Question

【題目】在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，一個(gè)靜止的放射性原子核發(fā)生了一次α衰變．放射出α粒子（ ）在與磁場垂直的平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，其軌道半徑為R．以m、q分別表示α粒子的質(zhì)量和電荷量．
（1）放射性原子核用 表示，新核的元素符號(hào)用Y表示，寫出該α衰變的核反應(yīng)方程．
（2）α粒子的圓周運(yùn)動(dòng)可以等效成一個(gè)環(huán)形電流，求圓周運(yùn)動(dòng)的周期和環(huán)形電流大�。�
（3）設(shè)該衰變過程釋放的核能都轉(zhuǎn)為為α粒子和新核的動(dòng)能，新核的質(zhì)量為M，求衰變過程的質(zhì)量虧損△m．

Answer 1

【答案】
（1）

由質(zhì)量數(shù)及電荷數(shù)守恒可得該α衰變的核反應(yīng)方程為 → + ；

答：放射性原子核用 表示，新核的元素符號(hào)用Y表示，則該α衰變的核反應(yīng)方程為 → + ；

（2）

α粒子做圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供向心力，設(shè)圓周運(yùn)動(dòng)的速率為v，則有： ，

則圓周運(yùn)動(dòng)的周期 ；

那么相當(dāng)于環(huán)形電流在周期T內(nèi)通過的電量為q，則等效環(huán)形電流大小 ；

答：α粒子的圓周運(yùn)動(dòng)可以等效成一個(gè)環(huán)形電流，則圓周運(yùn)動(dòng)的周期為 ，環(huán)形電流大小為 ；

（3）

因?yàn)樗プ儠r(shí)間極短，且衰變時(shí)內(nèi)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于外力，故認(rèn)為在衰變過程中外力可忽略，則有動(dòng)量守恒，設(shè)新核的速度為v′，則有：mv+Mv′=0；

由（2）可得： ，所以， ，則衰變過程使兩粒子獲得動(dòng)能 = ；

由于衰變過程，質(zhì)量虧損產(chǎn)生的核能全部轉(zhuǎn)化為粒子的動(dòng)能，故衰變過程的質(zhì)量虧損 ；

答：設(shè)該衰變過程釋放的核能都轉(zhuǎn)為為α粒子和新核的動(dòng)能，新核的質(zhì)量為M，則衰變過程的質(zhì)量虧損△m為損 ．

【解析】（1）由質(zhì)量守恒及電荷守恒寫出核反應(yīng)方程；
（2）由粒子做圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力做向心力求得運(yùn)動(dòng)周期，進(jìn)而根據(jù)一個(gè)周期通過的電量為粒子所帶電荷量得到等效電流；
（3）由（2）求得α粒子的速度，再通過動(dòng)量守恒求得新核的速度，進(jìn)而求得兩粒子的動(dòng)能，即可得到衰變過程的核能，再由愛因斯坦質(zhì)能方程即可求得質(zhì)量虧損．