原子的核式結(jié)構(gòu)模型 教學(xué)案

第

原子的核式結(jié)構(gòu)模型(應(yīng)學(xué)生用書頁碼P20)一、α粒子散射實(shí)驗(yàn)．湯姆孫的原子模(如圖湯姆孫于1898年出了原模型，他認(rèn)為原子是一個(gè)球體，正電荷彌漫性地均勻分布在整個(gè)球體內(nèi)，電子鑲嵌在球中。圖湯姆孫的原子模型小圓點(diǎn)代表電荷大圓點(diǎn)代表電子湯姆孫的原子模型被稱為西瓜模型或棗糕模型。該模型能解釋一些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，但后來被粒散射實(shí)驗(yàn)否定了。．粒子射實(shí)驗(yàn)α粒是放射性物質(zhì)中發(fā)出來的快速運(yùn)動(dòng)的粒子有兩個(gè)單位的正電荷質(zhì)量為氫原子質(zhì)量的4倍實(shí)驗(yàn)結(jié)果絕大多數(shù)α子穿過金箔后，基本沿原方向前進(jìn)。少數(shù)α子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角甚至大于。(3)盧瑟福通過α子散射實(shí)驗(yàn)，否定了湯姆孫的原子模型，立了核式結(jié)構(gòu)模型。二、盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型年盧瑟福提出：在原子的中心有一個(gè)很小的核叫原子核，原子的所有正電荷和幾乎所有質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外空間里繞核旋轉(zhuǎn)。原子核的組成原核是由質(zhì)子和中子組成的子核的電荷數(shù)就是核中的質(zhì)子數(shù)。．原子核的大小：實(shí)驗(yàn)確定的原子核半徑R的數(shù)量級(jí)為

15

。而整個(gè)原子的半徑的數(shù)量級(jí)是10

10

，兩者相差十萬倍之多。見原子內(nèi)部是十分“空曠”的。三、經(jīng)典理論的困難盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型正確地指出了原子核的存在好地解釋了α粒散射實(shí)驗(yàn)是，經(jīng)典的物理學(xué)既無法解釋原子的穩(wěn)定性，又無法解釋原子發(fā)光頻譜的分立特征。．判斷：(1)α粒散射實(shí)驗(yàn)中大多數(shù)α粒發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)或反彈()(2)盧瑟福否定了湯姆孫模型，建了原子核式結(jié)構(gòu)模型()(3)α粒大角度的偏轉(zhuǎn)是電子成的()答案：(1)

