原子物理--高三

1、 年级：高三 学科：物理 课 题原子物理教学目标重点、难点考点及考试要求教学内容 知识网络 复习指导：本章所考查内容主要集中在原子的核式结构、玻尔理论、质能方程及核反应方程等知识点；题型以选择题和填空题形式出现。考查范围和题型相对稳定，“考课本”，“不回避陈题”成了本章高考命题的最大特点。本章复习应紧扣课本，突出原子核式结构理论、能级跃迁规律、核反应方程中质量数和核电荷数守恒、衰变和衰变的规律、质能方程等知识，且对、等粒子的属性也应该有比较清晰的了解。 要点精析一、 历史人物及相关成就1、 汤姆生：发现电子，并提出原子枣糕模型 说明原子可再分2、 卢瑟福：粒子散射实验说明原子的核式结构模型 发

2、现质子3、 查德威克：发现中子4、 约里奥.居里夫妇：发现正电子5、 贝克勒尔：发现天然放射现象说明原子核可再分6、 爱因斯坦：质能方程，7、 玻尔：提出玻尔原子模型，解释氢原子线状光谱8、 密立根：油滴实验测量出电子的电荷量二、 核反应的四种类型类型可控性核反应方程典例衰变衰变自发衰变自发人工转变人工控制卢瑟福发现质子查德威克发现中子 约里奥.居里夫妇 发现放射性同位素，同时发现正电子重核裂变比较容易进行人工控制轻核聚变除氢弹外无法控制 提醒：1、 核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单箭头表示反应方向，不能用等号连接。2、 核反应的生成物一定要以实验事实为基础，不能凭空只依据两

3、个守恒定律杜撰出生成物来写出核反应方程3、 核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒，遵循电荷数守恒三、 三种射线比较种类速度0.1c0.99cC在电磁场中偏转与a射线反向偏转不偏转贯穿本领最弱，用纸能挡住较强，穿透几毫米的铝板最强，穿透几厘米的铅板对空气的电离作用很强较弱很弱在空气中的径迹粗、短、直细、较长、曲折最长通过胶片感光感光感光产生机制核内两个中子和两个质子结合的比较紧密，有时会作为一个整体从较大的原子核抛射出来核内的中子可以转化为一个质子和一个电子，产生的电子从核内发射出来放射性原子核在发生两种衰变后产生得新核往往处于高能级，当它向低能级跃迁时，辐射r光子提醒：1、 半衰期：表示原子衰变

4、一半所用时间2、 半衰期由原子核内部本身的因素据顶，跟原子所处的物理状态(如压强、温度)或化学状态（如单质、化合物）无关3、 半衰期是大量原子核衰变时的统计规律，个别原子核经多长时间衰变无法预测，对个别或极少数原子核，无半衰期而言。4、 放射性同位素的应用：（1）工业、摊上、农业、医疗等（2）作为示踪原子四、 原子结构1、 原子的核式结构模型（1）粒子散射实验结果：绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，少数粒子发生了较大偏转，极少数粒子甚至被反弹回来。（2）原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的原子核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转。（3）原

5、子核的尺度：原子核直径的数量级为10-15m，原子直径的数量级约为10-10m。（4）原子核的组成：原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的质子数。2、玻尔原子模型（1）原子只能处于一系列能量不连续的状态中，具有确定能量的未定状态叫定态。原子处于最低能级的状态叫基态，其他的状态叫激发态。（2）频率条件：高能m到低能n态：辐射光子（3）原子的不同能量状态对应于电子的不同运行轨道。五、氢原子光谱1、氢原子光谱的实验规律巴耳末系是氢光谱在可见光区的谱线，其波长公式2、 氢原子的能级和轨道半径（1） 氢原子的能级公式：其中E1=-3.6ev（2） 氢原子的半径公式：,其中r1=0.53&#

