2019-2020年高考物理一轮复习 第13章 波粒二象性 原子结构 原子核教案 新人教版.doc

2019-2020年高考物理一轮复习 第13章 波粒二象性 原子结构 原子核教案 新人教版教学目标1. 理解光子说及对光电效应的解释.2. 理解爱因斯坦光电效应方程并会用来解决简单问题重点：光电效应现象,光电效应规律,光子说.难点：光电效应方程的应用知识梳理一、光电效应1. 光照使物体发射电子的现象叫光电效应现象；所发射的电子叫光电子；光电子定向移动所形成的电流叫光电流。2. 光电效应现象所遵循的基本规律。物体在光照的条件下发射电子而发生光电效应现象时遵循如下规律：（1）对于任何一种金属，入射光的频率必须大于某一极限频率才能产生光电效应，低于这个极限频率，无论强度如何，无论照射时间多长，也不能产生光电效应；（2）在单位时间里从金属极板中发射出的光电子数跟入射光的强度成正比；（3）发射出的光电子的最大初动能与入射光强度无关，只随入射光频率的增大而增大；（4）只要入射光的频率高于金属极板的极限频率，无论其强度如何，光电子的产生都几乎是瞬时的，不超过109s.二、光子说1.光子说光子：在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子。光子的能量：h为普朗克常量。h=6.6310-34Js每个光子的能量只决定于光的频率。光强同样频率的光，光的强弱的不同则反映了单位时间内射到单位面积的光子数的多少2. 光子说对光电效应的解释光子照射到金属上时，光子一次只能将其全部能量传递给一个电子，一个电子一次只能获取一个光子的能量，它们之间存在着一对一的关系电子吸收光子后，能量增加，如果能量足够大，就能摆脱金属中正电荷对其的束缚，从金属表面逸出，成为光电子如果光子的能量较小(频率较低)，电子吸收光子后的能量不足以克服金属中正电荷对其的束缚，则立即会将其转化为系统的内能，而不能从金属中逸出，这就是入射光的频率较低时，尽管照射时间足够长，也不能发生光电效应的原因 每一种金属，正电荷对电子的束缚能力都不同，因此，电子逸出所需做的最小功也不一样光子频率小于该频率，无论如何都不会发生光电效应，这就是每一种金属都存在极限频率的原因金属中的电子对于光子的吸收是十分迅速的，电子一次性获得的能量足够时，逸出也是十分迅速的，这就是光电效应具有瞬时效应的原因三、光电效应方程1. 金属的逸出功光电效应中，金属中的电子在飞出金属表面时要克服原子核对它的吸引而做功。某种金属中的不同电子，脱离这种金属所需的功不一样。使电子脱离某种金属所做功的最小值，叫做这种金属的逸出功2. 爱因斯坦光电效应方程动能最大的光电子所具有的动能Ekhvw 四、康普顿效应在研究电子对X射线的散射时发现：有些散射波的波长比入射波的波长略大。康普顿认为这是因为光子不仅有能量，也具有动量。实验结果证明这个设想是正确的。因此康普顿效应也证明了光具有粒子性。康普顿效应是光子与自由电子之间的相互作用，光子被电子全部吸收后，又重新放出新光子（散射光子不是转移部分能量的入射光子）康普顿效应整个过程的能量和动量守恒。五、光的波粒二象性1. 光的波粒二象性干涉、衍射和偏振以无可辩驳的事实表明光是一种波；光电效应和康普顿效应又用无可辩驳的事实表明光是一种粒子；因此现代物理学认为：光具有波粒二象性。2. 正确理解波粒二象性波粒二象性中所说的波是一种概率波，对大量光子才有意义。波粒二象性中所说的粒子，是指其不连续性，是一份能量。个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性。高的光子容易表现出粒子性；低的光子容易表现出波动性。光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时往往表现为粒子性。