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1、2006年高考物理总复习原子物理与核物理年高考物理总复习原子物理与核物理2021/8/11 星期三11.1.粒子散射现象粒子散射现象 绝大多数绝大多数 粒子穿过金箔后仍能沿原粒子穿过金箔后仍能沿原来方向前进，来方向前进，少数少数 粒子却发生了较大的粒子却发生了较大的偏转，并且有偏转，并且有极少数极少数 粒子偏转角超过了粒子偏转角超过了90900 0,有的甚至有的甚至被弹回，偏转角几乎达到被弹回，偏转角几乎达到1801800 0。2021/8/11 星期三2卢瑟福的原子的核式结构学说卢瑟福的原子的核式结构学说（19111911年年）卢瑟福卢瑟福 在原子的中央有一个在原子的中央有一个很小很小的核，
2、的核，叫做原子核，原子的全部正电荷和叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里带负电的电子在核外空间里绕着核绕着核旋转旋转。2021/8/11 星期三3原子核的人工转变原子核的人工转变 1 1质子的发现质子的发现 (1)(1)原子核的人工转变原子核的人工转变 是指为了了解原子核的组成，人们有目的的用高速是指为了了解原子核的组成，人们有目的的用高速粒子去轰击某些元素的原子核，使其产生的新粒子。粒子去轰击某些元素的原子核，使其产生的新粒子。目的是了解原子核的内部结构和粒子的本质及特点目的是了解原子核的内部结构和粒子的本质及特点
3、(2)(2)粒子轰击氮原子核的实验粒子轰击氮原子核的实验 19191919年，卢瑟福做了用年，卢瑟福做了用 粒子轰击氮原子核的实粒子轰击氮原子核的实验，第一次实现了原子核的人工转变，有了很重要的验，第一次实现了原子核的人工转变，有了很重要的发现发现实验结论：实验表明，闪光一定是实验结论：实验表明，闪光一定是粒子击中氮核后粒子击中氮核后产生的新粒子透过铝箔引起的产生的新粒子透过铝箔引起的2021/8/11 星期三4 质子的发现质子的发现粒子铝箔荧光屏阀门氮气显微镜2021/8/11 星期三5原 子原 子核电 子中 子质 子质量数A=中子数+质子数Z核外电子数原子序数核电核数2021/8/11 星
4、期三6练习：练习：1 1、在、在 粒子散射实验中，观察到粒子散射实验中，观察到 粒子穿过粒子穿过金箔后（金箔后（）A A、都偏离了原来的方向、都偏离了原来的方向 B B、大多数粒子偏离了原来的方向、大多数粒子偏离了原来的方向 C C、只有少数粒子偏离了原来的运动的方向、只有少数粒子偏离了原来的运动的方向 D D、最大的偏角几乎达到、最大的偏角几乎达到1801800 0 CD2021/8/11 星期三72 2、粒子散射实验说明了：（粒子散射实验说明了：（）A A、原子核由质子和中子组成、原子核由质子和中子组成 B B、原子内部大部分是空的、原子内部大部分是空的 C C、电子是原子的组成部分、电子
5、是原子的组成部分 D D、原子中的正电荷集中在一个很小、原子中的正电荷集中在一个很小 的范围内的范围内 BD 2021/8/11 星期三83 3、在在 粒粒子子散散射射实实验验中中,使使少少数数 粒粒子子发发生生大大角角度度偏偏转转的的作作用用力力是是原原子子核核对对 粒粒子的子的:（）A A万有引力万有引力 B B磁场力磁场力 C C库仑力库仑力 D D核力核力 C2021/8/11 星期三94 4、关于卢瑟福原子的核式结构模型、关于卢瑟福原子的核式结构模型的内容的内容,下述说法正确的是下述说法正确的是:A A原子是一个质量分布均匀的球体原子是一个质量分布均匀的球体 B B原子的质量几乎全部
6、集中在很小的核内原子的质量几乎全部集中在很小的核内 C C原子的全部正电荷都集中在原子核内原子的全部正电荷都集中在原子核内 D D原子核是由中子和质子组成的原子核是由中子和质子组成的 （）BC 2021/8/11 星期三105 5、氢的三种同位素：氕、氢的三种同位素：氕 H H 氘氘 氚氚 则（则（）A A、它们的质子数相等、它们的质子数相等 B B、它们的核外电子数相等、它们的核外电子数相等 C C、它们的核子数相等、它们的核子数相等 D D、它们的中子数相等、它们的中子数相等AB2021/8/11 星期三11第二第二节天然放射天然放射现象象2021/8/11 星期三12新课教学新课教学 一
