可控?zé)岷司圩兎磻?yīng)堆產(chǎn)生能量的方式和太陽類似，因此，它被俗稱為“人造太陽”．熱核反應(yīng)的發(fā)生需要幾百萬度以上的高溫，因而反應(yīng)中的大量帶電粒子沒有通常意義上的容器可裝．人類正在積極探索各種約束裝置，磁約束托卡馬克裝置就是其中一種．如圖K38－12所示為該裝置的簡化模型．有一個圓環(huán)形區(qū)域，區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，已知其截面內(nèi)半徑為R1＝1.0 m，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B＝1.0 T，被約束粒子的比荷為＝4.0×107 C/kg，該帶電粒子從中空區(qū)域與磁場交界面上的P點(diǎn)以速度v0＝4.0×107 m/s沿環(huán)的半徑方向射入磁場(不計帶電粒子在運(yùn)動過程中的相互作用，不計帶電粒子的重力)．

(1)為約束粒子不穿越磁場外邊界，求磁場區(qū)域的最小外半徑R2.

(2)若改變該粒子的入射速率v，使v＝v0，求該粒子從P點(diǎn)進(jìn)入磁場開始到第一次回到P點(diǎn)所需要的時間t.

圖K38－12

 (1)2.41 m　(2)5.74×10－7s

[解析] (1)設(shè)粒子在磁場中做圓周運(yùn)動的最大半徑為R，由qv0B＝

得R＝＝1.0 m

如圖所示，由幾何關(guān)系得＝R2－R

解得R2＝(1＋)m＝2.41 m

(2)設(shè)粒子此時在磁場中做圓運(yùn)動的半徑為r，則r＝＝＝ m

如圖所示，由幾何關(guān)系得

θ＝arctan＝30°，∠POP′＝60°

故帶電粒子進(jìn)入磁場繞圓O′轉(zhuǎn)過360°－(180°－60°)＝240°又回到中空部分，粒子的運(yùn)動軌跡如圖所示．粒子從P點(diǎn)進(jìn)入磁場到第一次回到P點(diǎn)時，粒子在磁場中運(yùn)動的時間為t1＝3×＝2T＝，粒子在中空部分運(yùn)動的時間為t2＝，故粒子運(yùn)動的總時間為t＝t1＋t2＝＋＝5.74×10－7 s.

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目：高中物理 來源： 題型：

精英家教網(wǎng)可控?zé)岷司圩兎磻?yīng)堆產(chǎn)生能雖的方式和太陽類似，因此，它被俗稱為“人造太陽”．熱核反應(yīng)的發(fā)生，需耍兒千萬度以上的高溫，因而反應(yīng)中的大量帶電粒子沒有通常意義上的容器可裝．人類正在積極探索各種約束裝置，磁約束托卡馬克裝置就是其中一種．如圖所示為該裝置的簡化模型．有一個圓環(huán)形區(qū)域，區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，已知其截面內(nèi)半徑為R1=1.0m，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=1.0T，被約束粒子的比荷為q/m=4.0×107C/kg，該帶電粒子從中空區(qū)域與磁場交界面的P點(diǎn)以速度v0=4.0×107m/s，沿環(huán)的半徑方向射入磁場（不計帶電粒子在運(yùn)動過程中的相互作叫，不計帶電粒子的重力）．
（1）為約束該粒子不穿越磁場外邊界，求磁場區(qū)域的最小外半徑R2
（2）若改變該粒子的入射速度V，使V=
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V0，求該粒子從P點(diǎn)進(jìn)入磁場開始到第一次冋到P點(diǎn)所需耍的時間t．