由光子的能量E=h，光子的动量表示式也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量频率和波长。由以上两式和波速公式c=还可以得出：E = p c。六、物质波（德布罗意波）由光的波粒二象性的思想推广到微观粒子和任何运动着的物体上去，得出物质波（德布罗意波）的概念：任何一个运动着的物体都有一种波与它对应，该波的波长=。题型讲解1. 光电效应的规律关于光电效应，有如下几种陈述，其中正确的是（ ）A金属电子的逸出功与入射光的频率成正比B光电流的强度与入射光的强度无关C用不可见光照射金属一定比用可见光照射同种金属产生的光电子的初动能要大D对于任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光的波长必须小于这个波长，才能产生光电效应【解析】金属的逸出功由该金属决定，与入射光源频率无关，光电流的强度与入射光强度成正比，选项A、B错误。不可见光包括能量大的紫外线、X射线、射线，也包括能量比可见光小的红外线、无线电波，选项C错误。所以应选D。【答案】D2. 光电效应方程（1）已知金属铯的逸出功为1.9eV，在光电效应实验中，要使铯表面发出的光电子的最大功能为1.0eV，入射光的波长应为_m【解析】由爱因斯坦光电效应方程可得：=W+m=1.9+1.0=2.9eV=2.91.61019J=4.3107 m【答案】（2）如图所示，电路中所有元件完好，光照射到阴极上时，灵敏电流计中没有电流通过，其原因可能是（ ）A. 入射光太弱； B. 入射光波长太长； C. 光照时间短； D. 电源正负极接反。【解析】 在本题电路中形成电流的条件，一是阴极在光的照射下有光电子逸出，这决定于入射光的频率是否高于阴极材料的极限频率，与入射光的强弱、照射时间长短无关；二是逸出的光电子应能在电路中定向移动到达阳极。光电子能否到达阳极，应由光电子的初动能大小和两极间所加电压的正负和大小共同决定。一旦电压正负极接反，即使具有很大初动能的光电子也可能不能到达阳极，即使发生了光电效应现象，电路中也不能形成光电流。故该题的正确答案是B、D。【答案】BD3. 光子说原子在不停地做热运动，为了能高精度地研究孤立原子的性质，必须使他们几乎静止下来并能在一个小的空间区域停留一段时间。例如：纳米技术中需要移动或修补分子，科学家已发明了一种称为“激光制冷”的仪器，原理如下：在一个真空室内，一束非常准直的-23原子束（通过样品在1000K高温下蒸发而获得，原子做热运动的速率近似为，受一束激光的正面照射，如图所示，设原子处在基态，运动方向与激光光子的运动方向相反，选好激光频率使光子能量E等于纳原子第一 激发态与基态间的能量差，原子就能吸收它而发生跃迁，跃迁后原子的速度变为，随后该原子发射光子并回到基态，设所发射光子的运动方向与速度的方向总是相同，此时原子的速度为，接着重复上述过程，直到原子的速度减小到零，求：(1)吸收与发射光子的总次数为多少(2)原子停留在激发态上的时间称为原子在这种状态下的寿命，大小约为。忽略每次吸收与发射光子的时间，接上述方式，原子从初速度减小到零，共需多长时间？该时间内原子总共走过的路程约为多少？（，纳原子的质量，阿伏加德罗常数，光速）【解析】设吸收与发射光子的总数为，光速为，（1）光子的动量 纳原子吸收光子时 纳原子放出光子时 （2）设原子停留在激发态的时间为，原子总路程为L，则 4. 康普顿效应频率为的光，射到一平面镜上，设单位时间内达到镜面单位面积上的入射光光子数目为，平面镜的反射率为，光对平面镜的入射角为，试求（1）光对平面镜的压力（2）光作用在平面镜上的切向力。【解析】光子说认为光子具有动量的观点，除解释康普顿效应外，还可以说明光压的作用，即当光子流遇到障碍物时，会对障碍物施加压力的作用，如同气体分子在容器壁上碰撞形成气体对器壁的压强一样，光压就是光子流产生的压强，本题是光子存在动量的一个例证。