6、215;10-10m（3） 氢原子能级图： 提醒：A、 原子跃迁条件：，只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况。对于光子和原子作用而使原子电离时，只要入射光的能量，原子就能吸收，对于实物粒子与原子作用使原子激发时，粒子能量大于或等于能级差即可。1 -13.61 2 -3.40 3 -1.51 4 -0.85 5 -0.54 0 n E/eV图3B、 原子跃迁发出的光谱线条数，是一群氢原子，而不是一个，因为某一个氢原子有固定的跃迁路径。六、核力与核能1、核力：原子核内核子间存在的相互作用力2、特点：强相互作用、短程力，作用范围1.5×10-15m之内3、核能（1）质能方程

7、：一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和他的质量成正比。即含义：物体具有的能量与他的质量之间存在简单的正比关系，物体的能量增大，质量也增大，物体的能量减小，质量也减小。（2）核子在结合成核子时出现质量亏损，吸收的能量也要相应减小。原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加，吸收能量（4） 获得方式：重核裂变和轻核聚变聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量大约要大3-4倍。【典型例题】一、考查衰变、裂变、聚变以及人工转变概念例2现有三个核反应：_；_；_完成上述核反应方程，并判断下列说法正确的是()A是裂变，是衰变，是聚变B是聚变，是裂变，是衰变C是衰变，是裂变，是聚变D是衰变，

8、是聚变，是裂变答案3C【点评】原子核自发地放出某种粒子成为新的原子核，叫做衰变；原子序数较大的重核分裂成原子序数较小的原子核，叫做重核裂变；原子序数很小的原子核聚合成原子序数较大的原子核，叫做轻核聚变所有核反应都遵循质量数和电荷数守恒的规律，情况复杂时可列方程组求解二、核能和质量亏损例3某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为Q1XQ2方程中Q1、Q2表示释放的能量，相关的原子核质量见下表：原子核 质量/u1.00783.01604.002612.000013.005715.0001下列判断正确的是2009年高考·重庆理综卷()AX是，Q2>Q1BX是，

9、Q2>Q1CX是，Q2<Q1DX是，Q2<Q1【解析】核反应方程：中的质量亏损为：m11.0078 u12.0000 u13.0057 u0.0021 u根据电荷数守恒、质量数守恒可知：其质量亏损为：m21.0078 u15.0001 u12.0000 u4.0026 u0.0053 u根据爱因斯坦质能方程得：Q1m1c2，Q2m2c2故Q1Q2答案B【点评】要注意u为质量单位，并不是能量单位，其中1 u1.6606×1027 kg,1 uc2931.5 MeV【自测一】：一、选择题(10×4分)1目前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，这些岩

10、石都不同程度地含有放射性元素下列有关放射性知识的说法中，正确的是()A衰变成 要经过6次衰变和8次衰变B氡的半衰期为3.8天，若有4个氡原子核，则经过3.8天后就一定只剩下2个氡原子核C放射性元素发生衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的D射线与射线一样是电磁波，但穿透本领远比射线弱【解析】由质量数守恒和电荷数守恒可知A正确；放射性同位素存在半衰期是一个统计规律，对于大量的原子核才成立，4个氡原子核经过3.8天后可能剩4个，也可能剩3个，还可能剩2个或1个都不剩，B错误；衰变的方程为：，C正确；射线是高速电子，不是电磁波，D错误答案AC2“轨道电子俘获”是放射性同位素衰变的一种形

11、式，它是指原子核(称为母核)俘获一个核外电子，使其内部的一个质子变成中子，并放出一个中微子，从而变成一个新核(称为子核)的过程中微子的质量远小于质子的质量，且不带电，很难被探测到，人们最早就是通过子核的反冲而间接证明中微子的存在的若一个静止的原子核发生“轨道电子俘获”，衰变成子核并放出中微子，则下列说法正确的是()A母核的质量数等于子核的质量数B母核的电荷数大于子核的电荷数C子核的动量与中微子的动量相同D子核的动能大于中微子的动能【解析】这一核反应中粒子的质量数不变，电荷数减少一个，选项A、B正确；子核与中微子的动量大小相等、方向相反，选项C错误；又由Ek，故子核的动能远小于中微子的动能，选项