7、、一、天然放射现象天然放射现象：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。射现象。这些元素称为放射性元素。1、天然放射现象是贝克勒尔发现的。、天然放射现象是贝克勒尔发现的。2、天然放射现象的发现说明了原子核还可以、天然放射现象的发现说明了原子核还可以 再分，还具有较为复杂结构。再分，还具有较为复杂结构。3、放射线的种类和性质、放射线的种类和性质2021/8/11 星期三13射线射线高速的高速的粒子流，粒子流，粒子是氦原子核，速粒子是氦原子核，速度度 约为光速约为光速1/10，贯穿能力最弱，电离能力最强。，贯穿能力最弱，电离能
8、力最强。射线射线高速的电子流，高速的电子流，粒子是速度接近光速的粒子是速度接近光速的负电子，贯穿能力稍强，电离能力稍弱。负电子，贯穿能力稍强，电离能力稍弱。射线射线能量很高的电磁波，能量很高的电磁波，粒子是波长极短的粒子是波长极短的 光子光子,贯穿能力最强贯穿能力最强,电离能力最弱。电离能力最弱。4、三种射线的来源：、三种射线的来源：粒子是核内两个质子和两个中子抱成团一起射出。粒子是核内两个质子和两个中子抱成团一起射出。粒子是原子核内的中子转化成质子时放出的。粒子是原子核内的中子转化成质子时放出的。射线经常是伴随射线经常是伴随射线和射线和射线产生的。射线产生的。2021/8/11 星期三14带
9、带电电量量质质量量数数符号符号电离电离性性穿透性穿透性实实 质质来来 源源射射线线+2e4很强很强很小（一很小（一张普通纸）张普通纸）高速的高速的氦核流氦核流0.1c两个中子和两个两个中子和两个质子结合成团从质子结合成团从原子核中放出原子核中放出射射线线-e0弱弱很强（几很强（几毫米铝板）毫米铝板）高速的高速的电子流电子流约为光约为光速速原子核中的中子原子核中的中子转换成质子时从转换成质子时从原子核中放出原子核中放出射射线线00很小很小更强（几更强（几厘米铅板）厘米铅板）波长极波长极短的电短的电磁波磁波原子核受激原子核受激发产生的发产生的三种射线的性质和实质三种射线的性质和实质2021/8/1
10、1 星期三15二、衰变二、衰变原子核放出射线后变成新的原子核原子核放出射线后变成新的原子核1.1.衰变种类：衰变种类：衰变、衰变、衰变衰变2、衰变规律：、衰变规律：衰变衰变质量数质量数-4,电荷数电荷数-2衰变衰变质量数不变质量数不变,电荷数电荷数+1原子核衰变时电荷数和质量都守恒。原子核衰变时电荷数和质量都守恒。例例1、质子、中子发现的方程、质子、中子发现的方程2021/8/11 星期三163、半衰期半衰期T 放射性元素的原子核有半数发生衰变放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。所需的时间。2021/8/11 星期三171 1、半衰期短的元素衰变得快，放射性较强、半衰期短的元素衰变得快
11、，放射性较强2 2、半衰期只与元素本身有关、半衰期只与元素本身有关,与所处的物理、与所处的物理、化学状态及周围环境、温度等都无关。化学状态及周围环境、温度等都无关。3、计算公式：、计算公式：三、应用举例三、应用举例4.适用范围适用范围?2021/8/11 星期三18例例6 6、用中子轰击氮、用中子轰击氮1414，产生碳，产生碳1414，碳，碳1414具有放射具有放射性，它放出一个性，它放出一个粒子后衰变成氮，其核反应方程粒子后衰变成氮，其核反应方程式为；式为；2021/8/11 星期三19例例7、如图图示，、如图图示，x为未知放射源，将强磁场为未知放射源，将强磁场M移移开，计数器所测得的计数率
12、保持不变，然后将薄开，计数器所测得的计数率保持不变，然后将薄铝片铝片L移开，则计数率大幅度上升，移开，则计数率大幅度上升，x为为 （）A.纯纯放射源放射源B.纯纯放射源放射源C.及及的混合放射源的混合放射源D.及及的混合放射源的混合放射源计数器计数器xLSNM解：解：将强磁场将强磁场M移开，计数器所测得的计数率保移开，计数器所测得的计数率保持不变，说明射线不带电，应为持不变，说明射线不带电，应为射线。射线。射线可以穿透几毫米的铝板，将薄铝片射线可以穿透几毫米的铝板，将薄铝片L移开，移开，则计数率大幅度上升，说明不是则计数率大幅度上升，说明不是射线，射线，所以所以x 应为应为和和的混合放射源。的
