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菁優(yōu)網中國“人造太陽”在核聚變實驗方面取得新突破,該裝置中用電磁場約束和加速高能離子,其部分電磁場簡化模型如圖所示,在三維坐標系Oxyz中,0<z≤d空間內充滿勻強磁場Ⅰ,磁感應強度大小為B,方向沿x軸正方向;-3d≤z<0,y≥0的空間內充滿勻強磁場Ⅱ,磁感應強度大小為
2
2
B
,方向平行于xOy平面,與x軸正方向夾角為45°;z<0,y≤0的空間內充滿沿y軸負方向的勻強電場,質量為m,帶電量為+q的離子,從yOz平面第三象限內距y軸為L的點A以一定速度出射,速度方向與z軸正方向夾角為β,在yOz平面內運動一段時間后,經坐標原點O沿z軸正方向進入磁場Ⅰ,不計離子重力。
(1)當離子甲從A點出射速度為v0時,求電場強度的大小E;
(2)若使離子甲進入磁場后始終在磁場中運動,求進入磁場時的最大速度vm
(3)離子甲以
q
B
d
2
m
的速度從O點沿z軸正方向第一次穿過xOy面進入磁場Ⅰ,求第四次穿過xOy平面的位置坐標(用d表示);
(4)當離子甲以
q
B
d
2
m
的速度從O點進入磁場Ⅰ時,質量為4m,帶電量為+q的離子乙,也從O點沿z軸正方向以相同的動能同時進入磁場Ⅰ,求兩離子進入磁場后,到達它們運動軌跡第一個交點的時間差Δt(忽略離子間相互作用)。

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