题目内容

【题目】在如图甲所示的平面坐标系内,有三个不同的静电场:第一象限内有固定在O点处的点电荷产生的电场E1(未知),该点电荷的电荷量为,且只考虑该点电荷在第一象限内产生电场;第二象限内有水平向右的匀强电场E2(未知);第四象限内有大小为,方向按图乙周期性变化的电场E3,以水平向右为正方向,变化周期。一质量为m,电荷量为+q的离子从(-x0,x0)点由静止释放,进入第一象限后恰能绕O点做匀速圆周运动。以离子到达x轴时为计时起点,已知静电力常量为k,不计离子重力。求:

(1)离子在第一象限运动时的速度大小;

(2)第二象限电场强度E2的大小;

(3)当时,离子的坐标。()

【答案】(1) (2) (3)

【解析】

(1)设离子在第一象限的速度为v0.在第一象限内,由库仑力提供离子圆周运动的向心力有:

解得:

(2)在第二象限内,只有电场力对离子做功,由动能定理得:

解得:

(3)时,离子在x方向的速度

所以一个周期内,离子在x方向的平均速度:

每个周期离子在x方向前进

因为开始计时时离子坐标为x0,所以nT时,离子的横坐标为

纵坐标为

在nT时离子的坐标为:

练习册系列答案
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【题目】太阳中心的“核反应区”不断地发生着轻核聚变反应,这是太阳辐射出能量的源泉。已知太阳向外辐射能量的总功率为P1,太阳中心到火星中心的距离为L,火星的半径为r,且r远远小于L。火星大气层对太阳辐射的吸收和反射、太阳辐射在传播过程中的能量损失,以及其他天体和宇宙空间的辐射均可忽略不计。

(1)太阳中心的典型轻核聚变反应是4个质子()聚变成1个氦原子核()同时产生2个正电子(),写出该聚变反应方程。

(2)求在时间t内,火星接收来自太阳辐射的总能量E火。

(3)自然界中的物体会不断地向外辐射电磁波,同时也会吸收由其他物体辐射来的电磁波,当辐射和吸收平衡时,物体的温度保持不变。如果某物体能完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射,这种物体就称为黑体。已知单位时间内从黑体表面单位面积辐射的电磁波的能量I与黑体表面热力学温度T的4次方成正比,即I=σT4,其中σ为已知常量。

①若将火星看成表面温度相同的黑体,求辐射和吸收达到平衡时,其表面平均温度T火的表达式;

②太阳辐射电磁波的能量来源于如图甲所示的太阳中心的“核反应区”。“核反应区”产生的电磁波在向太阳表面传播的过程中,会不断被太阳的其他部分吸收,然后再辐射出频率更低的电磁波。为了研究“核反应区”的温度,某同学建立如下简化模型:如图乙所示,将“核反应区”到太阳表面的区域视为由很多个“薄球壳层”组成,第1“薄球壳层”的外表面为太阳表面;各“薄球壳层”的内、外表面都同时分别向相邻内“薄球壳层”和外“薄球壳层”均匀辐射功率相等的电磁波(第1“薄球壳层”的外表面向太空辐射电磁波,最内侧的“薄球壳层”的内表面向“核反应区”辐射电磁波),如图丙所示;“核反应区”产生的电磁波的能量依次穿过各“薄球壳层”到达太阳的表面,每个“薄球壳层”都视为黑体,且辐射和吸收电磁波的能量已达到平衡,所以各“薄球壳层”的温度均匀且恒定。

已知“核反应区”的半径与太阳半径之比约为R:R0=1:4,太阳的表面温度约为T0=6×103K,所构想的薄球壳层数N=1.0×1012。据此模型,估算“核反应区”的温度T的值,并指出该模型的主要缺点。

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