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太陽磁暴時會輻射出X射線、紫外線、可見光及高能量的質子和電子束。磁暴期間,很多處在高軌道的衛(wèi)星,如同步衛(wèi)星等可能會受到高能粒子的直接撞擊,甚至導致一些衛(wèi)星器件失效,如圖甲所示。同學小石為了研究磁暴對同步衛(wèi)星的影響,建立如下模型:在赤道平面內射向地球的粒子流如太陽光般平行射向地球,其主要粒子成分為電荷量q,質量為m的質子,若假設在赤道上空的地磁場為環(huán)形勻強磁場,磁感應強度為B,方向與赤道平面垂直,如圖乙所示。已知地球半徑為R,同步衛(wèi)星軌道半徑R1=7R,有效磁場半徑R2=7
3
R,不考慮相對論效應及地球公轉帶來的影響。求:
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(1)質子的速度在什么范圍內不會影響同步衛(wèi)星?
(2)假設某次磁暴中,某個質子沿著地心方向進入磁場后恰好與同步衛(wèi)星軌道擦肩而過,則與這一質子相同速度的質子流從進入磁場到達同步衛(wèi)星軌道處的最短時間為多少?(提示:反三角函數:若sinθ=A,則θ=arcsinA,若cosθ=A,則θ=arccosA)
(3)為了更好研究來自空間的θ粒子特性,科學家們常會在地球上安裝探測站接受粒子。若某次太陽風暴,經分布在赤道上的探測器顯示只有
1
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的赤道范圍沒有檢測到質子。試討論此次太陽風暴拋出的質子到達地球可能包含的速度范圍。
【答案】見試題解答內容
【解答】
【點評】
聲明:本試題解析著作權屬菁優(yōu)網所有,未經書面同意,不得復制發(fā)布。
發(fā)布:2024/4/20 14:35:0組卷:68引用:1難度:0.2
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  • 菁優(yōu)網1.如圖所示,正六邊形abcdef區(qū)域內有垂直紙面向里的勻強磁場,有兩個質量和電荷量都相等的粒子沿ad方向射入磁場后分別從b、e兩點射出,不計粒子重力。下列說法正確的是(  )
    發(fā)布:2024/9/27 0:0:1組卷:283引用:2難度:0.5
  • 菁優(yōu)網2.如圖所示,在水平絕緣固定板CD下方存在左右邊界平行、方向垂直紙面向外的勻強磁場區(qū)域,磁場的左右邊界相距
    3
    d
    (邊界處有磁場)且與絕緣板分別垂直相交于C、D兩點。豎直平行金屬板M、N之間所加電壓為U0時,將一質量為m、電荷量為+q的粒子從靠近N板的S點由靜止釋放,該粒子經電場加速后穿過M板上的小孔從與C點相距為d的A點水平向左射入磁場,結果剛好垂直打在絕緣板上。(不計粒子重力)
    (1)求粒子從A點水平向左射入磁場時的速度大小v0
    (2)求勻強磁場的磁感應強度B的大??;
    (3)若M、N兩個平行金屬板之間的電壓可調,為使該粒子從S點由靜止釋放后,在磁場中運動時不與擋板相碰,求加在M、N兩板間的電壓范圍。
    發(fā)布:2024/9/26 0:0:1組卷:48難度:0.5
  • 3.如圖為某同學設計的帶電粒子的聚焦和加速裝置示意圖。位于S點的粒子源可以沿紙面內與SO1(O1為圓形磁場的圓心)的夾角為θ(θ≤60°)的方向內均勻地發(fā)射速度為v0=10m/s、電荷量均為q=-2.0×10-4C、質量均為m=1.0×10-6kg的粒子,粒子射入半徑為R=0.1m的圓形區(qū)域勻強磁場。已知粒子源在單位時間發(fā)射N=2.0×105個粒子,圓形區(qū)域磁場方向垂直紙面向里,沿著SO1射入圓形區(qū)域磁場的粒子恰好沿著水平方向射出磁場。粒子數控制系統(tǒng)是由豎直寬度為L、且L在0≤L≤2R范圍內大小可調的粒子通道構成,通道豎直寬度L的中點與O1始終等高。聚焦系統(tǒng)是由有界勻強電場和有界勻強磁場構成,勻強電場的方向水平向右、場強E=0.625N/C,邊界由x軸、曲線OA和直線GF(方程為:y=-x+0.4(m))構成,勻強磁場方向垂直紙面向里、磁感應強度B=0.25T,磁場的邊界由x軸、直線GF、y軸構成,已知所有經過聚焦系統(tǒng)的粒子均可以從F點沿垂直x軸的方向經過一段真空區(qū)域射入加速系統(tǒng)。加速系統(tǒng)是由兩個開有小孔的平行金屬板構成,兩小孔的連線過P點,上下兩板間電勢差U=-10kv,不計粒子的重力和粒子間的相互作用力。求:
    (1)圓形磁場的磁感應強度B0;
    (2)當L=R時,求單位時間進入聚焦系統(tǒng)的粒子數N0
    (3)若進入加速系統(tǒng)內粒子的初速度均忽略不計,設從加速系統(tǒng)射出的粒子在測試樣品中運動所受的阻力f與其速度v關系為f=kv(k=0.2N?s?m-1),求粒子在樣品中可達的深度d;
    (4)曲線OA的方程。
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    發(fā)布:2024/9/29 3:0:2組卷:35難度:0.5
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