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对铀235的进一步研究在核能的开发和利用中具有重要意义。如图所示,质量为m、电荷量为q的铀235离子,从容器A下方的小孔S1不断飘入加速电场,其初速度可视为零,然后经过小孔S2垂直于磁场方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中,做半径为R的匀速圆周运动。离子进行半个圆周后离开磁场并被收集,离开磁场时离子束的等效电流为I。不考虑离子重力及离子间的相互作用。

(1)       求加速电场的电压U:

(2)       求出离子被收集的过程中任意时间t内收集到离子的质量M;

(3)       实际上加速电压的大小会在U   范围内微小变化。若容器A中有电荷量相同的铀235和铀238两种离子,如前述情况它们经电场加速后进入磁场中会发生分离,为使这两种离子在磁场中运动的轨迹不发生交叠,应小于多少?(结果用百分数表示,保留两位有效数字)

解析:(1)铀粒子在电场中加速到速度v,根据动能定理有

                                         ①

 进入磁场后在洛伦兹力作用下做圆周运动,根据牛顿第二定律有

                                          ②

         由以上两式化简得

                                          ③

(2)在时间t内收集到的粒子个数为N,粒子总电荷量为Q,则

                                       ④

                                      ⑤

                                    ⑥

由④④⑤⑥式解得

                                            ⑦

(3)两种粒子在磁场中运动的轨迹不发生交叠,即不要重合,由可得半径为

                               ⑧

由此可知质量小的铀235在电压最大时的半径存在最大值

                    

质量大的铀238质量在电压最小时的半径存在最小值

所以两种粒子在磁场中运动的轨迹不发生交叠的条件为

<          ⑨

化简得

<﹪   ⑩

               

    

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(1)求加速电场的电压U;
(2)求出在离子被收集的过程中任意时间t内收集到离子的质量M;
(3)实际上加速电压的大小会在U±△U范围内微小变化.若容器A中有电荷量相同的铀235和铀238两种离子,如前述情况它们经电场加速后进入磁场中会发生分离,为使这两种离子在磁场中运动的轨迹不发生交叠,
△UU
应小于多少?(结果用百分数表示,保留两位有效数字)

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(1)求加速电场的电压U;
(2)求出在离子被收集的过程中任意时间t内收集到离子的质量M;
(3)实际上加速电压的大小会在U+ΔU范围内微小变化。若容器A中有电荷量相同的铀235和铀238两种离子,如前述情况它们经电场加速后进入磁场中会发生分离,为使这两种离子在磁场中运动的轨迹不发生交叠,应小于多少?(结果用百分数表示,保留两位有效数字)

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(1)求加速电场的电压U;

(2)求出在离子被收集的过程中任意时间t内收集到离子的质量M;

(3)实际上加速电压的大小会在U+ΔU范围内微小变化。若容器A中有电荷量相同的铀235和铀238两种离子,如前述情况它们经电场加速后进入磁场中会发生分离,为使这两种离子在磁场中运动的轨迹不发生交叠,应小于多少?(结果用百分数表示,保留两位有效数字)

 

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(1)求加速电场的电压U;
(2)求出在离子被收集的过程中任意时间t内收集到离子的质量M;
(3)实际上加速电压的大小会在U±△U范围内微小变化.若容器A中有电荷量相同的铀235和铀238两种离子,如前述情况它们经电场加速后进入磁场中会发生分离,为使这两种离子在磁场中运动的轨迹不发生交叠,应小于多少?(结果用百分数表示,保留两位有效数字)

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