（1）设时间打在平面镜单位面积上的光子数为，动量的法向分量为，反射德光子数为，动量德法向分量为，方向为相反。由动量定理，光对平面镜单位面积德正压力即光压为（2）光作用在平面镜上的切向力由所吸收光子的切向冲量引起，由动量定理 第35讲 原子结构 能级教学目标1. 知道粒子散射实验.2. 知道原子的核式结构模型的主要内容，理解模型提出的主要思想。3. 理解能级的概念和原子发射与吸收光子的频率与能级差的关系4. 知道原子光谱为什么是一些分立的值知道原子光谱的一些应用5. 知道原子光谱为什么是一些分立的值知道原子光谱的一些应用重点：卢瑟福粒子散射实验的现象和所说明的问题，玻尔理论难点：粒子散射实验，对原子发光现象解释，知识梳理一、粒子散射实验1. 实验装置：放射源：钋放在带小孔的铅盒中，放射出高能粒子(粒子)带正电，mme金箔：厚度极小，可至1微米(金原子的质量大，且易延成很薄的箔)显微镜：能绕金箔在水平面内转动荧光屏：荧光屏装在显微镜上2. 实验步骤(1)钋放出的粒子从铅盒的小孔射出，形成很细的一束射线，射到荧光屏上产生闪光，通过显微镜观察(偏离正对位置，无闪光)(2)放上金箔F，正对位置可观察到大量的闪光点(3)转动显微镜，在不同偏转角处，可看到粒子散射现象3. 实验结果绝大多数粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进(2)少数粒子发生了较大角度的偏转二、卢瑟福核式结构模型1. 在原子的中心有一个很小的核，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，带负电的电子在核外的空间运动。原子核的发现有重大意义，因为它开辟了原子核物理的新领域，卢瑟福被人们尊称为原子核物理之父2. 原子核式结构的模型，是建立在粒子散射实验的基础上的3. 原子、原子核的大小：原子直径数量级 1010m 原子核直径数量级 1015m原子核直径是原子直径的十万分之一如果原子是直径100m的操场，原子核只有一个直径为几毫米的玻璃球那么大4. 原子核是由质子和中子组成，质子和中子统称为核子。三、原子光谱1. 光谱:按一定次序排列的彩色光带.发射光谱:由发光物体直接产生的光谱叫做发射光谱。连续光谱：炽热的固体、液体及高压气体的，由波长连续分布的光组成的光谱例如电灯灯丝发出的光，炽热钢水发出的光。明线光谱：稀薄气体发光，产生一些不连续的亮线组成的光谱把固态或液态物质放到煤气灯的火焰或电弧中去烧，使它们气化后发光，就可以得到它们的明线光谱明线光谱是由游离状态的原子发出的，也叫原子光谱每种元素的原子只能发出某些具有特定波长的光谱线,这些谱线叫做那种元素的特征谱线. 吸收光谱:每种气体都从通过它的白光中吸收跟它的特征谱线波长相同的那些光，使白光的连续光谱中出现暗线连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的光谱，叫做吸收光谱白光通过每一种气体时，光谱中都会产生一组暗线，每条暗线的波长都跟那种气体原子的一条特征谱线相对应吸收光谱中的暗线也是原子的特征谱线.只是通常在吸收光谱中看到的特征谱线比明线光谱中的要少一些2. 玻尔理论解释氢原子光谱某种稀薄气体尽管元素成分较单一，但各原子分别处于不同的能量状态它们由高能级向低能级的跃迁会出现多种可能，每一种可能对应发出某一频率的光子而这些可能又由对应的能级差决定能级是不连续的，能级差也是不连续的，所以导致原子光谱的亮线是不连续的3. 光谱分析由于每种元素都有自己的特征谱线，因此可以根据光谱来鉴别物质和确定它的化学组成这种方法叫做光谱分析这种方法的优点是非常灵敏而且迅速做光谱分析时，可以利用发射光谱，也可以利用吸收光谱铷和铯就是从光谱中看到了以前所不知道的特征谱线而发现的太阳经大气层时产生的吸收光谱四、玻尔模型1. 