(2)√

(3)×思考粒子散射實(shí)驗(yàn)中用的金箔大約1μm厚μm的金箔大約有33層子，絕大多數(shù)粒穿過金箔后沿原來的方向前進(jìn)，這說明了什么？提示金箔的厚度相當(dāng)于幾千層原子的厚度絕大多數(shù)α子穿過金箔后仍沿原來方向前進(jìn)，說明原子中的絕大部分是空的。(應(yīng)學(xué)生用書頁碼P20)對(duì)α粒散射實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)與理解實(shí)驗(yàn)裝如圖2-2-2示，由放射源、金箔、熒光屏等組成。圖．注意事項(xiàng)從α粒源到熒光屏這段路程處于真空中。α粒是氮核，本身很小，金箔需很薄α粒才能很容易穿過。實(shí)驗(yàn)中用的是金箔而不是鋁箔因金的原子序數(shù)大粒與金核間庫侖力大，偏轉(zhuǎn)明顯；另外金的延展性好，容易做成極薄的金箔。．實(shí)驗(yàn)結(jié)果α粒穿過金箔時(shí)大多數(shù)不發(fā)偏轉(zhuǎn)沿來的方向前進(jìn)少數(shù)發(fā)生較大的偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90°，就是說它們幾乎被“撞”了回來。．盧瑟福對(duì)α粒子射現(xiàn)象的分核結(jié)構(gòu)模型(1)分布情況：所有正電荷和幾乎部質(zhì)量集中在原子核內(nèi)，原子中絕大部分是空的。(2)受力情況：①少數(shù)粒子靠近原子核時(shí)，受到的庫侖斥力大；②大多數(shù)粒離原子核較遠(yuǎn)，受到的庫侖斥力較小。(1)實(shí)驗(yàn)中的熒光屏是可以移動(dòng)的通過移動(dòng)可探測到α粒散射到不同角度的數(shù)目。(2)α粒散射實(shí)驗(yàn)為原子的核結(jié)構(gòu)學(xué)說奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)式構(gòu)模型中認(rèn)為電子在原子核對(duì)它的庫侖力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。r2abcacr2abcacbacbcaa．盧瑟福的α粒散射實(shí)驗(yàn)說明了下列哪些情()．原子內(nèi)的正電荷全部集中在原子核里．原子內(nèi)的正電荷均勻分布在它的全部體積上．原子內(nèi)的正負(fù)電荷是一對(duì)一整齊排列的．原子的幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里解析選AD盧福α粒散射實(shí)驗(yàn)中，少數(shù)粒發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，這是原子中帶正電部分作用的結(jié)果。由于大角度偏轉(zhuǎn)的粒數(shù)極少，說明原子中大部分是空的，帶正電部分的體積很小負(fù)電的電子繞核運(yùn)動(dòng)的向心力即是原子核對(duì)它的引力電質(zhì)量極小，故原子核集中了原子全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量，故選項(xiàng)AD正。α粒散射實(shí)驗(yàn)中的能量轉(zhuǎn)化問1.α粒的受力特點(diǎn)Qqα粒與原子核間的作用力是庫斥力，大小為Fk。粒離原子核越近，庫侖斥力越大，它的加速度越大，反之則越小粒的受力方向沿原子核與α子的連線指向α粒。．庫侖力對(duì)α粒子做功情況及能量轉(zhuǎn)化情況當(dāng)α?？拷雍藭r(shí)，庫侖斥力做負(fù)功，電勢(shì)能增加；遠(yuǎn)離時(shí)，庫侖斥做正功，電勢(shì)能減小。僅有庫侖力做功，只是電勢(shì)能和動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化，而總能量保持不變。處理盧瑟福原子模型粒子散射實(shí)驗(yàn)等問題電磁學(xué)理論和經(jīng)典力學(xué)理論仍適用。α粒接近原子核時(shí)，原子核外子對(duì)它的作用可忽略。粒在金原子核場作用下的散射情況如圖2-2-3所線表示α粒的運(yùn)動(dòng)軌跡，實(shí)線表示金核電場的等勢(shì)面。設(shè)α粒通過、bc三時(shí)速率分別為，電勢(shì)能分別為E、E、，下列選項(xiàng)中確的()ac圖Av>EEB>v<EEbcbbcbcbcbac．v>E<E<E．<vE>E解析：Dα粒子在金原子核周圍散射運(yùn)動(dòng)規(guī)律類同于q檢驗(yàn)電荷在＋Q點(diǎn)荷成的電場中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。在離金原子核越近處，電勢(shì)越高，電勢(shì)能越大，動(dòng)能越小，電勢(shì)能和動(dòng)能總和保持不變，故D正。(應(yīng)學(xué)生用書頁碼P21)α粒散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析[例如圖所示為盧瑟福和他的學(xué)生們做α粒散射實(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、、、D四個(gè)位置時(shí)，關(guān)于觀察到的現(xiàn)象，下列說法中正確的是()圖．相同的時(shí)間內(nèi)放在位時(shí)觀察到屏上的閃光數(shù)最多．相同的時(shí)間內(nèi)放在位時(shí)觀察到屏上的閃光數(shù)只比放在A位時(shí)稍少些．放在CD位時(shí)屏上觀察不到閃光．放在D位時(shí)屏上仍能觀察到一些閃光，但次數(shù)極少[解析]由α粒散實(shí)驗(yàn)的結(jié)論：絕大多數(shù)α粒仍沿原方向運(yùn)動(dòng)，少數(shù)粒運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生改變，個(gè)別α粒子運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn)，甚至是。由、、C、的位置可知絕大多數(shù)粒子打到位置的熒光屏上，少數(shù)α粒子打到位的熒光屏上，而極少數(shù)粒能打到C、位的熒光屏上，故選項(xiàng)A、正。[答案]ADαα““少”“”α對(duì)粒子的運(yùn)動(dòng)軌道的分析[例2]當(dāng)α粒被金核散射時(shí)，如圖2-2-5示A、B、CD四運(yùn)動(dòng)軌跡中不可能存在的是()圖[解析]粒在靠近金原子核時(shí)所受庫侖力為斥力AD的跡是可能存在的。而從B、的軌跡可以判斷、受力是吸引力，與核式結(jié)構(gòu)模型不符，所以B、C的軌跡是不可能的。[答案](應(yīng)學(xué)生用書頁碼P21)．對(duì)α粒散射實(shí)驗(yàn)裝置的描述，下列說法正確的()．主要實(shí)驗(yàn)器材有：放射源、金箔、熒光屏、顯微鏡．金箔的厚薄對(duì)實(shí)驗(yàn)無影響．如果改用鋁箔就不能發(fā)生散射現(xiàn)象．實(shí)驗(yàn)裝置放在真空中解析：選ADα粒散實(shí)驗(yàn)是指用粒轟擊很薄的金箔或鋁箔)質(zhì)層，通過觀察粒穿過物質(zhì)層后的偏轉(zhuǎn)情況，獲得原子結(jié)構(gòu)的信息，為準(zhǔn)確觀察α粒子的偏轉(zhuǎn)情況，熒光屏和顯微鏡能夠圍繞金箔轉(zhuǎn)，且整個(gè)裝置放在真空環(huán)境中。．根據(jù)湯姆孫原子模型預(yù)測α粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果是()．絕大多數(shù)子穿過金箔后都有顯著偏轉(zhuǎn)．絕大多數(shù)α粒穿過金箔后都有小角度偏轉(zhuǎn)．極少數(shù)α粒偏轉(zhuǎn)角很大，有甚至沿原路返回．不可能有子偏轉(zhuǎn)角很大，更不可能沿原路返回解析選D電的質(zhì)量小，比α粒的質(zhì)量小得多α子碰到金箔原子內(nèi)的電子運(yùn)動(dòng)方向不會(huì)發(fā)生明顯變化，湯姆孫模型認(rèn)為正電荷在原子內(nèi)是均勻分布的，因此，當(dāng)α粒子穿過原子時(shí)受兩側(cè)正荷的斥力有相當(dāng)大一部分互相抵消α子偏轉(zhuǎn)的力不會(huì)很大，不會(huì)有大角度偏轉(zhuǎn)。．關(guān)于原子結(jié)構(gòu)理論與粒散射實(shí)驗(yàn)的關(guān)系，下列說法正確的()．盧瑟福做子散射實(shí)驗(yàn)是為了驗(yàn)證湯姆孫的棗糕模型是錯(cuò)誤的．盧瑟福認(rèn)識(shí)到湯姆孫“棗糕模型”的錯(cuò)誤后提出了“核式結(jié)構(gòu)”理論．盧瑟福的α粒散射實(shí)驗(yàn)是為了驗(yàn)證核式結(jié)構(gòu)理論的正確性．盧瑟福依據(jù)粒子散射實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象提出了原子的“核式結(jié)構(gòu)”理論解析選D由于盧瑟福設(shè)計(jì)的α粒散射實(shí)驗(yàn)是為了探究原子內(nèi)電荷的分布非了驗(yàn)證湯姆孫模型A錯(cuò)盧瑟福并不是認(rèn)識(shí)“棗糕?！钡腻e(cuò)誤而提“核式結(jié)構(gòu)”理論的B錯(cuò)；盧瑟福做了α粒散射實(shí)驗(yàn)后，由實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象提出“式結(jié)構(gòu)理，錯(cuò)誤，D正。．盧瑟福通過α粒散射實(shí)驗(yàn)，判斷出原子的中心有一個(gè)很小的核，并由此提出了原子的核式結(jié)構(gòu)。如圖2-2-6所示的平面示意圖中，①、②兩條實(shí)線表示粒子運(yùn)的軌跡，則沿③所示方向射向原子核的α粒子可能的運(yùn)動(dòng)軌跡為虛線中()A軌跡aC．跡

