物理選修3-5__原子結(jié)構(gòu)_原子核_復(fù)習(xí)要點(diǎn)

1、第十八章：原子物理與核物理復(fù)習(xí)要點(diǎn)1、了解玻爾原子理論及原子的核式結(jié)構(gòu)。2、了解氫原子的能級(jí)，了解光的發(fā)射與吸收機(jī)理。3、了解天然放射現(xiàn)象，熟悉三種天然放射線的特性。4、了解核的組成，掌握核的衰變規(guī)律，理解半衰期概念，掌握核反應(yīng)過(guò)程中的兩個(gè)守恒定律。5、了解同位素及放射性同位素的性質(zhì)和作用，了解典型的核的人工轉(zhuǎn)變。6、了解愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程，會(huì)利用核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損計(jì)算核能。7、了解核裂變與核聚變。第一模塊：原子的核式結(jié)構(gòu)、波爾的原子模型1、關(guān)于粒子散射實(shí)驗(yàn)（英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福完成，稱(chēng)做十大美麗實(shí)驗(yàn)之一）（1）粒子散射實(shí)驗(yàn)的目的、設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)思想。目的：通過(guò)粒子散射的情況獲取關(guān)于原子結(jié)構(gòu)方面的信息

2、。設(shè)計(jì)：在真空的環(huán)境中，使放射性元素釙放射出的粒子轟擊金箔，然后透過(guò)顯微鏡觀察用熒光屏接收到的粒子，通過(guò)轟擊前后粒子運(yùn)動(dòng)情況的對(duì)比，來(lái)了解金原子的結(jié)構(gòu)情況。放射源金箔熒光屏顯微鏡ABCD設(shè)計(jì)思想：與某一個(gè)金原子發(fā)生作用前后的a粒子運(yùn)動(dòng)情況的差異，必然帶有該金原子結(jié)構(gòu)特征的烙印。搞清這一設(shè)計(jì)思想，就不難理解盧瑟福為什么選擇了金箔做靶子（利用金的良好的延展性，使每個(gè)粒子在穿過(guò)金箔過(guò)程中盡可能只與某一個(gè)金原子發(fā)生作用）和為什么實(shí)驗(yàn)要在真空環(huán)境中進(jìn)行（避免氣體分子對(duì)粒子的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生影響）。（2）粒子散射現(xiàn)象絕大多數(shù)粒子幾乎不發(fā)生偏轉(zhuǎn)；少數(shù)粒子則發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)；極少數(shù)粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)（偏轉(zhuǎn)角度超過(guò)9

3、0°有的甚至幾乎達(dá)到180°）。（3）a粒子散射的簡(jiǎn)單解釋。由于電子質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于粒子的質(zhì)量（電子質(zhì)量約為粒子質(zhì)量的7300），即使粒子碰到電子，其運(yùn)動(dòng)方向也不會(huì)發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)，就象一顆飛行的子彈碰到塵埃一樣，所以電子不可能使粒子發(fā)生大角度散射。而只能是因?yàn)樵又谐娮油獾膸д姷奈镔|(zhì)的作用而引起的；使粒子發(fā)生大角度散射的只能是原子中帶正電的部分，按照湯姆生的原子模型，正電荷在原子內(nèi)是均均分布的，粒子穿過(guò)原子時(shí)，它受到兩側(cè)正電荷的斥力有相當(dāng)大一部分互相抵消，因而也不可能使粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，更不可能把粒子反向彈回，這與粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果相矛盾，從而否定了湯姆生的原子模型。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)

4、象中，粒子絕大多數(shù)不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，少數(shù)發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)偏轉(zhuǎn)超過(guò)，個(gè)別甚至被彈回，都說(shuō)明了原子中絕大部分是空的，帶正電的物質(zhì)只能集中在一個(gè)很少的體積內(nèi)（原子核）。其次，原子中除電子外的帶正電的物質(zhì)不應(yīng)是均勻分布的（否則對(duì)所有的粒子來(lái)說(shuō)散射情況應(yīng)該是一樣的），而“絕大多數(shù)”“少數(shù)”和“極少數(shù)”粒子的行為的差異，充分地說(shuō)明這部分帶正電的物質(zhì)只能高度地集中在在一個(gè)很小的區(qū)域內(nèi)；再次，從這三部分行為不同的粒子數(shù)量的差別的統(tǒng)計(jì)，不難理解盧瑟福為什么能估算出這個(gè)區(qū)域的直徑約為10-14m。2、原子的核式結(jié)構(gòu)（1）核式結(jié)構(gòu)的具體內(nèi)容：在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫做原子核，原子的全部正電荷和幾乎所有的質(zhì)量都集

5、中在原子核上，帶負(fù)電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)。原子直徑的數(shù)量級(jí)為，而原子核直徑的數(shù)量級(jí)約為。在原子的中心有一個(gè)很小的原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外空間里旋轉(zhuǎn)。（2）核式結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)核式結(jié)構(gòu)的提出，是建立在a粒子散射實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上的?；蛘哒f(shuō)：盧瑟福為了解釋a粒子散射實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象，不得不對(duì)原子的結(jié)構(gòu)問(wèn)題得出核式結(jié)構(gòu)的理論。3、玻爾原子模型原子核式結(jié)構(gòu)與經(jīng)典電磁理論的矛盾：原子結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定和原子光譜是否為包含一切頻率的連續(xù)光譜。玻爾的原子理論三條假設(shè)（1）“定態(tài)假設(shè)”：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些狀態(tài)中，電子雖做變速運(yùn)動(dòng)，但并不向外輻射電磁波

6、，這樣的相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)稱(chēng)為定態(tài)。定態(tài)假設(shè)實(shí)際上只是給經(jīng)典的電磁理論限制了適用范圍：原子中電子繞核轉(zhuǎn)動(dòng)處于定態(tài)時(shí)不受該理論的制約。（2）“躍遷假設(shè)”：電子繞核轉(zhuǎn)動(dòng)處于定態(tài)時(shí)不輻射電磁波，但電子在兩個(gè)不同定態(tài)間發(fā)生躍遷時(shí)，卻要輻射（吸收）電磁波（光子），其頻率由兩個(gè)定態(tài)的能量差值決定hv=E2-E1。躍遷假設(shè)對(duì)發(fā)光（吸光）從微觀（原子等級(jí)）上給出了解釋。（3）“軌道量子化假設(shè)”： 原子的不同能量狀態(tài)跟電子沿不同半徑繞核運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)。軌道半徑也是不連續(xù)的。4、氫原子能級(jí)及氫光譜（1）氫原子能級(jí)氫原子的能級(jí)：原子各個(gè)定態(tài)的能量值叫做原子的能級(jí)。氫原子的能級(jí)公式為，對(duì)應(yīng)的軌道半徑關(guān)系式為：，其中n叫量子數(shù)

