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    (2020-2022)三年高考物理真题分项汇编(全国通用)专题15 近代物理 Word版含解析

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    (2020-2022)三年高考物理真题分项汇编(全国通用)专题15 近代物理 Word版含解析

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    这是一份(2020-2022)三年高考物理真题分项汇编(全国通用)专题15 近代物理 Word版含解析,共25页。
    专题15 近代物理


    1、(2022·湖南卷·T1)关于原子结构和微观粒子波粒二象性,下列说法正确的是( )
    A. 卢瑟福的核式结构模型解释了原子光谱的分立特征
    B. 玻尔的原子理论完全揭示了微观粒子运动的规律
    C. 光电效应揭示了光的粒子性
    D. 电子束穿过铝箔后的衍射图样揭示了电子的粒子性
    【答案】C
    【解析】
    A.波尔的量子化模型很好地解释了原子光谱的分立特征,A错误;
    B.玻尔的原子理论成功的解释了氢原子的分立光谱,但不足之处,是它保留了经典理论中的一些观点,如电子轨道的概念,还不成完全揭示微观粒子的运动规律,B错误;
    C.光电效应揭示了光的粒子性,C正确;
    D.电子束穿过铝箔后的衍射图样,证实了电子的波动性,质子、中子及原子、分子均具有波动性,D错误。
    故选C。
    2、(2022·广东卷·T5)目前科学家已经能够制备出能量量子数n较大的氢原子。氢原子第n能级的能量为,其中。图是按能量排列的电磁波谱,要使的氢原子吸收一个光子后,恰好失去一个电子变成氢离子,被吸收的光子是(  )

    A. 红外线波段的光子 B. 可见光波段的光子
    C. 紫外线波段的光子 D. X射线波段的光子
    【答案】A
    【解析】
    要使处于n=20的氢原子吸收一个光子后恰好失去一个电子变成氢离子,则需要吸收光子的能量为

    则被吸收的光子是红外线波段的光子。
    故选A。
    3、(2022·山东卷·T1)碘125衰变时产生射线,医学上利用此特性可治疗某些疾病。碘125的半衰期为60天,若将一定质量的碘125植入患者病灶组织,经过180天剩余碘125的质量为刚植入时的(  )
    A. B. C. D.
    【答案】B
    【解析】
    设刚植入时碘的质量为,经过180天后的质量为m,根据

    代入数据解得

    故选B。
    4、(2022·全国甲卷·T17)两种放射性元素的半衰期分别为和,在时刻这两种元素的原子核总数为N,在时刻,尚未衰变的原子核总数为,则在时刻,尚未衰变的原子核总数为(  )
    A. B. C. D.
    【答案】C
    【解析】
    根据题意设半衰期为t0的元素原子核数为x,另一种元素原子核数为y,依题意有

    经历2t0后有

    联立可得

    在时,原子核数为x的元素经历了4个半衰期,原子核数为y的元素经历了2个半衰期,则此时未衰变的原子核总数为

    故选C。
    5、(2022·浙江6月卷·T14)秦山核电站生产的核反应方程为,其产物的衰变方程为。下列说法正确的是(  )
    A. X是 B. 可以用作示踪原子
    C. 来自原子核外 D. 经过一个半衰期,10个将剩下5个
    【答案】AB
    【解析】
    A.根据质量数守恒和电荷数守恒可知,X的质子数为1,中子数为1,即为,故A正确;
    B.常用的示踪原子有:,,,故B正确;
    C.由原子核内的一个中子转化为一个质子和一个电子,电子被释放出来,所以来自原子核内,故C错误;
    D.半衰期是一个统计规律,对于大量原子核衰变是成立的,个数较少时规律不成立,故D错误。
    故选AB。
    6、(2022·浙江6月卷·T7)如图为氢原子的能级图。大量氢原子处于n=3的激发态,在向低能级跃迁时放出光子,用这些光子照射逸出功为2.29eV的金属钠。下列说法正确的是(  )

    A. 逸出光电子的最大初动能为10.80eV
    B. n=3跃迁到n=1放出的光电子动量最大
    C. 有3种频率的光子能使金属钠产生光电效应
    D. 用0.85eV的光子照射,氢原子跃迁到n=4激发态
    【答案】B
    【解析】
    A.从n=3跃迁到n=1放出的光电子能量最大,根据

