2019-2020年高考物理 第二十一章 量子论初步复习教案 新人教版.doc

2019-2020年高考物理 第二十一章 量子论初步复习教案 新人教版一、考点要求内 容要求内 容要求1.光电效应，光子，爱因斯坦光电效应方程7.原子核的人工转变，核反应方程，放射性同位素及其应用2.光的波粒二象性，物质波8.放射性污染和防护3.粒子散射实验，原子的核式结构9.核能，质量亏损，爱因斯坦质能方程4.氢原子的能级结构，光子的发射和吸收10.重核的裂变，链式反应，核反应堆5.氢原子中的电子云11.轻核的聚变，可控制核反应6.原子核的组成，天然放射现象，衰变，半衰期12.人类对物质结构的认识二、考点命题特点及趋势这部分知识能与生活、生产、社会、国防、现代科技以及相关学科相结合，所命题目题型新颖，综合性强，是目前理科综合考试的命题热点。1知识面比较窄，知识点较少考题分布相对集中，以记忆的知识为主。2试题难度不大,或是课本知识的直接应用，或是在对课本知识理解后的简单分析和简单计算。3重点考查光电效应规律，粒子散射实验，核式结构，氢原子能级、衰变规律、核反应方程及核能，其中以光电效应规律，原子核反应方程，氢原子能级和质能方程等知识点命题率较高。4试题以选择为主，偶尔有填空题和计算题。5新大纲和教材有了明显变化，要求会应用爱因斯坦光电效应方程，考题不再涉及能级公式和轨道半径公式，增加了电子云的概念，强调了氢原子的能级结构，新的高考将有所体现。三、课后练习（一）光电效应 光的波粒二象性1在光的照射下物体发射 的现象叫做光电效应，光电效应中发射出来的电子叫做 ，它定向移动所形成的电流叫做 。光电效应现象和康普顿效应充分证明光具有 性。2光电效应的规律：（1）对任何一种金属，都存在一极限频率，入射光的频率 于这个极限频率，才能产生光电效应； 于这个频率的光不能使金属发生光电效应。 （2）光电子的最大初动能与入射光的强度 _关，只随入射光频率的增大而 。（3）光电效应具有 性，从光照射到金属表面到发射出电子，时间不超过 。（4）当入射光的频率大于极限频率时，单位时间内发射出的光电子数与入射光的 _成正比。3光子说的内容概括为：光是 的，而是 的，每 叫做一个光子，光子的能量跟它的 成正比，用公式表示为E = ，光子的动量P = ，普朗克常量h = _J.S爱因斯坦光电效应方程是：_ .4光既具有 ，又具有 称为光的波粒二象性。（二）玻尔的原子模型 能级 物质波5玻尔的原子理论 （1）定态假说：原子只能处于 的能量状态中，这些状态叫 。（2）跃迁假说：原子从 跃迁到 时要辐射（或吸收） 、光子的能量等于 ，表达式为 。（3）轨道假说：原子的不同能量状态跟 相对应，轨道的分布也是 即轨道量子化。6能级（1）原子的各个定态的能量值，称为原子的能级，原子处于最 能级时，电子在 的轨道上运动，这种状态称为 态，原子从低能级跃迁到高能级要 能量，从高能级跃迁到低能级，要 ，这就是原子的_，相应能量差为 。（2）氢原子的能级公式为 ，轨道半径公式为 ，其中E ，= ，n代表 。7物质波（1）任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种 与之对应，波长为，这种波叫 ，也叫 。（2）德布罗意波是一种假设，后来被实验证实这种假设是 。（3）宏观物体的德布罗意波长 ，所以很难观察到它们的 。微观粒子则不同，可找到与其波长差不多的障碍物或孔，所以很容易观察到它们的 。（4）同光一样，物质波也是一种 。（5）牛顿力学适用 ，不适用于 。研究微观粒子的运动规律用 研究高速运动的物体用 。（三）原子结构8卢瑟福用粒子轰击金箔发现：绝大多数粒穿过金箔后方向 ；少数粒子发生了_的偏转；极少数粒子的偏转超过了 ，有的甚至被 ，偏角几乎达到 。9根据粒散射的结果，卢瑟福提出了如下原子结构的模型：在原子的中心有一个很小的 ，叫做 ，它集中了原子全部的 和几乎全部 ，带负电的电子在核外空间绕 旋转。10原子直径的数量级为 m，原子核直径的数量级为_。（四）原子核 核能11天然放射现象：某些元素 放射某些射线的现象称为天然放射现象，这些元素称 。12 三种射线的本质和特点：（1）射线本质是约1/10光速的 ，带 ，其电离本领_ ，贯穿能力 。（2）射线本质是高速的 ，带 ，其电离本领 ，贯穿能力 。（3）射线本质是_，带_，其电离本领_，贯穿能力_。13放射性元素的衰变：放射性元素自发地放出某种射线而变成新核的过程。（1）衰变规律：衰变衰变：（2）衰变方程：质量数和电荷数都 。（3）半衰期的概念：放射性元素有半数发生了衰变所用的时间，是描述衰变 的物理量。14中子、质子和正电子的发现英国 发现中子的核反应方程是：（ ）英国 发现质子的核反应方程是：（ ） 居里夫妇发现正电子的核反应方程是：（ ）+ ( )15核裂变和核聚变：（1）重核的裂变：重核俘获中子后分裂为中等质量核的过程，为了使裂变的链式反应容易发生，最好利用纯铀 ，且铀块体积应 它的临界体积。