7、，只能取正整數(shù)。n =1的狀態(tài)稱(chēng)為基態(tài)，氫原子基態(tài)的能量值。量子數(shù)n越大，動(dòng)能越小，勢(shì)能越大，總能量越大。能級(jí)公式：；該能量包括電子繞核運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和電子與原子核組成的系統(tǒng)的電勢(shì)能。半徑公式：（2）氫光譜在氫光譜中，n=2，3，4，5，向n=1躍遷發(fā)光形成賴(lài)曼線系；n=3，4，5，6向n=2躍進(jìn)遷發(fā)光形成馬爾末線系；n=4，5，6，7向n=3躍遷發(fā)光形成帕邢線系；n=5，6，7，8向n=4躍遷發(fā)光形成布喇開(kāi)線系，其中只有馬爾末線的前4條譜線落在可見(jiàn)光區(qū)域內(nèi)。5、光子的吸收與發(fā)射原子從一種定態(tài)（能量為），躍遷到另一種定態(tài)（能量為），它輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩種定態(tài)的能級(jí)差決定：即

8、。若，則輻射光子；若，則吸收光子。能級(jí)躍遷：使原子發(fā)生躍遷時(shí)，入射的若是光子，光子的能量必須恰好等于兩定態(tài)能級(jí)差；若入射的是電子，電子的能量須大于或等于兩個(gè)定態(tài)的能級(jí)差。電離：不論是光子還是電子使元子電離，只要光子或電子的能量大于兩能級(jí)差就可以使其電離。類(lèi)型題： 有關(guān)a粒子散射實(shí)驗(yàn) 【例題】對(duì)粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置的描述，你認(rèn)為正確的有：（A ）A實(shí)驗(yàn)器材有放射源、金箔、熒光屏、顯微鏡B金箔的厚度對(duì)實(shí)驗(yàn)無(wú)影響C如果不用金箔改用鋁箔，就不會(huì)發(fā)生散射現(xiàn)象；D實(shí)驗(yàn)裝置放在空氣中和真空中都可以解析：實(shí)驗(yàn)所用的金箔的厚度極小，可至1微米，雖然很薄，但厚的金箔仍包含3300多個(gè)原子層，如果金箔的厚度過(guò)大，粒子穿

9、過(guò)金箔時(shí)必然受到較大的阻礙作用而影響實(shí)驗(yàn)效果，B錯(cuò)。如果改用鋁箔，由于鋁核的質(zhì)量仍遠(yuǎn)大粒子的質(zhì)量，散射現(xiàn)象仍然發(fā)生，C錯(cuò)。 空氣的流動(dòng)及空氣中有許多漂浮的分子，會(huì)對(duì)粒子的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生影響，實(shí)驗(yàn)裝置是放在真空中進(jìn)行的，D錯(cuò)。正確選項(xiàng)為A。評(píng)注：金的延展性好，可以做的很薄，金的原子核的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于粒子的質(zhì)量，根據(jù)動(dòng)量守恒定律可知，這樣當(dāng)粒子與金核相碰撞時(shí)才能發(fā)生大角度散射，甚至被反向彈回，所以粒子散射實(shí)驗(yàn)中選用的材料是金箔?！纠}】（1997年全國(guó)）在盧瑟福的粒子散射實(shí)驗(yàn)中，有極少數(shù)粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，其原因是（ ）A原子的正電荷和絕大部分質(zhì)量集中在一個(gè)很小的核上B正電荷在原子中是均勻分布的C原子中存

10、在著帶負(fù)電的電子D原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中解析：粒子散射實(shí)驗(yàn)中，粒子的大角度偏轉(zhuǎn)是由于受到原子核內(nèi)集中的正電荷的作用。答案A點(diǎn)評(píng)：某種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因或反映的物理事實(shí)這類(lèi)問(wèn)題時(shí)，一定要注意其因果關(guān)系或邏輯關(guān)系，尤其注意某些結(jié)論雖然是正確的，但不與該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有關(guān)?！纠}】圖為盧瑟福和他的同事們做粒子散射實(shí)驗(yàn)的裝置示意圖，熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中的A、B、C、D四個(gè)位置時(shí)，觀察到的現(xiàn)象描述正確的是（ ）放射源金箔熒光屏顯微鏡ABCDA在A位置時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)最多B在B位置時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)只比在A位置時(shí)稍少些C在C、D位置時(shí)，屏上觀察不到閃光D

11、在D位置時(shí)，屏上仍能觀察到一些閃光，但次數(shù)極少解析：因?yàn)榻^大多數(shù)粒子穿過(guò)金箔后仍然沿原來(lái)方向前進(jìn)，在A位置時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)最多，A對(duì)；因?yàn)樯贁?shù)粒子穿過(guò)金箔后發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)，在B位置時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)比在A位置時(shí)要少得多，B錯(cuò)；粒子散射實(shí)驗(yàn)中有極少數(shù)粒子轉(zhuǎn)角超過(guò)90°，甚至接近180°，所以C錯(cuò)D對(duì)。正確選項(xiàng)為A、D。評(píng)注：粒子散射是得出原子模型結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析是建立盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型的關(guān)鍵。通過(guò)對(duì)粒子散射實(shí)驗(yàn)這一宏觀上探測(cè)，巧妙的、間接的構(gòu)建出原子結(jié)構(gòu)的微觀圖景【例題】在粒子散射實(shí)驗(yàn)中，如果兩個(gè)具有相同能量的粒子，從不同大小

12、的角度散射出來(lái)，則散射角度大的這個(gè)粒子（ ）A更接近原子核 B更遠(yuǎn)離原子核C受到一個(gè)以上的原子核作用D受到原子核較大的沖量作用解析：由庫(kù)侖定律可知，粒子受的斥力與距離的平方成反比，粒子距原子核越近，受斥力越大，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的越大，即散射角度越大，A對(duì)B錯(cuò)；由于原子的體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原子核的體積，當(dāng)粒子穿越某一個(gè)原子的空間時(shí)，其它原子核距粒子相對(duì)較遠(yuǎn)，而且其它原子核對(duì)粒子的作用力也可以近似相互抵消，所以散射角度大的這個(gè)粒子并非是由于受到多個(gè)原子核作用造成的，C錯(cuò)；當(dāng)粒子受到原子核較大的沖量作用時(shí)，動(dòng)量的變化量就大，即速度的變化量就大，則散射角度大，D對(duì)。正確選項(xiàng)為A、D。評(píng)注：動(dòng)量定理不僅適用于宏觀

13、世界里物體間的相互作用，也適用于微觀世界里粒子間的相互作用?！纠}】盧瑟福通過(guò)對(duì)a粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，提出A原子的核式結(jié)構(gòu)模型 B原子核內(nèi)有中子存在 C電子是原子的組成部分 D原子核是由質(zhì)子和中子組成的【解析】英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福的粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是絕大多數(shù)粒子穿過(guò)金箔后基本上仍沿原方向前進(jìn)，但有少數(shù)粒子發(fā)生較大的偏轉(zhuǎn)。粒子散射實(shí)驗(yàn)只發(fā)現(xiàn)原子可以再分，但并不涉及原子核內(nèi)的結(jié)構(gòu)。查德威克在用粒子轟擊鈹核的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了中子，盧瑟福用粒子轟擊氮核時(shí)發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子。【答案】AC 【易錯(cuò)點(diǎn)】容易將原子結(jié)構(gòu)與原子核結(jié)構(gòu)混淆。【例題】圖中的圓點(diǎn)代表粒子散射實(shí)驗(yàn)中的原子核，帶箭頭的曲線代表粒子的徑跡，其中不可