12、D错误答案AB3用如图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象图甲是点燃的酒精灯(在灯芯上洒些盐)，图乙是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属线圈，将金属线圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转，观察到的现象是2008年高考·上海物理卷()A当金属线圈旋转30°时，干涉条纹同方向旋转30°B当金属线圈旋转45°时，干涉条纹同方向旋转90°C当金属线圈旋转60°时，干涉条纹同方向旋转30°D干涉条纹保持不变【解析】金属线圈的转动，改变不了肥皂液膜的上薄下厚的形状，由干涉原理可知，干涉条纹与金属线圈在该竖直平面内的转动无关，仍然是水平的干涉条纹，故

13、D正确答案D4在应用电磁波的特性时，下列符合实际的是()A医院里常用X射线对病房和手术室进行消毒B医院里常用紫外线对病房和手术室进行消毒C人造卫星对地球拍摄时利用紫外线照相有较好的分辨率D人造气象卫星对地球拍摄时利用红外线照相是利用红外线透射率高和热效应强【解析】紫外线的化学效应明显，还具有生理作用，故常用来对病房和手术室进行消毒；而X射线的穿透力强，生理作用、化学效应并不明显，不能用于手术室消毒，常用以透视，故B正确，A错误因为任何物质都会发出红外线，且发射的波长与温度有关，红外线的波长长，透过云雾和微尘能力强，故常用于拍摄气象云图而地球周围传播的紫外线极少，无法用紫外线感光来拍摄地球的状况

14、答案BD5如图所示，已知用光子能量为2.82 eV 的紫色光照射光电管中的金属涂层时，电流表的指针发生了偏转若将电路中的滑动变阻器的滑片P向右移动到某一位置时，电流表的示数恰好减小到0，电压表的示数为1 V，则该金属涂层的逸出功约为() A2.9×1019 JB4.5×1019 JC2.9×1026 JD4.5×1026 J【解析】由电场力做功的公式可知，当光电子的最大初动能EkeU0时，光电流为零，故知Ek1.6×1019 J，所以WhEk2.9×1019 J答案A二、非选择题(共60分)6(12分)与其他能源相比，核能具有能量密度

15、大、地区适应性强的优势在核电站中，核反应堆释放的核能被转化为电能核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能(1)核反应方程式 aX是反应堆中发生的许多核反应中的一种，X为待求粒子，a为X的个数则X为_，a_以mU、mBa、mKr分别表示、的质量，mn、mp分别表示中子、质子的质量，c为光在真空中传播的速度，则在上述核反应过程中放出的核能E_(2)有一座发电功率P1.00×106 kW的核电站，核能转化为电能的效率40%假定反应堆中发生的裂变反应全是本题(1)中的核反应，已知每次核反应过程放出的核能E2.78×1011 J，的质量MU390×1

16、027 kg求每年(1年3.15×107 s)消耗的的质量【解析】(1)依据核电荷数守恒和质量数守恒定律可判断：X为中子()，且a3(2分)据爱因斯坦的质能方程Emc2可得：EmU(mBamKr2mn)·c2(4分)(2)由题意知：P1.00×106 kWt3.15×107 s因为WPt(1分)W总(1分)故核反应次数n(1分)每年消耗 的质量为：M总nMU·MU1104.77 kg(3分)答案(1)中子()3mU(mBamKr2mn)·c2(2)1104.77 kg16(12分)太阳帆飞船是利用太阳光的压力进行太空飞行的航天器，由于

17、太阳光具有连续不断、方向固定等特点，借助太阳帆为动力的航天器无须携带任何燃料在太阳光光子的撞击下，航天器的飞行速度会不断增加，并最终飞抵距地球非常遥远的天体现有一艘质量为663 kg的太阳帆飞船在太空中运行，其帆面与太阳光垂直设帆能100%地反射太阳光，帆的面积为66300 m2，且单位面积上每秒接受到的太阳辐射能量E01.35×103 J，已知太阳辐射的光子的波长绝大多数集中在波长为2×107 m1×105 m波段，计算时可取其平均波长1.0×107 m，且不计太阳光反射时频率的变化已知普朗克常量h6.63×1034 J·s(1)每

