高三物理复习原子物理
[高考要求]
1.粒子散射实验；原子的核式结构；氢原子的能级结构；氢原子的电子云；光子的发射和吸收
2．天然放射现象；
射线、
射线、
射线；半衰期
3．原子核的人工转变；质子的发现；中子的发现；原子核的组成；核反应方程，放射 性同位素及其应用
4．放射性污染和防护
5．核能；质量亏损；爱因斯坦的质能方程
6. 核反应堆；核电站
7．重核的裂变；链式反应；轻核的聚变
8．可控热核反应
[重点与难点分析]
本章主要考查的知识点为原子的核式结构，缺乏理论，质能方程，核反应方程．并常以选择题，填空题的形式出现．基本上每年两个小题，所占分值为6～9分，由于考查范围和题型的相对稳定，“考课本”成了高考题的最后特点．
由于选择题主要考查学生辨别是非的能力，填空题主要考查考生独立，正确的表达能力，所以复习中应突出对每个概念、规律，现象的理解，本章应紧扣课本，突出原子核式结构理论、能级跃迁和核反应方程中的质量亏损以及质量数、核电荷数，α衰变，β衰变的规律，这些都是反复要考核的．
[教学计划] 2课时
第1课时 原子结构 天然衰变
[知识要点]
一、电子的发现：1987年汤姆生通过对阴极射线的研究发现了电子，说明原子本身有结构，由此提出原子的枣糕模型。
二、卢瑟福原子模型
1、实验基础 — α轰击金箔，发现大多数α粒子 ， 发生大角度偏转，甚至 。
2、卢瑟福原子核式模型：在原子中心有一个很小的原子核，原子的 和几乎所有 都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里 。
3、原子柱结构：原子核由质子（由
首先发现）和中子（由
首先发现），质子和中子统称为核子，原子核的电荷数等质子数（用Z表示）也等该原子核对应的原子序数。原子核中质子和中子数之和叫原子核的质量数（用A表示），原子核常用符号
表示。
4、原子和原子核的大小：原子的半径数量级为10—10m，原子核的直径数量级为10—15 ~ 10—14m，可见，原子中多么“空虚”。
三、天然放射现象（衰变）
1、 首先发现天然放射现象，揭开了人类认识原子核结构的序幕。
2、原子序数大于83的所有天然存在的元素都有放射性，原子序数小于83的天然存在的元素有些也具有放射性，它们放射出的射线共有三种，分别是 、 、
。
3、三种射线的比较：
| 射线种类 | 本质 | 质量数 | 电荷数 | 速度 | 穿透本领 | 电离本领 |
| α射线 | ||||||
| β射线 | ||||||
| γ射线 |
4、半衰期： 叫半衰期，放射性元素的半衰期的大小与物质所处的物理和化学状态无关，它是一个统计规律，只对大量原子核才有意义。
四、原子核的人工转变、原子核的组成
1、卢瑟福发现质子 ；
2、查德威克发现中子 ；
3、原子核的组成： 。
4、核力特点： 。
五、放射性同位素
1、1934年，小居里夫妇用人工的方法首次得到放射性同位素。发现过程可用以下核反应方程表示： 、 。
2、用人工方法得到放射性同位素，这是一个很重要的发现。天然放射性同位素只不过40几种，而今天人工制造的放射性同位素已达1000多种，每种元素都有了放射性同位素。放射性同位素在工业、农业、医疗卫生和科学研究的许多方面得到了广泛的应用。其应用主要表现在两个方面：1） ；2） 。
[例题]
1、 在卢瑟福的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多数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、 原子中存在着带负电的电子；
D、原子只能处在一系列不连续的能量状态中。
2、 在α粒子散射实验中，当α粒子最接近金核时： ( )
A、 α粒子的动能最小；
B、 α粒子所受到的库仑力最大；
C、 α粒子的电势能最小；
D、α粒子的动量变化率最大。
3、放射性镭Ra能自动放出三种射线，现在垂直于射线射出方向加一个匀强电场，射
线在电场力作用下发生偏转，如图所示，则：
(
)
A、 1是γ射线，它的贯穿本领最大；
B、 2是γ射线，它的贯穿本领最大；
C、 3是β射线，它的贯穿本领最大；
D、 1是α射线，它的电离本领最大。
[课堂练习]
1、 下列对原子结构的认识中，正确的是： ( )
A、 原子中绝大部分是空的，原子核很小；
B、 原子的全部正电荷和质量集中在一个很小的核上；
C、 电子在核外旋转，原子核对电子的库仑力提供向心力；
D、原子核的半径大约为10—10m。
2、 在α粒子散射实验中，测得α粒子与金核的最短距离约为2×10—14m，已知金的原子量为197，由此可估算出金核的密度约多少?（取一位有效数字）
3、
衰变为
要经过