14、能發(fā)生的是：（ ）解析：根據(jù)粒子散射實(shí)驗(yàn)可知，粒子不可能與原子核相吸引，因?yàn)樗鼈兪峭N電荷答案：C【例題】根據(jù)粒子散射實(shí)驗(yàn)，盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，圖中虛線表示原子核所形成的電場(chǎng)的等勢(shì)線，實(shí)線表示一個(gè)粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡。在粒子從a運(yùn)動(dòng)到b、再運(yùn)動(dòng)到c的過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是( )A動(dòng)能先增大，后減小B電勢(shì)能先減小，后增大C電場(chǎng)力先做負(fù)功，后做正功，總功等于零D加速度先變小，后變大解析：粒子帶正電荷，所以原子核對(duì) 粒子的電場(chǎng)力先做負(fù)功后正功，電勢(shì)能先增大后減小，電場(chǎng)力先變大后變小，所以加速度先變大后變小答案：C類(lèi)型題： 有關(guān)波爾理論的問(wèn)題 【例題】用光子能量為E的單色光照射容器中處于基態(tài)的

15、一群氫原子。停止照射后，發(fā)現(xiàn)該容器內(nèi)的氫能夠釋放出三種不同頻率的光子，它們的頻率由低到高依次為1、2、3，由此可知，開(kāi)始用來(lái)照射容器的單色光的光子能量可以表示為：h1；h3；h(1+2)；h(1+2+3) 以上表示式中 123v3v2v1A只有正確 B只有正確 C只有正確 D只有正確【解析】：該容器內(nèi)的氫能夠釋放出三種不同頻率的光子，說(shuō)明這時(shí)氫原子處于第三能級(jí)。根據(jù)玻爾理論應(yīng)該有h3=E3- E1，h1=E3- E2，h2=E2- E1，可見(jiàn)h3= h1+ h2= h(1+2)，所以照射光子能量可以表示為或，答案：C【例題】（2004全國(guó)理綜）現(xiàn)有1200個(gè)氫原子被激發(fā)到量子數(shù)為4的能級(jí)上，若

16、這些受激氫原子最后都回到基態(tài)，則在此過(guò)程中發(fā)出的光子總數(shù)是多少？假設(shè)處在量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)的氫原子躍遷到各較低能級(jí)的原子數(shù)都是處在該激發(fā)態(tài)能級(jí)上的原子總數(shù)的。A2200 B2000 C1200 D2400分析：此題考查考生是否了解氫原子的能級(jí)圖以及原子的躍遷規(guī)律，題目中的假設(shè)情況考查考生題解能力和分析：綜合能力。解答：畫(huà)出氫原子的能級(jí)圖，1200400600n=4n=3n=2n=1400400400200200600根據(jù)氫原子躍遷到各較低能級(jí)的原子數(shù)都是處在該激發(fā)態(tài)能級(jí)上的原子總數(shù)的1/（n -1），可得出各個(gè)能級(jí)間發(fā)出的光子數(shù)如下能級(jí)圖所示，所以光子總數(shù)等于400×3+200

17、15;2+600=2200 正確答案：A點(diǎn)評(píng)：由于考試大綱把氫原子能級(jí)及光子的發(fā)射和吸收由提高為，因此本題考查要求較高，復(fù)習(xí)備考時(shí)要特別注意考綱的變化，加強(qiáng)復(fù)習(xí)的針對(duì)性?！纠}】氫原子處于基態(tài)時(shí)，原子的能量為，問(wèn)：（1）氫原子在n =4的定態(tài)時(shí)，可放出幾種頻率的光？其中最小頻率等于多少Hz？（2）若要使處于基態(tài)的氫原子電離，至少要用多大頻率的電磁波照射此原子？分析：此題考查氫原玻爾模型及能級(jí)躍遷原子處于激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定的，會(huì)自發(fā)躍遷到低態(tài)躍遷的方式有多種，或直接躍遷到基態(tài)，或先躍遷到較低激發(fā)態(tài)，再躍遷到基態(tài)。-0.85-1.51-3.4n=4n=3n=2n=1-13.6E/eVn解答：（1）根據(jù)

18、玻爾理論，氫原子n =4的能級(jí)躍遷時(shí)有6種可能性：由可知能級(jí)之間的能量差減小，輻射光子的頻率就越低，由下圖可知，從n =4躍遷到n =3，輻射的能量最少= =1.6×（2）欲使氫原子電離，即將電子移到離核無(wú)窮遠(yuǎn)處，此時(shí)，由能量守恒有：而這份能量對(duì)應(yīng)光子的最小頻率應(yīng)為：故要使基態(tài)的氫原子電離，照射光的頻率至少應(yīng)為3.28 ×，若照射光頻率高于這一值，使原子電離后多余的能量為電子的動(dòng)能。【例題】對(duì)于基態(tài)氫原子，下列說(shuō)法正確的是（ ）A、它能吸收10.2eV的光子B、它能吸收11eV的光子C、它能吸收14eV的光子D、它能吸收具有11eV動(dòng)能的電子的部分動(dòng)能解析：注意到光子能量只

19、能全部被吸收，而電子能量則可以部分被吸收。解答：10.2eV剛好是n=1、n=2的能極差，而11eV不是，由玻爾理論知A正確?；珰湓右材芪?4eV的光子而電離，電離后自由電子動(dòng)能為0.4eV。它也可吸收動(dòng)能為11eV的電子的部分能量(10.2eV)，剩余0.8eV仍為原來(lái)電子所有。所以應(yīng)選ACD。【例題】設(shè)氫原子的基態(tài)能量為E1。某激發(fā)態(tài)的能量為E，則當(dāng)氫原子從這一激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時(shí)，所_（填“輻射”或“吸收”）的光子在真空中的波長(zhǎng)為_(kāi)。解析：了解玻爾的原子理論，掌握光子能量與光波長(zhǎng)間關(guān)系，即可解得此例。解答：根據(jù)玻爾原子理論知：氫原子核外電子從高能態(tài)躍遷到低能態(tài)時(shí)，應(yīng)輻射出光子，而能級(jí)

20、差即為光子能量 E0=E-E1另外，光子能量E0與光波長(zhǎng)間的關(guān)系為 。其中h為普朗克常量，c為真空中光速，由此可解得 此例答案：輻射，第二模塊：天然放射現(xiàn)象1、天然放射現(xiàn)象123物質(zhì)發(fā)射射線的性質(zhì)稱(chēng)為放射性，具有放射性的元素稱(chēng)為放射性的元素。所有原子序數(shù)大于82的元素，都能自發(fā)地放出射線（有些原子序數(shù)小于83的元素也具有放射性）。元素的這種自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象叫做天然放射現(xiàn)象。2、放射線的種類(lèi)和特征將放射性物質(zhì)放出的射線進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（如射入磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)等），表明放射性物質(zhì)放出的射線有三種：射線、射線、射線，將它們的特征列表對(duì)比如下： 天然放射現(xiàn)象說(shuō)明原子核具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。原子核放出粒子或粒子，

