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隨著現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展,大量的科學(xué)發(fā)現(xiàn)促進(jìn)了人們對(duì)原子、原子核的認(rèn)識(shí),下列有關(guān)原子、原子核的敘述正確的是________.(填選項(xiàng)前的編號(hào))
①盧瑟福α粒子散射實(shí)驗(yàn)說明原子核內(nèi)部具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)
②天然放射現(xiàn)象表明原子核內(nèi)部有電子
③輕核聚變反應(yīng)方程有:H+H―→He+n
④氫原子從n=3能級(jí)躍遷到n=1能級(jí)和從n=2能級(jí)躍遷到n=1能級(jí),前者躍遷輻射出的光子波長(zhǎng)比后者的長(zhǎng)
【解析】:盧瑟福α粒子散射實(shí)驗(yàn)說明的是原子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)而不是原子核內(nèi)部的結(jié)構(gòu),故①錯(cuò);天然放射現(xiàn)象說明原子核具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu),而不是內(nèi)部有電子,故②錯(cuò);氫原子從n=3能級(jí)躍遷到n=1能級(jí)放出的光子能量大于從n=2能級(jí)躍遷到n=1能級(jí)放出的光子能量,故前者波長(zhǎng)小于后者,即④錯(cuò).由核反應(yīng)規(guī)律可知③正確.
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氣墊導(dǎo)軌工作時(shí)能夠通過噴出的氣體使滑塊懸浮從而基本消除掉摩擦力的影響,因此成為重要的實(shí)驗(yàn)器材,氣墊導(dǎo)軌和光電門、數(shù)字毫秒計(jì)配合使用能完成許多實(shí)驗(yàn).
現(xiàn)提供以下實(shí)驗(yàn)器材:(名稱、圖象、編號(hào)如圖所示)
利用以上實(shí)驗(yàn)器材還可以完成“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”的實(shí)驗(yàn),為完成此實(shí)驗(yàn),某同學(xué)將實(shí)驗(yàn)原理設(shè)定為:m1v0=(m1+m2)v
①針對(duì)此原理,我們應(yīng)選擇的器材編號(hào)為:__________;
②在我們所選的器材中:__________器材對(duì)應(yīng)原理中的m1(填寫器材編號(hào)).
【解析】:①題給原理是動(dòng)量守恒,故應(yīng)選擇器材為ABC.
②由題意知B對(duì)應(yīng)原理中的m1.
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1934年約里奧—居里夫婦用α粒子轟擊靜止的Al,發(fā)現(xiàn)了放射性磷P和另一種粒子,并因這一偉大發(fā)現(xiàn)而獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng).
(1)寫出這個(gè)過程的核反應(yīng)方程式.
(2)若該種粒子以初速度v0與一個(gè)靜止的12C核發(fā)生碰撞,但沒有發(fā)生核反應(yīng),該粒子碰后的速度大小為v1,運(yùn)動(dòng)方向與原運(yùn)動(dòng)方向相反,求碰撞后12C核的速度.
【解析】:(1)核反應(yīng)方程式為:He+Al―→P+n
(2)設(shè)該種粒子的質(zhì)量為m,則12C核的質(zhì)量為12m.由動(dòng)量守恒定律可得:mv0=m(-v1)+12mv2
解得:v2=
則碰撞后該種粒子運(yùn)動(dòng)方向與原粒子運(yùn)動(dòng)方向相同.
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某同學(xué)利用如圖所示的裝置驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律.圖中兩擺擺長(zhǎng)相同,懸掛于同一高度,A、B兩擺球均很小,質(zhì)量之比為1∶2.當(dāng)兩擺均處于自由靜止?fàn)顟B(tài)時(shí),其側(cè)面剛好接觸.向右上方拉動(dòng)B球使其擺線伸直并與豎直方向成45°角,然后將其由靜止釋放.結(jié)果觀察到兩擺球粘在一起擺動(dòng),且最大擺角為30°.若本實(shí)驗(yàn)允許的最大誤差為±4%,此實(shí)驗(yàn)是否成功地驗(yàn)證了動(dòng)量守恒定律?
