华裔科学家丁肇中负责的AMS项目，是通过“太空粒子探测器”探测高能宇宙射线粒子，寻找反物质...

华裔科学家丁肇中负责的AMS项目，是通过“太空粒子探测器”探测高能宇宙射线粒子，寻找反物质。某学习小组设想了一个探测装置，截面图如图所示。其中辐射状加速电场的内、外边界为两个同心圆，圆心为O，外圆电势为零，内圆电势φ=-45V，内圆半径R=1.0m。在内圆内有磁感应强度大小B=9×10-5 T、方向垂直纸面向里的匀强磁场，磁场内有一圆形接收器，圆心也在O点。假设射线粒子中有正电子，先被吸附在外圆上（初速度为零），经电场加速后进入磁场，并被接收器接收。已知正电子质量m=9×10-31kg，电荷量q=1.6×10-19C，不考虑粒子间的相互作用。

（1）求正电子在磁场中运动的速率v和半径r；

（2）若正电子恰好能被接收器接收，求接收器的半径R'。

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华裔科学家丁肇中负责的AMS项目，是通过“太空粒子探测器”探测高能宇宙射线粒子，寻找反物质。某学习小组设想了一个探测装置，截面图如图所示。其中辐射状加速电场的内、外边界为两个同心圆，圆心为O，外圆电势为零，内圆电势φ=-45V，内圆半径R=1.0m。在内圆内有磁感应强度大小B=9×10-5 T、方向垂直纸面向里的匀强磁场，磁场内有一圆形接收器，圆心也在O点。假设射线粒子中有正电子，先被吸附在外圆上（初速度为零），经电场加速后进入磁场，并被接收器接收。已知正电子质量m=9×10-31kg，电荷量q=1.6×10-19C，不考虑粒子间的相互作用。

（1）求正电子在磁场中运动的速率v和半径r；

（2）若正电子恰好能被接收器接收，求接收器的半径R'。

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科学家设想在宇宙中可能存在完全由反粒子构成的反物质.例如：正电子就是电子的反粒子，它跟电子相比较，质量相等、电量相等但电性相反.如图是反物质探测卫星的探测器截面示意图.MN上方区域的平行长金属板AB间电压大小可调，平行长金属板AB间距为d，匀强磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里.MN下方区域I、II为两相邻的方向相反的匀强磁场区，宽度均为3d，磁感应强度均为B，ef是两磁场区的分界线，PQ是粒子收集板，可以记录粒子打在收集板的位置.通过调节平行金属板AB间电压，经过较长时间探测器能接收到沿平行金属板射入的各种带电粒子.已知电子、正电子的比荷是b，不考虑相对论效应、粒子间的相互作用及电磁场的边缘效应.

（1）要使速度为v的正电子匀速通过平行长金属极板AB，求此时金属板AB间所加电压U；

（2）通过调节电压U可以改变正电子通过匀强磁场区域I和II的运动时间，求沿平行长金属板方向进入MN下方磁场区的正电子在匀强磁场区域I和II运动的最长时间tm；

（3）假如有一定速度范围的大量电子、正电子沿平行长金属板方向匀速进入MN下方磁场区，它们既能被收集板接收又不重叠，求金属板AB间所加电压U的范围.

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2017年底，中国科学家在《自然》杂志上发表了中国暗物质粒子探测卫星“悟空”的首批探测成果，获得了世界上最精确的高能电子宇宙射线能谱，有可能为暗物质的存在提供新的证据。已知“悟空”在高度约为500 km的圆轨道上做匀速圆周运动，经过时间t（小于运行周期），运动的弧长为s，卫星与地球中心连线扫过的角度为θ（弧度），引力常量为G。则下列说法正确的是（　　 ）

A. 卫星的轨道半径为

B. 卫星的周期为

C. 卫星的线速度为

D. 地球的质量为

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理论研究表明暗物质湮灭会产生大量高能正电子，所以在宇宙空间探测高能正电子是科学家发现暗物质的一种方法．如图为我国某研究小组为暗物质探测卫星设计的探测器截面图：开口宽为的正方形铝筒，下方区域I、Ⅱ为两相邻的方向相反的匀强磁场，区域Ⅲ为匀强电场，宽度都为d，磁感应强度都为B，电场强度．经过较长时间，仪器能接收到平行铝筒射入的不同速率的正电子，其中部分正电子将打在介质MN上，其速度方向与MN的夹角为θ．已知正电子的质量为m，电量为+e，不考虑相对论效应及电荷间的相互作用．

（1）求能到达电场区域的正电子的最小速率；

（2）在区域Ⅱ和Ⅲ的分界线上宽度为的区域有正电子射入电场，求正电子的最大速率；

（3）某段时间内MN只记录到三种θ角，其中两种对应于上述最小速率和最大速率的正电子，还有一种θ的正切值为．为使这些正电子在MN上的落点区域不可能重叠，求L的最小值．

