半个世纪以来,热核聚变的研究一直围绕着一个主题,那就是要实现可控的核聚变反应,造出一个人造太阳,一劳永逸地解决人类的能源危机。在受控核聚变装置中,需要把核反应物质——氘()和氚(
)“加热”到上亿度而成为等离子体,而这些等离子体无法用通常意义上的“容器”盛装,只能用强磁场来束缚它们。前不久,中国科学家率先建成了世界上第一个可控全超导核聚变实验装置,模拟太阳实现可控的核聚变。
可控全超导核聚变装置从内到外有五层部件构成,比较复杂。现在按下面的简化模型来讨论这个问题:如图所示,设想最关键的环状磁容器是一个横截面为环形的区域:内径为R1,外径为R2,区域内有垂直于截面向里的磁感强度为B的匀强磁场。
(1)该核反应方程式为:_____________________________;
(2)已知氘()、氚(
)、氦(
)核、中子(
)的静质量分别为m1、m2、m3、m4,那么在每一个核反应中释放的能量为多少?(已知光速为C)
(3)若等离子体源恰好放置在环心O点,它能沿半径方向辐射出各种速率的带电粒子,这些带电粒子的最大荷质比为k,不计带电离子的重力,该磁场能够约束住的这些带电粒子的最大速率是多少?
如图所示平行长导轨MN、PQ(电阻不计)竖直放置,间距L=1m,导轨之间接一电阻R=3.水平导线ab,电阻r=1
,与导轨有良好接触(摩擦不计),导轨之间有指向纸里的匀强磁场B=0.5T.ab质量m=0.025kg自静止开始下落至a'b'位置时ab开始做匀速运动,aa'=h=2m,g=10m/
.
求①ab匀速运动的速率.
②ab从静止到匀速这段时间内R上产生的热量.
如图,两水平放置的、足够长的、平行的光滑金属轨道,其间距为L,电阻不计,轨道间为磁感强度B,方向竖直向上的匀强磁场,静置于轨道上的裸金属杆ab、cd的质量与电阻分别为.现使ab杆以初动能Ek沿轨道向左运动直到后来ab杆、cd杆再达到平衡.求CD杆上产生的热量是多少?(其它能量损耗不计)
如图所示,平行导轨倾斜放置,倾角为θ=37°,匀强磁场的方向垂直于导轨平面,磁感强度为B=2.0T,质量m=1.0kg的金属棒ab垂直跨接在导轨上,ab与导轨间的动摩擦因数为μ=0.25,ab的电阻r=1,电阻
=R=18
、平行导轨的间距为L=0.5m,导轨的电阻不计,当ab在导轨上匀速下滑时速度多大?此时,ab所受重力的机械功率和ab输出的电功率各为若干?(sin37°=0.6,cos37°=0.8,g取10m/
)
足够长的竖直光滑金属平行导轨宽1m,放在B=0.4T的水平匀强磁场中,如图连接,电池的电动势E=13V,内阻r=0.1,金属杆ab的质量m=0.2kg,在杆的中点用细绳系一球,其质量M=1kg,密度为ρ=5g/
.电阻R=0.3
,其余电阻不计.开始球全浸在足够深的水中,不计水的阻力,取g=10m/
.当k闭合后,问:
①球在水中如何运动?其稳定速度多大?
②当球出水后,又如何运动?其稳定速度多大?
如图所示,在磁感强度为B=T、方向竖直向下的匀强磁场中,放一个由导线组成的线框abcd,其中ab长0.4m,bc长0.4m,ab这段导线的质量为100g,bc、ad导线的质量忽略不计,线框回路的总电阻为0.16Ω,线框可绕固定不动的cd边转动,已知线框abcd从与cd在同一水平面内开始释放,经过0.4s转到最低位置
求ab到达最低位置时线框中的电流的瞬时值.