玻尔模型(引入量子理论，量子化就是不连续性，整数n叫量子数)玻尔补充三条假设定态-原子只能处于一系列不连续的能量状态(称为定态),电子虽然绕核运转,但不会向外辐射能量. 。(本假设是针对原子稳定性提出的)跃迁-原子从一种定态跃迁到另一种定态,要辐射(或吸收)一定频率的光子(其能量由两定态的能量差决定)(本假设针对线状谱提出)能量和轨道量子化-定态不连续,能量和轨道也不连续;(即原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应,原子的定态是不连续的,因此电子的可能轨道分布也是不连续的)氢原子的能级图n E/eV 01 -13.62 -3.43 -1.514 -0.853E1E2E3 (针对原子核式模型提出，是能级假设的补充)2. 光子的发射与吸收(特别注意跃迁条件):原子发生定态跃迁时,要辐射(吸收)一定频率的光子:hfE初-E末（1）轨道量子化rn=n2r1 r1=0.5310-10m （2）能量量子化： E1=-13.6eV（3）原子在两个能级间跃迁时辐射或吸收光子的能量h=Em-En3. 从高能级向低能级跃迁时放出光子；从低能级向高能级跃迁时可能是吸收光子，也可能是由于碰撞（用加热的方法，使分子热运动加剧，分子间的相互碰撞可以传递能量）。原子从低能级向高能级跃迁时只能吸收一定频率的光子；而从某一能级到被电离可以吸收能量大于或等于电离能的任何频率的光子。（如在基态，可以吸收E 13.6eV的任何光子，所吸收的能量除用于电离外，都转化为电离出去的电子的动能）。4. 玻尔理论的局限性。由于引进了量子理论（轨道量子化和能量量子化），玻尔理论成功地解释了氢光谱的规律。但由于它保留了过多的经典物理理论（牛顿第二定律、向心力、库仑力等），所以在解释其他原子的光谱上都遇到很大的困难。氢原子的激发态和基态的能量(最小)与核外电子轨道半径间的关系是:En=E1/n2，rn=n2r1，其中E1=13.6eV, r1=5.31010m,(大量)处于n激发态原子跃迁到基态时的所有辐射方式共有=n (n1)/2种E51=13.06 E41=12.75 E31=12.09 E21=10.2； (有规律可依)E52=2.86 E42=2.55 E32=1.89； E53=0.97 E43=0.66； E54=0.31氢原子在n能级的动能、势能，总能量的关系是：EP=2EK，E=EK+EP=EK。(类似于卫星模型)由高能级到低能级时，动能增加，势能降低，且势能的降低量是动能增加量的2倍，故总能量(负值)降低。注：1. 原子从低能级向高能级的跃迁：当光子作用使原子发生跃迁时，只有光子的能量满足的跃迁条件时，原子才能吸收光子的全部能量而发生跃迁.（电离除外，比如光子能量为14eV的光子照射基态氢原子，会使基态的氢原子电离，电离后电子还具有14eV-13.6eV=0.6eV的初动能.）当电子等实物粒子作用在原子上，只要入射粒子的动能大于或等于原子某两定态能量之差，即可使原子受激发而向较高能级跃迁.2. 原子从高能级向低能级的跃迁：当一群氢原子处于某个能级向低能级跃迁时，可能产生的谱线条数为n(n-1)/2；当一个氢原子处于某个能级向低能级跃迁时，最多可产生的谱线条数为（n-1），若氢原子的从高能级向某一确定的低能级跃迁，只能产生一条谱线题型讲解1. 粒子散射实验粒子原子核A如图所示，为粒子散射实验的示意图，A点为某粒子运动中离原子核最近的位置，则该粒子在A点具有 ( )A最大的速度 B最大的加速度C最大的动能 D最大的电势能【解析】粒子在接近原子核的过程中受到原子核库仑排斥力的作用，这个力对粒子做负功，使粒子的速度减小，动能减小，电势能增大，显然，正确选项应该为BD【答案】BD2. 