21、并不表明原子核內(nèi)有粒子或粒子（很明顯，粒子是電子流，而原子核內(nèi)不可能有電子存在），放出后就變成新的原子核，這種變化稱(chēng)為原子核的衰變。3、天然衰變中核的變化規(guī)律在核的天然衰變中，核變化的最基本的規(guī)律是質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒。（衰變過(guò)程中一般會(huì)有質(zhì)量變化，但仍然遵循質(zhì)量數(shù)守恒）a衰變：隨著a衰變，新核在元素周期表中位置向后移2位，即 ，實(shí)質(zhì)是2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子結(jié)合成一整體射出衰變：隨著衰變，新核在元素周期表中位置向前移1位，即 。實(shí)質(zhì)是中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子和電子。衰變：隨著衰變，變化的不是核的種類(lèi)，而是核的能量狀態(tài)。但一般情況下，衰變總是伴隨a衰變或衰變進(jìn)行的。4、關(guān)于半衰期的幾個(gè)問(wèn)題放射性元素衰變的快

22、慢用半衰期來(lái)表示，（1）定義：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需要的時(shí)間。（2）意義：反映了核衰變過(guò)程的統(tǒng)計(jì)快慢程度。（3）特征：只由核本身的因素所決定，而與原子所處的物理狀態(tài)或化學(xué)狀態(tài)無(wú)關(guān)。（4）公式表示：，式中、分別表示衰變前的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量，、分別表示衰變后尚未發(fā)生衰變的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量，t表示衰變時(shí)間，T表示半衰期。（5）理解：搞清了對(duì)半衰期的如下錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，也就正確地理解了半衰期的真正含義。第一種錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)是：N0（大量）個(gè)放射性元素的核，經(jīng)過(guò)一個(gè)半衰期T，衰變了一半，再經(jīng)過(guò)一個(gè)半衰期T，全部衰變完。第二種錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)是：若有4個(gè)放射性元素的核，經(jīng)過(guò)一個(gè)半衰期T，將衰變2

23、個(gè)。事實(shí)上，N0（大量）個(gè)某種放射性元素的核，經(jīng)過(guò)時(shí)間t后剩下的這種核的個(gè)數(shù)為而對(duì)于少量的核（如4個(gè)），是無(wú)法確定其衰變所需要的時(shí)間的。這實(shí)質(zhì)上就是“半衰期反映了核衰變過(guò)程的統(tǒng)計(jì)快慢程度”的含義。類(lèi)型題： 原子核的衰變與射線問(wèn)題 【例題】原子核自發(fā)地放出電子的現(xiàn)象稱(chēng)為衰變，開(kāi)始時(shí)科學(xué)家曾認(rèn)為衰變中只放出電子，即粒子，后來(lái)發(fā)現(xiàn)這個(gè)過(guò)程中除了放出電子以外，還放出一種叫做“反中微子”的高速粒子，反中微子不帶電，則A原子核能發(fā)生衰變，說(shuō)明原子核內(nèi)還有電子B發(fā)生衰變后的原子核的核子數(shù)不變，帶電量增加C原子核發(fā)生衰變時(shí)放出的能量等于粒子與衰變后的核的動(dòng)能之和D靜止的原子核發(fā)生衰變時(shí)粒子與衰變后的核的運(yùn)動(dòng)速

24、度方向一定相反解析：本題考查的是衰變的本質(zhì)及衰變過(guò)程中的動(dòng)量守恒與能量守恒。核子數(shù)為質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和，衰變?yōu)樵雍藘?nèi)的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化為一個(gè)質(zhì)子同時(shí)放出一個(gè)電子，因此發(fā)生衰變后生成新核的核子數(shù)不變，核電荷數(shù)增加，選項(xiàng)B對(duì)，A錯(cuò)；由于衰變過(guò)程中還放出“反中微子”，由能量守恒知衰變時(shí)放出的能量等于粒子、“反中微子”與新核的動(dòng)能之和，選項(xiàng)C錯(cuò)；由動(dòng)量守恒知，衰變后粒子、“反中微子”與新核的總動(dòng)量為零，因此粒子與新核的速度不一定相反，選項(xiàng)D錯(cuò)。答案：B名師點(diǎn)撥：靜止的原子核在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中發(fā)生衰變，衰變后粒子徑跡為內(nèi)切圓時(shí)發(fā)生衰變，為外切圓時(shí)發(fā)生衰變，半徑大的軌跡是粒子或粒子?！纠}】靜止在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的某種

25、放射性元素的原子核放出一個(gè)粒子，其速度方向與磁場(chǎng)方向垂直，測(cè)得粒子與反沖核軌道半徑之比為30：1，如圖所示，則（）Rr0A、粒子和反沖核的動(dòng)量大小相等、方向相反B、反沖核的原子序數(shù)為62C、原放射性元素的原子序數(shù)是62D、反沖核與粒子的速率之比為1：62解析：粒子間相互作用遵守動(dòng)量守恒定律，有： 若設(shè)原核電荷數(shù)為Q ，則反沖核電荷數(shù)為（Q -2）。在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有 且 聯(lián)立解得Q =62，故選項(xiàng)A、C正確。答案：A、C點(diǎn)評(píng)：本題需要運(yùn)用力學(xué)（動(dòng)量守恒、向心力、圓周運(yùn)動(dòng)）、電學(xué)（洛倫茲力）以及衰變規(guī)律等綜合知識(shí)，具有學(xué)科內(nèi)綜合特征【例題】（2003年全國(guó)）介子衰變的方程為，其中介子和介子帶負(fù)的基

26、元電荷，介子不帶電。一個(gè)介子沿垂直于磁場(chǎng)的方向射入勻強(qiáng)磁強(qiáng)中，其軌跡為圓弧AP，衰變后產(chǎn)生的介子的軌跡為圓弧PB，兩軌跡在P點(diǎn)相切，它們的半徑與之比為2：1，介子的軌跡未畫(huà)出，如圖所示。由此可知的動(dòng)量大小與的動(dòng)量大小之比為（ ）K-ABPA1:1 B1:2 C1:3 D1:6解析： 圓 弧 AP與PB在P處 相 切，說(shuō)明 衰 變 前 介子的 速 度 方 向與 衰 變后介子的速度方向完全相反。設(shè)衰變前介子的動(dòng)量大小為 ，衰 變 后 介子和介子的 動(dòng) 量 大小 分 別 為 和 ，根據(jù)動(dòng)量守恒定律可得： 介子和介子在磁場(chǎng)中分別做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，軌道半徑為：又由題意知： 解以上聯(lián)立方程組可得：答案：C

