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原子和原子核物理复习松门中学江志军原子和原子核高考物理专题复习“原子和原子核物理”是历年高考必考内容之一，试题中出现的题型为选择题。这一部分知识要求不高，但对基本概念理解不透彻，很容易导致失分。对近5年高考试题进行了研究，发现对本单元知识，应重点掌握好以下几个方面的知识。１、α粒子散射实验２、原子能级３、天然放射性４、核反应及核反应方程５、核力及核能６、核衰变与动量守恒及带电粒子在电磁场中运动的综合应用1.α粒子散射实验实验现象：把α粒子束射到金箔上，绝大多数穿过金箔，沿原来的方向前进；少数α粒子发生较大的偏转；极少数的偏转角超过90度.甚至有的被反弹回。对实验结果的解释--卢瑟福提出的原子的核式结构：在原子的中心有一个很小的核(称为原子核)；在核上集中了全部正电荷和几乎全部质量，带负电的电子在空间里高速绕核旋转。原子半径数量级为10－10m,原子核大小数量级为10－15m例1.在卢瑟福α粒子散射实验中，有少数α粒子发生大角度偏转，其原因是（）Ａ.原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上。B.正电荷在原子中是均匀分布的。C.原子中存在带负电的电子D.原子只能处在一系列不连续的能量状态中答案A例2.关于原子的核式结构学说，下列说法不正确的是（）Ａ.原子中大部分是空的，原子核很小。B.电子在核外绕原子核旋转，向心力是库仑力。C.原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里。D.原子核的半径大约是10-10m答案D①原子只能处于一系列不连续的能量状态中，这些状态称为定态。③原子各个定态的能量值)(eV.EnEEn613121２、原子能级④原子从一种定态跃迁到另一定态时,要辐射（或吸收）一定频率的光子,光子能量等于两定态的能量差②原子不同能量状态跟电子沿不同轨道绕核运动相对应。因定态不连续，所以电子可能轨道分布也是不连续的。高能级低能级放出光子吸收能量例题1、如图给出氢原子最低的四个能级，大量氢原子在这些能级之间跃迁所辐射的光子的频率最多有＿＿种，其中最小的频率等于＿＿＿＿＿赫（保留两个数字）。h=6.63×10–34J·SE（ev）－3.42－1.513－0.854－13.51n61.6×1014用光子能量为E的单色光照射容器中处于基态的氢原子。停止照射后，发现该容器内的氢能够释放出三种不同频率的光子，它们的频率由低到高依次为ν1、ν2、ν3，由此可知，开始用来照射容器的单色光的光子能量可以表示为：①hν1；②hν3；③h(ν1+ν2)；④h(ν1+ν2+ν3)以上表示式中A.只有①③正确B.只有②正确C.只有②③正确D.只有④正确例题2答案：C3、天然放射现象：某些元素能自发地放出射线的现象叫做天然放射现象。这些元素称为放射性元素。②半衰期：是反应衰变快慢的物理量，它表示放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。半衰期只与元素本身有关,与所处的物理、化学状态及周围环境、温度都无关。①天然放射性产生的三种射线：例1、关于α、β、γ三种射线，下列说法中正确的是：A、α射线是原子核自发放射出的氦核，它的穿透能力最强；B、β射线是原子核核外电子电离形成的电子流；C、γ射线一般伴随着α或β射线产生，它的穿透本领最强；D、γ射线是电磁波，它的穿透能力最弱。答案C例2.下面关于放射性元素半衰期的说法正确的是A.半衰期是指原子核有半数发生衰变所需的时间B.半衰期长短是由核内部本身的因素决定的。C.原子核经过α衰变或β衰变后变成新核，若新核有过多的能量时，它还要进行γ衰变D.在用作示踪原子时，应选用半衰期较长的放射性元素答案AB例3.关于放射元素放出α、β、γ三种射线的说法中正确的是（）A.原子核每放出一个α粒子，就减少两个质子和两个中子。B.原子核每放出一个β粒子，就增加一个质子，减少一个中子。C.原子核每放出一个β粒子，就增加一个中子，减少一个质子。D.原子核在放出α射线、β射线的同时，常伴随着放出γ射线。答案ABD4、核反应及核反应方程③核反应类型衰变人工转变裂变聚变①核反应中应遵循两个守恒规律：质量数守恒和电荷数守恒。