原子核式结构模型下列现象中，与原子核内部变化有关的是（ ）A粒子散射现象 B天然放射现象 C光电效应现象 D原子发光现象【解析】粒子散射实验表明了原子内部有一个很小的核，并没有涉及到核内部的变化，故A项错误；天然放射现象是原子核内部发生变化自发的放射出粒子或电子，从而发生衰变或衰变，故B项正确；光电效应是原子核外层电子脱离原子核的束缚而逸出，没有涉及到原子核的变化，故C项错误；原子发光是原子跃迁形成的也没有涉及到原子核的变化，故D项错误。【答案】B3. 波尔模型（1）氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道过程中： （ ）.原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大.原子要放出光子，电子的动能减小，原子的电势能减小.原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能减小.原子要吸收光子，电子的动能减小，原子的电势能增大【解析】根据玻尔理论，氢原子核外电子在离核越远的轨道上运动能量越大，必须吸收一定能量的光子后，电子才能从离核较近的轨道跃迁到离核较远的轨道，选项可先排除.氢原子核外电子的绕核运动，由原子核对电子的库仑力作向心力，即，电子的动能，离核越远，即r越大时，电子的动能越小.由此又可排除选项、.电子在不同轨道之间跃迁时，整个原子系统电势能的变化可从两方面加以判断：根据库仑力做功的正负，库仑力做正功（电子从离核较远的轨道被“吸”到离核较近的轨道），电势能减小；库仑力做负功（电子从离核较近的轨道克服库仑力运动到离核较远的轨道），电势能增加.根据各能级能量的关系：电子在离核不同距离的轨道上运动时，整个原子系统的总能量等于电子绕核运动的动能和系统的电势能之和，即：n=kn+pn, 离核越远时（即量子数n越大），原子系统的总能量n越大，而电子的动能kn越小，可见，系统的电势能pn一定越大.所以，本题正确答案是.【答案】D点评：1. 量子化的氢原子能量的不连续的量子化的氢原子，量子数越大，电子离核越远，原子的总能量越大；量子数越小，电子离核越近，总能量越小；在规定离核无穷远处的电势能为零时，氢原子的总能量是负值2.库仑力做的功等于电势能变化量的相反数（2）氢原子的能级如下图所示，已知可见光的光子能量范围约为1.62 eV3.11 eV，下列说法错误的是()A处于n3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离B大量氢原子从高能级向n3能级跃迁时，发出的光具有显著的热效应C大量处于n4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出6种不同频率的光D大量处于n4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出3种不同频率的可见光【解析】处于n3能级的氢原子吸收光子而发生电离的最小能量是1.51 eV，又因紫外线的频率大于可见光的频率，所以紫外线的光子能量E3.11 eV，故A正确由能级跃迁理论知，氢原子由高能级向n3能级跃迁时，发出光子的能量E1.51 eV，所以发出光子能量小于可见光的光子能量由Eh知，发出光子频率小于可见光的光子频率，发出光子为红外线，具有较强的热效应，故B正确由能级跃迁理论知，n4能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可发出6种频率的光子，故C正确由能级跃迁理论知，大量处于n4能级的氢原子向低能级跃迁时，发出光子的能量分别为：0.66 eV(43)，2.55 eV(42),12.75 eV(41),1.89 eV(32),12.09 eV(31)，10.2 eV(21)，所以只有32和42跃迁时发出的2种频率的光子属于可见光，故D错误【答案】D点评：原子由定态n(n2)向低能级跃迁时可能辐射的光子频率的种类为原子跃迁时，所吸收或释放的光子能量只能等于两能级之间的能量差原子电离时，所吸收的能量可以大于或等于某一能级能量的绝对值计算时应注意：因一般取 远处为零电势参考面，故各能级的能量值均为负值；能量单位 1 eV1.61019 J4. 