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    精英家教网据有关资料介绍，受控核聚变装置中有极高的温度，因而带电粒子（核聚变的原料）将没有通常意义上的“容器”可装，而是由磁场来约束带电粒子运动使之束缚在某个区域内，右图是它的截面图，在外径为R2=1.2m、内径R1=0.6m的环状区域内有垂直于截面向里的匀强磁场，磁感强度B=0.4T，若氦核（其比荷q/m=4.8×107c/kg）在平行于截面的平面内从内圆上A点沿各个方向射入磁场都不能穿出磁场的外边界，求氦核的最大速度．（不计带电粒子的重力）
    分析：粒子沿环状域的内圆的切线方向射入磁场，轨道与外圆相切时，此时的轨道半径最大，此时粒子若不能出磁场，则所以粒子都不会出磁场，根据几何关系求出轨道半径，再通过轨道半径公式求出最大的速度．
    解答：解：设氦核沿与内圆相切方向射入磁场，且轨道与外圆相切时的速度为vm，则从A点以vm速度沿各方向射入磁场区的氦核都不能穿出磁场外边界，如图所示．由图知
    精英家教网    r′=
    R2-R1
    2
    =0.3m    ．
    由qvB=m
    v2
    r
    ，得r=
    mv
    qB
    ，
    氦核不穿出磁场外边界应满足的条件是
    mvm
    qB
    ≤r′    ，
    所以从内圆上A点沿各个方向射入磁场都不能穿出磁场的外边界时，氦核的速度范围为
       vm≤
    Bqr′
    m
    =5.76×106m/s    ．
    答：氦核的最大速度为5.76×106m/s．
    点评：本题关键找出临界的半径，再通过带电粒子在磁场中的半径公式求出临界的速度．
    练习册系列答案
    年级 高中课程 年级 初中课程
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    科目：高中物理 来源： 题型：

    精英家教网据有关资料介绍，受控核聚变装置中有极高的温度，因而带电粒子将没有通常意义上的“容器”可装，而是由磁场约束带电粒子运动使之束缚在某个区域内．现按下面的简化条件来讨论这个问题：如图所示是一个截面为内径R1=0.6m、外径R2=1.2m的环状区域，区域内有垂直于截面向里的匀强磁场．已知氦核的荷质比
    qm
    =4.8×107C/kg，磁场的磁感应强度B=0.4T，不计带电粒子重力．
    （1）实践证明，氦核在磁场区域内沿垂直于磁场方向运动，速度v的大小与它在磁场中运动的轨道半径r有关，试导出v与r的关系式．
    （2）若氦核沿磁场区域的半径方向，平行于截面从A点射入磁场，画出氦核在磁场中运动而不穿出外边界的最大圆轨道示意图．
    （3）若氦核平行于截面从A点沿各个方向射入磁场都不能穿出磁场外边界，求氦核的最大速度．

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    科目：高中物理 来源： 题型：

    精英家教网据有关资料介绍，受控核聚变装置中有极高的温度，因而带电粒子将没有通常意义上的“容器”可装，而是由磁场约束带电粒子运动使之束缚在某个区域内（托卡马克装置）．如图所示，环状匀强磁场围成中空区域，中空区域中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，设环状磁场的内半径为R1=0.5m，外半径R2=1.0m，磁场的磁感应强度B=1.0T，若被束缚带电粒子的比荷为
    qm
    =4×107C/kg    ，中空区域内带电粒子具有各个方向的速度，试计算
    （1）实践证明，粒子在磁场区域内沿垂直于磁场方向运动的速度v与它在磁场中运动的轨道半径r有关．试导出v与r的关系式．
    （2）粒子沿环状的半径方向射入磁场，不能穿越磁场的最大速度．
    （3）所有粒子不能穿越磁场的最大速度．

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    科目：高中物理 来源： 题型：

    精英家教网据有关资料介绍，受控热核聚变装置中有极高的温度，因而带电粒子将没有通常意义上的“容器”可装，而是由磁场约束使其在某个区域内运动．现按下面的简化条件来讨论这个问题：如图所示是一个内径R1=1.0m，外径R2=2.0m的环状区域的截面，区域内有垂直截面向里的匀强磁场，O点为氦核源，它能沿半径方向射出各种速率的氦核，已知氦核的比荷
    qm
    =4.8×107C/kg，不计氦核的重力和氢核间的相互作用，当射出的氦核最大速度为vm=1.44×107m/s时，求需要的约束磁场的磁感应强度至少为多少．

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    科目：高中物理 来源： 题型：

    据有关资料介绍，受控热核聚变反应装置中有极高的温度，因而带电粒子将没有通常意义上的容器可装，而是由磁场约束带电粒子运动将其束缚在某个区域内，现按下面的简化条件来讨论这个问题，如图所示，有一个环形区域，其截面内半径为，外半径为R2=1． 0 m，区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，已知磁感应强度B=1．0 T，被束缚粒子的荷质比为=4．0×107C/kg，不计带电粒子在运动过程中的相互作用，不计带电粒子的重力．

    （1）若中空区域中的带电粒子沿环的半径方向射入磁场，求带电粒子不能穿越磁场外边界的最大速度v0．

    （2）若中空区域中的带电粒子以（1）中的最大速度v0 从圆心O点沿圆环半径方向射入磁场，求带电粒子从进入磁场开始到第一次回到该点所需要的时间t．

     

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