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简答题

在原子反应堆中,用石墨做减速剂,使铀核裂变产生的快中子通过与碳原子核发生碰撞而变成慢中子,从而控制核反应的速度.若中子每次与碳原子核发生的碰撞都是弹性正碰,并已知铀核裂变产生的快中子的初速度为v0,碳原子核的质量为中子质量的12倍.求(结果可用分数和指数表示):

(1)快中子与第一个静止的碳原子核碰撞后的速度大小;

(2)快中子连续与50个静止的碳原子核碰撞后的速度大小.

正确答案

(1)因为快中子与碳原子核发生弹性正碰,所以快中子与碳原子核相互作用过程中系统的动量和机械能均守恒.

设快中子的质量为m,碳原子核的质量为M,快中子与碳原子核发生第一次碰撞后快中子、碳原子核的速度分别为v1、v.

根据动量守恒定律有 mv0=mv1+Mv,①

根据机械能守恒定律有 mv02=mv12+Mv2

联立①②两式,可解得:v1=v0

将M=12m代入上式,可解得快中子第一次与碳原子核碰撞后的速度大小

v1=v0

(2)中子连续与碳原子核碰撞,设中子与第二个静止的碳原子核碰撞后的速度为v2,与第三个静止的碳原子核碰撞后的速度为v3…,与第50个静止的碳原子核碰撞后的速度为v50

因中子与每一个静止碳原子核碰撞过程中,中子与静止的碳原子核构成系统的动量和机械能均守恒.

同理可解得中子与第2个静止的碳原子核碰撞后的速度v2=v1

将v1=v0代入上式,解得v2=(2v0

中子与第3个静止的碳原子核碰撞后的速度v3=v2=(3v0

中子与第50个静止的碳原子核碰撞后的速度v50=(50v0

将M=12m代入上式,解得中子连续与第50个静止的碳原子核碰撞后的速度大小

v50=(50v0

答:(1)快中子与第一个静止的碳原子核碰撞后的速度大小为v0.

(2)快中子连续与50个静止的碳原子核碰撞后的速度大小为(50v0

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[物理选修3-5模块]

(1)下列说法中正确的是______.

A.卢瑟福通过实验发现了质子的核反应方程为24He+714N→817O+11H

B.铀核裂变的核反应是:92235U→56141Ba+3692Kr+201n

C.质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3.质子和中子结合成一个α粒子,释放的能量是:(m1+m2-m3)c2

D.原子从a能级状态跃迁到b能级状态时发射波长为λ1的光子;原子从b能级状态跃迁到c能级状态时吸收波长为λ2的光子,已知λ1>λ2.那么原子从a能级状态跃迁到c能级状态时将要吸收波长为的光子

(2)如图所示,质量M=0.040kg的靶盒A静止在光滑水平导轨上的O点,水平轻质弹簧一端栓在固定挡板P上

,另一端与靶盒A连接.Q处有一固定的发射器B,它可以瞄准靶盒发射一颗水平速度为v0=50m/s,质量m=0.010kg的弹丸,当弹丸打入靶盒A后,便留在盒内,碰撞时间极短.不计空气阻力.求弹丸进入靶盒A后,弹簧的最大弹性势能为多少?

正确答案

(1)A.卢瑟福通过实验发现了质子的核反应方程为24He+714N→817O+11H,故A正确.

B.铀核裂变的核反应是:92235U+01n→56141Ba+3692Kr+301n,故B错误.

C.质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3.质子和中子结合成一个α粒子,方程为:211H+201n→24He

释放的能量是:(2m1+2m2-m3)c2 ,故C错误.

D.原子从a能级状态跃迁到b能级状态时发射波长为λ1的光子;原子从b能级状态跃迁到c能级状态时吸收波长为λ2的光子,已知λ1>λ2.那么原子从a能级状态跃迁到c能级状态时将要吸收波长为的光子,故D正确.

故选AD.

(2)(1)弹丸进入靶盒A后,弹丸与靶盒A的共同速度设为v,由系统动量守恒得

 mv0=(m+M)v   

靶盒A的速度减为零时,弹簧的弹性势能最大,由系统机械能守恒得

 Ep=(m+M)v2  

解得:Ep=v02   

代入数值得  Ep=2.5J   

 故答案为:(1)AD.