18、秒钟射到帆面的光子数为多少？(2)由于光子作用，飞船得到的加速度为多少？【自测二】：一、在每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项正确，有的有多个选项正确. 1.粒子散射实验说明了AD.原子有一个很小的核 .电子有一系列不连续的轨道.原子核由质子和中子组成 .原子核集中了原子的全部正电荷和几乎全部的质量2.下列说法中正确的是BC.天然放射现象的发现，揭示了原子核是由质子和中子组成的.玻尔的原子结构理论是在卢瑟福核式结构学说上引进了量子理论.射线是波长很短的电磁波，它的贯穿能力很强.卢瑟福的粒子散射实验揭示了原子核有复杂结构3.关于、三种射线，下列说法中正确的是C.射线是原子核自发放射出氦核，它

19、的穿透能力最强.射线是原子核外电子电离形成的电子流，它具有中等的穿透能力.射线一般伴随着或射线产生，它的穿透能力最强.射线是电磁波，它的穿透能力最弱4.一群氢原子处于=4的激发态，当它们自发地跃迁到较低的能级时，则BC.可能辐射出3种不同频率的光子 .可能辐射出6种不同频率的光子.频率最高的光子是由=4能级向=1能级跃迁时辐射出的.波长最短的光子是由=4能级向=3能级跃迁时辐射出的5.氢原子核外电子由外层轨道跃迁到内层轨道时，下列说法中错误的是ACD.电子动能增大，电势能减少，且减少量等于增大量.电子动能增大，电势能减少，且减少量大于增大量.电子动能增大，电势能减少，且减少量小于增大量 .电子

20、动能减小，电势能增大，且减少量等于增大量 6a、b两种放射性元素，质量分别为ma以和mb，已知a的半衰期为15天，b的半衰期为30天，若经过60天，两元素的质量相同，则ma与mb之比为 (B ) (A)1：4 (B)4：1 (C)2：1 (D)1：27.以下哪些现象和原子核的变化有关B.粒子散射.天然放射性 .光电效应 .热核反应8天然放射现象中，衰变放出的电子的来源是 (C ) (A)原子的外层电子 (B)原子的内层电子 (C)原子核内中子衰变为质子时放出的电子 (D)原子核内质子衰变为中子时放出的电子9.经过一系列衰变和衰变，成为稳定的原子核，那么下列说法中正确的是BCD.共经过4次衰变和

21、6次衰变 .共经过6次衰变和4次衰变.铅核比钍核少8个质子 .铅核比钍核少16个中子10.如图所示，是原子核人工转变实验装置示意图.是粒子源，是铝箔，为荧光屏，在容器中充入氮气后屏上出现闪光，该闪光是由于B.粒子射到屏上产生的.粒子从氮核里打出的粒子射到屏上产生的.粒子从上打出的某种粒子射到屏上产生的.粒子源中放出的射线射到屏上产生的11.下列核反应的方程中正确的是ABC12在粒子散射实验中，当粒子最接近金原子核时，则粒子（ACD ）(A)动能最小 (B)势能最小 (C)势能最大 (D)所受原子核的斥力最大13当a粒子被重核散射时，如图所示的运动轨迹哪些是不可能存在的? (BC )14在粒子散

22、射实验中，使原子核对少数a粒子产生大角度偏转的作用力，其性质是属于 (B ) A万有引力 B库仑力 C磁场力 D核力15在下列四个核反应方程中，x表示中子的是 ( CD ) (A) (B) (C) (D) 16.据最新报道，放射性同位素钬可有效治疗肝癌，该同位素原子核内中子数与核外电子数之差是A.32.67.99.166二、把答案填在题中横线上.17把下列原子物理领域中科学家所做的重要贡献填在空格中 (1)卢瑟福 _b_ (a)解释氢光谱规律 (2)玻尔 _a_ (b)原子核式结构理论 (3)玛丽·居里 _f_ (c)第一次制成人工放射性同位素 (4)汤姆生 _d_ (d)发现电子