27、點(diǎn)評(píng)：本題涉及核反應(yīng)、帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)量守恒定律，綜合性較強(qiáng)，且題目涉及情景較新穎，是一道很好的考題【例題】一天然放射性物質(zhì)射出三種射線，經(jīng)過(guò)一個(gè)勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)共存的區(qū)域（方向如圖所示），調(diào)整電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感強(qiáng)度B的大小，使得在MN上只有兩個(gè)點(diǎn)受到射線照射。下面的哪種判斷是正確的A射到b點(diǎn)的一定是射線 B射到b點(diǎn)的一定是射線C射到b點(diǎn)的一定是射線或射線 D射到b點(diǎn)的一定是射線 解析：射線不帶電，肯定打在點(diǎn)a。（1）若粒子打在a點(diǎn)有：對(duì)粒子則由于，故有由洛倫茲力方向向右，所以粒子可能打在b點(diǎn)。（2）若粒子打在a點(diǎn)有： 由得： 即粒子向右的電場(chǎng)力大于洛倫茲力，也可能打在b點(diǎn)。所以答案

28、是C。【例題】如圖所示是利用放射線自動(dòng)控制鋁板厚度的裝置示意圖，如果工廠生產(chǎn)的是厚度為1mm的鋁板，在，三種射線中，你認(rèn)為對(duì)鋁板厚度控制起主要作用的是MN放射源探測(cè)接收器A射線 B射線 C射線 D以上三種射線都能控制 解析：如射線的貫穿本領(lǐng)很小，一張白紙就把它擋住，更穿不過(guò)1mm的鋁板；射線穿透能力很強(qiáng)，能穿透幾厘米厚的鉛板，穿越1mm的鋁板如同高速子彈穿過(guò)薄紙一樣，當(dāng)鋁板厚度發(fā)生變化時(shí)，探測(cè)器不能明顯反映這種變化，而射線穿透能力較強(qiáng)（穿透幾mm厚的鋁板）當(dāng)鋁板厚度發(fā)生變化時(shí)，探測(cè)器能明顯反映這種變化，應(yīng)該使用射線。名師點(diǎn)撥：本題考查根據(jù)三種射線的特點(diǎn)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，前提要熟悉三種射線的

29、特點(diǎn)。【例題】如圖所示，x為未知放射源，L為一薄鋁片，S、N可以提供強(qiáng)磁場(chǎng)。當(dāng)將強(qiáng)磁場(chǎng)移開(kāi)時(shí)，計(jì)數(shù)器的記數(shù)率不變，然后將鋁片L移開(kāi)，則記數(shù)率大幅度上升，這些現(xiàn)象說(shuō)明是( )LNSx計(jì)數(shù)器A純粒子放射源 B純光子放射源C粒子和粒子混合放射源D粒子和光子混合放射源 【例題】如圖，R為放射源，虛線范圍內(nèi)有垂直于紙面的磁場(chǎng)B，LL為厚紙板，MN為熒光屏，今在屏上P點(diǎn)處發(fā)現(xiàn)亮斑，則到達(dá)P點(diǎn)處的放射性物質(zhì)微粒和虛線范圍內(nèi)B的方向分別為（ ）LLMNPORA、a粒子，B垂直于紙面向外B、a粒子，B垂直于紙面向內(nèi)C、粒子，B垂直于紙面向外D、粒子，B垂直于紙面向內(nèi)解析：了解天然放射現(xiàn)象中三種射線的基本屬性，是

30、分析此例的基礎(chǔ)。解答：由于a粒子貫穿本領(lǐng)很弱，只能穿透幾厘米空氣，因此穿透厚紙板到達(dá)屏上P點(diǎn)處不可能是a粒子；由于粒子不帶電，穿過(guò)B區(qū)域不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，因此到達(dá)P點(diǎn)處的也不可能是粒子；由此可知，到達(dá)P點(diǎn)處的必然是粒子。又由于粒子帶的是負(fù)電，因此用左手定則便可判斷B的方向應(yīng)該是垂直于紙面向內(nèi)。所以應(yīng)選D。類(lèi)型題： 有關(guān)半衰期的問(wèn)題 【例題】?jī)煞N放射性元素的原子和，其半衰期分別為T(mén)和。若經(jīng)過(guò)2T后兩種元素的核的質(zhì)量相等，則開(kāi)始時(shí)兩種核的個(gè)數(shù)之比為_(kāi)；若經(jīng)過(guò)2T后兩種核的個(gè)數(shù)相等，則開(kāi)始時(shí)兩種核的質(zhì)量之比為_(kāi)。解析：此例考察的是半衰期的概念，可做如下分析：若開(kāi)始時(shí)兩種核的個(gè)數(shù)分別為N1和N2，則經(jīng)時(shí)間

31、2T后剩下的核的個(gè)數(shù)就分別為和，而此時(shí)兩種核的質(zhì)量相等，于是有由此可得 N1:N2=b:4a。若開(kāi)始時(shí)兩種核的質(zhì)量分別為m1和m2，則經(jīng)時(shí)間2T后剩下的核的質(zhì)量就分別為和，而此時(shí)兩種核的個(gè)數(shù)相等，于是有 由此可得?！纠}】一瓶有放射性同位素的溶液，測(cè)得平均每分鐘內(nèi)有8×個(gè) 原 子 發(fā) 生 衰 變。已 知 該 同 位 素的 半 衰 期 為 2天，衰 變 后 的 物 質(zhì) 不 具 有 放 射 性?，F(xiàn) 將 該 溶 液 倒 入 水 庫(kù)， 設(shè) 10天 后 溶 液 均勻分布到庫(kù)水中，這時(shí)從水庫(kù)中取出的水，測(cè)得平均每分鐘內(nèi)有20個(gè)原子發(fā)生衰變，能否由此推算該水庫(kù)中現(xiàn)存的水量？解析： 即水庫(kù)中水量為。

32、點(diǎn)評(píng)：本題聯(lián)系實(shí)際，給定了一種運(yùn)用放射性元素的半衰期測(cè)定水庫(kù)水量的方法，對(duì)此類(lèi)型實(shí)際問(wèn)題的研究時(shí)，關(guān)鍵是注重知識(shí)的遷移和模型的建立。第三模塊：核反應(yīng) 核能夯實(shí)基礎(chǔ)知識(shí)1、核反應(yīng)原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過(guò)程，稱(chēng)為核反應(yīng)。用高速運(yùn)動(dòng)的粒子去轟擊原子核，是揭開(kāi)原子核內(nèi)部奧秘的要本方法。轟擊結(jié)果產(chǎn)生了另一種新核，其核反應(yīng)方程的一般形式為其中是靶核的符號(hào)，x為入射粒子的符號(hào)，是新生核的符號(hào)，y是放射出的粒子的符號(hào)。2、原子核的人工轉(zhuǎn)變：原子核的人工轉(zhuǎn)變就是一種核反應(yīng)。和衰變過(guò)程一樣，在核反應(yīng)中，質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)都守恒。例如歷史上首先發(fā)現(xiàn)質(zhì)子和中子的核反應(yīng)方程分別為:1919年盧瑟福首先做了