    可得此时最大初动能为

    故A错误;
    B.根据


    又因为从n=3跃迁到n=1放出光电子能量最大,故可知动量最大,故B正确;
    C.大量氢原子从n=3的激发态跃迁基态能放出种频率的光子,其中从n=3跃迁到n=2放出的光子能量为

    不能使金属钠产生光电效应,其他两种均可以,故C错误;
    D.由于从n=3跃迁到n=4能级需要吸收的光子能量为

    所以用0.85eV的光子照射,不能使氢原子跃迁到n=4激发态,故D错误。
    故选B。
    7、(2022·浙江1月卷·T14)2021年12月15日秦山核电站迎来了安全发电30周年,核电站累计发电约6.9×1011kW·h,相当于减排二氧化碳六亿多吨。为了提高能源利用率,核电站还将利用冷却水给周围居民供热。下列说法正确的是(  )

    A. 秦山核电站利用的是核聚变释放的能量
    B. 秦山核电站发电使原子核亏损的质量约为27.6kg
    C. 核电站反应堆中需要用镉棒控制链式反应的速度
    D. 反应堆中存在的核反应
    【答案】CD
    【解析】
    A.秦山核电站利用的是重核裂变变释放的能量,故A错误;
    B.原子核亏损的质量全部转化为电能时,约为

    核电站实际发电还要考虑到核能的转化率和利用率,则原子核亏损的质量大于27.6kg,故B错误;
    C.核电站反应堆中需要用镉棒能吸收中子的特性,通过中子的数量控制链式反应的速度,故C正确;
    D.反应堆利用铀235的裂变,生成多个中核和中子,且产物有随机的两分裂、三分裂,即存在的核反应,故D正确;
    故选CD。
    8、(2022·湖北·T1) 上世纪四十年代初,我国科学家王淦昌先生首先提出证明中微子存在的实验方案:如果静止原子核俘获核外K层电子e,可生成一个新原子核X,并放出中微子νe,即 + →X + 。根据核反应后原子核X的动能和动量,可以间接测量中微子的能量和动量,进而确定中微子的存在。下列说法正确的是(  )
    A. 原子核X是 B. 核反应前后的总质子数不变
    C. 核反应前后总质量数不同 D. 中微子的电荷量与电子的相同
    【答案】A
    【解析】
    AC.根据质量数守恒和电荷数守恒有,X的质量数为7,电荷数为3,可知原子核X是,A正确、C错误;
    B.由选项A可知,原子核X是,则核反应方程为 + → + ,则反应前的总质子数为4,反应后的总质子数为3,B错误;
    D.中微子不带电,则中微子的电荷量与电子的不相同,D错误。
    故选A。

    2021高考真题


    1.(2021·山东卷)在测定年代较近的湖泊沉积物形成年份时,常利用沉积物中半衰期较短的,其衰变方程为。以下说法正确的是(  )
    A.衰变方程中的X是电子
    B.升高温度可以加快的衰变
    C.与的质量差等于衰变的质量亏损
    D.方程中的X来自于内质子向中子的转化
    【答案】A
    【解析】
    A.根据质量数守恒和电荷数守恒可知,X是电子,A正确;
    B.半衰期非常稳定,不受温度,压强,以及该物质是单质还是化合物的影响,B错误;
    C.与和电子X的质量差等于衰变的质量亏损,C错误;
    D.方程中的X来自于内中子向质子的转化,D错误。
    故选A。
    2.(2021·河北卷)普朗克常量,光速为c,电子质量为,则在国际单位制下的单位是(  )
    A. B.m C. D.
    【答案】B
    【解析】
    根据可得它们的单位为:


    故选B。
    3.(2021·浙江卷)已知普朗克常量,电子的质量为,一个电子和一滴直径约为的油滴具有相同动能,则电子与油滴的德布罗意波长之比的数量级为(  )
    A. B. C. D.
    【答案】C
    【解析】
    根据德布罗意波长公式


    解得

    由题意可知,电子与油滴的动能相同,则其波长与质量的二次方根成反比,所以有


    代入数据解得

    所以C正确;ABD错误;
    故选C。
    4.(2021·广东卷)科学家发现银河系中存在大量的放射性同位素铝26,铝26的半衰期为72万年,其衰变方程为,下列说法正确的是(  )
    A.Y是氦核
    B.Y是质子
    C.再经过72万年,现有的铝26衰变一半
    D.再经过144万年,现有的铝26全部衰变
    【答案】C
    【解析】
    AB.根据核反应的质量数和电荷数守恒可知,该核反应是

