高中物理原子核的人工转变综合题

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=3.5×10⁷m/s，被打出的氮核的最大速度v_N="4." 7×10⁶ m/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。
(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与质子的质量之比（已知氮核质量为氢核质量的14倍）。

现在世界上许多国家都在积极研究可控热核反应的理论和技术，以解决能源危机问题.热核反应中所用的燃料——氘，在地球上储量非常丰富，1 L海水中大约有0.3 g氘，如果用来进行热核反应，放出的能量约与燃烧300 L汽油相当.若氘核的质量为m1,氦核的质量为m2,光速为c，阿伏加德罗常数为NA，氘的摩尔质量为m0.
（1）写出两个氘核聚变成一个氦核的核反应方程;
(2)质量为M的氘参与上述聚变反应可释放出的能量为多少?

如图所示，在xOy平面上，一个以原点O为中心、半径为R的圆形区域内存在着一匀强磁场，磁场的磁感应强度为B，方向垂直于xOy平面向内。在O处原来静止着一个具有放射性的原子核（氮），某时刻该核发生衰变，放出一个正电子和一个反冲核．已知正电子从O点射出时沿小x轴正方向，而反冲核刚好不会离开磁场区域，正电子电荷量为e。不计重力影响和粒子间的相互作用。
(1)试写出的衰变方程；
(2)求正电子离开磁场区域时的位置．

(选修模块3-5)(15分)
（1）关于原子结构和原子核，下列说法中正确的是             

A．利用α粒子散射实验可以估算原子核的半径

B．利用α粒子散射实验可以估算核外电子的运动半径

C．原子的核式结构模型很好地解释了氢原子光谱的实验

D．处于激发态的氢原子放出光子后，核外电子运动的动能将增大

（2）一个质量为m₀静止的ω介子衰变为三个静止质量都是m的π介子，它们在同一平面内运动，彼此运动方向的夹角为120°，光在真空中的传播速度为c，则每个π介子的动能为           ．
（3）如图所示，光滑水平面上A、B两小车质量都是M，A车头站立一质量为m的人，两车在同一直线上相向运动．为避免两车相撞，人从A车跃到B车上，最终A车停止运动，B车获得反向速度v₀，试求：
①两小车和人组成的系统的初动量大小；
②为避免两车相撞，且要求人跳跃速度尽量小，则人跳上B车后，A车的速度多大？

如图所示，在某一足够大的真空室中，虚线PH的右侧是一磁感应强度为B、方向垂直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．在虚线PH上的点O处有一质量为M、电荷量为Q的镭核（Ra)．某时刻原来静止的镭核水平向右放出一个质量为m、电荷量为q的粒子而衰变为氡(Rn)核，设粒子与氡核分离后它们之间的作用力忽略不计，涉及动量问题时，亏损的质量可不计．
(1)写出镭核衰变为氡核的核反应方程；
(2)经过一段时间粒子刚好到达虚线PH上的A点，测得= L．求此时刻氡核的速率。

（1）下列说法正确的是________。（填入选项前的字母，有填错的不得分）

A．天然放射现象的发现，揭示了原子核是由质子和中子组成的

B．卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子核有复杂结构

C．玻尔的原子结构理论是在卢瑟福的核式结构学说基础上引进了量子理论

D．α射线，β射线，γ射线本质上都电磁波，且γ射线的波长

最短
（2）质量为2kg的平板车B上表面水平，原来静止在光滑水平面上，平板车一端静止着一块质量为2kg的物体A，一颗质量为0．01kg的子弹以600m/s的速度水平瞬间射穿A后，速度变为100m/s，如果A B之间的动摩擦因数为0．05，求：
①A的最大速度；             
②若A不会滑离B，求B的最大速度。

氢原子处于基态时，原子的能级为E₁ =－13.6eV，普郎克常量h = 6.63×10^－34J·s，氢原子在n = 4的激发态时，问：
（1）要使氢原子电离，入射光子的最小能量是多少？
（2）能放出的光子的最大能量是多少？

如图所示，在光滑的水平面上，有两个质量都是M的小车A和B，两车之间用轻质弹簧相连，它们以共同的速度v₀向右运动。另有一质量为m=的粘性物体，从高处自由落下，正好落在A车上，并与之粘合在一起。求这以后的运动过程中，弹簧获得的最大弹性势能E_p.
 

在可控核反应堆中需要给快中子减速，轻水、重水和石墨等常用作减速剂.中子在重水中可与核碰撞减速，在石墨中与核碰撞减速.上述碰撞可简化为弹性碰撞模型.某反应堆中快中子与静止的靶核发生对心正碰，通过计算说明，仅从一次碰撞考虑，用重水和石墨作减速剂，哪种减速效果更好？

某些建筑材料可产生放射性气体一氡，氡可以发生α或β衰变，如果人长期生活在氡浓度过高的环境中，那么，氡经过人的呼吸道沉积在肺部，并大量放出射线，从而危害人体健康.原来静止的氡核（₈₆²²²Rn）发生一次α衰变生成新核钋（Po）。已知放出的α粒子速度为v.
（1）写出衰变方程；
（2）求衰变生成的钋核的速度.

用中子轰击锂核（₃⁶Li）发生核反应，产生氚和α粒子并放出4.8MeV的能量。
（1）写出核反应方程式；
（2）求上述反应中的质量亏损为多少千克（保留两位有效数字）；
（3）若中子与锂核是以等大反向的动量相碰，则α粒子和氚的动能之比是多少？

某实验室工作人员，用初速度v₀ = 2.7×10⁷m/s的α粒子，轰击静止的氮原子核N，产生了质子H。若某次碰撞可看作对心正碰，碰后新核与质子同方向运动，垂直磁场方向，通过分析偏转半径可得出新核与质子的速度大小之比为1：20，已知质子的质量为m。
（1）写出核反应方程。
（2）求出质子的速度

在真空中，原来静止的原子核在进行衰变时，放出粒子的动能为E₀。假设衰变后产生的新核用字母Y表示，衰变时产生的能量全部以动能形式释放出来，真空中的光速为c，原子核的质量之比等于质量数之比，原子核的重力不计。
（1）写出衰变的核反应方程；
（2）求衰变过程中总的质量亏损。

一个运动的处于基态的氢原子与另一个静止的处于基态的氢原子发生完全非弹性碰撞时，可使这两个氢原子发生相同的能级跃迁，则运动的氢原子碰撞前的最小动能是多少？已知氢原子的电离能E=13.6eV.

氢原子基态能量E₁=－13.6eV，电子绕核做圆周运动的半径r₁=0.53×10^－10m. 求氢原子处于n=4激发态时：（1）原子系统具有的能量？（2）电子在n=4轨道上运动的动能？（已知能量关系，半径关系×10⁹Nm²/c²）