33、用a粒子轟擊氮原子核的實(shí)驗(yàn)。在了解盧瑟福的實(shí)驗(yàn)裝置、進(jìn)行情況和得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果后，應(yīng)該記住反應(yīng)方程式，這是人類(lèi)第一次發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程。另外，對(duì)1930年查德威克發(fā)現(xiàn)中子的實(shí)驗(yàn)裝置、過(guò)程和結(jié)果也應(yīng)有個(gè)基本的了解。值得指出的是，查德威克在對(duì)不可見(jiàn)粒子的判斷中，運(yùn)用了能量和動(dòng)量守恒定律，科學(xué)地分析了實(shí)驗(yàn)結(jié)果，排除了射線的可能性，確定了是一種粒子中子，發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程，這同樣是應(yīng)該記住的。3、核能（1）核能由于原子核間存在強(qiáng)大的核力，使得原子核成為一個(gè)堅(jiān)固的集合體，要把原子核中的核子拆散，就得克服核力而做巨大的功;反之，要把核子集合成一個(gè)原子核，就要放出巨大的能量。把核反應(yīng)中放出的能量稱(chēng)為核能。

34、（2）核能的計(jì)算原子核釋放能量時(shí)，要產(chǎn)生質(zhì)量虧損，物體的能量和質(zhì)量之間存在著密切的聯(lián)系。它們之間的關(guān)系是:。這就是著名的愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程。因此在計(jì)算核能時(shí)，可以通過(guò)首先計(jì)算質(zhì)量虧損m，再代入質(zhì)能方程中即可求出核能。必須注意:愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程反映的是質(zhì)量虧損和釋放出核能這兩種現(xiàn)象之間的聯(lián)系，并不表示質(zhì)量和能量之間的轉(zhuǎn)變關(guān)系。根據(jù)愛(ài)因斯坦的相對(duì)論，輻射出的光子靜質(zhì)量雖然為零，但它有動(dòng)質(zhì)量，而且這個(gè)動(dòng)質(zhì)量剛好等于質(zhì)量的虧損，所以質(zhì)量守恒，能量守恒仍成立。在計(jì)算核能時(shí)要注意：若m以kg為單位，則按E=mc2 計(jì)算；若m原子質(zhì)量以u(píng)為單位，則按E=m931.5Mev計(jì)算。（m為反應(yīng)前后質(zhì)量虧損）（3）重

35、核的裂變：使重核分裂成中等質(zhì)量的原子核的核反應(yīng)，稱(chēng)為裂變鈾核裂變及鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：用中子轟擊鈾核時(shí)，鈾核發(fā)生裂變，生成中等質(zhì)量的原子核的同時(shí)，總要釋放出2-3個(gè)中子，這些中子又引起其他的鈾核裂變，這樣，裂變就會(huì)不斷地進(jìn)行下去，釋放出越來(lái)越多的核能，這就是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，原子彈就是利用鏈?zhǔn)椒磻?yīng)制造的一種大規(guī)模殺傷性武器。例如 鈾核裂變的幾個(gè)核反應(yīng)方程（4）輕核的聚變：輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的過(guò)程叫輕核的聚變。聚變的條件及熱核反應(yīng)：要發(fā)生聚變反應(yīng)，必須使輕核之間的距離十分接近，達(dá)到的近距離，用什么辦法能使大量原子核獲得足夠的動(dòng)能，來(lái)克服輕核之間的庫(kù)侖斥力，使它們接近到這種程度呢？當(dāng)物質(zhì)的溫度達(dá)到幾百萬(wàn)攝氏度以

36、上的高溫時(shí)，劇烈的熱運(yùn)動(dòng)使得一部分原子核具有足夠的動(dòng)能，足以克服相互間的庫(kù)侖斥力，在碰撞時(shí)發(fā)生聚變，可見(jiàn)聚變反應(yīng)需要高溫，因此把聚變反應(yīng)叫做熱核反應(yīng)。氫彈就是利用熱核反應(yīng)制造的一種大規(guī)模殺傷性武器。例如 題型解析類(lèi)型題： 核反應(yīng)與核反應(yīng)方程的書(shū)寫(xiě)問(wèn)題 1無(wú)論何種反應(yīng)方程必須遵守電荷數(shù)守恒，質(zhì)量數(shù)守恒規(guī)律，有些核反應(yīng)方程還要考慮到能量守恒規(guī)律（如裂變和聚變方程常含有能量項(xiàng)）2核反應(yīng)方程中的箭頭表示反應(yīng)進(jìn)行的方向，不能把箭頭寫(xiě)成等號(hào)3寫(xiě)核反應(yīng)方程必須有實(shí)驗(yàn)依據(jù)，決不能毫無(wú)根據(jù)地編造。4注意原子核表示為（A為質(zhì)量數(shù)，z為核電荷數(shù)），要熟悉常見(jiàn)的基本粒子的表達(dá)式，如中子，質(zhì)子，氕，氘，氚，電子，正電子

37、，氦核等?！纠}】?jī)煞N物質(zhì)混合后發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，并放出了熱量，則反應(yīng)前后物質(zhì)所有微粒之間的萬(wàn)有引力勢(shì)能，電勢(shì)能以及核能三種能量中，絕對(duì)值變化最大的是（ ）A萬(wàn)有引力勢(shì)能 B電勢(shì)能C 核能 D以上三種能量的變化值幾乎相等解析：化學(xué)反應(yīng)是原子核不發(fā)生變化，只是核外電子的轉(zhuǎn)移，即元素未發(fā)生變化，只是元素間重新組合成新的物質(zhì)，而核反應(yīng)是原子核發(fā)生了變化，可能由一種元素變成了了另一種元素?；瘜W(xué)反應(yīng)中由于原子核未變，核能不變。在電子轉(zhuǎn)移的過(guò)程中電場(chǎng)力做功，電勢(shì)能發(fā)生明顯變化，而核反應(yīng)過(guò)程中核能發(fā)生了變化答案：B。友情提示：請(qǐng)注意原子核反應(yīng)與化學(xué)反應(yīng)的區(qū)別 【例題】美國(guó)科研人員正在研制一種新型鎳銅長(zhǎng)效電池，

38、它是采用半衰期長(zhǎng)達(dá)100年的放射性同位素鎳63（）和銅兩種金屬作為長(zhǎng)壽命電池的材料，利用鎳63發(fā)生衰變時(shí)釋放電子給銅片，把鎳63和銅片做電池兩極外接負(fù)載為負(fù)載提供電能。下面有關(guān)該電池的說(shuō)法正確的是（ ）A鎳63的衰變方程是B鎳63的衰變方程是C外接負(fù)載時(shí)鎳63的電勢(shì)比銅片高D該電池內(nèi)電流方向是從鎳到銅片類(lèi)型題： 核能的計(jì)算 1根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能聯(lián)系方程（或）計(jì)算2根據(jù)1原子質(zhì)量單位（1u）對(duì)應(yīng)931.5能量，即質(zhì)量虧損1u相當(dāng)于放出931.5能量。核反應(yīng)時(shí)釋放的能量可用原子質(zhì)量單位數(shù)乘以931.53利用動(dòng)量和能量守恒計(jì)算參與核反應(yīng)的粒子組成的系統(tǒng)在核反應(yīng)過(guò)程中動(dòng)量和能量是守恒的，在核反應(yīng)所釋放的