圖B軌跡bD．跡d解析：Aα粒靠中心時(shí)會(huì)受到更大的排斥力，故A正，其他三項(xiàng)錯(cuò)誤。．盧瑟福的α粒散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明()．原子核是可分的．原子核是由質(zhì)子、中子組成．原子是由均勻帶正電的物質(zhì)和帶負(fù)電的電子構(gòu)成．原子內(nèi)部有一個(gè)很小區(qū)域，集中了原子的全部正電荷和幾乎全部的質(zhì)量解析：選D據(jù)粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，盧瑟福提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型，D正。題中項(xiàng)湯姆孫提出的原子模型，而α粒散射實(shí)驗(yàn)否定了這一模型，故C錯(cuò)，此實(shí)驗(yàn)也說明原子是可分的，故AB雖正確，但不是由粒散射實(shí)驗(yàn)得出的故B不。如圖2-2-7所示盧瑟福粒散射實(shí)驗(yàn)的原子(點(diǎn)表示)兩個(gè)α粒的徑跡其中正確的是()解析：選A

圖α粒是氦核，帶正電，金核也正電，α子與金核的作用力為庫侖斥力，因此α?？拷鸷藭r(shí)應(yīng)向遠(yuǎn)離金核的方向運(yùn)動(dòng)，故A確BCD錯(cuò)。1010．下列對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)中，正確的()A原子中絕大部分是空的，原子核很小B電子在核外旋轉(zhuǎn)，庫侖力提供向心力C．子的全部正電荷都集中在原子核里D．子的直徑大約是

解析：ABC原是由位于原子中心帶正電的原子核和核外帶負(fù)電的電子構(gòu)成的，電子在核外繞核高速旋轉(zhuǎn)，庫侖力提供向心力，由此可判BC正；根據(jù)散射實(shí)驗(yàn)知原子核直徑數(shù)量級(jí)為10

