磁場外圓相切時所需磁場的磁感應(yīng)強度B1,即為要求的值。設(shè)軌跡圓的半徑為r1,
則r1=(1分)
由:qvB1=m(1分)
解之得:B1=(2分)
(3)如圖2所示(2分)。
要使沿OM方向運動的離子不能穿越磁場,則其在環(huán)形磁場內(nèi)的運動軌跡圓中最大值與磁場外邊界圓相切。設(shè)這時軌跡圓的半徑為r2,速度為v2,則:
r22 +R12=(R2一r2)2。1分)
解之得:r 2 =R1 (1分)
由qv2B=m
解之得:v2 = (1分)
離子在b區(qū)域中做勻速圓周運動的周期T1= (1分)
離子在b區(qū)域中一次運動的時間t1 = (1分)
離子在a區(qū)域中由O到M點的運動時間t2 = (1分)
離子在a、b區(qū)域內(nèi)運動的周期T= 4t1+8t2 =(2分)
科目:高中物理 來源: 題型:
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科目:高中物理 來源:2011屆福建高考物理60天沖刺訓(xùn)練17:光學(xué)、原子物理綜合測試 題型:038
2007年3月1日,國家重大科學(xué)工程項目“EAST超導(dǎo)托卡馬克核聚變實驗裝置”在合肥順利通過了國家發(fā)改委組織的國家竣工驗收.作為核聚變研究的實驗設(shè)備,EAST可為未來的聚變反應(yīng)堆進行較深入的工程和物理方面的探索,其目的是建成一個核聚變反應(yīng)堆,屆時從1升海水中提取氫的同位素氘,在這里和氚發(fā)生完全的核聚變反應(yīng),釋放可利用能量相當(dāng)于燃燒300公升汽油所獲得的能量,這就相當(dāng)于人類為自己制造了一個小太陽,可以得到無窮盡的清潔能源.作為核聚變研究的實驗設(shè)備,要持續(xù)發(fā)生熱核反應(yīng),必須把溫度高達幾百萬攝氏度以上的核材料約束在一定的空間內(nèi),約束的辦法有多種,其中技術(shù)上相對較成熟的是用磁場約束核材料.如圖所示為EAST部分裝置的簡化模型:垂直紙面的有環(huán)形邊界的勻強磁場b區(qū)域,圍著磁感應(yīng)強度為零的圓形a區(qū)域,a區(qū)域內(nèi)的離子向各個方向運動,離子的速度只要不超過某值,就不能穿過環(huán)形磁場的外邊界而逃逸,從而被約束.設(shè)離子質(zhì)量為m,電荷量為q,環(huán)形磁場的內(nèi)半徑為R1,外半徑R2=(1+)R1
(1)將下列核反應(yīng)方程補充完整,指出哪個屬于核聚變方程.并求出聚變過程中釋放的核能E0.(已知的質(zhì)量為m2,H質(zhì)量為m3,α粒子的質(zhì)量為mα,n的質(zhì)量為mn,質(zhì)子質(zhì)量為mP,電子質(zhì)量為me,光速為C.)
A.( )
B.( )
C.( )
D.( )
(2)若要使從a區(qū)域沿任何方向,速率為v的離子射入磁場時都不能越出磁場的外邊界,則b區(qū)域磁場的磁感應(yīng)強度至少為多大?
(3)若b區(qū)域內(nèi)磁場的磁感應(yīng)強度為B,離子從a區(qū)域中心O點沿半徑OM方向以某一速度射入b區(qū),恰好不越出磁場的外邊界.請畫出在該情況下離子在a、b區(qū)域內(nèi)運動一個周期的軌跡,并求出周期.
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科目:高中物理 來源: 題型:閱讀理解
2007年3月1日,國家重大科學(xué)工程項引"EAST超導(dǎo)托卡馬克核聚變實驗裝置"在合肥順利通過了國家發(fā)改委組織的國家竣工驗收.作為核聚變研究的實驗設(shè)備,EAST可為未來的聚變反應(yīng)堆進行較深入的工程和物理方面的探索,其目的是建成一個核聚變反應(yīng)堆,屆時從l升海水中提取氫的同位素氘。在這里和氚發(fā)生完全的核聚變反應(yīng),釋放可利用能量相當(dāng)于燃燒300公升汽油所獲得的能量.這就相當(dāng)于人類為自己制造了一個小太陽?梢缘玫綗o窮盡的清潔能源.作為核聚變研究的實驗設(shè)備,要持續(xù)發(fā)生熱核反應(yīng),必須把溫度高達幾百萬攝氏度以上的核材料約束在一定的空間內(nèi),約束的辦法有多種.其中技術(shù)上相對較成熟的是用磁場約束核材料.
如圖所示為EAST部分裝置的簡化模型:垂直紙面的有環(huán)形邊界的勻強磁場b區(qū)域,圍著磁感應(yīng)強度為零的圓形a區(qū)域,a區(qū)域內(nèi)的離子向各個方向運動。離子的速度只要不超過某值,就不能穿過環(huán)形磁場的外邊界而逃逸,從而被約束.設(shè)離子質(zhì)量為m,電荷量為q,環(huán)形磁場的內(nèi)半徑為 ,外半徑 .
(1)將下列核反應(yīng)方程補充完整,指出哪個屬于核聚變方程.并求出聚變過程中釋放的核能 .已知 的質(zhì)量為, 的質(zhì)量為。粒子的質(zhì)量為
的質(zhì)量為 質(zhì)子質(zhì)量為 ,電子質(zhì)量為,光速為c
(2)若要使從a區(qū)域沿任何方向,速率為v 的離子射入磁場時都不能越出磁場的
外邊界,則b區(qū)域磁場的磁感應(yīng)強度至少為多大?
(3)若b區(qū)域內(nèi)磁場的磁感應(yīng)強度為B.離子從a區(qū)域中心o點沿半徑OM方向
以某一速度射入b區(qū)域,恰好不越出磁場的外邊界.請畫出在該情況下離子在
a b區(qū)域內(nèi)運動一個周期的軌跡,并求出周期.
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科目:高中物理 來源: 題型:
圖1
A. B.
C. D.
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