放射性同位素電池具有工作時間長、可靠性高和體積小等優點,是航天、深海、醫學等領域的重要新型電源,也是我國近年重點科研攻關項目。某同學設計了一種利用放射性元素β衰變的電池,該電池采用金屬空心球殼結構,如圖1所示,在金屬球殼內部的球心位置放有一小塊與球殼絕緣的放射性物質,放射性物質與球殼之間是真空的。球心處的放射性物質的原子核發生β衰變發射出電子,已知單位時間內從放射性物質射出的電子數為N,射出電子的最小動能為E1,最大動能為E2。在E1和E2之間,任意相等的動能能量區間ΔE內的電子數相同。為了研究方便,假設所有射出的電子都是沿著球形結構徑向運動,忽略電子的重力及在球殼間的電子之間的相互作用。元電荷為e,a和b為接線柱。

(1)原子核是由質子11H和中子10n等核子組成的,說明β衰變的電子是如何產生的;
(2)求a、b之間的最大電勢差Um,以及將a、b短接時回路中的電流I短;
(3)在a、b間接上負載時,兩極上的電壓為U,通過負載的電流為I。論證電流大小I隨電壓U變化的關系,并在圖2中畫出I與U關系的圖線;
(4)若電源的電流保持恒定且與負載電阻無關,則可稱之為恒流源。請分析負載電阻滿足什么條件時該電源可視為恒流源。
(注意:解題過程中需要用到、但題目沒有給出的物理量,要在解題中做必要的說明)
1
1
1
0
【考點】β衰變的特點、本質及方程.
【答案】(1)原子核是由質子H和中子n等核子組成的,β衰變的實質是1個中子轉化為1個質子和1個電子;
(2)那么a、b之間的最大電勢差,以及將a、b短接時回路中的電流是Ne;
(3)在a、b間接上負載時,兩極上的電壓為U,通過負載的電流為I,I隨電壓U變化的伏安特性關系,I與U關系的圖線如上圖所示;
(4)當負載電阻滿足0<R≤時,該電池是恒流源。
1
1
1
0
(2)那么a、b之間的最大電勢差
E
2
e
(3)在a、b間接上負載時,兩極上的電壓為U,通過負載的電流為I,I隨電壓U變化的伏安特性關系,I與U關系的圖線如上圖所示;
(4)當負載電阻滿足0<R≤
E
1
N
e
2
【解答】
【點評】
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發布:2024/6/27 10:35:59組卷:367引用:3難度:0.5
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