15

m而原子直徑的數(shù)量級(jí)為

10

，故A正D錯(cuò)。．在盧瑟福的α粒散射實(shí)驗(yàn)中，有少數(shù)粒發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，其原因()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．正電荷在原子中是均勻分布的．原子中存在著帶負(fù)電的電子．金箔中的金原子間存在很大的空隙，只有極少數(shù)碰到金原子解析選A盧瑟福的α粒散射實(shí)中少數(shù)α粒發(fā)生了較大度的偏轉(zhuǎn)明只有少數(shù)粒受到很強(qiáng)的斥力多α粒受到的斥力很小反映出在原子內(nèi)部正電荷分布在很小的空間，且質(zhì)量很大正B誤；實(shí)驗(yàn)中所用金箔盡管很薄，但也有上千層原子此知少α子偏轉(zhuǎn)顯然不是由于碰到金原子是被金原子核散射的緣故。由此知C、錯(cuò)。．如圖所Q金原子核、N為個(gè)等勢(shì)面，虛線為α粒經(jīng)過原子核附近的運(yùn)動(dòng)軌跡。關(guān)于粒子，下列說法正確的()圖．粒從K到的程中動(dòng)能逐漸增加．粒從K到的程中動(dòng)能逐漸減小．粒從K到的程中動(dòng)能先減小后增加．粒從K到的程中電勢(shì)能先增加后減小解析：CD由題目可獲取以下信：金原子核外有兩個(gè)等勢(shì)面α粒子經(jīng)過原子核附近的過程分粒子靠近原子核和遠(yuǎn)離原子核的過程動(dòng)能定理依據(jù)庫侖斥力做功的情況判斷動(dòng)能的變化，同樣由庫侖斥力做功的情況判斷勢(shì)能的變化。在粒子從K到離原子核最近的過程中庫斥力做負(fù)功，動(dòng)能逐漸減小，電勢(shì)能逐漸增加α粒從離原子核最近到的程中庫斥做正功動(dòng)能增加電勢(shì)能減小由可知C正。2766192627129221913222622671227r122912227722766192627129221913222622671227r122912227721414．1911年盧瑟福依據(jù)粒子散射實(shí)驗(yàn)中粒子發(fā)生_______(填“大或“小”角度散射現(xiàn)象，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型。若用動(dòng)能為MeV的α粒轟擊金箔，則其速度約為_。質(zhì)子和中子的質(zhì)量均為1.67×10MeV＝×10eV)解析瑟福在α粒散射實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了大多數(shù)粒子沒有大角度偏轉(zhuǎn)數(shù)發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)，盧瑟福抓住了這個(gè)現(xiàn)象進(jìn)行分析，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型?！痢痢粒絤，得≈6.9×10m/s。

MeV6答案：×1011．已知金的原子序數(shù)為79α子離金原子核的最近距離設(shè)為10

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m，子離金核最近時(shí)受到的庫侖斥力是多大？對(duì)粒產(chǎn)生的加速度是多大(知α粒的電荷量＝e，質(zhì)量＝6.64×kg)αα解析：粒離核最近時(shí)受到的庫侖斥力為q79·2eF＝＝＝×10×rr××

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N≈金核對(duì)α粒的庫侖力對(duì)α子產(chǎn)生的加速度大小為F3.64＝＝m6.64×

27

m/s≈10m/s。答案：N×10m/s在粒散射試驗(yàn)中據(jù)粒與原子核發(fā)生對(duì)心碰時(shí)所能達(dá)到的最小距離就可以估算原子核的大小現(xiàn)一粒子以2.0×

m/s的度去轟金箔若金原子的核電荷數(shù)為79求該α子與金原子核之間的最近距(己知帶電粒子在點(diǎn)電荷電場中的電勢(shì)q能表達(dá)式為E＝，粒質(zhì)量為6.64×。p解析：α粒散射實(shí)驗(yàn)使人們認(rèn)識(shí)到原子的核式結(jié)構(gòu)，從能量轉(zhuǎn)化角度看，α?？拷雍诉\(yùn)動(dòng)時(shí)α粒的動(dòng)能化為電勢(shì)能，達(dá)到最近距離時(shí)，動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能，可以估算原子核的大小。qα粒與原子核發(fā)生對(duì)心碰撞時(shí)能達(dá)到的最小距離為，由能量守恒有v＝kkq29.0×××79＝＝m××10