    即Y是正电子,选项AB错误;
    CD.因72万年是一个半衰期,可知再过72万年,现有的铝26衰变一半;再过144万年,即两个半衰期,现有的铝26衰变四分之三,选项C正确,D错误;
    故选C。
    5.(2021·湖南卷)核废料具有很强的放射性,需要妥善处理。下列说法正确的是(  )
    A.放射性元素经过两个完整的半衰期后,将完全衰变殆尽
    B.原子核衰变时电荷数守恒,质量数不守恒
    C.改变压力、温度或浓度,将改变放射性元素的半衰期
    D.过量放射性辐射对人体组织有破坏作用,但辐射强度在安全剂量内则没有伤害
    【答案】D
    【解析】
    A.放射性元素的半衰期是大量的放射性元素衰变的统计规律,对少量的个别的原子核无意义,则放射性元素完全衰变殆尽的说法错误,故A错误;
    B.原子核衰变时满足电荷数守恒,质量数守恒,故B错误;
    C.放射性元素的半衰期是由原子核的自身结构决定的,而与物理环境如压力、温度或浓度无关,与化学状态无关,故C错误;
    D.过量放射性辐射包含大量的射线,对人体组织有破坏作用,但辐射强度在安全剂量内则没有伤害,故D正确;
    故选D。
    6.(2021·全国卷)如图,一个原子核X经图中所示的一系列、衰变后,生成稳定的原子核Y,在此过程中放射出电子的总个数为(  )

    A.6 B.8 C.10 D.14
    【答案】A
    【解析】
    由图分析可知,核反应方程为

    设经过次衰变,次衰变。由电荷数与质量数守恒可得

    解得

    故放出6个电子。
    故选A。
    7.(2021·全国卷)医学治疗中常用放射性核素产生射线,而是由半衰期相对较长的衰变产生的。对于质量为的,经过时间t后剩余的质量为m,其图线如图所示。从图中可以得到的半衰期为(  )


    A. B. C. D.
    【答案】C
    【解析】
    由图可知从到恰好衰变了一半,根据半衰期的定义可知半衰期为

    故选C。
    8.(2021·河北卷)银河系中存在大量的铝同位素,核衰变的衰变方程为,测得核的半衰期为72万年,下列说法正确的是(  )
    A.核的质量等于核的质量
    B.核的中子数大于核的中子数
    C.将铝同位素放置在低温低压的环境中,其半衰期不变
    D.银河系中现有的铝同位素将在144万年后全部衰变为
    【答案】C
    【解析】
    A.和的质量数均为相等,但是二者原子核中的质子数和中子数不同,所以质量不同,A错误;
    B.核的中子数为个,核的中子数为个,B错误;
    C.半衰期是原子核固有的属性,与外界条件无关,C正确;
    D.质量为的的半衰期为万年,经过万年为个半衰期,剩余质量为,不会全部衰变为,D错误。
    故选C。
    9.(2021·浙江卷)2020年12月我国科学家在量子计算领域取得了重大成果,构建了一台76个光子100个模式的量子计算机“九章”,它处理“高斯玻色取样”的速度比目前最快的超级计算机“富岳”快一百万亿倍。关于量子,下列说法正确的是(  )

    A.是计算机运算的一种程序 B.表示运算速度的一个单位
    C.表示微观世界的不连续性观念 D.类似于质子、中子的微观粒子
    【答案】C
    【解析】
    量子是不可分割的最小的单元,体现了物质的不连续性,即通常所说的“量子化”。
    故选C。
    10.(2021·浙江卷)下列说法正确的是(  )
    A.光的波动性是光子之间相互作用的结果
    B.玻尔第一次将“量子”入原子领域,提出了定态和跃迁的概念
    C.光电效应揭示了光的粒子性,证明了光子除了能量之外还具有动量
    D.α射线经过置于空气中带正电验电器金属小球的上方,验电器金属箔的张角会变大
    【答案】B
    【解析】
    A.在光的双缝干涉实验中,减小光的强度,让光子通过双缝后,光子只能一个接一个地到达光屏,经过足够长时间,仍然发现相同的干涉条纹。这表明光的波动性不是由光子之间的相互作用引起的,故A错误;
    B.玻尔第一次将量子观念引入原子领域,提出了定态和跃迁的概念,故B正确;
    C.光电效应揭示了光的粒子性,但是不能证明光子除了能量之外还具有动量,选项C错误;
    D.α射线经过置于空气中带正电验电器金属小球的上方时,会使金属球附近的空气电离,金属球吸引负离子而使验电器金属箔的张角会变小,选项D错误。
    故选B。
    11.(2021·浙江卷)对四个核反应方程(1);(2);(3);(4)。下列说法正确的是(  )
    A.(1)(2)式核反应没有释放能量
    B.(1)(2)(3)式均是原子核衰变方程
    C.(3)式是人类第一次实现原子核转变的方程
    D.利用激光引发可控的(4)式核聚变是正在尝试的技术之一
    【答案】CD
    【解析】
    A.(1)是 衰变,(2)是 衰变,均有能量放出,故A错误;
    B.(3)是人工核转变,故B错误;
    C.(3)式是人类第一次实现原子核转变的方程,故C正确;
    D.利用激光引发可控的(4)式核聚变是正在尝试的技术之一,故D正确。
    故选CD。
    12.(2021·浙江卷)如图所示是我国全超导托卡马克核聚变实验装置。2018年11月,该装置实现了1×108℃等离子体运行等多项重大突破,为未来和平利用聚变能量迈出了重要一步。关于核聚变,下列说法正确的是(  )

