图是一种获得高能带电粒子的加速器的示意图.在真空环形区域内存在着垂直于纸面向外、磁感应强度大小可以调节的均匀磁场.被加速的带电粒子质量为m,电荷量为+q,它在环形磁场中做半径为R的匀速圆周运动.环形管道中的平行加速电极板A和B的中心均有小孔让带电粒子通过.开始时A、B的电势均为零,每当带电粒子穿过A板中心小孔时,A板的电势立即升高到U(B板电势始终为零),粒子被电压为U的电场加速后从B板中心小孔穿出时,A板电势降为零;带电粒子在磁场力作用下沿半径为R的圆形轨道运动,再次穿过A板中心小孔时,A板电势又升高到U,粒子再次被加速;动能不断增加,但做圆周运动的轨道半径不变.
(1)设带电粒子从A板小孔处由静止开始被电场加速,A板电势升高到U时开始计时;求粒子沿环形通道绕行n圈,回到A板中心小孔时,其动能多大?
(2)为了保证带电粒子在环形磁场中能沿半径为R的圆轨道做匀速圆周运动,磁场的磁感应强度必须周期性地递增;求粒子绕行第n圈时,磁感应强度多大?
(3)带电粒子沿环形通道绕行n圈回到A板中心小孔处,共用多少时间?
1997年8月26日在日本举行的国际学术大会上,德国Max Plank学会的一个研究组宣布了他们的研究结果:银河系的中心可能存在一个大“黑洞”。“黑洞”是某些天体的最后演变结果。(引力常量G=6.67×10-11N·m2/kg2)
(1)根据长期观测发现,距离某“黑洞”6×1012m的另一个星体(设其质量为m)正以2×106m/s的速度绕“黑洞”旋转,求该“黑洞”的质量M(结果要求1位有效数字);
(2)根据天体物理学知识,物体从某天体上的逃逸速度公式为
,其中G为引力常量,M为天体质量,R为天体半径,且已知逃逸速度大于真空中光速的天体叫“黑洞”,真空中光速c=3×108m/s,请估算(1)中“黑洞”可能的最大半径。(结果保留1位有效数字)
中子星是完全由中子组成的星体,具有极大的密度。通过观察已知某中子星的自转角速度为60π rad/s,该中子星并没有因为自转而解体,根据这些推导出中子星的密度表示式,并计算其值为多少。
氘核和氚核发生聚变,放出一个中子和17.6MeV的能量.计算2克氘和3克氚聚变放出的能量,并写出核反应方程.
四个氢核聚变成一个氦核,同时放出两个正电子,释放出2.8×106eV的能量,
(1)写出核反应方程;
(2)计算1g氢核完成该反应后释放的核能。
(3)求平均每个核子放出的能量。
一个质子和两个中子聚变成一个氚核,已知质子质量为1.0073u,中子质量为1.0087u,氚核质量为3.0180u,
(1)写出核反应方程;
(2)求该反应中释放的核能。