19

＝2.7×10

。答案：×mAAAZ＋－1tAAAZ＋－1t238234142342340

原子核

射γXY＋X→AY意2

7NHeHBe＋He→nP→Si＋e的專題一

核反應(yīng)與核反應(yīng)方程核反應(yīng)常見核反應(yīng)分為衰變、人工轉(zhuǎn)變、裂變、聚變等幾種類型：(1)衰變：α衰：U→＋核內(nèi)2H＋2n929022β衰變：Th→＋核內(nèi)n→H0e)9001γ衰：原子核處于較高能級(jí)，輻射光子躍遷到低能級(jí)。衰變反應(yīng)的特點(diǎn)是子核自發(fā)地轉(zhuǎn)變成另一種原子核物有一個(gè)放射性核，生成物中除有一個(gè)新核外，還有α?；颚铝Ｗ?。(2)人工轉(zhuǎn)變：14417194121441719412U＋→Ba＋Kr＋n241238142382820＋He→8O＋H(發(fā)質(zhì)子的核反21＋He→6C＋發(fā)現(xiàn)中子的核反)420人工轉(zhuǎn)變特點(diǎn)以能微觀粒子擊原子核為標(biāo)志應(yīng)物中除有一個(gè)原子核外有一個(gè)入射粒子，如子、質(zhì)子、中子等。(3)裂變：235192036裂變特點(diǎn)：質(zhì)量較大的重核捕獲中子分裂成兩個(gè)以上中等質(zhì)量的核，并放出幾個(gè)中子。(4)聚變：H＋→＋12聚變特點(diǎn)：反應(yīng)物為質(zhì)量較小的輕核，生成物包含一個(gè)質(zhì)量較大的核。．核反應(yīng)方程的書(1)必須遵守電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)恒規(guī)律，有些核反應(yīng)方程還要考慮到能量守恒規(guī)律。(2)核反應(yīng)方程中的箭(→表示核反應(yīng)進(jìn)行的方向，不能把箭頭寫成等號(hào)。寫核反應(yīng)方程必須要有實(shí)驗(yàn)依據(jù)，決不能毫無根據(jù)地編造。在寫核反應(yīng)方程時(shí)，應(yīng)先將已知原子核和已知粒子的符號(hào)填入核反應(yīng)方程一般形式的適當(dāng)位置上然根據(jù)質(zhì)量數(shù)恒和電荷數(shù)守恒規(guī)律計(jì)算出未知(或未知粒子)的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)；最后根據(jù)未知核(或未知粒子的電荷數(shù)確定它們是哪種元素或哪種粒子，并在核反應(yīng)方程一般形式中的適當(dāng)位置填寫上它們的符號(hào)。[例1]關(guān)核衰變和核反應(yīng)的類型，下列表述正確的()→Th＋He是變9290N＋He→＋H是衰71C.H＋H→＋n是核聚變120→＋是核變3436[解析]反應(yīng)物中只有一個(gè)放射性核成物中除有一個(gè)新核有α粒子β粒，故A項(xiàng)α衰D項(xiàng)是衰，所以A對(duì)D錯(cuò)。反應(yīng)物中除有一個(gè)原子核外，還有一個(gè)入射粒子—α粒，故B項(xiàng)為原子核的人工轉(zhuǎn)，所以B錯(cuò)。兩個(gè)質(zhì)量中等的核結(jié)合成一個(gè)質(zhì)量較大的核，故項(xiàng)輕核聚變，所以對(duì)[答案]AC專題二

核能與核能的計(jì)算核能的計(jì)算是原子核物理中的熱點(diǎn)問題重核的裂變輕核的聚變放性衰變以及某些人工轉(zhuǎn)變的核反應(yīng)中伴著巨大的核能釋放據(jù)不同的題設(shè)條件和不同的核反應(yīng)特征，歸納以下四種計(jì)算途徑。．根據(jù)質(zhì)量虧損計(jì)核能方法一用質(zhì)能方程E＝mc

2

計(jì)算核能，其中Δ的單位取千克E的位是焦耳。34734477nn34734477nn方法二：據(jù)1原質(zhì)量單位相當(dāng)于931.5MeV能，核子結(jié)合成原子核時(shí)質(zhì)量虧損的原子質(zhì)量單位數(shù)乘以MeV即＝mMeV其中Δ的位是u，的位是。．根據(jù)平均結(jié)合能算核能原子核的結(jié)合能＝核子的平均結(jié)合能×核子數(shù)應(yīng)中反應(yīng)前系統(tǒng)內(nèi)所有原子核的總結(jié)合能與反應(yīng)后生成的所有新核的總結(jié)合能之差，就是該次核反應(yīng)所釋(或吸收的核能。．根據(jù)能量守恒和量守恒來計(jì)算核能參與核反應(yīng)的粒子所組成的系統(tǒng)核反應(yīng)過程中的動(dòng)量和能量是守恒的因此在設(shè)條件中沒有涉及到質(zhì)量虧損核反應(yīng)所釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為生成的新粒子的動(dòng)能而無光子輻射的情況下，從動(dòng)量和能量守恒可以計(jì)算出核反應(yīng)釋放或吸收的能量。．根據(jù)阿伏加德羅數(shù)計(jì)算核能若已知微觀數(shù)目的原子核發(fā)生核反應(yīng)釋放的能量具有宏觀質(zhì)量的物質(zhì)中所有原子核都發(fā)生核反應(yīng)所放出的總能量，應(yīng)用阿伏加德羅常數(shù)計(jì)算核能較為簡便。[例2]氚和氦核發(fā)生聚變生成鋰核，反應(yīng)方程為H＋He→Li，已各核的平均結(jié)13合能分別為H：MeV、HeMeV、Li：MeV，求此核反應(yīng)過程中釋放12的核能。[解析]

31

H

和分成核子需提供能量，核子結(jié)合成Li時(shí)放能量，則此核反應(yīng)過23程中釋放的核能為二者之差。31

H

和

42

He分成核子所需的能量為E＝×＋4×MeV＝MeV1核子結(jié)合成Li釋的能量為3E＝×MeV＝MeV2所以此核反應(yīng)過程中釋放的核能為Δ＝－＝MeV－MeV2＝MeV。[答案]7.585MeV專題三

