3.云室處在磁感應強度為B的勻強磁場中,一靜止的質量為M的原子核在云室中發生一次α衰變,α粒子的質量為m,電荷量為q,其運動軌跡在與磁場垂直的平面內,且軌道半徑為R,試求衰變過程中的質量虧損.(注:涉及動量問題時,虧損的質量可忽略不計)
解析:設放出的α粒子的速率為v,它在洛倫茲力作用下做半徑為R的勻速圓周運動.由牛頓第二定律,
知qvB=mv2/R
則mv=qBR
設衰變后剩余核的速度是v′,衰變過程中動量守恒(M-m)v′=mv.α粒子、剩余核的動能來源于虧損的質量,有
Δmc2=(M-m)v′2+mv2.
解得Δm=.
2.某核反應方程為H+H→He+X.已知H的質量為2.0136 u,H的質量為3.0180 u,He的質量為4.0026 u,X的質量為1.0087 u.則
(1)X是什么粒子?
(2)該反應釋放能量還是吸收能量?
解析:根據核反應前后質量數及電荷數守恒可得X為n(中子).
反應前的總質量為m1=2.0136 u+3.0180 u=5.0316 u,反應后的總質量為m2=4.0026 u+1.0087 u=5.0113 u,由于m1>m2,故反應過程中釋放能量.
答案:(1)中子(n) (2)釋放能量
1.(2009·福建高考)隨著現代科學的發展,大量的科學發現促進了人們對原子、原子核的認識,下列有關原子、原子核的敘述正確的是________.(填選項前的編號)
①盧瑟福α粒子散射實驗說明原子核內部具有復雜的結構
②天然放射現象表明原子核內部有電子
③輕核聚變反應方程有:H+H―→He+n
④氫原子從n=3能級躍遷到n=1能級和從n=2能級躍遷到n=1能級,前者躍遷輻射出的光子波長比后者的長
解析:盧瑟福α粒子散射實驗說明的是原子內部的結構而不是原子核內部的結構;天然放射現象說明原子核具有復雜的結構;氫原子從n=3能級躍遷到n=1能級放出的光子能量大于從n=2能級躍遷到n=1能級放出的光子能量,故前者波長小于后者.
答案:③
10.(1)下列關于光具有波粒二象性的敘述中正確的是 ( )
A.光的波動性與機械波、光的粒子性與質點都是等同的
B.大量光子產生的效果往往顯示出波動性,個別光子產生的效果往往顯示出
粒子性
C.光有波動性又有粒子性,是互相矛盾的,是不能統一的
D.光的頻率越高,波動性越顯著
(2)試通過分析比較,具有相同動能的中子和電子的物質波波長的大小.
解析:(1)光的波動性與機械波、光的粒子性與質點有本質的區別,A選項錯.大量光子顯示波動性,個別光子顯示粒子性,B選項對.光是把粒子性和波動性有機結合在一起的矛盾統一體,C選項錯.光的頻率越高,粒子性越顯著,D選項錯.故選B.
(2)粒子的動量p=,物質波的波長λ=
由mn>me,知pn>pe,則λn<λe.
答案:(1)B (2)λn<λe
9.一速度為v的高速α粒子(24He)與同方向運動的氖核(1020Ne)發生彈性正碰,碰后α粒子恰好靜止.求碰撞前后氖核的速度(不計相對論修正).
解析:設α粒子與氖核的質量分別為mα與mNe,氖核在碰撞前后的速度分別為vNe
與vNe′
由動量守恒與機械能守恒定律,有
mαv+mNevNe=mNevNe′ ①
mαv2+mNevNe2=mNevNe′2 ②
解得vNe=v ③
vNe′=v ④
已知= ⑤
將⑤式代入③④式得:vNe=v,vNe′=v.
答案:v v
8.已知某金屬表面接受波長為λ和2λ的單色光照射時,釋放出光電子的最大初動能分別為30 eV和10 eV,求能使此種金屬表面產生光電效應的入射光的極限波長為多少?(λ為未知量)
解析:設此種金屬的逸出功為W0,極限波長為λ0.由愛因斯坦光電效應方程:
h-W0=Ek1,h-W0=Ek2,h=W0
可得:λ0≈1.24×10-7 m.
答案:1.24×10-7 m
7.氫原子光譜除了巴耳末系外,還有賴曼系、帕邢系等,其中帕邢系的公式為=
R(-)(n=4,5,6,…),R=1.10×107 m-1.若已知帕邢系的氫原子光譜在紅外線區域,試求:
(1)n=6時,對應的波長;
(2)帕邢系形成的譜線在真空中的波速為多少?n=6時,傳播頻率為多大?
解析:(1)根據帕邢系公式=R(-),當n=6時,得λ≈1.09×10-6 m.
(2)帕邢系形成的譜線在紅外線區域,而紅外線屬于電磁波,在真空中以光速傳播,故波速為光速c=3×108 m/s,由c=λν得
ν== Hz≈2.75×1014 Hz.
答案:(1)1.09×10-6 m (2)3×108 m/s 2.75×1014 Hz
6.氫原子第n能級的能量為En=,其中E1是基態能量,而n=1,2,…,若一氫原子發射能量為-E1的光子后處于比基態能量高出-E1的激發態,則氫原子發射光子前、后分別處于第幾能級?
解析:設氫原子發射光子前、后分別處于第l與第m能級,則依題意有
-=-E1
-E1=-E1
解得:m=2,l=4.
答案:4 2
5.在氫原子中,如果電子從r1=0.53×10-10 m的軌道上,由于獲得能量而進入r2=2.12×10-10 m的軌道上做勻速圓周運動,求在該軌道上電子的動能是多少?(k=9.0×109 N·m2/C2)
解析:由于電子與原子核間的庫侖力充當向心力,
則k=
所以Ek=mv2=
= J≈5.4×10-19 J.
答案:5.4×10-19 J
4.盧瑟福和他的助手做α粒子轟擊金箔實驗,獲得了重要發現.
(1)關于α粒子散射實驗的結果,下列說法正確的是 ( )
A.證明了質子的存在
B.證明了原子核是由質子和中子組成的
C.證明了原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在一個很小的核里
D.說明了原子中的電子只能在某些軌道上運動
(2)在α粒子散射實驗中,現有一個α粒子以2.0×107 m/s的速度去轟擊金箔后,若金原子的核電荷數為79.求該α粒子與金原子核間的最近距離(已知帶電粒子在點電荷電場中的電勢能表達式為Ep=k,α粒子質量為6.64×10-27 kg).
解析:(1)α粒子散射實驗發現了原子內存在一個集中了全部正電荷和幾乎全部質量的核.數年后盧瑟福發現核內有質子并預測核內存在中子,所以C對,A、B錯.玻爾發現了電子軌道量子化,D錯.
(2)α粒子與原子核發生對心碰撞時所能達到的最小距離為d,mv2=k
d=
= m
≈2.7×10-14 m.
答案:(1)C (2)2.7×10-14 m
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