相對(duì)論原子物理.doc

全國中學(xué)生物理競(jìng)賽試題21到25屆（原子物理相對(duì)論）第21屆全國中學(xué)生物理競(jìng)賽預(yù)賽題試卷一、（15分）填空1a原子大小的數(shù)量級(jí)為_m。b原子核大小的數(shù)量級(jí)為_m。c氦原子的質(zhì)量約為_kg。d一個(gè)可見光光子的能量的數(shù)量級(jí)為_J。e在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，1cm3 氣體中的分子數(shù)約為_。（普朗克常量 h6.631034Js 阿伏加德羅常量 NA6.021023 mol1）第21屆全國中學(xué)生物理競(jìng)賽復(fù)賽題試卷三、(15分)m子在相對(duì)自身靜止的慣性參考系中的平均壽命宇宙射線與大氣在高空某處發(fā)生核反應(yīng)產(chǎn)生一批m子，以v = 0.99c的速度（c為真空中的光速）向下運(yùn)動(dòng)并衰變根據(jù)放射性衰變定律，相對(duì)給定慣性參考系，若t = 0時(shí)刻的粒子數(shù)為N(0), t時(shí)刻剩余的粒子數(shù)為N(t)，則有，式中t為相對(duì)該慣性系粒子的平均壽命若能到達(dá)地面的m子數(shù)為原來的5，試估算m子產(chǎn)生處相對(duì)于地面的高度h不考慮重力和地磁場(chǎng)對(duì)m子運(yùn)動(dòng)的影響第22屆全國中學(xué)生物理競(jìng)賽預(yù)賽題試卷一、（10分）在橫線上填上恰當(dāng)?shù)膬?nèi)容1在2004年6月10日聯(lián)合國大會(huì)第58次會(huì)議上，鼓掌通過一項(xiàng)決議。決議摘錄如下：聯(lián)合國大會(huì)，承認(rèn)物理學(xué)為了解自然界提供了重要基礎(chǔ)，注意到物理學(xué)及其應(yīng)用是當(dāng)今眾多技術(shù)進(jìn)步的基石，確信物理教育提供了建設(shè)人類發(fā)展所必需的科學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施的工具，意識(shí)到2005年是愛因斯坦科學(xué)發(fā)現(xiàn)一百周年，這些發(fā)現(xiàn)為現(xiàn)代物理學(xué)奠定了基礎(chǔ)， ； ；宣告2005年為 年2愛因斯坦在現(xiàn)代物理學(xué)領(lǐng)域作出了很多重要貢獻(xiàn)，試舉出其中兩項(xiàng)： ； 四、（20分）處在激發(fā)態(tài)的氫原子向能量較低的狀態(tài)躍遷時(shí)會(huì)發(fā)出一系列不同頻率的光，稱為氫光譜氫光譜線的波長(zhǎng)l 可以用下面的巴耳末里德伯公式來表示n，k分別表示氫原子躍遷前后所處狀態(tài)的量子數(shù)，對(duì)于每一個(gè)k，有，R稱為里德伯常量，是一個(gè)已知量對(duì)于的一系列譜線其波長(zhǎng)處在紫外線區(qū)，稱為賴曼系；的一系列譜線其波長(zhǎng)處在可見光區(qū)，稱為巴耳末系用氫原子發(fā)出的光照射某種金屬進(jìn)行光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)用賴曼系波長(zhǎng)最長(zhǎng)的光照射時(shí)，遏止電壓的大小為U1，當(dāng)用巴耳末系波長(zhǎng)最短的光照射時(shí)，遏止電壓的大小為U2 已知電子電量的大小為，真空中的光速為，試求：普朗克常量和該種金屬的逸出功第22屆全國中學(xué)生物理競(jìng)賽復(fù)賽題試卷四、（23分）封閉的車廂中有一點(diǎn)光源S，在距光源l處有一半徑為r的圓孔，其圓心為O1，光源一直在發(fā)光，并通過圓孔射出車廂以高速v沿固定在水平地面上的x軸正方向勻速運(yùn)動(dòng)，如圖所示某一時(shí)刻，點(diǎn)光源S恰位于x軸的原點(diǎn)O的正上方，取此時(shí)刻作為車廂參考系與地面參考系的時(shí)間零點(diǎn)在地面參考系中坐標(biāo)為xA處放一半徑為R（R r）的不透光的圓形擋板，板面與圓孔所在的平面都與x軸垂直板的圓心O2 、S、O1都等高，起始時(shí)刻經(jīng)圓孔射出的光束會(huì)有部分從擋板周圍射到擋板后面的大屏幕（圖中未畫出）上由于車廂在運(yùn)動(dòng)，將會(huì)出現(xiàn)擋板將光束完全遮住，即沒有光射到屏上的情況不考慮光的衍射試求：1車廂參考系中（所測(cè)出的）剛出現(xiàn)這種情況的時(shí)刻 2地面參考系中（所測(cè)出的）剛出現(xiàn)這種情況的時(shí)刻 SvRxAOlrO2O1第23屆全國中學(xué)生物理競(jìng)賽預(yù)賽題試卷五、（20分）一對(duì)正、負(fù)電子可形成一種壽命比較短的稱為電子偶素的新粒子。電子偶素中的正電子與負(fù)電子都以速率 v 繞它們連線的中點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)。假定玻爾關(guān)于氫原子的理論可用于電子偶素，電子的質(zhì)量 m、速率 v 和正、負(fù)電子間的距離 r 的乘積也滿足量子化條件，即式中 n 稱為量子數(shù)，可取整數(shù)值 1，2，3，；h 為普朗克常量。