次α
次β衰变，其衰变方程式为
。
| 班级 | 姓 名 | 学 号 | 时 间 |
[课后练习]
1、以下哪些实验现象可以说明原子核内部有复杂的结构 ( )
A：
粒子散射实验 B：光电效应 C：原子的线状光谱 D:天然放射现象
2、天然放射现象放出三种射线，即射线、射线和
射线，这三种射线中
( )
A：使空气电离作用最强的是射线 B：贯穿物质本领最大的是射线
C：质量最大的是射线
D：速度最大的是射线
3、用哪种方法可以减缓放射性元素的衰变 ( )
A：把该元素放在低温处
B：把该元素密封在很厚的铅盒子里
C：把该元素同其他的稳定元素结合成化合物
D：上述各种方法无法减缓放射元素的衰变
4、一个放射性原子核
发生一次衰变后变成原子核
；接着又发生一次衰变变成原子核
，它们的质量数和电荷数之间满足的关系有
(
)
A：a=e+4 B: c=e C: b=f-1 D: b=f+1
5、
(钍)经过一系列和衰变，变成
（铅）
( )
A：铅核比钍核少8个质子 B：铅核比钍核少16个中子
C：共经过4次衰变和6次衰变
D：共经过6次衰变和4次衰变
6、放射性元素发生衰变时，放出一个负电子，这个负电子
( )
A、 是核外电子从内层轨道跃迁出来的
B、是核内电子受激发而辐射出来的
C、是核内的一个中子发生衰变而放出的
D、是核内的一个质子发生衰变而放出的
7、下列叙述符合物理学史的是 ( )
A、质子最先由卢瑟福发现
B、质子最先由布拉凯特发现
C、中子最先由卢瑟福提出，居里夫妇证实
D、中子最先由卢瑟福提出，查德威克证实
8、一块氡222，放在天平的左盘时，需在天平的右盘加444g砝码，天平才能处于平衡，氡222发生衰变为钋218的半衰期为3.8天，经过3.8天后，欲使天平再次平衡，应从右盘中取出的砝码为
( )
A：220g B: 8g C: 2g D: 4g
第十六章 原子物理
第2课时 质能方程 核能
[知识要点]
一、 质能方程
1、质量亏损： 叫核的质量亏损。
2、爱因斯坦质能方程：E= ，在核反应中，反应前、后，若有质量亏损Δm，则可放出ΔE= 的核能。
二、获得核能的基本途径：
1、重核的裂变：是重核分裂成中等质量的原子核的过程。
如：
链式反应：由于中子的增殖使裂变反应能持续地进行的过程称为链式反应。
发生链式反应的条件是：裂变物质的体积 临界体积。
裂变的应用：原子弹、核反应堆、核电站。
2、轻核的聚变：是轻核结合成质量较大的核的反应过程。
如：
发生聚变反应的条件是：超高温（几百万度以上）－ 热核反应。
聚变反应的应用：氢弹、可控热核反应。
[学习提醒]
1、质量数守恒和核电荷数守恒是我们书写核反应方程的重要依据，但要以核反应的事实为基础，不能仅仅根据该两条守恒定律随意书写事实上不存在的核反应方程。另外，核反应通常是不可逆的，方程中只能有箭头“
”连接并指示反应方向，而不能用等号“=”连接。
2、
是计算核能的常用方法。在具体应用中要注意单位制的统一及不同单位的换算。若质量单位取原子质量单位u，则：
相当于931.5MeV，该结论亦可在计算中直接应用。
3、本节内容重在理解，多记忆，故要多看书。
[例题]
1、完成下列核反应方程并说出反应类型：
，属
。
，属
。
，属
。
，属
。
2、如图所示，R是一种放射性物质，虚线框内是匀强磁场，LL/是厚纸板，MM/是荧光屏，实验时发现在荧光屏的O、P两处有亮斑。问此时磁场的方向、达到O点的射线、到达P点的射线应属下面的哪种情况？
磁场 O点 P点
A、 ↑ β α
B、 ↓ α β
C、 × r β
D、 · r α
3、已知氘核质量为2.0136u，中子质量为1.0087u，
核的质量为3.0150u。
1）写出两个氘核聚变成的核反应方程；
2）计算上述核反应中释放的核能；
3）若两氘核以相等的动能0.35MeV作对心碰撞即可发生上述核反应，且释放的核能全部转化为机械能，则反应中生成的核和中子的动能各是多大？
[课堂练习]
1、一个铍核Be（9）和一个α粒子在某种情况下结合成一个碳核C（12），并放出5.6Mev的能量，其反应方程为 。若铍和α粒子共有130g，且刚好完全反应，则放出能量为 J，反应过程中的总质量亏损为 g。
2、静止的氮核
被初速度是V0的中子
击中生成甲、乙两核，已知甲、乙两核的速度方向同碰撞前中子的速度方向一致，甲、乙两核动量之比是1 ：1，动能之比为1 ：4，它们沿垂直磁场方向进入匀强磁场作圆周运动，其半径之比为1 ：6，甲、乙各是什么核？速度各是多少？写出核反应方程。
[课后练习]
1、在核子结合成原子核的过程中，释放出能量，则 [ ]
A．形成的原子核的质量大于参与变化的核子的总质量．
B．形成的原子核的质量等于参与变化的核子的总质量．
