高中物理原子的核式结构综合题

太阳现正处于主序星演化阶段.它主要是由正、负电子和、等原子核组成的，维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，核反应方程是（释放的核能），这些核能最后转化为辐射能.根据目前关于恒星演化的理论，若由于聚变反应而使太阳中的核数目从现有数减少10％，太阳将离开主序星阶段而转入红巨星的演化阶段，为了简化，假定目前太阳全部由核组成.
（1）为了研究太阳演化进程，需知道目前太阳的质量M，已知地球半径R＝6.4×10⁶ m，地球质量m＝6.0×10²⁴ kg，日地中心的距离r＝1.5×10¹¹ m，地球表面处的重力加速度g＝10 m／s²，1年约为3.2×10⁷ s，试估算目前太阳的质量M.
（2）已知质子质量m_p＝1.672 6×10^-27kg，He质量m_α＝6.645 8×10 ^-27 kg，电子质量m_e＝0.9×10^-30 kg，光速c＝3×10⁸ m／s，求每发生一次题中所述的核聚变反应所释放的核能.
（3）已知地球上与太阳光垂直的每平方米截面上，每秒通过的太阳辐射能W＝1.35×10³ J／m²，试估算太阳继续保持在主序星阶段还有多少年的寿命.（估算结果只要求一位有效数字）

如图17-14所示，某一足够大的真空中，虚线PH右侧是磁感应强度为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场，左侧是一场强为E、方向水平向左的匀强电场.静止于虚线PH上的一点O处的镭核水平向右放出一个α粒子而衰变成氡核.设α粒子与氡核分离后它们之间的作用可忽略不计，涉及动量问题时亏损的质量不计，重力不计.

图17-14
（1）写出镭核衰变的核反应方程;
（2）若经过一段时间，α粒子刚好到达虚线PH上的A点，测得OA＝L，求此时氡核的速率.（已知α粒子的比荷为b）

1930年科学家发现钋放出的射线贯穿能力极强，它甚至能穿透几厘米厚的铅板，1932年，英国年轻物理学家查德威克用这种未知射线分别轰击氢原子和氮原子，结果打出一些氢核和氮核.若未知射线均与静止的氢核和氮核正碰，测出被打出的氢核最大速度为v_H＝3.5×10⁷ m／s，被打出的氮核的最大速度v_N＝4.7×10⁶m／s，假定正碰时无机械能损失，设未知射线中粒子质量为m，初速为v，质子的质量为m′.
（1）推导被打出的氢核和氮核的速度表达式；
（2）根据上述数据，推算出未知射线中粒子的质量m与质子的质量m′之比.（已知氮核质量为氢核质量的14倍）

如图17-12所示，静止在匀强磁场中的⁶₃Li核俘获一个速度为v₀＝7.7×10⁴ m／s的中子而发生核反应，，若已知He的速度为v₂＝2.0×10⁴ m／s，其方向跟中子反应前的速度方向相同，求：

图17-12
（1）的速度是多大？
（2)在图中画出粒子和的运动轨迹，并求它们的轨道半径之比.
（3）当粒子旋转了3周时，粒子旋转几周？

已知钠的极限频率为6.00×10¹⁴Hz，今用一群n=4的激发态的氢原子的发射光谱照射钠，试通过计算说明，氢光谱中有几条谱线可使钠发生光电效应？（1 eV=1.6×10^-19J）

试计算氢原子光谱中莱曼系的最长波和最短波的波长各是多少？

实验测得，在α粒子散射实验中，α粒子与金原子核对心运动时，α粒子所能达到的最近距离是2×m．由此估算一下金原子核的密度是多大?（1u=1.7×kg，中子质量为1.0087u，质子质量为1.0073u）

根据原子的核式结构来分析：当一束α粒子穿过金箔后，为何能出现把α粒子按绝大多数、少数、极少数这样分类的三种不同运动轨迹?

已经证实，质子、中子都是由上夸克和下夸克的两种夸克组成的，上夸克带电为，下夸克带电为，e为电子所带电量的大小，如果质子是由三个夸克组成的，且各个夸克之间的距离都为,,试计算质子内相邻两个夸克之间的静电力。

1998年6月，我国科学家和工程师研制的阿尔法磁谱仪由发现号航天飞机搭载升空，探测字宙中是否有反物质．我们知道物质的原子是由带正电的原子核及带负电的电子组成，原子核是由质子和中子组成，而反物质的原子则是由带负电的反原子核及带正电的正电子组成，反原子核由反质子和反中子组成，与质子、中子、电子等这些物质粒子相对应的反质子、反中子、反电子等均称为反粒子．由于反粒子具有与相应粒子完全相同的质量及相反的电磁性质，故可用下述方法探测：如图所示，设图中各粒子或反粒子沿垂直于匀强磁场B方向（）进入横截面为MNPQ的磁谱仪时速度相同，若氢(）原子核在Ox轴上的偏转位移为x₀，且恰为其轨道半径的一半．

(1)请画出反氢核()和反氦核(He）的轨迹；
(2)求出它们在Ox轴上的偏转位移x₁和x₂.