设离子质量为,电荷量为,环形磁场的内半径为,外半径。
(1)将下列核反应方程补充完整,指出哪个属于核聚变方程。并求出聚变过程中释放的核能E0。
如上图所示为EAST部分装置的简化模型:垂直纸面的有环形边界的匀强磁场区域,围着磁感应强度为零的圆形区域,区域内的离子向各个方向运动,离子的速度只要不超过某值,就不能穿过环形磁场的外边界而逃逸,从而被约束。
25.(20分)2007年3月1日,国家重大科学工程项目“EAST超导托卡马克核聚变实验装置”在合肥顺利通过了国家发改委组织的国家竣工验收。作为核聚变研究的实验设备,EAST可为未来的聚变反应堆进行较深入的工程和物理方面的探索,其目的是建成一个核聚变反应堆,届时从1L海水中提取氢的同位素氘,在这里和氚发生完全的核聚变反应,释放可利用能量相当于燃烧300L汽油所获得的能量,这就相当于人类为自己制造了一个小太阳,可以得到无穷尽的清洁能源。作为核聚变研究的实验设备,要持续发生热核反应,必须把温度高达几百万摄氏度以上的核材料约束在一定的空间内,约束的办法有多种,其中技术上相对较成熟的是用磁场约束核材料。
24.(19分)一个质量为、直径为、电阻为R的金属圆环,在范围很大的磁场中沿竖直方向下落,磁场的分布情况如图所示,已知磁感应强度竖直方向的分量的大小只随高度变化,其随高度变化关系为(此处为比例常数,且),其中沿圆环轴线的磁场方向始终竖直向上,在下落过程中金属圆环所在的平面始终保持水平,速度越来越大,最终稳定为某一数值,称为收尾速度。求:
(1)圆环中的感应电流方向(俯视观察)。
(2)圆环的收尾速度的大小。
23.(16分)如图所示,水平地面上方分布着水平向右的匀强电场。一“L”形的绝缘硬质管竖直固定在匀强电场中。管的水平部分长为L1=0.2m,离水平面地面的距离为,竖直部分长为L2=0.1m。一带正电的小球从管的上端口A由静止释放,小球与管间摩擦不计且小球通过管的弯曲部分(长度极短可不计)时没有能量损失,小球在电场中受到的电场力大小为重力的一半。求:
(1)小球运动到管口B时的速度大小。
(2)小球着地点与管的下端口B的水平距离。(g=10m/s2)
①实验中选用的定值电阻是 ;
②此实验计算电压表内阻Rv的表达式为Rv= 。
③若电源的内阻不能忽略,则电压表内阻Rv的测量值将 。
A.偏大 B.不变
C.偏小 D.不能确定,要视电压表内阻的大小而定
(2)(11分)(原创题)为测出量程为3V,内阻约为2k的电压表内阻的精确值。实验室中可提供的器材有:电阻箱R的最大电阻为9999.9,定值电阻,定值电阻,电动势约为12V,内阻不计的电源E开关、导线若干。实验的电路图如下图所示,先正确连接好电路,再调节电阻箱R的电阻值,使得电压表的指针半偏,记下此时电阻箱R电阻值R1;然后调节电阻箱R的电阻值,使电压表的指针满偏,记下此时电阻箱R的电阻值R2。