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研究太空宇宙射线的粒子组成时，要在探测卫星上安装“太空粒子探测器”和质谱仪。“太空粒子探测器”由加速装置、偏转装置和收集装置三部分组成，其原理可简化为图甲所示。辐射状的加速电场区域边界为两个同心圆，圆心为O，外圆的半径为R1，电势为φ1，内圆的半径R2=，电势为2。内圆内有方向垂直纸面向里的磁感应强度为B1的匀强磁场，收集薄板MN与内圆的一条直径重合，收集薄板两端M、N与内圆间存在狭缝。假设太空中漂浮着质量为m、电荷量为q的带正电粒子，它们能均匀地吸附到外圆面上，并被加速电场从静止开始加速，粒子进入磁场后，发生偏转，最后打在收集薄板MN上并被吸收（收集薄板两面均能吸收粒子，两端不吸收粒子），不考虑粒子间的相互作用。

（1）求粒子刚到达内圆时速度的大小。

（2）以收集薄板MN所在的直线为横轴建立如图甲所示的平面直角坐标系。分析外圆哪些位置的粒子将在电场和磁场中做周期性运动，求出这些粒子运动的一个周期内在磁场中运动的时间。

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国际权威学术期刊《自然》于北京时间2017年11月30日在线发布，暗物质粒子探测卫星“悟空”在太空中测量到电子宇宙射线的一处异常波动。这一神秘讯号首次为人类所观测，意味着中国科学家取得了一项开创性发现。如图所示，探测卫星“悟空”(绕地球做匀速圆周运动)经过时间t，绕地球转过的角度为θ，地球半径为R，地球表面重力加速度为g，引力常量为G，不考虑地球自转。根据题中信息，可以求出

A. 探测卫星“悟空”的质量

B. 探测卫星“悟空”运动的周期

C. 探測卫星“悟空”所在圆轨道离地面的高度

D. 探测卫星“悟空”运动的动能

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科学家设想在宇宙中可能存在完全由反粒子构成的反物质.例如：正电子就是电子的反粒子，它跟电子相比较，质量相等、电量相等但电性相反.如图是反物质探测卫星的探测器截面示意图.MN上方区域的平行长金属板AB间电压大小可调，平行长金属板AB间距为d，匀强磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里.MN下方区域I、II为两相邻的方向相反的匀强磁场区，宽度均为3d，磁感应强度均为B，ef是两磁场区的分界线，PQ是粒子收集板，可以记录粒子打在收集板的位置.通过调节平行金属板AB间电压，经过较长时间探测器能接收到沿平行金属板射入的各种带电粒子.已知电子、正电子的比荷是b，不考虑相对论效应、粒子间的相互作用及电磁场的边缘效应.

（1）要使速度为v的正电子匀速通过平行长金属极板AB，求此时金属板AB间所加电压U；

（2）通过调节电压U可以改变正电子通过匀强磁场区域I和II的运动时间，求沿平行长金属板方向进入MN下方磁场区的正电子在匀强磁场区域I和II运动的最长时间tm；

（3）假如有一定速度范围的大量电子、正电子沿平行长金属板方向匀速进入MN下方磁场区，它们既能被收集板接收又不重叠，求金属板AB间所加电压U的范围.

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“太空粒子探测器”是安装在国际空间站上的一种粒子物理试验设备，用于探测宇宙中的奇异物质。该设备的原理可简化如下：如图所示，辐射状的加速电场区域边界为两个同心平行半圆弧面MN和M′N′，圆心为O，弧面MN与弧面M′N′间的电势差设为U，在加速电场的右边有一宽度为L的足够长的匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里，磁场的右边界放有一足够长的荧光屏PQ。假设太空中漂浮着质量为m，电荷量为q的带正电粒子，它们能均匀地吸附到MN圆弧面上，并被加速电场从静止开始加速，不计粒子间的相互作用和其它星球对粒子引力的影响。

（1）若测得粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为，试求出U；

（2）若取，试求出粒子从O点到达荧光屏PQ的最短时间；

（3）若测得粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为，试求荧光屏PQ上发光的长度。

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2017年11月30日，国际权威学术期刊《自然》发表了中国首颗暗物质探测卫星“悟空”的首批成果：发现太空中的反常电子信号。“悟空”采用的是由中国科学家自主提出的分辨粒子种类的新探测技术方法，既能探测低能区，也能探测高能区，特别是首次走进能量为1TeV（1TeV=1.0×1012eV，e=1.6×10-19C）以上的“无人区”，“悟空”首次直接测量到了能谱在1TeV处的“拐折”及在1.4TeV处的“尖峰”。从目前数据分析来看，产生“奇异”电子信号的来源很可能是暗物质湮灭或衰变。如果进一步证实了这种观点，人们就可以根据“悟空”的探测结果获知暗物质粒子的质量和湮灭率。结合上述信息，下列说法正确的是（　　　 ）

A. “拐折”处的电子宇宙射线粒子的能量高达1.6×1031 J

B. 电子宇宙射线从地球赤道上空垂直射向地面时，在地球磁场的作用下会向西偏转

C. 假设暗物质湮灭亏损的质量为Δm，则湮灭过程中释放的能量为ΔE=Δmc（c为光在真空中的传播速度）

D. 若暗物质衰变的规律与普通放射性元素相同，则其半衰期随温度的升高而减小

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