半衰期的計(jì)算與應(yīng)用半衰期半衰期是指由大量原子組成的放射性樣品中性素的原子核有一半發(fā)生衰變所需的時(shí)間。．計(jì)算公式1N′N()或m′＝()，其中n＝/。(式中′′為衰變后剩余的原子數(shù)量和02質(zhì)量，m為變前原子數(shù)量和質(zhì)量n為衰期個(gè)數(shù)t是用時(shí)間。030303232300032n030303232300032n0A4．決定因素半衰期是指放射性元素的大量原子核半數(shù)發(fā)生衰變所需要的時(shí)間大量原子核衰變的快慢程度期由放射性元素的原子核內(nèi)部本身的因素決定子處的物理狀(如壓強(qiáng)、溫度或化學(xué)狀(單質(zhì)、化合無關(guān)，放射性僅與原子核有關(guān)。[例3]約里居夫婦因發(fā)現(xiàn)工放射性而獲得了1935年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。他們發(fā)現(xiàn)的放射性元素P衰成的時(shí)出另一種粒子，這種粒子_______，是P的151415同位素，被廣泛應(yīng)用于生物示蹤技術(shù)1mg

3215

隨時(shí)間衰變的關(guān)系如圖3-1示，請(qǐng)估算mg的P經(jīng)少天的衰變后還剩15圖[解析]由質(zhì)量數(shù)守恒，核電荷數(shù)守恒，可得：→＋，所以這種粒子是正電子e151由

隨時(shí)間衰變的關(guān)系圖可得，其半衰期T＝天15mg由m＝)，[答案]正電子天

得n＝，所以＝＝天。(時(shí)間：90分滿分一、選擇題(本題共10小，小題5分，共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)正確部選對(duì)的得分選對(duì)但不全的得，有選錯(cuò)或不答的得分)．某放射性元素經(jīng)過次衰，次β衰變得到新核，與原來的放射性元素原子核相比較)．質(zhì)子數(shù)減少2－y)，中子數(shù)減少x＋y)．質(zhì)子數(shù)減少2－y)，中子數(shù)減少2y．質(zhì)子數(shù)減少x，中子數(shù)減少2y．質(zhì)子數(shù)減少y，中子數(shù)減少2＋)解析選A衰過程如下X→Y由應(yīng)方程式可知新比原來的原子核質(zhì)Zy64165656465646586581041311302222182222222226416565646564658658104131130222218222222222218218222222子數(shù)減少了(2－)，中子數(shù)減少(2＋，故A，BCD錯(cuò)．鋅對(duì)人體的新陳代謝起著重要作用，在兒童生長發(fā)育時(shí)期測量體內(nèi)含鋅量已成為格檢查的重要內(nèi)容之一。取兒童的頭發(fā)約0mg放在反應(yīng)堆中經(jīng)中子照射后，頭發(fā)中的鋅元素與中子反應(yīng)生成具有放射性的鋅的同位素，其反應(yīng)方程式為Znn→。30030

衰變放射出能量為eV的射線，通過射強(qiáng)度的測定可以計(jì)算出頭發(fā)中鋅的含量。關(guān)于以上敘述，下列說法正確的()Zn和30

有同的核子數(shù)和Zn有同的質(zhì)子數(shù)30C．射線是由鋅原子的內(nèi)層電子激發(fā)的D．射線在真空中傳播的速度是3×10

m/s解析：BD

6430

和質(zhì)子數(shù)是，中子數(shù)分別為35，射是原子核受30激發(fā)產(chǎn)生的高頻電磁波，傳播速度等于光速3m/s。硼10俘一個(gè)α子后生成氮放出x粒而氮是不穩(wěn)定的它出粒而變成碳13那么x和粒子分別()A質(zhì)子和電子C．子和正電子

B質(zhì)子和中子D．子電子解析選C整過程的反應(yīng)方程是B＋NnN＋e，即x和粒570761子分別是中子和正電子，故選項(xiàng)C正。．(大綱高放射性元素(Rn)衰成為釙8684

Po)，半衰期約為天；但測表明，經(jīng)過漫長的地質(zhì)年代后，目前地殼中仍存在天然的含有放射性元素Rn的礦石，86其原因是()A目前地殼中的Rn主來自于其他放射性元素的衰變86B在地球形成的初期，地殼中元素Rn的含量足夠高86C．衰變產(chǎn)物Po積到一定以后，的增加會(huì)減慢Rn的變進(jìn)程8484Rn主存在于地球深處的礦中，溫度和壓力改變了它的半衰期86解析選A本考查原子物理的基礎(chǔ)知識(shí)在考查考生對(duì)半衰期的理解地殼中86Rn主要來自其他放射性元素的衰變，則A正，B錯(cuò)誤；放射元素的半衰期與外界環(huán)境等因素?zé)o關(guān)，則CD錯(cuò)。．太陽能是由于太陽內(nèi)部高溫高壓條件下的聚變反應(yīng)產(chǎn)生的，下列核反應(yīng)屬于聚變應(yīng)的是)圖32411441712351135911234414141222α32411441712351135911234414141222αββα1414144101401414212HH12

He0

7N＋8O＋2C.92Un54Xe＋Sr＋10n038238

92U

＋2

He解析選AA是變反應(yīng)B是工轉(zhuǎn)變的核反應(yīng)C是變反應(yīng)是α變反應(yīng)，故選項(xiàng)A正確的。．太陽內(nèi)部持續(xù)不斷地發(fā)生著4個(gè)子(H)聚為1個(gè)核(1

