高中物理综合题

由于激光是亮度高、平行度好、单色性好的相干光，所以光导纤维中用激光作高速传输信息的载体.要使射到粗细均匀的圆形光导纤维的一个端面上的激光束都能从另一个端面射出，而不会从侧壁“泄漏”出来，那么光导纤维所用的材料的折射率至少应是多少呢？

一台二氧化碳激光器发出的激光功率为P="1" 000 W，出射光束截面积为A="1" mm²,这束光垂直射到温度为T="273" K，厚度为d="2" cm的铁板上，如果有80%的光束能量被激光照射到那一小部分铁板所吸收，并使其熔化成与光束等截面积的直圆柱孔，需要多少时间？铁的有关参数：热容量c="26.6" J/mol·K，密度ρ=7.90×10³ kg/m³,熔点T_m="1" 798 K,熔解热L=1.49×10⁴ J/mol,摩尔质量U=56×10^-3 kg。

由于激光是亮度高、平行度好、单色性好的相干光，所以光导纤维中用激光作为信息高速传输的载体，要使射到粗细均匀的圆形光导纤维一个端面上的激光束都能从另一个端面射出，而不会从侧壁“泄漏”出来，光导纤维所用材料的折射率至少应为多大？

如图13-8-3所示，一水平放置的圆盘绕竖直固定轴转动，在圆盘上沿半径开有一条宽度为2 mm的均匀狭缝.将激光器与传感器上下对准，使二者间连线与转轴平行，分别置于圆盘的上下两侧，且可以同步地沿圆盘半径方向匀速移动，激光器连续向下发射激光束.在圆盘转动过程中，当狭缝经过激光器与传感器之间时，传感器接收到一个激光信号，并将其输入计算机，经处理后画出相应图线.图(a)为该装置示意图，图(b)为所接收的光信号随时间变化的图线，横坐标表示时间，纵坐标表示接收到的激光信号强度，图中Δt₁=1.0×10^-3 s，Δt₂=0.8×10^-3 s.

图13-8-3
(1)利用图(b)中的数据求1 s时圆盘转动的角速度；
(2)说明激光器和传感器沿半径移动的方向；
(3)求图(b)中第三个激光信号的宽度Δt₃.

天文学家测得银河系中氦的含量约为25%.有关研究表明，宇宙中氦生成的途径有两条:一是在宇宙诞生后2分钟左右生成的；二是在宇宙演化到恒星诞生后，由恒星内部的氢核聚变反应生成的.
(1)把氢核聚变反应简化为4个氢核聚变成氦核，同时放出两个正电子和2个中微子(ν₀)，请写出氢核聚变反应的方程，并计算一次反应释放的能量;
(2)研究表明，银河系的年龄约为t＝3.8×10¹⁷ s，每秒钟银河系产生的能量约为1×10³⁷ J(即P＝1×10³⁷ J/s).现假定该能量全部来自上述氢核聚变反应，试估算银河系中氦的含量(最后结果保留一位有效数字);
(3)根据你的估算结果，对银河系中氦的主要生成途径作出判断.
(可能用到的数据:银河系质量约为M＝3×10⁴¹ kg，原子质量单位1 u＝1.66×10^－27kg，1 u相当于1.5×10^－10 J的能量，电子质量m_e＝0.000 5 u，氦核质量m_α＝4.002 6 u，氢核质量m_H＝1.007 8 u，中微子质量为零)

太阳内部进行着剧烈的氢核聚变反应,氦核是由4个质子生成,同时有正电子放出,正电子又会和负电子湮没成为一对光子,在这一核反应过程中放出4.5×10^-12 J能量,已知现在太阳每秒辐射5.0×10²⁶ J能量.
(1)写出上述两个核反应方程;
(2)计算出太阳每秒产生的氦核数目及每年减少的质量.(保留两位有效数字)

已知氘核质量为2.013 6 u，中子质量为1.008 7 u,He核的质量为3.015 0 u；
(1)写出两个氘核聚变成He核反应方程；
(2)计算上述核反应中释放的核能；
(3)若两个氘核以相等的动能0.35 MeV作对心碰撞即可发生上述核反应，其释放的核能全部转化为机械能，则反应中生成的He核和中子的动能各是多少?

