太阳风是如何点燃大气产生极光的1展示了美丽的极光．11-|||-图1 美丽的极光引言太阳风与地磁场地球周围存在稳定的地磁场，地磁场的磁感线类似于条形磁铁的磁感线，如2所示．太阳风是高速高温等离子体流(等离子体是由正离子和电子构成的中性物质)．太阳风与地磁场之间相互影响：一方面，太阳向外喷射等离子体形成太阳风，太阳风的强度随太阳表面活动剧烈程度变化而变化，太阳风可压缩地磁场；另一方面，地磁场保护地球免受太阳风的侵袭，当太阳风遇到地磁场时发生偏转，如3所示．11-|||-图1 美丽的极光11-|||-图1 美丽的极光首先使太阳风发生偏转的曲面称为弓形激波．弓形激波之后、地球磁场之前的区域称为磁鞘．太阳风和地磁场之间的接触区域称为磁层顶．为太阳风所包围的地磁场区域叫作磁层(3中磁层顶右侧的区域)．地球的磁场在很大程度上阻止太阳风进入磁层．磁层顶的位置主要由太阳风的强度和磁场方向决定．所谓磁场重联是指等离子体中的电流产生的磁感线自发或被迫断开和重新联接的过程，伴有磁能的突然释放并转化为等离子体的动能和热能，引起带电粒子的加速和加热．简单地说，就是磁感线断开后重新联接．如所示．当太阳风的磁场与地磁场反平行时，如4所示的磁场重联发生在亮侧(即受太阳光照射的)磁层，它允许某些太阳风所携带的带电粒子在该地区的“A”进入夜侧的磁尾“P”，如5所示．强大的太阳风可以将亮侧磁层顶推到离地球非常近的地方，这可能导致高轨道卫星(如地球同步卫星)完全暴露在太阳风中．太阳风中的高能粒子会损坏卫星中的电子元件．因此研究带电粒子在磁场中的运动是十分重要的，也为如1所示的美丽极光的产生提供释，有助于我们理太阳风与地磁场相互作用的机制．11-|||-图1 美丽的极光11-|||-图1 美丽的极光已知物理学常量与物理学公式：真空中的光速 c=2.998×108 m/s，真空介电常量 ε0=8.85×10−12C2/(N⋅m2)，真空磁导率 μ0=4π×10−7 N/A2，元电荷 e=1.60×10−19 C，电子质量 m=9.1×10−31kg，质子质量 mp=1.67×10−27 kg，玻尔兹曼常量 kB=1.38×10−23 J/K，普朗克常量 h=6.626×10−34 J⋅s，地面重力加速度 g=9.8 m/s2，地球半径 RE=6.4×106 m．地磁场分布(偶极磁子的磁场)为Bd=B0R3Er5[3xz^x−3yz^y+(x2+y2−2z2)^z]　(r⩾RE)　　(∗)其中 r=√x2+y2+z2，B0=3.1×10−5 T，^x，^y，^z 分别是 x，y，z 方向的单位矢量．(1)A 部分在研究带电粒子在地球偶极磁场内的运动之前，首先考虑电子在匀强磁场 B 中的运动．已知电子运动产生的磁矩定义为 μ=IA，其中 A 是电子运动轨迹所围面积，其方向由电子运动产生的等效电流方向和右手定则确定．如6所示，电子的初始位置为 (x，y，z)=(0，0，0)，电子的初速度 v 垂直于磁场方向．11-|||-图1 美丽的极光(1)求电子的运动轨迹的表达式．(2)求电子运动产生的等效电流 I 和磁矩 μ 的表达式．(3)若电子的速度方向并非垂直于磁场，而是 B 和 v 之间的夹角为 θ(0<θ<π2)，求电子运动轨迹的螺距 h 的表达式．(2)B 部分在6所示的匀强磁场中，等离子体密度沿 x 轴并不是均匀分布的．为简单起见，假设正离子和电子的温度和分布是相同的，因此等离子体的压强沿 x 轴的分布可表示为p(x)=kT[ni(x)+ne(x)]=2kTn(x)=2kT(n0+αx)其中 n0，α 为正常量，ni(x)，ne(x) 分别是正离子和电子的数密度．(1)请通过绘制示意释等离子体电流的产生机制．若正离子和电子都服从麦克斯韦速度分布，其中正离子的速度分布满足fi(x，v⊥，v//)=ni(x)(mi2πkT)32exp⎛⎝−miv2⊥+v2//2kT⎞⎠(2)磁化强度 M 定义为单位体积内的磁矩的矢量和，求磁化强度 M=βn(x)kTB 中 β 的值．参考公式：∫∞0xe−xdx=1，∫∞0e−x2dx=√π(3)C 部分现在回到地球的偶极磁场．