关于氢原子跃迁时产生谱线的数目、光子能量、光子波长的计算用大量具有一定能量的电子轰击大量处于基态的氢原子，观测到了一定数目的光谱线.调高电子的能量再次进行规测，发现光谱线的数目原来增加了5条.用n表示两次观测中最高激发态的量子数n之差，E表示调高后电子的能量.根据氢原子的能级图1可以判断，n和E的可能值为 A. n1，13.22cVE13.32cVB. n2，13.22eVE13.32eVC. n1，12.75cVE13.06cVD. n2，12.75cVE13.06cV【解析】当量子数为n时，产生的光子频率的个数为n(n-1)/2，可以列出下面的表格：N1234567N(n-1)/20136101521由表格中可以发现光谱线的数目比原来增加了5条所对应的量子数为n=2和n=4；n=6和n=5，经检验，其他的量子数不存在光谱线的数目比原来增加了5条这一情况.显然，对于量子数为n=6和n=5，n1，调高后电子的能量E大于E5-E1=13.22eV，而小于E7-E1=13.32eV，故A正确.同理，对于量子数为n=4和n=2，n2，调高后电子的能量E大于E4-E1=12.75eV，而小于E5-E1=13.06eV，故D正确【答案】AD第36讲 原子核 核能教学目标1. 知道天然放射现象及其规律，知道天然放射现象的原因是原子核的衰变2. 知道三种射线的本质和特点3. 知道原子核的衰变规律，知道衰变本质，会写两种衰变方程了解半衰期的概念4. 知道原子核的人工转变,知道核能；了解爱因斯坦的质能方程,知道质量亏损；会根据质能方程和质量亏损的概念计算核反应中释放的核能.5. 知道原子核的人工转变,知道核能的概念.知道裂变和聚变重点：1. 了解天然放射现象和它的本质;知道三种射线的本质和特点 2. 了解原子核的人工转变和质能能方程，会用相关公式进行计算难点：1. 三种射线的比较2. 分析核反应过程和核能的计算。知识梳理一、天然放射现象1.天然放射现象放射性与放射性元素：物质发射射线的性质称为放射性具有放射性的元素称为放射性元素天然放射现象原子序数大于82的元素都有放射性天然放射性元素的种类很多，但它们在地球上的含量很少原子序数小于83的元素，有的也具有放射性元素这种自发地放出射线的现象称为天然放射现象。2.三种射线放射性物质放出的射线有三种：射线、射线、射线三种射线的成分和性质名称构成符号电量质量电离能力贯穿本领射线氦核+2e4u最强最弱射线电子-e0较强较强射线光子00最弱最强二、衰变1.原子核的衰变：放射性元素的原子核放出某种粒子后变成新的原子核的变化2.两种衰变：衰变、衰变铀238（）的衰变 钍234（）的衰变 3.衰变规律：原子核衰变时电荷数和质量数都守恒4.实质：衰变 衰变 5.衰变衰变或衰变后产生的新核往往处于高能级，不稳定，要向低能级跃迁放出光子射线是伴随着射线和射线产生的放射性物质发生衰变时，有的发生衰，有的发生衰变，同时伴随射线这时三种射线都有例：写出镭226、钋210的一次衰变方程。铜66、磷32的一次衰变方程。衰变、卢衰变表示了原子核是可以变化的每一种元素的衰变快慢一样吗?衰变快慢有什么规律?如何描述这一变化规律?三、半衰期1. 半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间符号2. 半衰期反映了放射性元素衰变的速率每种放射性元素都有一定的半衰期氡222衰变为钋218的半衰期为3.8天，镭226衰变为氡222的半衰期为1620年，铀238衰变为钍234的半衰期为4.5109年. 3. 