已知氘核的质量为2.013 6 u，中子的质量为1.008 7 u，的质量为3.015 0 u.
（1）写出两个氘核聚变成的核反应方程;
（2）计算上述核反应中释放的核能;
（3）若两氘核以相等的动能0.35 MeV做对心碰撞，即可发生上述核反应，且释放的核能全部转化为机械能，则反应中生成的³₂He核和中子的动能各是多少？

1964年10月16日，我国在新疆罗布泊沙漠成功地进行了第一颗原子弹的爆炸试验，结束了中国的无核时代.
原子弹爆炸实际上是利用铀核在裂变时释放出很大能量，当裂变物质的体积超过临界体积而爆炸.
（1）完成核裂变反应方程式.
+200 MeV.
(2)铀原子核裂变能够自动持续下去的反应叫什么？产生这种反应的条件是什么？

静止状态的放射性原子核镭（），为了测α粒子的动能E_α，让其垂直飞入B="1" T的匀强磁场里，测得α粒子做匀速圆周运动的半径为0.2 m.求：
（1）Ra的衰变核反应方程式;
（2）α粒子的动能E_k.

中子的质量为1.008 7 u,质子的质量为1.007 3 u，氘核的质量为2.013 6 u,求中子和质子结合成氘核时释放的能量.

利用反应堆工作时释放出的热能使水汽化以推动汽轮发电机发电，这就是核电站.核电站消耗的“燃料”很少，但功率却很大.目前，核能发电技术已经成熟，我国已具备了发展核电的基本条件.
（1）核反应堆中的“燃料”是，完成下面的核反应方程式.
(2)一座100万千瓦的核电站，每年需要多少吨浓缩铀？已知铀核的质量为235.043 9 u，中子质量为1.008 7 u，锶（Sr）核的质量为89.907 7 u，氙（Xe）核的质量为135.907 2 u，1 u=1.66×10^-27 kg，浓缩铀中铀235的含量占2％.
(3)同样功率（100万千瓦）的火力发电站，每年要消耗多少吨标准煤？(已知标准煤的热值为2.93×10⁴ kJ/kg)
(4)为了防止铀核裂变产物放出的各种射线对人体的危害和对环境的污染，需采取哪些措施？（举两种）

放射性同位素被考古学家称为“碳钟”，它可用来断定古生物体的年代.此项研究获得1960年诺贝尔化学奖.
(1)宇宙射线中高能量的中子碰到空气中的氮原子后,会形成(很不稳定,易发生衰变,其半衰期为5 730年),放出β射线.试写出有关的核反应方程.
(2)若测得一古生物遗骸中含量只有活体中的12.5%,则此遗骸的年代约有多少年?

利用反应堆工作时释放出的热能使水汽化以推动汽轮发电机发电,这就是核电站.核电站消耗的“燃料”很少,但功率却很大.目前,我国核能发电技术已经成熟,已经具备了发展核电的基本条件.
(1)核反应堆中的“燃料”是,完成下面的核反应方程式
+→.
(2)一座100万千瓦的核电站,每年需要多少千克浓缩铀?已知铀核的质量为235.043 9 u,氙（Xe）的质量为135.907 2 u，锶（Sr）的质量为89.907 7 u,中子质量为1.008 7 u,1 u=1.66×10^-27 kg,浓缩铀中铀235的含量占2%.

已知氘核质量为2.013 6 u，中子质量为1.008 7 u,的质量为3.015 0 u.
(1)写出两个氘核聚变成的核反应方程；
(2)计算上述核反应中释放的核能；
(3)若两氘核以相等的动能0.35　MeＶ做对心碰撞即可发生上述核反应，且释放的核能
全部转化为机械能，则反应中生成的和中子的动能各是多少?