题目内容

【题目】核聚变是能源的圣杯,但需要在极高温度下才能实现,最大难题是没有任何容器能够承受如此高温。托卡马克采用磁约束的方式,把高温条件下高速运动的离子约束在小范围内巧妙实现核聚变。相当于给反应物制作一个无形的容器。2018年11月12日我国宣布“东方超环”(我国设计的全世界唯一一个全超导托卡马克)首次实现一亿度运行,令世界震惊,使我国成为可控核聚变研究的领军者。

(1)2018年11月16日,国际计量大会利用玻尔兹曼常量将热力学温度重新定义。玻尔兹曼常量k可以将微观粒子的平均动能与温度定量联系起来,其关系式为,其中k=1.380649×10-23J/K。请你估算温度为一亿度时微观粒子的平均动能(保留一位有效数字)。

(2)假设质量为m、电量为q的微观粒子,在温度为T0时垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场,求粒子运动的轨道半径。

(3)东方超环的磁约束原理可简化如图。在两个同心圆环之间有很强的匀强磁场,两圆半径分别为r1、r2,环状匀强磁场围成中空区域,中空区域内的带电粒子只要速度不是很大都不会穿出磁场的外边缘,而被约束在该区域内。已知带电粒子质量为m、电量为q、速度为v,速度方向如图所示。要使粒子不从大圆中射出,求环中磁场的磁感应强度最小值。

【答案】(1) (2)(3)

【解析】

(1)微观粒子的平均动能:J

(2)

解得:

由

(3)磁场最小时粒子轨迹恰好与大圆相切,如图所示

设粒子轨迹半径为r,由几何关系得:

解得

由牛顿第二定律

解得:

练习册系列答案
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【题目】(1)用螺旋测微器测量一金属丝的直径如图甲所示.该金属丝的直径是____________mm;用20等分刻度的游标卡尺测一工件的直径如图乙所示,则该工件的长度是________cm.

(2)在探究加速度与力、质量的关系时,小王同学采用如图所示装置,图中小车及砝码的质量用M表示,沙桶及沙的质量用m表示,小车的加速度可由小车后拖动的纸带计算出.

1)当M与m的大小关系满足__________________时,可近似认为绳对小车的拉力大小等于沙桶和沙的重力;

2)在平衡摩擦力后,他用打点计时器打出的纸带的一段如图所示,该纸带上相邻两个计数点间还有4个点未标出,打点计时器使用交流电的频率是50Hz,则小车的加速度大小是________m/s2.当打点计时器打D点时小车的速度是________m/s;(计算结果小数点后保留两位数字)

(3)在测定一根粗细均匀合金丝的电阻率的实验中.待测合金丝的电阻约为.提供的仪器有:

A.电压表V(内阻约为,量程为3V)

B.电流表(内阻约为,量程为0.6A)

C.电流表(内阻约为,量程为3A)

D.滑动变阻器(阻值为,额定电流为2A)

E.滑动变阻器(阻值范围,额定电流为0.5A)

F.电源E(电动势为5V,内电阻为)

G.一个开关、若干导线

①要求较准确地测出其阻值,电流表应选__________,滑动变阻器应选______(填序号)

②某同学根据以上仪器,按图(b)连接实验线路,在实验中发现电流表示数变化范围较窄,现请你用笔在图(b)中画一条线对电路进行修改,使电流表示数的变化范围变宽_____.

③修改后的电路其测量结果比真实值偏_____(填“大”或“小”).

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