13、混合放射源。D2021/8/11 星期三20例例8、两个放射性元素样品、两个放射性元素样品A、B，当，当A有有15/16的原的原子核发生衰变时，子核发生衰变时，B恰好有恰好有63/64的原子核发生衰变，的原子核发生衰变，求求A和和B的半衰期之比的半衰期之比TA：TB为多少？为多少？解：解：设这段时间为设这段时间为t，由题知，由题知，A有有1/16未发生衰变，未发生衰变，B有有1/64未发生衰变，未发生衰变，由衰变规律得由衰变规律得 t/TA=4 t/TB=6 TA：TB=3:22021/8/11 星期三21例例9 9、关于元素放射性的半衰期下述正确的、关于元素放射性的半衰期下述正确的()()A
14、.A.放射性试样的总质量减半所需的时间放射性试样的总质量减半所需的时间B.B.放射性核的个数衰减到一半所需的时间放射性核的个数衰减到一半所需的时间C.C.加温加温,加压时半衰期不变加压时半衰期不变D.D.与其它物质组成化合物时半衰期将变化与其它物质组成化合物时半衰期将变化2021/8/11 星期三22 核反应 质能方程2021/8/11 星期三23相当于相当于 核子在结合成原子核时，质量有亏损，要核子在结合成原子核时，质量有亏损，要放出能量。放出能量。反之，原子核分解成核子时要吸收能量。反之，原子核分解成核子时要吸收能量。2021/8/11 星期三24 例例1.1.由核子结合成原子核时由核子结
15、合成原子核时 ()A.核的质量总是小于组成它的核子的质量和核的质量总是小于组成它的核子的质量和B.原子核的质量应该等于组成它的核子的质量和原子核的质量应该等于组成它的核子的质量和 C.核子结合成原子核时要放出能量核子结合成原子核时要放出能量 D.核子结合成原子核时要吸收能量。核子结合成原子核时要吸收能量。A C2021/8/11 星期三25 一个质子和一个中子结合氘核时一个质子和一个中子结合氘核时,产生产生 光子光子,由此可见由此可见 ()A.氘核的质量等于质子和中子的质量之和氘核的质量等于质子和中子的质量之和B.氘核的质量小于质子和中子的质量之和氘核的质量小于质子和中子的质量之和C.核子结合
16、成原子核时会释放核能核子结合成原子核时会释放核能D.原子核分解成核子时会释放核能原子核分解成核子时会释放核能B C例例2、2021/8/11 星期三26例例3、关于质能方程、关于质能方程E=mc2,下述下述错误错误的是的是 （）A.质能方程是爱因斯坦最先得出的质能方程是爱因斯坦最先得出的B.该方程表明物体的质量和能量可以相互转化该方程表明物体的质量和能量可以相互转化C.该方程表明物体的能量跟它的质量成正比该方程表明物体的能量跟它的质量成正比D.该方程既适用于微观粒子该方程既适用于微观粒子,也适合宏观物体也适合宏观物体B2021/8/11 星期三2720002000年高考试题年高考试题4.4.裂
17、变反应是目前利用中常用的反应，以原子核裂变反应是目前利用中常用的反应，以原子核 为燃料的反应堆中，当为燃料的反应堆中，当 俘获一个慢中子后发生的俘获一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方式，其中一种可表示为裂变反应可以有多种方式，其中一种可表示为 反应方程下方的数字为中子及有关原子的静止质量（以反应方程下方的数字为中子及有关原子的静止质量（以原子质量单位原子质量单位u u为单位）。已知为单位）。已知1u 1u 的质量对应的能量为的质量对应的能量为9.3109.3102 2MeVMeV，此裂变反应释放出的能量是，此裂变反应释放出的能量是 _MeV。235.0439 1.0087 93.9154
18、138.9178 235U92 92 0 38 54 0 235 U+1 n 9494 Sr+Sr+139139Xe+3 Xe+3 1 1 n n 235U92解：解：m=0.1933um=0.1933u E=931.50.1933=1.8 10 E=931.50.1933=1.8 102 2 MeV MeV1.8 1022021/8/11 星期三2820022002年广东高考年广东高考5.5.如下一系列核反应是在恒星内部发生的，如下一系列核反应是在恒星内部发生的，其中其中p p为质子，为质子，为为 粒子，粒子，e e+为正电子，为正电子，为一种为一种中微子。已知质子的质量为中微子。已知质子的
