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题型:解答题 题类: 难易度:困难

浙江省浙南名校2023-2024学年高二下学期6月期末物理试题

霍尔推进器主要包括以下步骤:霍尔效应使电子被约束在一个磁场中,并通过电场被加速,电子撞击推进剂(氙气、氩气等)分子,导致电子被剥离,形成离子。形成的离子在电场的作用下沿着轴向加速,加速后的离子向外喷出,反冲产生推力。在某局部区域可简化为如图所示的模型。XOY平面内存在方向向右的匀强电场和垂直坐标平面向里的匀强磁场,电场强度为E,磁感应强度为B,质量为m、电荷量为e的电子从坐标O点沿Y轴正方向入射,不计重力及电子间相互作用。

(1)若离子质量为M,加速后以v速度沿轴向方向喷出,单位时间喷出离子数为n,求推进器产生的推力F;

(2)在某局部区域内,当电子入射速度为时,电子沿Y轴做直线运动,求的大小;

(3)在某局部区域内,若电子入射速度为 , 电子的运动轨迹如图中的虚线所示,求运动到离Y轴的最远距离x和回到Y轴坐标y。

举一反三
天文学家范·艾伦发现在地球大气层之外存在着一个辐射带包裹着地球,这一辐射带被命名为“范·艾伦辐射带”,它是由于地球磁场捕获了大量带电粒子而形成,分为内层和外层,如图1所示。由于地球两极附近区域磁场强,其他区域磁场弱,当宇宙射线进入地磁场后会使带电粒子沿磁感线做螺线运动,遇到强磁场区域被反射回来,在地磁两极间来回“弹跳”,被“捕获”在地磁场中。不过还是有一些宇宙射线粒子可以“溜进”地球大气层,它们和空气分子的碰撞产生的辐射就形成了绚丽多彩的极光。大气中最主要的成分是氮和氧,波长557.7nm的绿色和630nm附近的红色极光主要由氧原子发出,波长高于640nm的红色极光由氮气分子发出。(计算时普朗克常量取 , 真空中光速c取

(1)a.求放出一个波长为630nm的红色光子时,氧原子的能量变化(结果取1位有效数字);

b.请说明带电粒子和空气分子碰撞产生辐射的过程中能量是如何转化的。

(2)图2所示的是质量为m、电荷量为q的带电粒子在具有轴对称性的非均匀磁场中做螺线运动的示意图,若将粒子沿轴线方向的分速度用表示,与之垂直的平面内的分速度用表示。

a.某时刻带电粒子的 , 所在处磁感应强度大小为B,如果将粒子从此刻起在垂直平面内做圆周运动的一个周期时间内,所到达区域的磁场按匀强磁场(方向沿轴线)进行估算,求粒子在垂直平面内做圆周运动的半径r和在一个周期时间内沿轴线前进的距离(螺距)d;

b.实际上带电粒子的半径和螺距都会不断变化,已知带电粒子在从弱磁场区向强磁场区运动的同时,在垂直平面内的速度会变大,在此已知的基础上请用高中物理的知识解释为什么带电粒子在从弱磁场区向强磁场区螺旋前进时,分速度会减小到零,并继而沿反方向前进。

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