    A.聚变又叫热核反应
    B.太阳就是一个巨大的热核反应堆
    C.高温能使原子核克服核力而聚变
    D.对相同质量的核燃料,轻核聚变比重核裂变产能多
    【答案】ABD
    【解析】
    A.聚变又叫热核反应,选项A正确;
    B.太阳就是一个巨大的热核反应堆,选项B正确;
    C.要使轻核发生聚变,必须使它们的距离达到10-15m以内,核力才能起作用,那么热核反应时要将轻核加热到很高的温度,使它们具有足够的动能来克服核力而聚变在一起形成新的原子核,即高温能使轻核克服核力而聚变,但不是能使所有的原子核克服核力而聚变,选项C错误;
    D.对相同质量的核燃料,轻核聚变比重核裂变产能多,选项D正确;
    故选ABD。



    2020高考真题


    1.(2020·海南卷)100年前,卢瑟福猜想在原子核内除质子外还存在着另一种粒子X,后来科学家用粒子轰击铍核证实了这一猜想,该核反应方程为:,则( )
    A.,,X是中子
    B.,,X是电子
    C.,,X是中子
    D.,,X是电子
    【答案】A
    【解析】
    根据电荷数和质量数守恒,则有

    解得m=1,n=0,故X是中子
    故选A。
    2.(2020·北京卷)氢原子能级示意如图。现有大量氢原子处于能级上,下列说法正确的是(  )

    A.这些原子跃迁过程中最多可辐射出2种频率的光子
    B.从能级跃迁到能级比跃迁到能级辐射的光子频率低
    C.从能级跃迁到能级需吸收的能量
    D.能级的氢原子电离至少需要吸收的能量
    【答案】C
    【解析】
    A.大量氢原子处于能级跃迁到最多可辐射出种不同频率的光子,故A错误;
    B.根据能级图可知从能级跃迁到能级辐射的光子能量为

    从能级跃迁到能级辐射的光子能量为

    比较可知从能级跃迁到能级比跃迁到能级辐射的光子频率高,故B错误;
    C.根据能级图可知从能级跃迁到能级,需要吸收的能量为

    故C正确;
    D.根据能级图可知氢原子处于能级的能量为-1.51eV,故要使其电离至少需要吸收1.51eV的能量,故D错误;
    故选C。
    3.(2020·天津卷)在物理学发展的进程中,人们通过对某些重要物理实验的深入观察和研究,获得正确的理论认识。下列图示的实验中导致发现原子具有核式结构的是( )
    A. B.
    C. D.
    【答案】D
    【解析】
    A.双缝干涉实验说明了光具有波动性,故A错误;
    B.光电效应实验,说明了光具有粒子性,故B错误;
    C.实验是有关电磁波的发射与接收,与原子核无关,故C错误;
    D.卢瑟福的α粒子散射实验导致发现了原子具有核式结构,故D正确;
    故选D。
    4.(2020·江苏卷)“测温枪”(学名“红外线辐射测温仪”)具有响应快、非接触和操作方便等优点。它是根据黑体辐射规律设计出来的,能将接收到的人体热辐射转换成温度显示。若人体温度升高,则人体热辐射强度I及其极大值对应的波长的变化情况是(  )
    A.I增大,增大 B.I增大,减小
    C.I减小,增大 D.I减小,减小
    【答案】B
    【解析】
    黑体辐射的实验规律如图