19、质量为mmp p=1.67264810 =1.67264810-27-27kgkg，粒子的质量为粒子的质量为mm=6.64492910=6.64492910-27-27kgkg，正电子的质量，正电子的质量为为mme e=9.1110=9.1110-31-31kgkg，中微子的质量可忽略不计。真空，中微子的质量可忽略不计。真空中的光速中的光速c=310c=3108 8 m/sm/s。试计算该系列核反应完成后释。试计算该系列核反应完成后释放的能量。放的能量。2021/8/11 星期三29=6.64492910-27kgme=9.1110-31kgm p=1.67264810-27kgm解：解：将六
20、个方程式相加，得到将六个方程式相加，得到e 2+24p+E=mc2=(4m p m -2me)c 2代入数字，经计算得到代入数字，经计算得到E=3.9510E=3.9510-12-12 J J2021/8/11 星期三30热核反应的优点：热核反应的优点：（1 1）热核反应释放的能量比裂变大得多。）热核反应释放的能量比裂变大得多。（2 2）反应后的废物较易处理。）反应后的废物较易处理。（3 3）原料易得。）原料易得。2021/8/11 星期三31 静止在匀强磁场中的静止在匀强磁场中的 原子核，俘获一个原子核，俘获一个速度为速度为7.7107.7104 4 m/s m/s 的中子而发生核反应放出的
21、中子而发生核反应放出 粒子粒子后变成一个新原子核，已知中子速度方向与磁场方向后变成一个新原子核，已知中子速度方向与磁场方向垂直，测得垂直，测得 粒子速度为：粒子速度为：2102104 4m/sm/s，方向与中子速，方向与中子速度方向相同，求：度方向相同，求：（1 1）生成的新核是什么？写出核反应方程式。）生成的新核是什么？写出核反应方程式。（2 2）生成的新核的速度大小和方向。）生成的新核的速度大小和方向。（3 3）若）若 粒子与新核间相互作用不计，则二者在磁场粒子与新核间相互作用不计，则二者在磁场中运动轨道半径之比及周期之比各为多少？中运动轨道半径之比及周期之比各为多少？6 Li3解解：（1
22、 1）写出核反应方程式写出核反应方程式生成的新核是氚核生成的新核是氚核例2、2021/8/11 星期三32（2 2）由动量守恒定律由动量守恒定律 mmn n v vn n=m=m v v +m+mH H v vH H v vn n=7.710 7.7104 4 m/s v m/s v =210 2104 4m/sm/sV V H H=(=(mmn n v vn n-m-m v v )/m)/mH H=(1=(17.7107.7104 4-4 -4 2102104 4 )3 3=-1.010=-1.0103 3 m/sm/s 方向与中子方向相反方向与中子方向相反（3 3）由由 r=mv/qB m
23、v/q r=mv/qB mv/qr r :r:rH H=m=m v v/q/q ：m mH Hv vH H/q/qH H =（4 42 2 2 2）:（3 30.10.1）=40=40:3 :3 T=2m/qB m/qT=2m/qB m/qT T :T:TH H=4/2:3/1=2:3=4/2:3/1=2:32021/8/11 星期三33 静止在匀强磁场中的静止在匀强磁场中的 核，沿与磁场垂直的方核，沿与磁场垂直的方向射出一个向射出一个 粒子后，变成铀的一种同位素核，同时释放能量为粒子后，变成铀的一种同位素核，同时释放能量为0.09 MeV0.09 MeV光子。光子。核的质量为核的质量为238
24、.99965u238.99965u，铀核质量为，铀核质量为234.99347u234.99347u，粒子的质量为粒子的质量为4.001509u4.001509u，1u=1.660566101u=1.66056610-27-27 kgkg）若不计光子的动量，求：）若不计光子的动量，求：（1 1）铀核与）铀核与 粒子回转半径之比粒子回转半径之比R RU URR；（2 2）粒子的动能为多少？粒子的动能为多少？239 Pu94 239 Pu94解：解：（1 1）射出射出 粒子的过程中粒子的过程中 动量守恒动量守恒 239 Pu940=m0=mU Uv vU U-m-m v v (1)(1)由带电粒子在