现有特定点(x=10RE，y=0，z=RE)，假定该特定点附近的磁场是均匀的，等离子体的压强满足 p(z)=p0exp(−z2a2) 其中 a=2RE，p0=3×10−10Pa．请应用 B 部分的结论，求特定点(x=10RE，y=0，z=RE)处的退磁化场 Bmx 大小和该特定点的地磁场 Bd 大小的比值．注意：B 部分和 C 部分中的坐标系是有差异的．退磁化场由 Bmx=μ0M 给出．(4)D 部分从2，3和5可以清楚地看到，地磁场在两极最强，赤道最弱．由于地磁场可视为磁偶极子的磁场，地磁场是轴对称的且沿磁感线缓慢变化，为简单起见，将地磁场简化为如7所示的瓶状磁场(称为磁瓶)．沿着某条磁场线的磁感应强度在磁瓶两端 P1，P3 处最大为 Bm，在磁瓶中央 P2 处最小为 B0．11-|||-图1 美丽的极光现将初速度为 v 的电子置于 P2 处并向 P3 处漂移，电子在 P2 处的速度方向与磁感线切线方向的夹角为 θ(0<θ<π2)．磁瓶的磁感应强度分布为B=Br^r+Bz^z(Br≪Bz)假设 dBdz=dBds，其中 dBds 是磁场沿磁感线的变化率．由于目前尚无磁单极子，因此有⟨Br⟩=−12dBdzrc　(⟨Br⟩≪Bz)其中 ⟨Br⟩ 为 Br 的平均值，定义如下：⟨Br⟩=1rc∫rc0∂(rBr)∂rdr=−12dBdzrcrc 为电子的回旋半径．(1)求作用在电子上的沿磁感线的平均回旋磁场力 ⟨F⟩ 的表达式，并证明磁矩是守恒量．(2)由于磁矩是守恒的，若要求电子不能从磁瓶中逃逸，则初始电子速度 v 与 P2 点处的磁感应强度的夹角 θ 应满足什么条件？(5)E 部分地磁场的磁感线如8所示．由于地磁场的梯度和曲率可以忽略，可认为带电粒子的螺旋运动轨迹限制在 y=0 平面内．11-|||-图1 美丽的极光质量为 m、电荷为 q，速度为 v 的带电粒子最初位于赤道上空(x=6RE，y=0，z=0)处，且电子速度 v 与该处磁感线的初始夹角为 θ．若要使带电粒子在纬度 60∘ 处能达到低于海拔 200km 的高度，请确定 θ 应满足的条件．(6)F 部分如5所示，当磁场重联发生在亮侧磁层顶时，由于太阳风是顺风的，重联的磁感线向夜侧区域漂移．因此，A 区域的某些太阳风电子也向 P 区域的磁尾移动．当电子到达 P 区域后，某些电子加速到 1 keV 左右．如果高能电子漂移到热电离层(热电离层的高度为 85∼800 km)，高能电子会与中性原子发生碰撞，从而使中性原子跃迁到激发态．当中性原子的高激发态回到低激发态或基态时，就会发射光子．1所示的壮丽的极光就是由不同波长的光子在极光椭圆中产生的，这些光子主要是氧原子由高能级向低能级跃迁时产生的．氧原子的第一激发态和第二激发态比基态能量分别高 1.96 eV 和 4.17 eV，氧原子的第一激发态和第二激发态的寿命分别为 110 s 和 0.8 s，如9所示．11-|||-图1 美丽的极光为简单起见，假设空气是理想气体且温度不随高度变化．已知 ρ0gp0=0.13/km，其中 ρ0，p0 分别是海平面处的大气密度和压强．(1)求大气密度 ρ 与高度 H 之间的关系，并求出 H=160 km 和 H=220 km 两处大气密度的比值，即 ρ(H=160 km)ρ(H=220 km) 的值．(2)分别求出海拔高度 H=160 km 和 H=220 km 处的极光颜色．提示：大气分子的碰撞频率和大气密度的关系为 ν=ν0ρρ0，其中 ν0=109 /s 是在海平面处大气分子的碰撞频率．激发态的氧原子在与其他中性分子碰撞时会损失部分能量．(7)G 部分强大的太阳风可将亮面磁层顶推到离地球非常近的地方，从而使高轨道卫星完全暴露在太阳风中．太阳风中的高能粒子会损坏卫星中的电子元件．为了简单起见，假设地磁场在太阳风的影响下保持不变，磁层中的等离子体密度可以忽略．当地球同步卫星所在处的磁感应强度 Bs=5×10−9 T 和等离子体密度 ρs=50 /cm3 时，求能对地球同步卫星造成损害的太阳风的最小速度 v 的值．提示：与磁场相关的单位面积上的作用力是 f=B22μ0．只考虑所有物理量沿 x 的变化，即物理量与 y 和 z 无关．

