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          如圖甲所示為太空飛船在太空遨游的示意圖。磁聚焦式霍爾推進器可作為太空飛船的發動機,該發動機的原理如圖乙所示,系統捕獲宇宙中大量存在的等離子體,經系統處理后,從下方以恒定速率v1向上射入垂直紙面向里的勻強磁場B1區域Ⅰ內。當柵極MN、PQ間形成穩定的電場后(柵極:由金屬細絲組成的篩網狀極板),自動關閉區域Ⅰ系統(關閉粒子進入通道、撤去磁場B1)。區域Ⅱ內有一垂直紙面向外的勻強磁場B2、其邊界是與上下平行極板相切的直徑為D的圓(圓與下板相切于極板中央A),圓內放在A處的放射源能夠向極板上方各個方向均勻發射速度大小相同的氙原子核,氙原子核經過該磁場區域后形成寬度為D的平行氙粒子束,經過柵極MN、PQ之間的電場加速后從PQ噴出。在區域Ⅰ加速氙原子核的過程中探測器獲得反向推力。不計氙原子核、等離子體的重力,不計粒子之間相互作用與相對論效應,已知B1=B2=B,極板長RM=SN=2D,柵極MN和PQ間距為d,氙原子核的質量為m、電荷量為q。

          (1)當柵極MN、PQ間形成穩定的電場時,求電場強度E;
          (2)求氙原子核從PQ噴出時的動能;
          (3)因區域Ⅱ內磁場發生器產生故障,導致磁場均勻分布在整個區域Ⅱ中(即兩平行板之間),導致沿垂直于極板RM發射的氙原子核恰好能夠從M點垂直于柵極MN進入電場加速,求:
          ①區域Ⅱ中磁感應強度B'的大小;
          ②未能進入區域Ⅰ的氙原子核占A處發射粒子總數的百分比。

          【答案】(1)電場強度E的大小為Bv1,方向垂直柵極MN指向柵極PQ;
          (2)氙原子核從PQ噴出時的動能為
          q
          B
          d
          v
          1
          +
          q
          2
          B
          2
          D
          2
          8
          m

          (3)①區域Ⅱ中磁感應強度B'的大小為
          B
          2

          ②未能進入區域Ⅰ的氙原子核占A處發射粒子總數的百分比為66.67%。
          【解答】
          【點評】
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          發布:2024/4/20 14:35:0組卷:132引用:1難度:0.1
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