②“→”不能写成“＝”α衰变HeYXAZAZ4242－－β衰变eYXAZAZ011－＋衰变方程发现质子)(1117842147卢瑟福HOHeN发现中子)(101264294查得威克nOHeBe人工转变变方程裂变方程聚变方程例1、已知核反应的反应物和生成物，平衡核反应方程时应遵循的原则是：A、质子数守恒；B、中子数守恒；C、电荷数守恒；D、质量数守恒。答案CD例2.23290Th（钍）经过一系列α和β衰变,变成20882Pb，下列说法正确的是（）A.铅核比钍核少8个质子B.铅核比钍核少16个中子C.共经历了4次α衰变和6次β衰变D.共经历了6次α衰变和4次β衰变答案ABD例3.以下几个原子核反应中，x代表α粒子的反应式是（）答案C5、核力及核能①原子核由质子和中子组成。质子和中子统称为核子。质子数相同，中子数不同的元素互称为同位素。核子之间的相互作用力叫核力。核力是很强的短距离作用力。②核子在结合成原子核时释放出来的能量叫做原子核的结合能。同样，原子核在分解为核子时也要吸收能量，其数值等于它的结合能。③质量亏损：反应前原子核的总质量与反应后原子核的总质量之差。④爱因斯坦质能方程：E=mc2,△E=△mc2(1u相当于931.5MeV)⑤人类获得核能的两条途径：利用重核的裂变（核电站和原子弹就是利用重核裂变）和轻核的聚变(氢弹就是利用轻核的聚变，目前聚变不能用于发电)。例1、质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3,质子和中子结合成氘核时，释放出的能量是多少?例2、裂变反应是目前核能利用中常用的反应，以原子核23592U为燃料的反应堆中，当23592U俘获一个慢中子后发生的裂变可以有多种方式。其中一种可表示为反应方程下方的数字是中子及有关原子的静止质量（以原子质量单位Ｕ为单位），已知1Ｕ的质量对应的能量为9.3×102MeV，此裂变反应释放出的能量是_________。Δm=(235.0439+1.0087)u-(138.9178+93.9154+3×1.0087)u=0.9132u释放的核能ΔE=ΔmC2=0.1932×9.3×102MeV6、核衰变与动量守恒及带电粒子在电磁场中运动的综合应用。①在α、β、γ衰变过程中系统的动量守恒，若原核是静止的，则据动量守恒定律有：mv-M新V新=0②α或β粒子的半径大、新核的半径小，③两圆内切为β衰变，两圆外切为α衰变；④由两圆半径关系可推知新核及原核的核电荷数。例1、光子的能量为hν,动量的大小为hν/c.如果一个静止的放射性元素的原子核在发生γ衰变时只发生一个γ光子，则衰变后的原子核：A、仍然静止；B、沿着与光子运动方向相同的方向运动；C、沿着与光子运动方向相反的方向运动；D、可能向任何方向运动。答案C例2、云室处在磁感强度为B的匀强磁场中，一静止的质量为M的原子核在云室中发生α衰变，α粒子的质量为m，电量为q，其运动轨迹在与磁场垂直的平面内。现测得α粒子运动的轨道半径为R，试求在衰变过程中的质量亏损。（注：涉及动量问题时，亏损的质量可忽略不计）例3、在匀强磁场中，一个原来静止的放射性原子核，由于天然衰变而得到两条内切的圆径迹，圆半径之比为44：1，则放射性元素的原子序数是（）A.43B.45C.86D.90答案A例4：用放射源钋（P0）发射的α粒子打在铍核49Be上，产生一种新的粒子和另一生这成物。些新粒子组成的粒子流有以下特点：（1）在任意方向的磁场中都不偏转；（2）让它与含氢物质中的静止的氢核相碰撞，可把氢核击出，被击出氢核的能量为4.7MeV.让它与含氮物质中的静止氮核相碰撞，也可把氮核击出，被击出氮核的能量为EN=1.2MeV.碰撞可视为对心完全弹性碰撞，且已知氢核与氮核的质量之比为1：14。试根据以上数据求出新粒子质量与氢核质量之比，对此新粒子是什么粒子作出判断，并写出α粒子轰击49Be的核反应方程式。分析：设mH、mN分别表示氢核与氮核的质量，VH、VN分别表示氢核、氮核被未知粒子碰撞后的速度。m表示未知粒子的质量，V表示未知粒子碰撞前的速度，V1、V2分别表示未知粒子与氢核、氮核碰撞后的速度。完全弹性碰撞过程中，系统的动量和机械能守恒，所以有mV=mV1+mHVH（1）mV2/2=mV12/2+mHVH2/2（2）mV=mV2+mNVN（3）mV2/2=mV12/2+mNVN2/2(4)由（1）、（2）式解得VH=2mV/(m+mH)(5)由（3）、（4）式解得VN=2mV/(m+mN)(6)由于EH=mHVH2/2,EN=mNVN2/2将（5）、（6）式代入整理得EH/EN=mHVH2/mNVN2代入数据得：m/mH=1.03