青桐鸣 2023-2024学年下学期高一年级期末考试物理

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青桐鸣 2023-2024学年下学期高一年级期末考试物理试卷答案

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15.(17分)托卡马克(Tokamak)装ak)装置是一种利用磁约束来实现可控核聚变的环形容器,又称环流器或“人造太阳”。如图是环流器局部截面的磁场简化示意图,环形磁场区域内边界半径为R、外边界半径为2R,内有磁感应径2R,内强度大小为B的匀强磁场。以区域圆心O为原点建立平面直角坐标系面xOy,在点(0.5R,0)处放置一个粒子源S,粒子源S可以xOy沿xOy平面向外发射比荷为k的带正电的粒子,以此测试该装置的置的磁约束效果。忽略带电粒子间的相互作用,不计重力。力。v1(1)若粒子源S以v的速率朝x轴正方向发射一个粒子,该子,该粒子恰好不离开磁场外边界,求v1;(2)若粒子源S以v2的速率平行于y轴向上发射一个粒子,该粒子恰v2好不离开磁场外边界,求v及该粒子回到粒子源位置所经历的时间t(只考虑一次回到粒子源的时间);(3)若粒子源S均匀地朝xOy平面内各个方向发射速率均为,v3=67kBR的粒子,求被束缚在磁场内的粒子数占总粒子数的比例,进一步分析,如果通过调整磁场的磁感应强度来实现上述粒子的全部约束,求调整后磁场磁感应强度的最小值B'。y×x0)××

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