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简答题

(1)某放射性元素的原子核经过三个半衰期后,有______%的原子核发生了衰变;

(2)氢原子的基态能量为-13.6eV,则所氢原子第三能级的能量为______eV.

(3)一个中子(n)以速度v0与某静止的原子核(X)结合在一起形成一个新原子核求新原子核速度的大小.

正确答案

(1)根据m=m0()3得,m=m0,知有的原子核发生了衰变.即有87.5%的原子核发生衰变.

(2)根据E3==eV=-1.51eV,知氢原子第三能级的能量为-1.51eV.

(3)设中子的质量为m,则新原子核的质量为(A+1)m,根据动量守恒定律有:mv0=(A+1)mv

解得新原子的核速度大小为:v=

故答案为:(1)87.5

(2)-1.51

(3)新原子核速度的大小为v=

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简答题

如图所示,有界匀强磁场的磁感应强度为B,区域足够大,方向垂直于纸面向里,直角坐标系XOY的Y轴为磁场的左边界,A为固定在X轴上的一个放射源,内装镭,镭核沿着+x方向释放一个α粒子后衰变成氡核(Rn),在Y轴上放有粒子接收器,移动粒子接收器,在N点能接收到α粒子,N点到O点的距离为l,已知OA间距离为,α粒子质量为m、电荷量为q,氡核的质量为M。

(1)写出镭核的衰变方程;

(2)求一个原来静止的镭核衰变时放出的能量。

正确答案

解:(1)衰变方程为

(2)镭核衰变放出α粒子和氡核,分别在磁场中做匀速圆周运动,α粒子射出Y轴时被粒子接收器接收。设α粒子在磁场中的轨道半径为R,其圆心位置如图中O'点,有

,解得

α粒子在磁场中做匀速圆周运动,有,即mv=qBR

α粒子的动能为

衰变过程中动量守恒,有mv=Mv'

氡核反冲的动能为

衰变释放能量为

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简答题

钚的放射性同位素静止时衰变为铀核激发态粒子,而铀核激发态立即衰变为铀核,并放出能量为光子。已知:粒子的质量分别为,衰变放出的光子的动量可忽略。

(1)写出衰变方程;

(2)将衰变产生的粒子垂直射入磁感应强度为B的同一匀强磁场,求粒子圆周运动的半径之比;

(3)求粒子的动能(结论保留4位有效数字)。

正确答案

解:(1)

或者

(2)

 

(3)

 

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填空题

下列说法正确的是(     )

正确答案

BC

衰变和衰变的规律及核反应过程中质量数和核电荷数守恒规律,可以先确定衰变的次数然后确定衰变的次数。

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简答题

钚的放射性同位素静止时衰变为铀核激发态和α粒子,而铀核激发态立即衰变为铀核,并放出能量为的γ光子。已知:和α粒子的质量分别为

(1)写出衰变方程;

(2)已知衰变放出的光子的动量可忽略,球α粒子的动能。

正确答案

解:(1)衰变方程为①,

或合起来有

(2)上述衰变过程的质量亏损为

放出的能量为

这能量是轴核的动能、α粒子的动能和γ光子的能量之和

由④⑤⑥式得

设衰变后的轴核和α粒子的速度分别为,则由动量守恒有

又由动能的定义知

由⑧⑨式得

由⑦⑩式得

代入题给数据得

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简答题

钚的放射性同位素23994Pu静止时衰变为铀核激发态23592U*和α粒子,而铀核激发态23592U*立即衰变为铀核23592U,并放出能量为0.097 MeV的γ光子。已知:23994Pu、23592U和α粒子的质量分别为mPu=239.0521 u、mU=235.0439 u和mα=4.002 6 u,1 u=931.5 MeV/c2

(1)写出衰变方程;

(2)已知衰变放出的光子的动量可忽略,求α粒子的动能。

正确答案

解:(1)衰变方程为:

(2)上述衰变过程的质量亏损为△m=mPu-mU-mα

放出的能量为△E=c2·△m ⑤

此能量是铀核23592U的动能Eu、α粒子的动能Eα和γ光子的能量Eγ之和△E=Eu+Eα+Eγ

由④⑤⑥式得Eu+Eα=(mPu-mu-mα)c2-Eγ

设衰变后的铀核和α粒子的速度分别为vU和vα,则由动量守恒有mUvU=mαvα

由动能的定义知

由⑧⑨式得

由⑦⑩式得

代入题给数据得Eα=5.034 MeV

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简答题

放射性同位素C被考古学家称为“碳钟”,可用它来测定古生物的年代,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C,C不稳定,易发生衰变,放出β射线,其半衰期为5730年.试写出有关的核反应方程.