【解析】:設(shè)擺球A、B的質(zhì)量分別為mA、mB,擺長(zhǎng)為l,B球的初始高度h1,碰撞前B球的速度為vB.在不考慮擺線質(zhì)量的情況下,根據(jù)題意及機(jī)械能守恒定律得h1=l(1-cos45°)①
mBv=mBgh1②
設(shè)碰撞前、后兩擺球的總動(dòng)量的大小分別為p1、p2,有
p1=mBvB③
聯(lián)立①②③式得p1=mB④
同理可得p2=(mB+mB)⑤
聯(lián)立④⑤式得=⑥
代入已知條件得()2=1.03⑦
由此可以推出||≤4%⑧
所以,此實(shí)驗(yàn)在規(guī)定的范圍內(nèi)驗(yàn)證了動(dòng)量守恒定律.
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如圖所示,一質(zhì)量為M的物塊靜止在桌面邊緣,桌面離水平地面的高度為h.一質(zhì)量為m的子彈以水平速度v0射入物塊后,以水平速度v0/2射出.重力加速度為g.求:
(1)此過程中系統(tǒng)損失的機(jī)械能;
(2)此后物塊落地點(diǎn)離桌面邊緣的水平距離.
【解析】:(1)設(shè)子彈穿過物塊后物塊的速度為v,由動(dòng)量守恒得mv0=m+Mv①
解得v=v0②
系統(tǒng)的機(jī)械能損失為
ΔE=mv-[m()2+Mv2]③
由②③式得ΔE=(3-)mv.④
(2)設(shè)物塊下落到地面所需時(shí)間為t,落地點(diǎn)距桌面邊緣的水平距離為s,則h=gt2⑤
s=vt⑥
由②⑤⑥式得s=.
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已知?dú)湓踊鶓B(tài)的電子軌道半徑r1=0.53×10-10 m,基態(tài)的能級(jí)值為E1=-13.6 eV.
(1)求電子在n=1的軌道上運(yùn)動(dòng)形成的等效電流.
(2)有一群氫原子處于量子數(shù)n=3的激發(fā)態(tài),畫出能級(jí)圖,在圖上用箭頭標(biāo)明這些氫原子能發(fā)出哪幾條光譜線.
(3)計(jì)算這幾條光譜線中最長(zhǎng)的波長(zhǎng).
【解析】:(1)電子繞核運(yùn)動(dòng)具有周期性,設(shè)運(yùn)轉(zhuǎn)周期為T,由牛頓第二定律和庫侖定律有:k=m2r1①
又軌道上任一處,每一周期通過該處的電荷量為e,由電流的定義式得所求等效電流I=②
聯(lián)立①②式得
I=
=× A
=1.05×10-3 A
(2)由于這群氫原子的自發(fā)躍遷輻射,會(huì)得到三條光譜線,如右圖所示.
(3)三條光譜線中波長(zhǎng)最長(zhǎng)的光子能量最小,發(fā)生躍遷的兩個(gè)能級(jí)的能量差最小,根據(jù)氫原子能級(jí)的分布規(guī)律可知,氫原子一定是從n=3的能級(jí)躍遷到n=2的能級(jí)
設(shè)波長(zhǎng)為λ,由h=E3-E2,得
λ=
=m
=6.58×10-7m
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2006年,我國(guó)自行設(shè)計(jì)并研制的“人造太陽”——托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置運(yùn)行獲得重大進(jìn)展,這標(biāo)志著我國(guó)已經(jīng)邁入可控?zé)岷朔磻?yīng)領(lǐng)域先進(jìn)國(guó)家行列.該反應(yīng)所進(jìn)行的聚變過程是H+H→He+n,反應(yīng)原料氘(H)富存于海水中,而氚(H)是放射性元素,自然界中不存在,但可以通過中子轟擊鋰核(Li)的人工核轉(zhuǎn)變得到.則:
(1)請(qǐng)把下列用中子轟擊鋰核(Li)產(chǎn)生一個(gè)氚核(H)和一個(gè)新核的人工核轉(zhuǎn)變方程填寫完整;
Li+________→________+H.