    特点是,随着温度升高,各种波长的辐射强度都有增加,所以人体热辐射的强度增大;随着温度的升高,辐射强度的峰值向波长较短的方向移动,所以减小。
    故选B。
    5.(2020·山东卷)氚核发生β衰变成为氦核。假设含氚材料中发生β衰变产生的电子可以全部定向移动,在3.2104 s时间内形成的平均电流为5.010-8 A。已知电子电荷量为1.610-19 C,在这段时间内发生β衰变的氚核的个数为(  )
    A. B. C. D.
    【答案】B
    【解析】
    根据

    可得产生的电子数为

    因在β衰变中,一个氚核产生一个电子,可知氚核的个数为1.0×1016个。
    故选B.
    6.(2020·浙江卷)下列说法正确的是(  )
    A.质子的德布罗意波长与其动能成正比
    B.天然放射的三种射线,穿透能力最强的是射线
    C.光电效应实验中的截止频率与入射光的频率有关
    D.电子束穿过铝箔后的衍射图样说明电子具有波动性
    【答案】D
    【解析】
    A.由公式

    可知质子的德布罗意波长,,故A错误;
    B.天然放射的三种射线,穿透能力最强的是射线,故B错误;
    C.由

    当,可知截止频率与入射光频率无关,由材料决定,故C错误;
    D.电子束穿过铝箱后的衍射图样说明电子具有波动性,故D正确。
    故选D。
    7.(2020·全国卷)氘核可通过一系列聚变反应释放能量,其总效果可用反应式表示。海水中富含氘,已知1kg海水中含有的氘核约为1.0×1022个,若全都发生聚变反应,其释放的能量与质量为M的标准煤燃烧时释放的热量相等;已知1 kg标准煤燃烧释放的热量约为2.9×107 J,1 MeV= 1.6×10–13J,则M约为(  )
    A.40 kg B.100 kg C.400 kg D.1 000 kg
    【答案】C
    【解析】
    氘核可通过一系列聚变反应释放能量,其总效果可用反应式

    则平均每个氘核聚变释放的能量为

    1kg海水中含有的氘核约为1.0×1022个,可以放出的总能量为

    由可得,要释放的相同的热量,需要燃烧标准煤燃烧的质量

    8.(2020·浙江卷)下列说法正确的是( )
    A.射线的穿透能力比射线强
    B.天然放射现象说明原子具有复杂的结构
    C.核聚变中平均每个核子放出的能量比裂变中平均每个核子的小
    D.半衰期跟放射性元素以单质或化合物形式存在无关
    【答案】D
    【解析】
    A.射线可以被一张A4纸挡住,而射线可以穿透几厘米厚的铅板,所以射线的穿透能力比射线的穿透能力强,故A错误;
    B.天然放射现象说明原子核具有复杂结构,故B错误;
    C.聚变前要先使原有的原子结构破坏,发生类似裂变,然后重新组合成新的原子发生聚变,有质量亏损会对外再次释放能量,因此核聚变中平均每个核子放出的能量比裂变中平均每个核子的大,故C错误;
    D.半衰期是放射性元素固有的属性,和元素存在的形式无关,故D正确。
    故选D.
    9.(2020·浙江卷)太阳辐射的总功率约为,其辐射的能量来自于聚变反应。在聚变反应中,一个质量为(c为真空中的光速)的氘核()和一个质量为的氚核()结合为一个质量为的氦核(),并放出一个X粒子,同时释放大约的能量。下列说法正确的是(  )
    A.X粒子是质子
    B.X粒子的质量为
    C.太阳每秒因为辐射损失的质量约为
    D.太阳每秒因为辐射损失的质量约为
    【答案】BC
    【解析】
    A.由质量数和电荷数守恒可知,X的质量数为1,电荷数为0,则X为中子,选项A错误;
    B.根据能量关系可知

    解得,选项B正确;
    C.太阳每秒放出的能量

    损失的质量

    选项C正确;
    D.因为

    则太阳每秒因为辐射损失的质量为

    选项D错误。
    故选BC。
    10.(2020·全国卷)1934年,约里奥—居里夫妇用α粒子轰击铝箔,首次产生了人工放射性同位素X,反应方程为:。X会衰变成原子核Y,衰变方程为,则(  )
    A.X的质量数与Y的质量数相等 B.X的电荷数比Y的电荷数少1
    C.X的电荷数比的电荷数多2 D.X的质量数与的质量数相等
    【答案】AC
    【解析】
    设和的质子数分别为和,质量数分别为和,则反应方程为