(2)Ep=2.5J

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(选修模块3-5)

(1)下列说法中正确的是______

A.普朗克在研究黑体辐射问题时提出了能量子假说

B.光电效应、康普顿效应说明光具有粒子性

C.α粒子散射实验证明了原子核是由质子和中子组成的

D.天然放射现象的发现揭示了原子的核式结构

(2)请将下列两个核反应方程补充完整.

He+N→O+______       ②U+n→Xe+Sr+______

(3)在2010年温哥华冬奥会上,首次参赛的中国女子冰壶队喜获铜牌,如图为中国队员投掷冰壶的镜头.假设在此次投掷中,冰壶运动一段时间后以0.4m/s的速度与对方的静止冰壶发生正碰,碰后中国队的冰壶以0.1m/s的速度继续向前滑行.若两冰壶质量相等,则对方冰壶获得的速度为______ m/s.

正确答案

(1)A、普朗克在研究黑体辐射问题时提出了能量子假说,故A正确

B、光电效应、康普顿效应说明光具有粒子性,故B正确

C、α粒子散射实验的结果证明原子的核式结构,故C错误

D、然放射现象的发现揭示了原子核具有复杂的结构,故D错误

故选AB.

(2)①He+N→O+H      ②U+n→Xe+Sr+2n

(3)设冰壶的质量为m,冰壶碰撞过程中动量守恒,根据动量守恒定律得:

mv0=mv1+mv2

解得:v2=0.3m/s

故答案为:(1)AB;(2)H,2n(3)0.3

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(1)氦原子被电离一个核外电子,形成类氢结构的氦离子.已知基态的氦离子能量为E1=-54.4eV,氦离子能级的示意图如图1所在具有下列能量的光子中,不能被基态氦离子吸收的是______

A.60.3eV          B. 51.0eV

C.43.2eV          D.54.4eV

(2)一个静止的88226Ra,放出一个速度为2.22×107m/s的粒子,同时产生一个新核86222Rn,并释放出频率为ν=3×1019Hz的γ光子.写出这种核反应方程式______;这个核反应中产生的新核的速度为______;因γ辐射而引起的质量亏损为______.(已知普朗克常量h=6.63×10-34J•s)

(3)图2质量相等且m1、m2都等于1kg的两个小球在光滑的水平面上分别以速度v1=2m/s、v2=1m/s同向运动并发生对心碰撞,碰后m2被右侧的墙原速弹回,又与m1相碰,碰后两球都静止.求两球第一次碰后m2球的速度大小______.

正确答案

(1)60.3eV、54.4eV 的能量均可以使该离子电离,可以被吸收;51.0eV能量满足第四能级和基态的能级差,可以使离子吸收后跃迁到第4能级,可以被吸收;由能级图可知各能级之间的能量差没有等于43.2eV 的,故该光子不能被吸收,故ABD错误,C正确.

故选C.

(2)根据电荷数和质量数守恒可知该核反应方程为:88226Ra→86222Rn+24He;

反应前后动量守恒,设新核速度为V,设α质量为4m,则新核质量为222m,由动量守恒得:4mv=222mV,解得V=4×105m/s;

亏损的质量转化为能量以光子的形式放出,所以有:△E=mC2=hv,带入数据得△m=2.21×10-31kg.

故答案为:88226Ra→86222Rn+24He,4×105m/s,2.21×10-31kg.

(3)两次碰撞过程都满足动量守恒条件,所以有:

一次碰撞时,选择向右为正方向,有:m1v1+m2v2=m1 +m2   ①

第二次碰撞后都停止所以有:m1  -m2=0                       ②

联立①②可得:==1.5m/s

故两球第一次碰后m2球的速度大小为1.5m/s.

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(1)下列说法正确的是

[     ]

A.光电效应实验揭示了光的粒子性

B.某原子核经过一次α衰变后,核内质子数减少4个

C.重核的裂变过程质量增大,轻核的聚变过程有质量亏损

D.电子的衍射实验证实了物质波的假设是正确的

(2)如图所示,一对杂技演员(都视为质点)荡秋千时从A点(秋千绳OA处于水平位置)由静止出发绕悬点O下摆,当摆到最低点B时,男女演员在极短的时间内互相将对方沿水平方向推出,两人向相反方向做一平抛运动,并能安全落到地面。若女演员的落地点刚好在初始位置A点的正下方,且已知男演员质量是女演员质量的2倍,秋千的质量不计。秋千的绳长为R,O点距地面高度为5R,不计空气阻力。求男演员落地点C与O点的水平距离。

正确答案

(1)AD

(2)6.5R

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