(2)在(1)中,每生產(chǎn)1 g的氚同時(shí)有多少個(gè)Li核實(shí)現(xiàn)了核轉(zhuǎn)變?(阿伏加德羅常數(shù)NA取6.0×1023mol-1)
(3)一個(gè)氘核和一個(gè)氚核發(fā)生核聚變時(shí),平均每個(gè)核子釋放的能量為5.6×10-13 J,求該核聚變過程中的質(zhì)量虧損.
【解析】:(1)Li+n→He+H
(2)因?yàn)?g氚為 mol,根據(jù)核反應(yīng)方程,實(shí)現(xiàn)核轉(zhuǎn)變的Li也為 mol,所以有2.0×1023個(gè)Li實(shí)現(xiàn)了核轉(zhuǎn)變.
(3)根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE=Δmc2.
核聚變反應(yīng)中有5個(gè)核子參加了反應(yīng),所以質(zhì)量虧損為Δm=3.1×10-29 kg.
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1930年科學(xué)家發(fā)現(xiàn)釙放出的射線貫穿能力極強(qiáng),它甚至能穿透幾厘米厚的鉛板,1932年,英國(guó)年輕物理學(xué)家查德威克用這種未知射線分別轟擊氫原子和氮原子,結(jié)果打出一些氫核和氮核,測(cè)量出被打出的氫核和氮核的速度,并由此推算出這種粒子的質(zhì)量.若未知射線均與靜止的氫核和氮核正碰,測(cè)出被打出的氫核最大速度為vH=3.3×107m/s,被打出的氮核的最大速度vN=4.5×106m/s,假定正碰時(shí)無機(jī)械能損失,設(shè)未知射線中粒子質(zhì)量為m,初速為v,質(zhì)子的質(zhì)量為m′.
(1)推導(dǎo)被打出的氫核和氮核的速度表達(dá)式;
(2)根據(jù)上述數(shù)據(jù),推算出未知射線中粒子的質(zhì)量m與質(zhì)子的質(zhì)量m′之比.(已知氮核質(zhì)量為氫核質(zhì)量的14倍,結(jié)果保留三位有效數(shù)字)
【解析】:(1)碰撞過程滿足動(dòng)量守恒且機(jī)械能守恒,與氫核碰撞時(shí)有mv=mv1+mHvH,mv2=mv+mHv,解之得vH=v,同理可得vN=v.
(2)由上面可得=,代入數(shù)據(jù)得==1.05.
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(1)原子處于基態(tài)時(shí)最穩(wěn)定,處于較高能級(jí)時(shí)會(huì)自發(fā)地向低能級(jí)躍遷.如圖所示為氫原子的能級(jí)圖.現(xiàn)讓一束單色光照射到大量處于基態(tài)(量子數(shù)n=1)的氫原子上,被激發(fā)的氫原子能自發(fā)地發(fā)出3種不同頻率的色光,則照射氫原子的單色光的光子能量為多少eV?用這種光照射逸出功為4.54 eV的金屬表面時(shí),逸出的光電子的最大初動(dòng)能是多少eV?
(2)靜止的Li核俘獲一個(gè)速度v1=7.7×104 m/s的中子而發(fā)生核反應(yīng),生成兩個(gè)新核.已知生成物中He的速度v2=2.0×104 m/s,其方向與反應(yīng)前中子速度方向相同.
①寫出上述反應(yīng)方程.
②求另一生成物的速度.
【解析】:(1)由C=3可知n=3,故照射光的光子能量為E3-E1=12.09 eV
由EK=hν-W知EK=(12.09-4.54)eV=7.55 eV.
(2)①核反應(yīng)方程式為L(zhǎng)i+n→H+He.
②設(shè)中子、氦核、新核的質(zhì)量分別為m1、m2、m3,
它們的速度分別為v1、v2、v3,
根據(jù)動(dòng)量守恒有:m1v1=m2v2+m3v3
v3==-1×103 m/s
負(fù)號(hào)說明新核運(yùn)動(dòng)方向與氦核相反.
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關(guān)于對(duì)楞次定律的理解,下面說法中正確的是:
A.感應(yīng)電流的方向總是要使它的磁場(chǎng)阻礙原來的磁通量的變化
B.感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向,總是跟原磁場(chǎng)方向相同
C.感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向,總是跟原磁碭方向相反
D.感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向可以跟原磁場(chǎng)方向相同,也可以相反
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