放射性元素的半衰期的大小是由核内部本身的因素决定的，与它所处物理状态或化学状态无关四、人工转变：(发现质子的核反应)(卢瑟福)用粒子轰击氮核,并预言中子的存在 (发现中子的核反应)(查德威克)钋产生的射线轰击铍 (人工制造放射性同位素)正电子的发现(约里奥居里和伊丽芙居里夫妇)粒子轰击铝箔五、放射性同位素的应用1. 利用其射线：射线电离性强,用于使空气电离,将静电泄出,从而消除有害静电。射线贯穿性强,可用于金属探伤,也可用于治疗恶性肿瘤。各种射线均可使DNA发生突变,可用于生物工程，基因工程。2. 作为示踪原子。用于研究农作物化肥需求情况，诊断甲状腺疾病的类型，研究生物大分子结构及其功能。3. 进行考古研究。利用放射性同位素碳14，判定出土木质文物的产生年代。一般都使用人工制造的放射性同位素（种类齐全，各种元素都有人工制造的放射性同位。半衰期短，废料容易处理。可制成各种形状，强度容易控制）。六、核反应1. 原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应。2. 原子核的人工转变（1）1919年，卢瑟福发现质子核反应方程 （2）查德威克发现中子核反应方程 3. 核反应规律：在核反应中，质量数和电荷数都守恒小居里夫妇发现正电子 七、质能方程1.核反应伴随着能量变化核反应中放出的能量称为核能。一个质子和一个中子结合成氘核，放出2.2Mev能量2.质量亏损组成原子核的核子的质量与原子核的质量之差(或者参加核反应的原子核总质量与生成新原子核的总质量之差)叫质量亏损.3.质能方程爱因斯坦质能方程 质量亏损放出能量 和结合成核放出能量2.22Mev4.原子质量单位u 1u.66061027kg 相当于931.5Mev的能量八、裂变重核分裂成质量较小的核释放出核能的反应,称为裂变铀核的裂变1. 铀核裂变的一种典型反应1939年12月，德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼发现，用中子轰击铀核时，铀核发生了裂变，铀核裂变的产物是多种多样的，其中一种典型的反应是2. 裂变反应中的能量的计算以上述典型反应为例：裂变前的总质量 ，裂变后的质量 ，质量亏损释放的能量1kg铀235含有的铀原子核数为1kg铀235完全反应释放的总能量为九、聚变l. 聚变反应由轻原子核聚合成较重原子核的反应称聚变.2聚变反应的特点聚变反应的特点主要有3个和裂变相比，聚变反应释放的能量更多。例如，一个氘核和一个氚核发生聚变，其核反应方程是根据已知的数据氘核的质量：mD=2.014102u 氚核的质量：mT=3.016.050u氦核的质量：m=4.002603u 中子的质量：mn=1008665u该反应释放能量为平均每个核子放出的能量为3.3MeV聚变材料丰富1L海水中大约有003g氘，如果发生聚变，放出的能量相当于燃烧300L汽油常见的聚变反应在这两个反应中，前一反应的材料是氘，后一反应的材料是氘和氚，而氚又是前一反应的产物所以氘是实现这两个反应的原始材料，而氘是重水的组成成分，在覆盖地球表面三分之二的海水中是取之不尽的安全、无污染。聚变产物基本上是稳定氦核，没有放射性，不污染周围环境而裂变产物一般都有放射性，容易引起环境污染可见，轻核的聚变是一种理想的解决能源问题的途径那么，是不是任意的核聚在一起就释放能量呢?不是由爱因斯坦质能方程可知，只有在反应中出现质量亏损，即生成物的总质量小于反应物的总质量时，才能放出能量题型讲解1. 三种射线的考察放射性元素衰变时放出三种射线，按穿透能力由强到弱的排列顺序是（ ）Aa射线，b射线，g射线 Bg射线，b射线，a射线，Cg射线，a射线，b射线 Db射线，a射线，g射线【解析】由于三种射线的能量不同，所以贯穿能力最强的是g射线，b射线次之，a射线最弱，故正确答案选B。