(2)若测得一古生物遗骸中C的含量只有活体中的12.5%,则此遗骸的年代距今约有多少年?

正确答案

(1)根据电荷数守恒、质量数守恒知,核反应方程为:147N+n→146C+H 146C→147N+e.

(2)活体中146C含量不变,生物死亡后,146C开始衰变,设活体中146C的含量为m0,遗骸中为m,则由半衰期的定义得m=m0,即0.125=(tT,解得=3,所以t=3T=17190年.

答:(1)核反应方程为:147N+n→146C+H 146C→147N+e.

(2)此遗骸的年代距今约有17190年.

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简答题

(1)核裂变反应是目前核能利用中常用的反应.以原子核U为燃料的反应堆中,当俘获一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方式,其中一种可表示为U+n→Xe+Sr+Xn,已知U的质量为Mu,n的质量为Mn,Xe的质量为MxeSr的质量为Ms,光在真空的传播速度为C,则______

A.核反应方程中的X表示为2

B.核反应方程中的X表示为3

C.该核反应过程中放出的核能为(MU-MXe-MSr)C2

D.该核反应过程中放出的核能为(MU-MXe-MSr-2Mn)C2

(2)如图1为氢原子能级图,已知普朗克常量h=6.63×10-34J•s,则下列说法中正确的是______

A.一群处于n=4的氢原子跃迁后可能辐射出5种频率的光波

B.一群处于n=4的氢原子跃迁后可能辐射出6种频率的光波

C.氢原子从n=4跃迁到n=3时辐射出的光子能量为0.66eV

D.氢原子从n=4跃迁到n=3时辐射出的光波频率为1.59×1014Hz

(3)如图2所示,B是静止在水平地面上的长木板,B的质量为M=4.0kg.A是一质量为m=1.0kg的小物块,现给它一初速度v0=2.0m/s,使它从B板的左端开始向右滑动.已知地面是光滑的,而A与B之间有摩擦力,B木板足够长,求最后A、B以多大的速度做匀速运动.

正确答案

(1)A、根据电荷数守恒、质量数守恒,有236=94+139+X,解得X=3.故A错误,B正确.

C、根据爱因斯坦质能方程得,△E=△mc2=(MU-MXe-MSr-2Mn)c2,故C错误,D正确.

故选BD.

(2)A、根据=6知,一群处于n=4的氢原子跃迁后可能辐射出6种频率的光波.故A错误,B正确.

C、氢原子从n=4跃迁到n=3时辐射出的光子能量为E=-0.85+1.51eV=0.66eV.故C正确.

D、氢原子从n=4跃迁到n=3时辐射出的光子能量为0.66eV,根据v===1.59×1014Hz.故D正确.

故选BCD.

(3)当A、B速度相同时,一起做匀速直线运动,取A、B为系统,根据动量守恒定律有:

mv0=(m+M)v

解得:v==m/s=0.4m/s.

答:最后A、B以0.4m/s的速度做匀速运动.

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题型:填空题
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填空题

U衰变成Th,半衰期为27万年,一块U234中原来没有钍,经过54万年后,该矿石中的铀、钍质量之比为______.

正确答案

由公式m=M()tT知,经过54万年后,该矿石中的铀的质量剩余原来的,所以,铀、钍质量之比为1:3.

答案为1:3

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简答题

两个放射性元素样品A、B,当A有15/16的原子核发生衰变时,B恰好有63/64的原子核发生衰变,求A和B的半衰期之比TA :TB为多少?

正确答案

3:2

设这段时间为t ,由题知,A有1/16未发生衰变, B有1/64未发生衰变, 由衰变规律得

                         (2分)

                        (2分)

又因:                 (2分)

解之得:             (2分)

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