He)熱核反應(yīng)，核反應(yīng)方程是＋2X，這個(gè)核反應(yīng)釋放出大核能。已知質(zhì)子、氦核X的質(zhì)量分別為12m、、m，空中的光速為。下列說法中正確的是)1A方程中的X表中子0B方程中的X表電子1C．個(gè)核反應(yīng)中質(zhì)量虧損m－m1D．個(gè)反應(yīng)中釋放的核能ΔEm－－)c13解析：選D由核反應(yīng)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可推斷出X為，A、錯(cuò)質(zhì)量1虧損為Δm4m－－，放的核能為E＝mc＝m－m－2m)，C錯(cuò)、D對(duì)12如果原子X是子的位素且們分別發(fā)生了如下的衰變YZQ，下說法正確的()．X的量和的同．Y的子比的子數(shù)多．X的子和的同．和同位素解析：同位素是質(zhì)子數(shù)相同中子數(shù)不同的原子D正確，A、錯(cuò)；Y的質(zhì)子數(shù)比Q的子數(shù)少，B錯(cuò)。在勻強(qiáng)磁場中有個(gè)原來靜止的碳14原核發(fā)生了某種衰變知射出的粒子速度方向及反沖核的速度方向均與磁場方向垂直，它們?cè)诖艌鲋羞\(yùn)動(dòng)的徑跡是兩個(gè)相內(nèi)切的圓，兩圓的直徑之比為∶1，如圖2所示。則碳的衰變方程()→eB615C.→＋N67

圖CHe＋Be62C＋B611m解析根r＝判兩電荷的電量之比為17圓切以異種電荷，因此項(xiàng)確。．由中國提供永磁體的阿爾法磁譜儀如圖3所，它曾由航天飛機(jī)攜帶升空，將其安裝在阿爾法國際空間站中要命之一是探索宇宙中的反物質(zhì)謂反物質(zhì)即質(zhì)量與正粒子相等，帶電荷量與正粒子相等但電性相反，例如反質(zhì)子即為H。假若一束質(zhì)子、反1質(zhì)子、粒和反α粒組成的射線，通過OO′進(jìn)入勻強(qiáng)磁場而成圖中的徑跡，2則)A1是反粒子徑跡C．為反α粒徑跡

圖B．3為反粒子徑跡D．4為反α粒徑跡解析：AC由手定則判定質(zhì)子α粒受到洛倫茲力向右偏轉(zhuǎn)；反質(zhì)子、反α粒子向左偏轉(zhuǎn)選A正確進(jìn)入勻強(qiáng)磁場B的子具有同的速度偏轉(zhuǎn)半徑＝2知，反粒、子在磁場中的半徑大C正。

m新課標(biāo)全國卷)在人類對(duì)微觀世界進(jìn)行探索過程中，科學(xué)實(shí)驗(yàn)起到了非常重要的作用。下列說法符合歷史事實(shí)的()．密立根通過油滴實(shí)驗(yàn)測出了基本電荷的數(shù)值．貝克勒爾通過對(duì)天然放射現(xiàn)象的研究，發(fā)現(xiàn)了原子中存在原子核．居里夫婦從瀝青鈾礦中分離出了(Po)鐳(Ra)兩種新元素．盧瑟福通過粒子散射實(shí)驗(yàn)證實(shí)了在原子核內(nèi)部存在質(zhì)子．湯姆孫通過陰極射線在電場和磁場中偏轉(zhuǎn)的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了陰極射線是由帶負(fù)電的粒子組成的，并測出了該粒子的比荷解析：ACE密根通過油滴實(shí)驗(yàn)測出了元荷即基本電荷的數(shù)值A(chǔ)項(xiàng)正確；貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象明子核具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)瑟福通過α粒散射實(shí)驗(yàn)確定了原子的核式結(jié)構(gòu)模型B項(xiàng)誤；居里夫婦從瀝青鈾礦中分離出了釙和鐳兩種新元素項(xiàng)正確盧瑟福用鐳放射出的α粒子轟擊氮的原核從中找出了新的粒子過測定其質(zhì)量和電荷，確定該粒子為氫的原子核，證實(shí)了原子核內(nèi)部存在質(zhì)子項(xiàng)誤；湯姆孫根據(jù)陰極射線在電場和磁場中的偏轉(zhuǎn)情況確定了陰極射線的本質(zhì)是帶電的粒子流了這種粒子的比荷項(xiàng)正確。13113713113711310137013111381311371321311371311372342342340234501311371311371131013701311138131137132131137131137234234234023450636363636328063630二、填空題(本題共小題，共分。把答案填在中橫線上，或按題目要求作)11．分核應(yīng)堆中的燃料________，用石墨、重水等作_使裂變產(chǎn)生的中子速度減小，用鎘棒_以控制核反應(yīng)的_。答案：減速劑吸中子速．分2011年月11日日本發(fā)生九級(jí)大地震，造成福島核電站的核泄漏事故。在泄漏的污染物中含有I和Cs種放射性核素，它們通過一系列衰變產(chǎn)生對(duì)人體有危害的輻射列四個(gè)式子中個(gè)能分別反映

