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放射性同位素電池具有工作時間長、可靠性高和體積小等優(yōu)點,是航天、深海、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的重要新型電源,也是我國近年重點科研攻關(guān)項目。某同學(xué)設(shè)計了一種利用放射性元素β衰變的電池,該電池采用金屬空心球殼結(jié)構(gòu),如圖所示,在金屬球殼內(nèi)部的球心位置放有一小塊與球殼絕緣的放射性物質(zhì),放射性物質(zhì)與球殼之間是真空的。球心處的放射性物質(zhì)的原子核發(fā)生β衰變發(fā)射出電子,已知單位時間內(nèi)從放射性物質(zhì)射出的電子數(shù)為N,射出電子的最小動能為E1,最大動能為E2。在E1和E2之間,任意相等的動能能量區(qū)間ΔE內(nèi)的電子數(shù)相同。為了研究方便,假設(shè)所有射出的電子都是沿著球形結(jié)構(gòu)徑向運動,忽略電子的重力及在球殼間的電子之間的相互作用。元電荷為e,a和b為接線柱。
(1)當(dāng)a、b間的電壓為U且大于
E
1
e
時,證明外電路消耗的功率P1等于單位時間內(nèi)到達(dá)球殼的電子,在從放射性物質(zhì)到球殼運動時損失的動能之和ΔEk1
(2)如果認(rèn)為單位時間內(nèi)電子在與球殼碰撞過程中損失的動能之和ΔEk2等于電源內(nèi)阻消耗的功率P2,證明在(1)的情形下電路的內(nèi)電壓
U
內(nèi)
=
E
2
2
e
-
U
2

(注意:解題過程中需要用到、但題目沒有給出的物理量,要在解題中做必要的說明)

【答案】見試題解答內(nèi)容
【解答】
【點評】
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發(fā)布:2024/6/27 10:35:59組卷:229引用:1難度:0.3
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    發(fā)布:2025/1/1 15:0:5組卷:141引用:1難度:0.3
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    發(fā)布:2024/12/31 8:0:1組卷:100引用:3難度:0.9
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    發(fā)布:2024/12/31 8:0:1組卷:8引用:1難度:0.8
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