39、核能全部轉(zhuǎn)化為生成的新粒子的動(dòng)能而無(wú)光子輻射的情況下，可以從動(dòng)量和能量守恒角度計(jì)算核能的變化4由阿伏加得羅常數(shù)NA計(jì)算宏觀物質(zhì)釋放的核能若要計(jì)算具有宏觀物質(zhì)所有原子核都發(fā)生核反應(yīng)所放出的總核能，應(yīng)用阿伏加得羅常數(shù)計(jì)算核能比較方便現(xiàn)分別舉例如下1、利用愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程計(jì)算核能【例題】一個(gè)鈾核衰變?yōu)殁Q核時(shí)釋放出一個(gè)粒子，已知鈾核的質(zhì)量為 kg，釷核的質(zhì)量為粒子的質(zhì)量為，在這個(gè)衰變過(guò)程中釋放出的能量等于_J（保留兩位有效數(shù)字）。解析：由題可得出其核反應(yīng)的方程為：其反應(yīng)過(guò)程中的質(zhì)量虧損為：所以即在這個(gè)衰變過(guò)程中釋放出的能量等于。【例題】假設(shè)兩個(gè)氘核在同一直線上相碰發(fā)生聚變反應(yīng)生成氦同位素和中子，已知

40、氘核的質(zhì)量為2.0136u，中子的質(zhì)量為1.0087u，氦的同位素的質(zhì)量為3.0150u，求該聚變反應(yīng)中釋放的能量（保留兩位有效數(shù)字）。解析：由題可得出其核反應(yīng)的方程式：其反應(yīng)過(guò)程中的質(zhì)量虧損所以即在這個(gè)衰變過(guò)程中釋放出3.3MeV的能量。由上述可知：利用愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程計(jì)算核能，關(guān)鍵是求出質(zhì)量虧損，而求質(zhì)量虧損主要是利用其核反應(yīng)方程式，再利用質(zhì)量與能量相當(dāng)?shù)年P(guān)系求出核能。【例題】裂變反應(yīng)是目前核能利用中常用的反應(yīng)。以原子核U為燃料的反應(yīng)堆中，當(dāng)U俘獲一個(gè)慢中子后發(fā)生的裂變反應(yīng)可以有多種方式，其中一種可表示為U +n Xe + Sr +3n235.0439 1.0087 138.9178 9

41、3.9154反應(yīng)方程下方的數(shù)字是中子及有關(guān)原子的靜止質(zhì)量（以原子質(zhì)量單位u為單位）。已知 1 u的質(zhì)量對(duì)應(yīng)的能量為9.3×102MeV，此裂變反應(yīng)釋放出的能量是_MeV。 1.82×102 MeV2、利用阿伏加德羅常數(shù)計(jì)算核能【例題】四個(gè)質(zhì)子在高溫下能聚變成一個(gè)粒子，同時(shí)釋放能量，已知質(zhì)子的質(zhì)量為1.007276 u，粒子的質(zhì)量為4.001506 u，阿伏加德羅常數(shù)為，求10g氫完全聚變成粒子所釋放的能量。解析：由題可得出其核反應(yīng)的方程式：其反應(yīng)過(guò)程中的質(zhì)量虧損設(shè)所釋放的能量為E，由題可知：所以即10g氫完全聚變成粒子所釋放的能量為由此可知：求宏觀物體原子核發(fā)生核反應(yīng)過(guò)程中

42、所釋放的核能，一般利用核反應(yīng)方程及其比例關(guān)系和阿伏加德羅常數(shù)。3、由動(dòng)量守恒和能量守恒計(jì)算核能【例題】?jī)蓚€(gè)氘核聚變產(chǎn)生一個(gè)中子和一個(gè)氦核（氦的同位素），若在反應(yīng)前兩個(gè)氘核的動(dòng)能均為，它們正面碰撞發(fā)生核聚變，且反應(yīng)后釋放的能量全部轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，反應(yīng)后所產(chǎn)生的中子的動(dòng)能為2.49MeV，求該核反應(yīng)所釋放的核能。已知氘核的質(zhì)量為，氦核的質(zhì)量為，中子的質(zhì)量為。解析：設(shè)反應(yīng)前氘核動(dòng)量的大小為p，反應(yīng)后生成的中子和氦核動(dòng)量的大小分別為和，其動(dòng)能分別為和，反應(yīng)所釋放的核能為，則：由動(dòng)量守恒得：由能量守恒得：因?yàn)?，所以?lt;1>、<2>、<3>解得：即在這個(gè)衰變過(guò)程中釋放出3.

43、26MeV的能量。由此可知，由動(dòng)量守恒和能量守恒計(jì)算核能，還要和相關(guān)知識(shí)相結(jié)合?！纠}】（2000全國(guó)，13）假設(shè)在NaCl蒸氣中存在由鈉離子Na和氯離子Cl靠靜電相互作用構(gòu)成的單個(gè)NaCl分子。若取Na與Cl相距無(wú)限遠(yuǎn)時(shí)其電勢(shì)能為零，一個(gè)NaCl分子的電勢(shì)能為-6.1 eV。已知使一個(gè)中性鈉原子Na最外層的電子脫離鈉原子而形成鈉離子Na所需的能量（電離能）為5.1 eV，使一個(gè)中性氯原子Cl結(jié)合一個(gè)電子形成氯離子Cl所放出的能量（親和能）為3.8 eV。由此可算出，在將一個(gè)NaCl分子分解成彼此遠(yuǎn)離的中性鈉原子Na和中性氯原子Cl的過(guò)程中，外界供給的總能量等于_eV。 4.8 eV【例題】靜

44、止?fàn)顟B(tài)的原子核X，發(fā)生衰變后變成質(zhì)量為MY的Y原子核，放出的粒子垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，測(cè)得其做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑是r，已知質(zhì)子的電量為e，質(zhì)量為m，試求：（設(shè)衰變過(guò)程中沒(méi)有光子放出）衰變后粒子的速度，動(dòng)能衰變后Y核的速度，動(dòng)能衰變前X核的質(zhì)量MX 解析：在核物理中，常利用粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)測(cè)粒子或原子核的質(zhì)量，電量，動(dòng)能等，這里涉及帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由 q=2e，=4m，得=。由動(dòng)量守恒定律-MY=0，=，則=由能量守恒知釋放的核能=+，所以MX=+MY+= MY+4m+ 名師點(diǎn)撥：在應(yīng)用動(dòng)量守恒和能量守恒定律時(shí)一定要分析原來(lái)的原子核有無(wú)初動(dòng)量和處動(dòng)能是否為零。

45、【例題】?jī)蓚€(gè)動(dòng)能均為1Mev的氘核發(fā)生正面碰撞，引起了如下的核反應(yīng):試求:此核反應(yīng)中放出的能量 等于多少?若放出的能量全部變成核的動(dòng)能，則生成的氫核具有的動(dòng)能是多少?（已知、的原子核的質(zhì)量分別為1.0073u、2.0136u 、3.0156u）解析：m=2× 2.0136u 3.0156u- 1.0073u=0.0043u E =931.5× 0.0043=4.0MeV由動(dòng)量守恒定律m3v3 + m1v1 =0EK1EK3 =31EK1+ EK3 =E + 2 EK2= 6 MeVEK1=4.5 MeVEK3=1.5 MeV 19高二物理選修3-5 第十八章 原子結(jié)構(gòu)檢測(cè)題