試求電子偶素處在各定態(tài)時(shí)的 r 和能量以及第一激發(fā)態(tài)與基態(tài)能量之差。第23屆全國中學(xué)生物理競(jìng)賽復(fù)賽題試卷七、（16分）串列靜電加速器是加速質(zhì)子、重離子進(jìn)行核物理基礎(chǔ)研究以及核技術(shù)應(yīng)用研究的設(shè)備，右圖是其構(gòu)造示意圖。S是產(chǎn)生負(fù)離子的裝置，稱為離子源；中間部分N為充有氮?dú)獾墓艿?，通過高壓裝置H使其對(duì)地有V的高壓。現(xiàn)將氫氣通人離子源S，S的作用是使氫分子變?yōu)闅湓樱⑹箽湓诱掣缴弦粋€(gè)電子，成為帶有一個(gè)電子電量的氫負(fù)離子。氫負(fù)離子（其初速度為0)在靜電場(chǎng)的作用下，形成高速運(yùn)動(dòng)的氫負(fù)離子束流，氫負(fù)離子束射入管道N后將與氮?dú)夥肿影l(fā)生相互作用，這種作用可使大部分的氫負(fù)離子失去粘附在它們上面的多余的電子而成為氫原子，又可能進(jìn)一步剝離掉氫原子的電子使它成為質(zhì)子。已知氮?dú)馀c帶電粒子的相互作用不會(huì)改變粒子的速度。質(zhì)子在電場(chǎng)的作用下由N飛向串列靜電加速器的終端靶子T。試在考慮相對(duì)論效應(yīng)的情況下，求質(zhì)子到達(dá)T時(shí)的速度。 電子電荷量C，質(zhì)子的靜止質(zhì)量 kg。第24屆全國中學(xué)生物理競(jìng)賽預(yù)賽題試卷一、（ 25 分）填空題1、2006年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予美國科學(xué)家約翰馬瑟和喬治 斯穆特，以表彰他們發(fā)現(xiàn)了宇宙微波背景輻射的黑體輻射形式和各向異性這一發(fā)現(xiàn)為有關(guān)宇宙起源的理論提供了進(jìn)一步的支持，使宇宙學(xué)進(jìn)人了“精確研究”時(shí)代 2、恒星演化到了后期，某些恒星在其內(nèi)部核燃料耗盡時(shí)，會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的爆發(fā)，在短短的幾天中，亮度陡增千萬倍甚至上億倍我國 宋史 第五十六卷中對(duì)當(dāng)時(shí)觀測(cè)到的上述現(xiàn)象作了詳細(xì)記載。2006年 5 月是我國發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象一千周年，為此在杭州召開了有關(guān)的國際學(xué)術(shù)研討會(huì)天文學(xué)上把演化到這一階段的恒星稱為_，恒星演變到這一階段，預(yù)示著一顆恒星的終結(jié)此后，它可能成為_或_. 3、2006年11月 21 日，中國、歐盟、美國、日本、韓國、俄羅斯和印度七方在法國總統(tǒng)府正式簽署一個(gè)能源方面的聯(lián)合實(shí)施協(xié)定及相關(guān)文件，該協(xié)定中的能源是指_能源第24屆全國中學(xué)生物理競(jìng)賽復(fù)賽題試卷七、（20分）今年是我國著名物理學(xué)家、曾任浙江大學(xué)物理系主任的王淦昌先生誕生一百周年。王先生早在1941年就發(fā)表論文，提出了一種探測(cè)中微子的方案：原子核可以俘獲原子的K層電子而成為的激發(fā)態(tài)，并放出中微子（當(dāng)時(shí)寫作）而又可以放出光子而回到基態(tài)由于中微子本身很難直接觀測(cè)，能過對(duì)上述過程相關(guān)物理量的測(cè)量，就可以確定中微子的存在，1942年起，美國物理學(xué)家艾倫（R.Davis）等人根據(jù)王淦昌方案先后進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，初步證實(shí)了中微子的存在。1953年美國人萊因斯（F.Reines）在實(shí)驗(yàn)中首次發(fā)現(xiàn)了中微子，萊因斯與發(fā)現(xiàn)輕子的美國物理學(xué)家佩爾（M.L.Perl）分享了1995年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?，F(xiàn)用王淦昌的方案來估算中微子的質(zhì)量和動(dòng)量。若實(shí)驗(yàn)中測(cè)得鋰核（）反沖能量（即的動(dòng)能）的最大值，光子的能量。已知有關(guān)原子核和電子靜止能量的數(shù)據(jù)為；。設(shè)在第一個(gè)過程中，核是靜止的，K層電子的動(dòng)能也可忽略不計(jì)。試由以上數(shù)據(jù)，算出的中微子的動(dòng)能和靜止質(zhì)量各為多少？第25屆全國中學(xué)生物理競(jìng)賽復(fù)賽試卷八、（20分）質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)互換的核互為鏡像核，例如是的鏡像核，同樣是的鏡像核。已知和原子的質(zhì)量分別是和，中子和質(zhì)子質(zhì)量分別是和，式中c為光速，靜電力常量，式中e為電子的電荷量。1、試計(jì)算和的結(jié)合能之差為多少M(fèi)eV。2、已知核子間相互作用的“核力”與電荷幾乎沒有關(guān)系，又知質(zhì)子和中子的半徑近似相等，試說明上面所求的