23、(5)爱因斯坦 _g_ (e)发现中子 (6)约里奥·居里 _c_ (f)发现天然放射性元素镭 (7)查德威克 _e_ (g)解释光电效应现象18. 如图所示，由天然放射性元素钋（）放出的射线轰击铍（94）时会产生粒子流，用轰击石蜡时会打出粒子流.则 为：_粒子_； 为：_中子_； 为：_质子_.19.最初发现质子的核反应方程是 _最初发现中子的核反应方程是 _20放射性同位素a的半衰期为2T，b的半衰期为T，某时刻a和b的质量分别为=m，和=16m。则经过时间t=_8_T后，a和b的质量相等，这时=_m/16_。21.1956年李政道和杨振宁提出在弱相互作用下宇称不守恒，并由吴健雄

24、用放射源进行了实验验证.次年，李、杨二人为此获得诺贝尔物理奖.的衰变过程是+.其中，是反中微子，它的电荷为零，静止质量可认为是零.在上述衰变方程中，衰变产物的质量数是_60_，核电荷数是_28_.22.在研究钅波的挥发性时，通过对的衰变分析发现，它先衰变成钅杜（）.再衰变成铹（），接着又衰变成钅门.请用一个方程写出（）衰变成（的核反应方程_ _.23.衰变为，需要经过_4_次衰变和_2_次衰变.三、解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤.有数值计算的题，应明确写出数值和单位.24. 铀238的半衰期是4.5×109年。 （1）假设有一块纯铀238矿石1千克，经过45亿年以后

25、，还剩多少千克铀238？ （2）假设发生衰变的铀238都变成了铅206，则这一衰变经过了几次衰变和几次衰变？ (3)矿石中会有多少千克铅？(1) 0.5kg (2) 8次衰变 6次衰变 (3) 0.433kg25. 将1cm3含有人工放射性同位素钠24的溶液注入人体静脉中，经过30h后再从人体中抽取1cm3血液，测得每分钟有5个钠24原子发生衰变.已知输入人体前钠24溶液每秒钟有2000个钠24原子发生衰变，钠24的半衰期为15h，由此可知道该人的血液大约有多少em3？.【高考回顾】：高考各区一模 原子物理部分1(丰台09)在核反应方程式 中（ ）AX是质子，k=9BX是质子，k=10CX是中

26、子，k=9DX是中子，k=102（朝阳期末09）为了解决人类能源之需，实现用核能代替煤、石油等不可再生能源，很多国家都在研制全超导核聚变“人造太阳”，它是从海水中提取原料，在上亿度的高温下发生的可控核聚变反应，科学家依据的核反应方程是 A B C D3（朝阳09）在核反应方程“”中，以下说法正确的是AX是质子，反应过程中质量有亏损BX是中子，反应过程中质量有亏损CX是电子，反应过程中没有质量亏损DX是氦核，反应过程中没有质量亏损4.我国自行研制了可控热核反应实验装置“超导托卡马克” (英文名称：EAST，俗称“人造太阳”)。设可控热核实验反应前氘核（）的质量为m1，氚核（）的质量为m2，反应后氦核（e）的质量为m3，中子（）的质量为m4。已知光速为c。下列说法中不正确的是 （ ）A这种装置中发生的核反应方程式是B由核反应过程质量守恒可知m1+m2= m3+m4 C核反应放出的能量等于 (m1+m2 m3 m4 )c2D这种装置与我国大亚湾核电站所使用核装置的核反应原理不相同5.（宣武09）卢瑟福的粒子散射实验结果表明了 A原子核是由质子和中子组成的，质子带正电，中子不带电 B某些原子核容易发生衰变，自身变成另一种元素的原子核 C原子的正电部分和几乎全部质量都集中在体积很小的核上，整个原子很空旷D电子是原子的