46、一、本題共8小題，每小題4分，共32分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，有的小題只有一個(gè)選項(xiàng)正確，有的小題有多個(gè)選項(xiàng)正確。全部選對(duì)的得4分，選不全的得2分，有選錯(cuò)或不答的得0分1盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)可以解決的問(wèn)題是 （ ） A解釋 粒子散射現(xiàn)象 B用 粒子散射的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)估算原子核的大小C結(jié)合經(jīng)典電磁理論，解釋原子的穩(wěn)定性 D結(jié)合經(jīng)典電磁理論，解釋氫原子光譜2關(guān)于玻爾的原子模型，下述說(shuō)法中正確的有（ ）A它徹底否定了經(jīng)典的電磁理論 B它發(fā)展了盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō) C它完全拋棄了經(jīng)典的電磁理論 D它引入了普朗克的量子觀念3（06滬九校）、右圖為盧瑟福和他的同事們做a粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖，熒光屏和

47、顯微鏡一起分別放在圖中的A、B、C、D四 個(gè)位置時(shí)，關(guān)于觀察到的現(xiàn)象，下述說(shuō)法中正確的是（ ） A相同時(shí)間內(nèi)放在A位置時(shí)觀察到屏上的閃光次數(shù)最多B相同時(shí)間內(nèi)放在B位置時(shí)觀察到屏上的閃光次數(shù)比放在A位置時(shí)少得多C放在C、D位置時(shí)屏上觀察不到閃光D放在D位置時(shí)屏上仍能觀察到一些閃光，但次數(shù)極少4原子從一個(gè)能級(jí)躍遷到一個(gè)較低的能級(jí)時(shí)，有可能不發(fā)射光子例如在某種條件下，鉻原子的n = 2能級(jí)上的電子躍遷到n = 1能級(jí)上時(shí)并不發(fā)射光子，而是將相應(yīng)的能量轉(zhuǎn)交給n = 4能級(jí)上的電子，使之能脫離原子，這一現(xiàn)象叫做俄歇效應(yīng)，以這種方式脫離了原子的電子叫做俄歇電子，已知鉻原子的能級(jí)公式可簡(jiǎn)化表示為 ，式中n=

48、l，2，3， 表示不同能級(jí)，A是正的已知常數(shù)，上述俄歇電子的動(dòng)能是 （ ）A B C D甲乙5a光經(jīng)過(guò)某干涉儀形成的光的干涉圖樣如圖甲所示，若只將a光換成b光照射同一干涉儀，形成的光的干涉圖樣如圖乙所示.則下述正確的是：（）Aa光光子的能量較大B在水中a光傳播的速度較大 C若用a光照射某金屬時(shí)不能發(fā)生光電效應(yīng)，則用b 光照射該金屬時(shí)也不能發(fā)生 光電效應(yīng)D若a光是氫原子從n3的能級(jí)向n2的能級(jí)躍遷時(shí)產(chǎn)生的，則b光可能是氫原子從n4的能級(jí)向n2的能級(jí)躍遷時(shí)產(chǎn)生的6（06廣州1）氫原子能級(jí)如圖所示，一群原處于n4 能級(jí)的氫原子回到n 1的狀態(tài)過(guò)程中（ ）A放出三種頻率不同的光子B放出六種頻率不同的光

49、子C放出的光子的最大能量為其12 . 75ev ，最小能量是0.66eV D放出的光能夠使逸出功為13 . 0eV的金屬發(fā)生光電效應(yīng)7根據(jù)玻爾理論，在氫原子中，量子數(shù)n越大，則 （ ）A電子軌道半徑越小 B核外電子運(yùn)動(dòng)速度越大 C原子能量越大 D電勢(shì)能越小8氫原子從第2能級(jí)躍遷到第1能級(jí)過(guò)程中的能量變化，有下列說(shuō)法：電子的動(dòng)能一定增大；原子系統(tǒng)的電勢(shì)能一定減?。浑娮觿?dòng)能的增加量一定等于系統(tǒng)電勢(shì)能的減少量；電子動(dòng)能的增加量一定小于系統(tǒng)電勢(shì)能的減少量。以上說(shuō)法中正確的有（ ）A只有 B。只有 C。只有 D。只有二、填空題（本題有6小題每小題4分。共24分）9氫原子從第3能級(jí)躍遷到第2能級(jí)時(shí)輻射出的

50、光子的波長(zhǎng)是_nm，這種光子屬于_ 光。（已知?dú)湓拥幕鶓B(tài)能級(jí)為-13.6eV） 10原子從a能級(jí)狀態(tài)躍遷到b能級(jí)狀態(tài)時(shí)發(fā)射波長(zhǎng)為1的光子；原子從b能級(jí)狀態(tài)躍遷到c能級(jí)狀態(tài)時(shí)吸收波長(zhǎng)為2的光子，已知1>2那么原子從a能級(jí)狀態(tài)躍遷到c能級(jí)狀態(tài)時(shí)將要_（填“吸收”或“輻射”）波長(zhǎng)為_(kāi)的光子13題圖11一群處于量子數(shù)n = 3的激發(fā)態(tài)氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，可能發(fā)出的光譜線條數(shù)是_。12已知?dú)湓踊鶓B(tài)能量為-13.6Ev，第二能級(jí)E2 = -3.4eV ，如果氫原子吸收_eV能量，可由基態(tài)躍遷到第二能級(jí)。如果再吸收1.89eV能量，還可由第二能級(jí)躍遷到第三能級(jí)，則氫原子的第三能級(jí)E3 =_eV。

51、14題圖13如圖給出了氫原子的四個(gè)能級(jí)、大量氫原子在這些能級(jí)之間躍遷所輻射的光子的頻率最多有 種，其中能量最高的光子能量為eV 14如圖是原子的核式結(jié)構(gòu)模型。下面平面示意圖中的四條線表示粒子運(yùn)動(dòng)的可能軌跡，在圖中完成中間兩條粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡。三、本題共5小題，44分。解答應(yīng)寫(xiě)出必要的文字說(shuō)明、方程式和重要演算步驟，只寫(xiě)出最后答案的不能得分。有數(shù)值計(jì)算的題，答案中必須明確寫(xiě)出數(shù)值和單位。15（8分）用波長(zhǎng)為=50nm的紫外線能否使處于基態(tài)的氫原子電離？電離后的電子速率將是多大？（氫原子的基態(tài)能量為-13.6eV，電子質(zhì)量為0.91×10-30kg）16（12分）氫原子處于基態(tài)時(shí)，原子能量E1= -13.6eV，已知電子電量e =1.6×10-19C，電子質(zhì)量m=0.91×10-30kg，氫的核外電子的第一條可能軌道的半徑為r1=0.53×10-1