操作激光器时，操作人员需穿戴防护眼镜等防护用品，不能佩戴手表等反光的物品。对错

能量的常用单位是（）A. 千卡B. 克C. 吨D. 帽E. 兆帕

当伏特计接到电动势为1.5 V的电池两极上时,伏特计读数应为()。A. 等于1.5 VB. 大于1.5VC. 小于1.5VD. 0 V

能量的常用单位是（）A. 千卡B. 克C. 吨

多光谱相机的每个像元输出值表示特定波长光线的反射率。A. 对B. 错

在弹簧振子的简谐振动中，如果振幅增加一倍，那么系统的总能量会如何变化？A. 不变B. 增加一倍C. 增加四倍D. 减少一半

01010的辐角是0。 A.对 B.错

【题目】-|||-阅读下面的文字,完成1~5题。-|||-材料一:-|||-科学家为何积着于射电望运镜?-|||-当前人们探知字宙天体信息的果道主要有四样:包晌接射字省线,中微子和引力减-|||-其中,电道据射是放为古老也放为主要的探测手袋,望送惋使是我们认识广袤宇省的至关-|||-重要的位器,我们知道,电磁进s不限于可见光,然而并手所有波段的电碰度都的到达地-|||-体表面,地球大气阻挡了来自字宙空间的大邻分电砸构射.可可总光和一邻分缸外战以及-|||-新电波段的电磁结射能到达地球氧面光学和射电这两个大气透明窗口使成为了天文学现-|||-则的重要就段,-|||-人们对于可见光被投的观训后走悠久,17快组相,伽判略首次将望遇镜伸向星空.20-|||-纪30年代,无线电工摆师偶然发现了宇密中的打电信号,此后,射电天文学近制发展起-|||-来,20世纪60年代,天文学观测中极为重要的"四大发现",脉冲星,类星体,宇宙微波背学-|||-结射和亚际有机分子,都与船电望记镜有关。可以说,射电望远镜在当今天文学的研究中-|||-关重要,-|||-__ (1) __-|||-天文望远镜最主要的参数是望远镜的口径,望远镜的口径浊定了望远镜的极1填角分钟-|||-和集光能力,-|||-极很角分辨率说的是仪器是分辨的最小细节的能力,点光潭细过光学权器后向于材-|||-新的影响,所成的读不是一个A,而是一个明暗相同的国形充位,即觉里应,当一个觉里-|||-的中心与为一个文里斑的第一线睛屏重合时,刚好能分钟出两个缘,由北给出光学仅器的-|||-最小分操角,望远镜的板照角分钟率山疏判判满给出,仅器的最小分钟负与仅器口摇成皮-|||-比,与现测波长成重比,即口操U太,极限角分辨率越高,对子相同的角分拼率要求,现洲发-|||-长绝长,削对仪器的口径季求超大,间时由于受到大气渊等因素影响,大口型运镜的-|||-实除分婷率营小于其极阳分钟车,中国天限的射电波段或长约为光学波段波长的上百万-|||-,因此我们需要将粉电望远院建造的如比之应大-|||-涂提高分警能力外望远硫的另一个作用使是增细聚无,甲增加我们能接收到的先子-|||-总数,体现了望选镜的是敏度,望远镜聚光的能力称为望远镜的集是的力,望远能的某光-|||-能力与口猛的平方成正比,与望运值的(贴无关。国此,为呢测宇宙深处的微到信号,也要-|||-求建造超大口操的望远镜。-|||-__ (2) __-|||-中国天眼"于2016年9月落成启月,数至常已发现脉冲星30分颗,擅寻和发现尿-|||-冲里无"中国天眼"的核心科学算标,包括级河A内脉冲里的探手,以及对仙女度大至点(题-|||-银河系最进的河外星系)进行限琼观画,这期捕获银河系外的第一颗脉冲星。-|||-"中国天眼"还以其起高的是敏度化势,通过育拨发现了来自宇宙深处的悦进封电基都-|||-源,该源展现出极为苹见的三峰练构,根据其高色数量估第,该信号可能来为距地球的百-|||-亿光年的宇宙深处,快述射电暴是一种持续仅数毫秒的未知射电暴发现象,当前人们对是-|||-解还视其有限,对于其如何产生,完竟在哪友生都知之基少,"中国天胀"的高是敏度-|||-性有里满长到更多的快速射电R,探究到快通行电基的更多相节信息,帮开快速针电基的-|||-来潭之谜,-|||-此外,"中国天眼"承把的主要科学任务还包括,坦说字宙中性氧,天体超精细练构研-|||-完,呈际分子探测及捏幸可能的星际通信信号,随着曾经"世不第一"的美国问雪西博业远-|||-镜在去午发生册_。中国天旺"已经成为全球唯一的超大型电望远钝。"