(1)从宏观现象中总结出来的经典物理学规律不一定都能适用于微观体系。但是在某些问题中利用经典物理学规律也能得到与实际比较相符合的结论。
例如,玻尔建立的氢原子模型,仍然把电子的运动看做经典力学描述下的轨道运动。他认为,氢原子中的电子在库仑力的作用下,绕原子核做匀速圆周运动。已知电子质量为m,电荷为e,静电力常量为k,氢原子处于基态时电子的轨道半径为r1。
(1)氢原予处于基态时,电子绕原子核运动,可等效为环形电流,求此等效电流值。
(2)在微观领域,动量守恒定律和能量守恒定律依然适用。
a.己知光在真空中的速度为c,氢原子在不同能级之间跃迁时,跃迁前后可认为质量不变,均为m。设氢原子处于基态时的能量为E1(E1<O),当原子处于第一激发态时的能量为E1/4,求原子从第一激发态跃迁到基态时,放出光子的能量和氢原子的反冲速度。
b.在轻核聚变的核反应中,两个氘核()以相同的动能Eo=0.35MeV做对心碰撞,假设该反应中释放的核能全部转化为氦核(
)和中子(
)的动能。已知氘核的质量mD=2.0141u,中子的质量mn=1.0087u,氦核的质量MHe=3.0160u,其中1u相当于931MeV。在上述轻核聚变的核反应中生成的氦核和中子的动能各是多少MeV(结果保留1位有效数字)?
如图3-4-27所示,两平行光滑导轨相距为L=20 cm,金属棒MN的质量为m=10 g,电阻R=8 Ω,匀强磁场的磁感应强度B=0.8 T,方向竖直向下,电源电动势E=10 V,内阻r=1 Ω,当开关S闭合时,MN恰好平衡,求变阻器R1的取值为多少?设θ=45°,g取10 m/s2.
图3-4-27
如图3-4-26所示,在倾角为37°的光滑斜面上有一根长为0.4 m.质量为6×10-2 kg的通电直导线,电流I=1 A,方向垂直纸面向外,导线用平行于斜面的轻绳拴住不动,整个装置放在磁感应强度每秒增加0.4 T,方向竖直向上的磁场中,设t=0,B=0,则需要多长时间斜面对导线的支持力为零?(g取10 m/s2)
图3-4-26
某导体的电阻是2欧,当1安的电流通过时,1分钟产生的热量是多少焦?
相距为d的M、N两平行金属板与电池相连接,如图所示。一带电粒子从M极板边缘,垂直于电场方向射入,并打到N板的中心。现欲使粒子原样射入,但能射出电场,不计重力,就下列两种情况,分别求出N板向下移动的距离。
(1)开关K闭合。
(2)把闭合的开关K打开。
飞行时间质谱仪可对气体分子进行分析。如图所示,在真空状态下,脉冲阀P喷出微量气体,经激光照射产生电荷量为q、质量为m的正离子,自a板小孔进入a、b间的加速电场,从b板小孔射出,沿中线方向进入M、N板间的偏转控制区,到达探测器。已知a、b板间距为d,极板M、N的长度和间距均为L。不计离子重力及进入a板时的初速度。
(1)当a、b间的电压为U1,在M、N间加上适当的电压U2,使离子到达探测器。求离子到达探测器的全部飞行时间。
(2)为保证离子不打在极板上,试求U2与U1的关系。