C．形成的原子核的质量小于参与变化的核子的总质量．
D．以上三种情况都有可能．
2、关于爱因斯坦质能方程的下列看法中正确的是 [ ]
A．E=mc2中的E是物体以光速运动的动能．
B．E=mc2是物体的核能．
C．E=mc2反映了一定的质量与一定的能量有相当的关系．
D．△E=△mc2表示发生的质量亏损△m变为能量放出去．
3、一个原子核由a个质子和b个中子组成．已知每个自由质子的质量为mP，每个自由中子的质量为mn，该原子核的质量为m，则它结合成原子核时的质量亏损为______，释放的核能为______．
4、完成下面的核反应方程 
已知mN=14.003074u，mα=4.0026u，mO=16.999134u，mH=1.007825u．这个核反应中质量的变化情况是______，需______(填吸收或放出)能量为______．
5、一个α粒子击中硼核
发生核反应时，放出一个质子和0.75MeV的能量．写出核反应式______．在这个核反应中的质量亏损是______．
6、2个氘核可聚变成一个氘核，放出4MeV的能量，写出核反应方程______当1kg氘完全聚变为氚时放出的能量为_____．
7、世界上第一座原子能发电站每秒需要2.85×107J的能量，设一个铀235的原子核裂变时能放出约196MeV的能量，它一天需要多少铀燃料？相当于多少燃烧值为2.9×107J/kg的煤完全燃烧放出的能量？
第十六章 原子物理单元测试
一、选择题
1．卢瑟福的α粒子散射实验显示出 [ ]
A．原子内的正电荷全部集中在原子核里．
B．原子内的正电荷均匀分布在它的全部体积上．
C．原子内的正电荷分布在原子的外壳上．
D．原子的几乎全部质量集中在核里．
2．对α粒子散射实验的描述，正确的是 [ ]
A．实验的主要器材是放射源、金箔、荧光屏、显微镜．
B．金箔的厚度对实验结果无影响．
C．如果不用金箔，改用铝箔就不会发生散射现象．
D．实验装置放在空气中和真空中都可以．
3．一个原子序数是Z，质量数是M的原子核，它由 [ ]
A．Z个质子，M个中子组成．
B．Z个中子，M个质子组成．
C．Z个质子，M-Z个中子组成．
D．M-Z个中子，M+Z个质子组成．
 |
4．放射性元素镭放射出α、β、γ三种射线．如果让它们处于匀强磁场中，则三种粒子在磁场中的轨迹正确的是 [ ]
5．某原子核经两次β衰变，一次α衰变，形成一个新核，则 [ ]
A．新核的核电荷数与原核相等．
B．新核的质量数和原核相等．
C．新核的中子数比原核少4个．
D．新核的质子数比原核少2个．
6．某放射源经过两个半衰期后 [ ]
A．原子核衰变掉50％．
B．原子核衰变掉25％．
C．原子核衰变掉75％．
D．放射性强度减少到原来的25％．
7．下列核反应中正确的是 [ ]
|
α粒子的动能为Ek，则Y核的动能为 [ ]
二、填空题
9．电子是由英国物理学家_____发现的；质子是由_____发现的；中子是由_____发现的．
10．原子直径的数量级是_____，原子核的直径数量级是_____．
11．在中子、质子、电子、正电子、α粒子中选出一个适当的粒子，分别填在下列核反应式的横线上：
12．中子的质量为1.0087u，质子的质量为1.0073u，氘核的质量为2.0136u，中子和质子结合成氘核时释放的能量为______J．计算结果取两位有效数字，1u=1.7×10-27kg．
13．一个原子核经过一次α衰变和一次β衰变后，成为一新原子核．则新核与原来核相比，质子少了______个；中子少了_____个．
|
过程的核反应方程是__
___．已知一个氢原子的质量是1.6736×10-27kg，一个锂原子的质量是11.6505×10-27kg，一个氦原子的质量是6.6466×10-27kg．上述核反应所释放的能量等于____J．
三、计算题：
16．在磁感强度B的匀强磁场中，一个质量为M的静止原子核发生α衰变，衰变后的α粒子在磁场中作半径为R的匀速圆周运动．设α粒子质量为m，电量为q，衰变过程中释放的能量全部转化为α粒子和新核的动能，试计算衰变过程中的质量亏损．
17、4个氢核聚变成一个氮核，放出两个正电子，求释放的核能？如果1g氢完全聚变，可放出多少能？相当于燃烧值q=3.34×107J/kg的多少煤完全燃烧所放出的能？已知mH=1.008142u，mα=4.001509u．
m/s的中子，反应后生成的α粒子的速度为v0=2×104m/s，其方向与反应前中子的运动方向相同．
(1)写出核反应方程；
(2)求出另一粒子的速度大小和方向；
(3)画出两粒子的运动轨迹，并求出其半径之比(设磁场垂直纸面向里，入射中子速度方向在纸面内)；
(4)当α粒子旋转6周时，另一粒子旋转几周？