中国天限公白-|||-全球科学界开执中请,向世界我明了中回开放也容的大国变岛,在探索未知宇百的道略-|||-上,只有充分汇集各方智思,精属合作,取长补短,才能让这只巨大的天根发挥出更加强大-|||-的成力。-|||-抛编自2021年4月10日《科普时报国天眼"向全世界道约,一起现宁富)-|||-材料二:-|||-迎天遍看一千河,"日由,中圆国家天文台研究固队正式发布了利用中国天张观测到-|||-的新发现的201颗体冲至,为人类的球冲星谱系就就了一张更精准的定性同。-|||-中国新发现的脉冲星种类奔全,有些发现将人类对脉冲呈的认识和研完推句了一个全-|||-新领城,错着这些有发现,我们对银河系的电子分布,球冲星三性地度与自特轴共线等国-|||-抚科学养多年的问题有了"中国高度"中国流度"的研究,甚至传附长期的监测,有可能对-|||-类的重大科学问题,请如天生描射,引力理论检验等学科就沿其有重要的推度作用,宥望-|||-在这些领域变自更强大的"中国声音中国发段"。-|||-中国天限不仅回答"人类"的科学问题,还10答看国家的科挂发展战略问题,比如中-|||-国天膜、月球欠星探测,太阳系其他行是及小行星探测等等"深空"深测,放眼的是无尽的课-|||-时空,着眼的却是来国家科投高地。-|||-我们知道,"深空"探时面对着距离运还,飞行时间长,数据传前速车有限,浑空环境复-|||-杂等一个列问题,需要一系列关键技术约支撑,如测控通信技水,自主导粒与控到技术,核-|||-游技水,先道草选技术和载对技水等。些技术是东来科技的"母体",若带动着相关领-|||-域科技的长足进步。这体支得和进步,就是一个国家未来发展的物能,也是占括科技制高-|||-点,应对激然角中的利溶。-|||-摘编自2021年5月20日(长江日报》之(中国天表:放眼的是深空,看课的是未来》-|||-1.根据材料内容,下列关于"中国天慰"的说选不正确的一项是-|||-A."中国天眼"是11的个球吃一的具有极高级限角分活率和极强集光能力,用来进行天文-|||-人测的差大数射电平远镜,-|||-B."中国天里"正在对距离我们最近的河外星系伯女图进行跟G观测,目的在于发现第-|||-一颗级河系外的脉冲里-|||-C."中国灭眼"开创性地发现了来自宁家深处的快速射电暴,并将待旋发现更多细节价-|||-息,以期易开其未⑩之送,-|||-D."中国天泰"在对呈空的搜寻和发现中,不断地回答看"人美"的科学问题,并且着眼的-|||-是未来国家科技高填,-|||-2,下列对材料相关内容的理解科分析,不正确的一项是-|||-A.人类在很久以前菜会现测可见光波段,用光学望远镜观测浩难的星空则是从17世纪-|||-初伽利略开始的。-|||-B.宇宙中射电信号的发现使得射电大文学逐少发展起来并引发了大文学研究中一系列-|||-重要的发现,-|||-C.望运镜的口径决定了望远镜的极限角分辨水和集元能力,口径越大,极限角的分辨本-|||-路高,现测波长越反,-|||-D."天眼"日前正在搜密可能的星际通信信号,一日这件的信号被发观,则说明宁宙中可-|||-能存在共他智慧生命.-|||-3.根据材料内容,下列各项中不能体现"天最"使命范的的一项是-|||-A.2021年中国天里科普基他联于教育机构研发系列探究性课程,以中小学生为主体的-|||-"中国天眼"研学单行成为热门-|||-B中国"天眼"可以给制丰常精冻的照系图,知采能够发现宁吉的边缘,那么整个字宙的-|||-精确大小都能测给出来-|||-C."天裂"建没之初,即确立了"中四天眼"将按四际惯例逐步开放的原用,为金人类探宋-|||-律认识字宙作出页献。-|||-D,天眼约建立对我国卫星的发射、升空入轨的安全有着很重要的意义,并进一步加出了-|||-中回强基下二的发展步伐。-|||-请在材料一两处横线上各用一个疑问句添标题,每处不超过15个了。-|||-5.两则材料都把到了脉冲星,但是侧重点不同,结合材料分析这样处理的意图分)是什么,

如图所示，一人站在转台中心，设转轴光滑，人的两手各握一重物并伸直。以人、转台和重物为系统，在人向自身胸部收回双手的过程中，下面说法正确的是哪几项？( )A. 系统转动的角速度增大B. 系统的转动惯量减小C. 系统的转动动能保持不变D. 系统的角动量保持不变