131

I和

137

Cs衰過程分別是________和_填入確選項(xiàng)前的字母)。I和

137

Cs

原子核中的中子數(shù)分別是________。AX＋nBXXe1

eC．X＋eD．XXe34解析根衰變過程電荷數(shù)守恒質(zhì)量數(shù)守恒，可知X是X是IX是Cs，1562355X是4

Cs，以能分別反ICs的衰變過程的是分別是BC。I原核中的中子535553數(shù)是131＝78Cs原子核中的中子數(shù)是－5582。55答案：C7882．分完成核反應(yīng)方程：→＋，衰為的半衰期9091是1.2min，則g

23490

經(jīng)過6min還_______尚衰變。解析：根據(jù)核反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒，反應(yīng)后未知粒子的電荷數(shù)為1，質(zhì)量數(shù)為0，可判斷為1

e(負(fù)電子)。根據(jù)衰變規(guī)律，經(jīng)過，即經(jīng)過＝個(gè)半衰期，未1.2衰變的還64×()＝2g90答案：e21三、簡答題(本題共小，共30分解答應(yīng)寫出必要的文字說明和解題步驟，有數(shù)值計(jì)算的要注明單分美國科研人員正在研制一種新鎳銅長效電池采銅和半衰期為年的放射性同位素鎳Ni)兩種金屬作為長壽命電池的材，利用鎳Ni)發(fā)一次28衰變變成銅(Cu)同時(shí)釋放電子給銅片把鎳63(和片做電池兩極鎳Ni)的變2828方程為。鎳63經(jīng)400年有未衰變。(2)一靜止的質(zhì)量為的鎳核Ni)發(fā)β衰，放出一個(gè)速度為，質(zhì)量為的β粒子和一個(gè)反沖銅核鎳核發(fā)生衰變時(shí)釋放的能量全部轉(zhuǎn)化為β粒和銅核的動(dòng)能此變過程中的質(zhì)量虧損(虧損的質(zhì)量在與粒子質(zhì)相比時(shí)可忽略不)解析：(1)28

→＋Cu1129(2)設(shè)衰變后銅核的速度為，由動(dòng)量守恒＝(－m)①2202026363202210606060404112202026363202210606060404111由能量守恒ΔE＝m＋－)

②由質(zhì)能方程ΔE＝

2

③Mm解得Δ＝。m答案：(1)28

→＋Cu1129Mmm．分放性物質(zhì)

和8427

Co的衰變方程分別為：

21084

Po→

20682

＋X，127→NiX，程中的X代的是，X代的________。282(2)如圖所示，鉛盒內(nèi)裝有能釋放α、和γ射線的放射性物，在靠近鉛盒的頂部加上電場E或磁場，在圖(、(b)分別畫出射線運(yùn)動(dòng)軌跡的示意在所畫軌跡上須標(biāo)明是α、β和γ中的哪種射線。圖解析：(1)質(zhì)量數(shù)守恒可知X、X的量數(shù)分別為、0，由電荷數(shù)守恒可知X、X11的電荷數(shù)分別為2－。故X是He，是e121(2)α粒帶正電，在(圖電場中向右偏，在(圖的磁場受到指向左側(cè)的洛倫茲力向左偏；粒帶負(fù)電，故(a)圖中向左偏而在(b)圖中向右偏γ粒不帶電，故發(fā)生偏轉(zhuǎn)，如圖所示曲率半徑不作要求，每種射線只畫一條軌)答案：(1)2

01

e(2)解析圖．(12分一個(gè)質(zhì)和兩個(gè)中子聚變?yōu)橐粋€(gè)氚核，已知質(zhì)子質(zhì)量＝3u，子H質(zhì)量＝，氚核質(zhì)量mun寫出聚變方程；釋放出的核能多大？平均每個(gè)核子釋放的能量是多大？解析：(1)變方程：H＋2→H1012121(2)質(zhì)量虧損Δm＋2m－H＝3×70)u＝7u釋放的核能Δ＝＝7MeV≈MeV。(3)平均每個(gè)核子放出的能量為

MeVMeV答案：H→HMeV1(3)2.08MeV．看望；訪問。（）．互相商量解決彼此間相關(guān)的問題。（）3竭力保持莊重。（）．洗澡，洗浴，比喻受潤澤。（）．彎彎曲曲地延伸的樣子。（）冷靜寂靜幽靜恬靜安靜１．蒙娜麗莎臉上流露出（）的微笑。2貝多芬在一條（）的小路上散步。．同學(xué)們（）地坐在教室里。．四周一片（），聽不到一點(diǎn)聲響。．越是在緊張時(shí)刻，越要保持頭腦的（）。1世界上有多少人能親睹她的風(fēng)采呢？（陳述句）___________________________________________________________________________2達(dá)芬奇的“蒙娜麗莎”是全人類文化寶庫中一顆璀璨的明珠。（縮寫句子）___________________________________________________________________________3我在她面前只停留了短短的幾分鐘。她已經(jīng)成了我靈魂的一部分。（用關(guān)聯(lián)詞連成一句話）________________________________________________________________________________________________________________________________________________________4她的光輝照耀著每一個(gè)有幸看到她的人。“把”字句：___________________________________________