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科目：高中物理 來源： 題型：

半個世紀(jì)以來，熱核聚變的研究一直圍繞著一個主題，那就是要實(shí)現(xiàn)可控的核聚變反應(yīng)，造出一個人造太陽，一勞永逸地解決人類的能源危機(jī)。在受控核聚變裝置中，需要把核反應(yīng)物質(zhì)——氘（）和氚（）“加熱”到上億度而成為等離子體，而這些等離子體無法用通常意義上的“容器”盛裝，只能用強(qiáng)磁場來束縛它們。前不久，中國科學(xué)家率先建成了世界上第一個可控全超導(dǎo)核聚變實(shí)驗(yàn)裝置，模擬太陽實(shí)現(xiàn)可控的核聚變。

可控全超導(dǎo)核聚變裝置從內(nèi)到外有五層部件構(gòu)成，比較復(fù)雜�，F(xiàn)在按下面的簡化模型來討論這個問題：如圖所示，設(shè)想最關(guān)鍵的環(huán)狀磁容器是一個橫截面為環(huán)形的區(qū)域：內(nèi)徑為R1，外徑為R2，區(qū)域內(nèi)有垂直于截面向里的磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場。

（1）該核反應(yīng)方程式為：_____________________________；

（2）已知氘（）、氚（）、氦（）核、中子（）的靜質(zhì)量分別為m1、m2、m3、m4，那么在每一個核反應(yīng)中釋放的能量為多少？（已知光速為C）

（3）若等離子體源恰好放置在環(huán)心O點(diǎn)，它能沿半徑方向輻射出各種速率的帶電粒子，這些帶電粒子的最大荷質(zhì)比為k，不計帶電離子的重力，該磁場能夠約束住的這些帶電粒子的最大速率是多少？

 

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科目：高中物理 來源：2013-2014學(xué)年高考物理萬卷檢測：專題十四 波粒二象性及原子結(jié)構(gòu)（解析版） 題型：計算題

“人造太陽”并不是像太陽一樣懸掛在天空，而是建造在地球上的受控?zé)岷司圩兎磻?yīng)堆或核聚變電站，它能像太陽一樣通過核聚變反應(yīng)放出能量，進(jìn)而發(fā)電，在合肥科學(xué)島，我國最新一代核聚變實(shí)驗(yàn)裝置“EAST”首次成功獲得電流超過200 kA．時間近3 s的高溫等離子放電，人造太陽能來自下面的反應(yīng)：4個質(zhì)子(氫核)聚變成1個a粒子，同時發(fā)射2個正電子和2個沒有靜止質(zhì)量的中微子，“人造太陽”的總功率為P，質(zhì)子、氫核、正電的質(zhì)分別為，真空中的光速為c．

(1)寫出核反應(yīng)方程；

(2)求核反應(yīng)所釋放的能量△E

(3)求在時間內(nèi)參與上述熱核反應(yīng)的質(zhì)子數(shù)目。

 

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科目：高中物理 來源：2011年四川省雅安市高考物理三診試卷（解析版） 題型：解答題

可控?zé)岷司圩兎磻?yīng)堆產(chǎn)生能雖的方式和太陽類似，因此，它被俗稱為“人造太陽”．熱核反應(yīng)的發(fā)生，需耍兒千萬度以上的高溫，閃而反應(yīng)中的大跫帶電粒子沒有通常意義上的容器可裝．人類正在積極探索各種約束裝置，磁約束托卡馬克裝置就是其中一種．如圖所示為該裝置的簡化模型．有一個圓環(huán)形區(qū)域，岡域內(nèi)有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，已知其截面內(nèi)半徑為R1=1.0m，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=1.0T，被約束粒子的比荷為q/m=4.0×107C/kg，該帶電粒子從中空區(qū)域與磁場交界面的P點(diǎn)以速度v=4.0×107m/s，沿環(huán)的半徑方向射入磁場（不計帶電粒子在運(yùn)動過程中的相互作叫，不計帶電粒子的重力）．
（1）為約束該粒子不穿越磁場外邊界，求磁場區(qū)域的最小外半徑R2
（2）若改變該粒子的入射速度V，使V=V，求該粒子從P點(diǎn)進(jìn)入磁場開始到第一次冋到P點(diǎn)所需耍的時間t．

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