高中物理 第4章 从原子核到夸克学案 沪科版选修35

第4章 从原子核到夸克从原子核到夸克一、识记物理学史近代核物理的探索和发现从根本上把人们对物质世界的认识推进到了微观领域因此对物理学史的考查也常从这里开始，如电子的发现、核式结构模型的建立、质子、中子的发现，是高考考查的重点和热点现总结如下：1汤姆生电子的发现第一大发现原子可以再分汤姆生“枣糕”式原子模型2卢瑟福(1)粒子散射实验第二大发现否定了汤姆生原子模型卢瑟福原子模型(核式结构)打开原子物理大门，初步建立了原子结构的正确图景，跟经典的电磁理论发生了矛盾(2)粒子轰击氮原子核发现了质子第三大发现3玻尔(1)核外电子绕核运动(2)原子光谱不连续玻尔原子模型(能量量子化，能级跃迁假设，轨道量子化)第四大发现成功解释了氢光谱的规律，不能解释比较复杂的原子4贝可勒尔天然放射现象第五大发现原子核有复杂结构例1下列说法中正确的是()A玛丽居里首先提出原子的核式结构模型B卢瑟福在粒子散射实验中发现了质子C查德威克在原子核人工转变的实验中发现了中子D贝可勒尔发现原子核有复杂结构解析卢瑟福在粒子散射实验中提出原子的核式结构模型，所以A、B错据物理学史可知C、D正确答案CD二、半衰期及衰变次数的计算1半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间计算公式：NN0()n或mm0()n，其中n，为半衰期2确定衰变次数的方法(1)XYnHeme根据质量数、电荷数守恒得ZZ2nmAA4n二式联立求解得衰变次数n，衰变次数m.(2)根据衰变和衰变(衰变质量数不变)直接求解图1例2放射性元素U衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成Bi，而Bi可以经一次衰变变成X(X代表某种元素)，也可以经一次衰变变成Tl，X和Tl最后都变成Pb，衰变路径如图1所示则()Aa82，b211B.BiX是衰变，BiTl是衰变C.BiX是衰变，BiTl是衰变D.Tl经过一次衰变变成Pb解析由BiX，质量数不变，说明发生的是衰变，同时知a84.由BiTl是核电荷数减2，说明发生的是衰变，同时知b206，由TlPb发生了一次衰变故选B.答案B三、原子核物理与动量、能量相结合的综合问题1核反应过程中满足四个守恒：质量数守恒、电荷数守恒、动量守恒、能量守恒2核反应过程若在磁场中发生，粒子在匀强磁场中可能做匀速圆周运动，衰变后的新核和放出的粒子(粒子、粒子)形成外切圆或内切圆例3足够强的匀强磁场中有一个原来静止的氡核86Rn，它放射出一个粒子后变为Po核假设放出的粒子运动方向与磁场方向垂直，求：(1)粒子与Po核在匀强磁场中的轨迹圆的半径之比，并定性画出它们在磁场中运动轨迹的示意图(2)粒子与Po核两次相遇的时间间隔与粒子运动周期的关系；(设质子和中子质量相等)(3)若某种放射性元素在匀强磁场中垂直磁场方向发生衰变，则粒子和反冲核在磁场中运动轨迹的示意图与上述衰变运动轨迹示意图有何不同？解析(1)氡核经衰变的核反应方程为86Rn84PoHe，衰变的过程极短，故系统动量守恒设粒子速度方向为正，则由动量守恒定律得：0mvmPovPo，即mvmPovPo粒子与反冲核在匀强磁场中，洛伦兹力提供其做匀速圆周运动的向心力，即qvBm，r，故，示意图如图甲所示(2)它们在磁场中运动的周期T，它们的周期之比为，即109T84TPo，这样，粒子转109圈，Po核转84圈，两者才相遇所以粒子与Po核两次相遇的时间间隔t109T.(3)若放射性元素在匀强磁场中垂直磁场方向发生衰变，则粒子和反冲衰变过程仍符合动量守恒定律，它们也在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，但由于粒子带负电，反冲核带正电，衰变时它们两个运动方向相反，但受的洛伦兹力方向相同，所以它们的轨迹圆是内切的，且粒子的轨迹半径大于反冲核的轨迹半径，其运动轨迹的示意图如图乙所示答案(1)421见解析图(2)t109T(3)见解析图1一块含铀的矿石质量为M，其中铀元素的质量为m.那么下列说法中正确的是()A经过两个半衰期后，这块矿石中基本不再含有铀了B经过两个半衰期后，原来所含的铀元素的原子核有m/4发生了衰变C经过三个半衰期后，其中铀元素的质量还剩m/8D经过一个半衰期后，该矿石的质量剩下M/2答案C解析经过两个半衰期后，铀元素的质量还剩m/4，A、B项均错误；经过三个半衰期后，铀元素还剩m/8，C项正确；铀衰变后，铀核变成了新的原子核，故D项错误2科学家经过实验发现粒子(氦核)、p(质子)及n(中子)这3种粒子中，中子的穿透能力最强，质子次之，粒子最弱某同学对影响粒子穿透能力的因素提出了如下假设，合理的假设是()A穿透能力一定与粒子是否带电有关B穿透能力可能与粒子质量大小有关C穿透能力一定与粒子所带电荷量有关D穿透能力一定与质量大小无关，与粒子是否带电和所带电荷量有关答案ABC解析从题中所给条件来看，粒子和质子都带电，并且粒子带电多于质子，其穿透能力是中子、质子、粒子依次减弱，故穿透能力一定与带电荷量有关，而质子和中子的质量接近，但穿透能力不同，故穿透能力可能与质量无关，也可能与质量有关，故选A、B、C.图23.U放射性衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成Bi，而Bi可以经一次衰变变成X(X代表某种元素)，也可以经一次衰变变成Tl，X和Tl最后都变成Pb，衰变路径如图2所示则图中的()Aa84，b206B是衰变，放出电子，电子是由中子转变成质子时产生的C是衰变，放出电子，电子是由中子转变成质子时产生的D.U经过10次衰变，8次衰变可变成Pb答案AB解析是衰变，是衰变，因此a84，b206，U经过10次衰变和8次衰变可变成质量数为206，电荷数为86的元素4完成衰变方程：ThPa_，Th衰变为Pa的半衰期是1.2 min，则64 g Th经过6 min还有_g尚未衰变答案e2解析由mm0()，得m64() g2 g.5静止的镭核(Ra)发生衰变生成氡核(Rn)，如果衰变中放出的能量都转化为粒子和氡核的动能，则：(1)写出衰变方程；(2)求粒子与氡核的动能之比；(3)若粒子与氡核的运动方向与匀强磁场的方向垂直，画出轨迹示意图，并计算轨道半径之比答案(1)RaRnHe(2)(3)见解析图解析(1)衰变方程为：RaRnHe.(2)衰变时动量守恒：mvmRnvRn0，得.因为Ekmv2，所以.(3)因为它们在匀强磁场中的运动方向与磁场方向垂直，所以轨道半径R，但衰变时放出的粒子与氡原子核都带正电荷，且动量大小相等，则它们在匀强磁场中做圆周运动的轨迹是一对外切圆(如图所示)，轨道半径和粒子所带电荷量成反比：.6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375