【答案】B2.半衰期放射性元素的原子核在a衰变或b衰变生成新原子核时，往往会同时伴随着_辐射。已知A、B两种放射性元素的半衰期分别为T1和T2，tT1T2时间测得这两种放射性元素的质量相等，那么它们原来的质量之比mA:mB_。， 【解析】放射性元素的原子核在衰变或衰变生成新原子核时，往往以光子的形式释放能量，即伴随辐射；根据半衰期的定义，经过tT1T2时间后剩下的放射性元素的质量相同，则 ，故3. 考查衰变、裂变、聚变以及人工转变概念现有三个核反应：_；_；_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，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4. 核能和质量亏损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()AX是，Q2Q1BX是，Q2Q1CX是，Q2Q1DX是，Q2Q1【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 u1.66061027 kg,1 uc2931.5 MeV5. 近代物理中的前沿科技问题（1）K介子的衰变方程为K0，其中K介子和介子所带电荷量为元电荷e，0介子不带电如下图所示，两匀强磁场方向相同，以虚线MN为理想边界，磁感应强度分别为B1、B2今有一个K介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场B1中，其轨迹为圆弧AP，P在MN上，K在P点时的速度为v，方向与MN垂直在P点该介子发生了上述衰变，衰变后产生的介子沿速度v的反方向射出，其运动轨迹如“心”形图线所示则以下说法正确的是()A介子的运行轨迹为PENCMDPB介子运行一周回到P用的时间TCB14B2D0介子做匀速直线运动【解析】由题意可知，K介子衰变为介子和0介子后，介子沿速度v的反方向射出，而介子带负电，根据左手定则可以判断，介子的运行轨迹为PDMCNEP，则选项A错误；设介子在左右两侧磁场中做匀速圆周运动的半径分别为R1和R2，运动周期分别为T1和T2，由图可知：，又R1、R2，则B12B2，即选项C错误；而T1，T2，则介子运行一周回到P所用的时间T T1，即选项B正确；0介子由于不带电而不受洛伦兹力作用，它将做匀速直线运动，即选项D正确综上所述，选项B、D正确【答案】BD点评：本题涉及匀速圆周运动、线速度、角速度、周期、向心力、洛伦兹力、左手定则、牛顿第二定律等知识点，考查学生对上述知识的理解和掌握程度，以及分析、推理的能力和信息处理的能力解决本题的关键在于：先利用左手定则判断介子的运行轨迹，再运用洛伦兹力、牛顿第二定律等知识分析求解（2）2006年3月24日，由中国自行研究、设计的世界上第一个全超导非圆截面托卡马克EAST核聚变实验装置(又称“人造太阳”)，如图所示，已成功完成首次工作调试由于它和太阳产生能量的原理相同，都是热核聚变反应，所以被外界称为“人造太阳”“人造太阳”的原理就是在这台装置的真空室内加入少量氢的同位素氘和氚，使其在一定条件下发生聚变反应，反应过程中会产生巨大的能量核聚变的主要原料是氘和氚，在海水中含量极其丰富则下列说法中错误的是()A“人造太阳”的核反应方程是B“人造太阳”的核反应方程是 3C“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是Emc2D与这种热核聚变比较，核裂变反应堆产生的废物具有放射性【解析】“人造太阳”中的核反应为轻核的聚变，故A正确、B错误核反应释放的能量都遵循质能方程Emc2，C正确聚变方程产生的不具有放射性，而裂变反应产生的废物会衰变放出或射线，D正确【答案】B来源：