25、匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公式得由带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公式得R RU U=m=mU U v vU U/q/qU UB BR R =m=m v v/q/q B B （2 2）由由(1)(2)(1)(2)得得 R RU U/R/R =q=q /q/qU U=2/92=1/46=2/92=1/46例例3.3.2021/8/11 星期三34（2 2）核反应中释放的核能为）核反应中释放的核能为 E=mc2 2=(238.999655-234.99347-4.001509)931.5 =4.356MeV由能的转化和守恒定律知由能的转化和守恒定律知EkU+E k=E-0.09=4.2
26、66MeVpU=p由由EK=1/2mv2=p 2/2m EKU/EK=m/mU=4/235 粒子的动能为粒子的动能为EK =(EkU+E k)mU (m+mU)=4.266 235 239=4.195(MeV)2021/8/11 星期三350404年广东年广东5 5 中子中子n n、质子、质子p p、氘核、氘核D D的质量分别为的质量分别为 现用光子能量为现用光子能量为E E的的 射线照射静止氘核使之分解，反射线照射静止氘核使之分解，反应的方程为应的方程为 若分解后中子、质子的若分解后中子、质子的动能可视为相等，则中子的动能是动能可视为相等，则中子的动能是 （）A.B.C.D.C2021/8/
27、11 星期三361 1下列说法中正确的是下列说法中正确的是（）A A质子与中子的质量不等，但质量数相等质子与中子的质量不等，但质量数相等 B B两个质子间，不管距离如何，核力总是大于两个质子间，不管距离如何，核力总是大于 库仑力库仑力 C C同一种元素的原子核有相同的质量数，但中同一种元素的原子核有相同的质量数，但中 子数可以不同子数可以不同 D D除万有引力外，两个中子之间不存在其它相除万有引力外，两个中子之间不存在其它相 互作用力互作用力A0303年江苏高考年江苏高考1 1 2021/8/11 星期三3719921992年年 三南三南太阳辐射能量主要来自太阳内部的太阳辐射能量主要来自太阳内
28、部的 A.A.化学反应化学反应 B.B.放射性衰变放射性衰变C.C.裂变反应裂变反应 D.D.热核反应热核反应 D 正、负电子相遇时湮灭正、负电子相遇时湮灭,同时产生一对光同时产生一对光子子,反应方程式为反应方程式为_,_,若正负电若正负电子质量都为子质量都为m,m,普朗克常数为普朗克常数为h,h,则所产生的光则所产生的光子频率为子频率为_。2021/8/11 星期三38例1、在卢瑟福的a粒子散射实验中，有极少数a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、原子中存在着带负电的电子 D、原子只能处于一系列不连续的能量状
29、态中A2021/8/11 星期三39ACDn例2、对于基态氢原子，下列说法正确的是（）n A、它能吸收10.2eV的光子n B、它能吸收11eV的光子n C、它能吸收14eV的光子n D、它能吸收具有11eV动能的电子的部分动能2021/8/11 星期三40辐射 n例3、设氢原子的基态能量为E1。某激发态的能量为E，则当氢原子从这一激发态跃迁到基态时，所_-（填“辐射”或“吸收”）的光子在真空中的波长为_。hc/(E-E1)2021/8/11 星期三41D n例4：如图25-1所示，R为放射源，虚线范围内有垂直于纸面的磁场B，LL为厚纸板，MN为荧光屏，今在屏上P点处发现亮斑，则到达P点处的放
30、射性物质微粒和虚线范围内B的方向分别为（）n A、a粒子，B垂直于纸面向外n B、a粒子，B垂直于纸面向内n C、粒子，B垂直于纸面向外n D、粒子，B垂直于纸面向内 R L L M N O P .2021/8/11 星期三42n例5、两种放射性元素的原子 ac A和 bd B，其半衰期分别为T和1/2T。若经过2T后两种元素的核的质量相等，则开始时两种核的个数之比为_；若经过2T后两种核的个数相等，则开始时两种核的质量之比为_。N1:N2=b:4am1:m2=a:4b2021/8/11 星期三43n例6、静止的氮核被速度是v0的10n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、乙两核动量之比为1：1，动能之比为1：4，它们沿垂直磁场方向进入匀强磁场做圆周运动，其半径之比为1：6。问：甲、乙各是什么核？速度各是多大？写出该反应方程。甲为甲为126 C，乙为，乙为31 H2021/8/11 星期三442021/8/11 星期三452021/8/11 星期三46