    根据反应方程质子数和质量数守恒,解得


    解得
    , , ,
    AC.的质量数()与的质量数()相等,比的质量数多3,故A正确,D错误;
    BC.X的电荷数()比Y的电荷数()多1,比的电荷数多2,故B错误,C正确;
    故选AC。
    11.(2020·全国卷)下列核反应方程中,X1,X2,X3,X4代表α粒子的有(  )
    A. B.
    C. D.
    【答案】BD
    【解析】
    α粒子为氦原子核He,根据核反应方程遵守电荷数守恒和质量数守恒,A选项中的X1为He,B选项中的X2为He,C选项中的X3为中子n,D选项中的X4为He。
    故选BD。
    12.(2020·浙江卷)如图所示,波长为和的两种单色光射入三棱镜,经折射后射出两束单色光a和b,则这两束光( )

    A.照射同一种金属均有光电子逸出,光电子最大初动能
    B.射向同一双缝干涉装置,其干涉条纹间距
    C.在水中的传播速度
    D.光子动量
    【答案】BD
    【解析】
    A.根据光路图可知三棱镜对b光的偏折程度更大,所以b光折射率大,频率高,波长短。根据光电效应方程:

    因为,所以,故A错误;
    B.根据双缝干涉条纹间距公式:

    因为,所以,故B正确;
    C.介质中传播速度:

    因为,所以,故C错误;
    D.根据光子动量的公式:

    因为,所以,故D正确。
    故选BD.
    13.(2020·浙江卷)由玻尔原子模型求得氢原子能级如图所示,已知可见光的光子能量在1.62eV到3.11eV之间,则( )

    A.氢原子从高能级向低能级跃迁时可能辐射出射线
    B.氢原子从的能级向的能级跃迁时会辐射出红外线
    C.处于能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线并发生电离
    D.大量氢原子从能级向低能级跃迁时可辐射出2种频率的可见光
    【答案】CD
    【解析】
    A.射线为重核衰变或裂变时才会放出,氢原子跃迁无法辐射射线,故A错误;
    B.氢原子从的能级向的能级辐射光子的能量:

    在可见光范围之内,故B错误;
    C.氢原子在能级吸收的光子能量就可以电离,紫外线的最小频率大于,可以使处于能级的氢原子电离,故C正确;
    D.氢原子从能级跃迁至能级辐射光子的能量:

    在可见光范围之内;同理,从的能级向的能级辐射光子的能量也在可见光范围之内,所以大量氢原子从能级向低能级跃迁时可辐射出2种频率的可见光,故D正确。
    故选CD.
    14.(2020·江苏卷)大量处于某激发态的氢原子辐射出多条谱线,其中最长和最短波长分别为和,则该激发态与基态的能量差为_____,波长为的光子的动量为_____。(已知普朗克常量为h,光速为c)
    【答案】
    【解析】
    [1]根据可知波长越短,对应光子的频率越大,对应跃迁的能级差越大;可知最短波长对应基态到激发态的能量差最大,结合得

    [2]波长为对应的光子动量为

    15.(2020·浙江卷)通过测量质子在磁场中的运动轨迹和打到探测板上的计数率(即打到探测板上质子数与衰变产生总质子数N的比值),可研究中子()的衰变。中子衰变后转化成质子和电子,同时放出质量可视为零的反中微子。如图所示,位于P点的静止中子经衰变可形成一个质子源,该质子源在纸面内各向均匀地发射N个质子。在P点下方放置有长度以O为中点的探测板,P点离探测板的垂直距离为a。在探测板的上方存在方向垂直纸面向里,磁感应强度大小为B的匀强磁场。
    已知电子质量,中子质量,质子质量(c为光速,不考虑粒子之间的相互作用)。
    若质子的动量。
    (1)写出中子衰变的核反应式,求电子和反中微子的总动能(以为能量单位);
    (2)当,时,求计数率;
    (3)若取不同的值,可通过调节的大小获得与(2)问中同样的计数率,求与的关系并给出的范围。

    【答案】(1) (2) (3)
    【解析】
    (1)核反应方程满足质量数和质子数守恒:

    核反应过程中:

    根据动量和动能关系:

    则总动能为:

    (2)质子运动半径:

    如图甲所示:

    打到探测板对应发射角度:

    可得质子计数率为:

    (3)在确保计数率为的情况下:

    即:
    如图乙所示:

    恰能打到探测板左端的条件为:

    即:


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