原子物理题选

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1、八、（20分）质了数与屮了数互换的核互为镜像核，例如3//"是3丹的镜像核，同样3//是3He的镜像核。已知和‘居原子的质量分别是加3〃=3.016050“和叫"=3.016029m,中子和质子质量分别是叫=1.008665“和®=1.007825“hi9315=^^MeV,式中c为光速，静电力常量£e2式小e为电子的电荷量。1、试计算和的结合能之差为多少MeV。2、已知核子间相互作用的“核力”与电荷儿乎没有关系，乂知质子和中子的半径近似相等，试说明上面所求的结合能差主要是由什么原因造成的。并由此结合能Z差来估计核子半径3、实验表明，核子可以被近

2、似地看成是半径「N恒定的球休；核子数A较大的原子核可以近似地被看成是半径为R的球体。根据这两点，试用一个简单模型找出R与A的关系式；利用木题第2问所求得的rN的估计值求出此关系式中的系数;用所求得的关系式计算208Pb核的半径心畀七、（16分）串列静电加速器是加速质子、重离了进行核物理基础研究以及核技术应用研究的设备，右图是其构造示意图。S是产牛.负离子的装置，称为离子源；屮间部分N为充有氮气的管道，通过高压装置H使其对地有5.00xl（）6V的高压。现将氢气通人离子源S,S的作用是使氢分子变为氢原子，并使氢原子粘附上一个电子，成为带有一个电子电

3、量的氢负离子。氢负离子（具初速度为0）在静电场的作用卜，形成高速运动的氢负离子束流，氢负离了束射入管道N示将与氮气分了发生相互作用，这种作用可使人部分的氢负离了失去粘附在它们上面的多余的电了而成为氢原了，又可能进一步剥离掉氢原了的电了使它成为质子。己知氮气与带电粒子的相互作用不会改变粒子的速度。质子在电场的作用下由N飞向串列静电加速器的终端靶子T。试在考虑相対论效应的情况下，求质子到达T时的速度V。电了电荷量g=L60xl（r“C,质了的静止质量加°=1.673x10-7kgo七、（20分）今年是我国著名物理学家、曾任浙江人学物理系主任的王泠昌先

4、生诞生一百周年。王先生早在1941年就发表论文，提出了一种探测中微子的方案：幺原子核可以俘获原子的K层电子而成为？乙的激发态（I乙丁，并放出中微子（当时写作耳）7Be+e—＞（7L/）*+〃而（7Lz）*又可以放出光了/而回到菇态了山CLiy^Li+yrh于中微了木身很难直接观测，能过对上述过程相关物理量的测量，就可以确定中微了的存在，1942年起，美国物理学家艾伦（R.Davis）等人根据王冷昌方案先后进行了实验，初步证实了中微子的存在。1953年美国人莱因斯（F.Mines）在实验中首次发现了中微子,莱因斯与发现轻子的美国物理学家佩尔（M.L

5、.Pcrl）分享了1995年诺贝尔物理学奖。现用王冷昌的方案来估算中微了的质量和动量。若实验中测得锂核（?Li）反冲能虽（即了山的动能）的最大值乞=56.6s,了光了的能fi/?7=0.48M^o已知有关原了核和电了静止能虽的数据为加厶jC，=6533.84A/（?v；tnBec2=6534.19A/^v；mec2=0.5Mev0设在第一个过程中JBe核是静止的，K层电子的动能也nJ忽略不计。试由以上数据，算出的屮微了的动能Pn和静」上质罐伽各为多少？七、（20分）1•设想光了能量为E的单色光垂肓入射到质量为M、以速度V沿光入射方向运动的理想反

6、射镜（无吸收）上，试用光了与镜了碰撞的观点确定反射光的光了能量E〔可取以下近似:EV

7、—«—«1McC,其中c为光速.2.若在上述问题屮单色光的强度为①，试求反射光的强度4（可以近似认为光子撞击镜了后，镜了的速度仍为V）.光的强度定义为单位时间内通过垂直于光传播方向单位面积的光子的能量.五、（15分）半导体PN结太阳能电池是根据光牛伏打效应工作的。当有光照射PN结时，PN结两端会产牛电势差，这就是光牛伏打效应。当PN结两端接有负载时，光照使PN结内部产牛•山负极指向正极的电流即光电流，照射光的强度恒定时，光电流也是恒定的，已知该光电流为％;同时，

8、PN结又是一个二极悖，当冇电流通过负载时，负载两端的电压V使二极管正向导通，其电流为/D=/O（Z^-1）式中旳和在一定条件下均为已知常数。（1）在照射光的强度不变时，通过负载的电流1与负载两端的电压V的关系式1=•太阳能电池的短路电流/尸，开路电压Uoc=.负载功率P=.（2）已知一硅PN结太阳能电池的％=95mA,xlO'9mA,Vt-0.026V.则此太阳能电池的开路电压VV.若太阳能电池输出功率最大时，伏在两端的电压可近似表示为匕严岭In,节，则Vwp=V.太阳能电池输出的最大功率Pmax=mW.若负载为欧姆电阻，则输出最大功率时，负载电

9、阻/?=1+%/岭Q.八、（20分）有一核反应其反应式为反应中所有粒子的速度均远小于光速。试问：（1）它是吸能反应还是放能反应，反应能Q