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2023-2024學年浙江省七彩陽光新高考研究聯(lián)盟高三(上)開學物理試卷
>
試題詳情
離子推進技術(shù)在太空探索中有廣泛的應(yīng)用,其簡化裝置為如圖1所示,它由長L=1m、內(nèi)外半徑分別為R
1
=0.1m和R
2
=0.3m的同軸圓柱面和半徑為R
2
的兩圓形電極組成,并將其分為長度相同的電離區(qū)Ⅰ和加速區(qū)Ⅱ。電離區(qū)I充有稀薄的銫氣體,僅存在方向沿軸向的勻強磁場,內(nèi)圓柱表面材料的逸出功W=5.0eV,在波長λ=124nm的光照射下可以持續(xù)向外發(fā)射電子,電子碰撞銫原子,使之電離成為一價正離子。Ⅰ區(qū)產(chǎn)生的正離子(初速度可視為零)進入電勢差U=3.64kV的加速區(qū)Ⅱ,被加速后從右側(cè)高速噴出產(chǎn)生推力。在出口處,燈絲C發(fā)射的電子注入正離子束中中和離子使之成為原子。已知銫離子質(zhì)量M=2.2×10
-25
kg,電子電荷量e=1.6×10
-19
C,電子質(zhì)量m=9×10
-31
kg,普朗克常量與光速乘積hc≈1.24×10
-6
eV?m。不計離子間、電子間相互作用。
(1)求內(nèi)圓柱表面發(fā)射電子的最大初速度v
m
;
(2)若I區(qū)所有光電子均不會碰到外圓柱面,求磁感應(yīng)強度的最大值B
m
;
(3)若單位時間內(nèi)有N=10
18
個銫離子進入?yún)^(qū)域Ⅱ,試求推進器的推力F;
(4)為提高電離效果,一般不分Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū),在整個圓柱面區(qū)域內(nèi)加載方向沿軸向的勻強磁場和同樣的加速電壓U,如圖2所示。光電子在磁場中旋轉(zhuǎn)的同時被加速,電離出更多的離子。以圓柱面中心軸線為x軸、左側(cè)電極圓心O為原點,建立坐標Ox,若剛被電離的離子初速度可近似為零,單位時間內(nèi)離子數(shù)密度
n
=
k
(
1
-
x
L
)
,其中k=10
20
/(m
3
?s)(垂直x軸截面分布情況相同),試求推進器的推力F'。
【考點】
帶電粒子在勻強磁場中的圓周運動
;
從能量轉(zhuǎn)化與守恒的角度解決電場中的問題
;
動能定理的簡單應(yīng)用
.
【答案】
見試題解答內(nèi)容
【解答】
【點評】
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發(fā)布:2024/10/7 0:0:1
組卷:25
引用:2
難度:0.4
相似題
1.
如圖所示,在x軸上方存在方向垂直坐標平面向里、磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場,在x軸下方存在方向垂直坐標平面向外、磁感應(yīng)強度大小為
B
2
的勻強磁場。一帶負電的粒子(不計重力)從原點O以與x軸正方向成30°角的速度v射入磁場,其在x軸上方做圓周運動的半徑為R。則( )
A.粒子經(jīng)偏轉(zhuǎn)過程一定能回到原點O
B.粒子完成一次周期性運動的時間為
2
π
R
3
v
C.粒子射入磁場后,第二次經(jīng)過x軸時與O點的距離為3R
D.粒子在x軸上方和下方的磁場中運動的軌跡半徑之比為1:3
發(fā)布:2024/10/28 20:30:2
組卷:282
引用:1
難度:0.4
解析
2.
如圖所示的圓形區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面向里的勻強磁場,帶電粒子從同一點正對圓心O射入磁場,分別從a、b兩點射出,不計粒子重力,下列說法正確的是( ?。?/h2>
A.a(chǎn)點射出的粒子運動半徑較小
B.a(chǎn)點射出的粒子速率較大
C.b點射出的粒子運動時間較長
D.b點射出的粒子速度方向反向延長線過O點
發(fā)布:2024/10/28 15:0:1
組卷:92
引用:1
難度:0.4
解析
3.
如圖所示的虛線框為一長方形區(qū)域,該區(qū)域內(nèi)有一垂直于紙面向里的勻強磁場,一束電子以不同的速率從O點垂直于磁場方向、沿圖中方向射入磁場后,分別從a、b、c三點射出磁場,比較它們在磁場中的運動時間t
a
、t
b
、t
c
,其大小關(guān)系是( )
A.t
a
<t
b
<t
c
B.t
a
=t
b
=t
c
C.t
a
=t
b
>t
c
D.t
a
<t
b
=t
c
發(fā)布:2024/10/30 13:30:1
組卷:178
引用:3
難度:0.6
解析
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