（2）轻核的聚变：轻核结合为质量较大的原子核的过程，轻核聚变又叫 反应，它要温度达到 _度以上才能发生反应。四、知识结构近代物理21 光电效应 光的波粒二象性 物质波第一课时一、重点难点诠释1光电效应（1）光电效应现象：在光的照射下物体发射出电子的现象叫做光电效应。发射出来的电子叫光电子。（2）光电效应规律：任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率，才能产生光电效应；若入射光的频率低于这个频率，不论入射光多么强，也不论光照射时间有多么长，都不能发生光电效应。光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光频率的增大而增大。入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过秒。当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度与入射光的强度成正比。（3）光子说主要内容：在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量跟它的频率成正比，即，h是普朗克恒量，是光子的频率。（4）光电效应方程：光子说对光电效应现象的解释：当光子照射到金属上时，它的能量可被金属中的某个电子全部吸收，电子吸收光子的能量后，动能立刻增加，不需要积累能量的过程。如果电子的动能足够大，能够克服内部原子核对它的引力，就可以离开金属表面逃逸出来，成为光电子。最大初动能和逸出功：金属表面的电子吸收光子后，克服金属原子核的引力做功。直接从金属表面逸出的电子所具有的动能称为最大初动能，克服金属原子核的引力所做的功的最小值叫逸出功。光电效应方程：，式中W是逸出功，它和极限频率的关系为。显然，该方程符合能量守恒定律。2光的波粒二象性（1）光具有波粒二象性光既具有波动性，又具有粒子性,少数光子表现为粒子性，大量光子表现出较强的波动性；频率越大的光子粒子性越强，频率越小的光子波动性越强。波动性不是传统意义上的机械波，而是一种几率波，那些光波强度大的地方，也就是光子到达机会多的地方，或者说是光子到达的几率大的地方。（2）物质波任何一个运动的物体都有一种波与之对应,其波长等于普朗克常量h跟物体运动的动量mv之比，即。把运动的物体所对应的波叫做物质波,也叫德布罗意波,物质波也是概率波.二、思维方法点拨解释光电效应现象及光的本性，要放弃经典物理研究问题的立场、观点，建立新的解决问题的方法模式。1光电效应是单个光子和单个电子之间的相互作用产生的。金属中的某个电子只能吸收一个光子的能量，只有当吸收的能量足够克服原子核的引力而逸出时，才能产生光电效应，而光子的能量与光的频率有关，由此可解释光电效应的瞬时性和存在极限频率的原因。光子是能量为的粒子，表现出粒子性，而光子的能量与频率有关，体现了波动性，所以光子是统一了波粒二象性的微粒。但是，在不同的条件下的表现不同，大量光子表现出波动性，个别光子的表现出粒子性；光在传播时表现出波动性，光和其他物质相互作用时表现出粒子性；频率低的光波动性更强，频率高的光粒子性更强。2有关光电效应的问题主要是两个方面：一个是关于光电效应现象的判断,另一个就是运用光电效应方程进行简单的计算。解题的关键在于掌握光电效应规律，明确各概念之间的决定关系，即有：3光电子的最大初动能、光电流强度及入射光强度的关系：在光电效应中，光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，与入射光的强度无关；“光电流强度”指的是光电流的最大值(亦称饱和值),它正比于入射光的强度; “入射光的强度”指的是单位时间内入射到金属表面单位面积上的光子的总能量，在入射光频率不变的情况下，光强度正比于单位时间内照射到金属表面单位面积的光子数.若换用不同频率的光照射,即使光强度相同,单位时间内照射到金属表面单位面积的光子数也不相同，因而从金属表面逸出的光电子数也不相同，形成的光电流大小也不同。4记住和理解说明光具有波粒二象性的典型实验：“光电效应现象”说明了光具有粒子性，这里的粒子不等于宏观世界的质点，而是微观粒子，即“光子”；“光的干涉、衍射”实验证明了光是一种波，具有波动性，但这里的波动性也并不等于宏观世界里的机械波，而是概率波。光的干涉、衍射现象中亮条纹处，是光子到达可能性较大的区域,暗条纹处是光子到达可能性较小的区域。三、典型例题剖析例1（xx沪）关于光的说法中正确的是（）A、 在真空中红光波长比紫光波长短B、红光光子的能量比紫光光子能量小C、红光和紫光相遇时能产生干涉现象D、红光照射某金属时有电子向外发射，紫光照射该金属时一定也有电子向外发射分析：本题较为综合地考查了各色光的频率、波长关系，光的干涉及光电效应规律。解答：正确的选项为B、D点评：光电效应、光子说是本章的重点，也是高考命题率较高的知识点，常以选择题、填空题的形式出现，属于容易题，应该把课本上的内容弄清楚，理解其确切含义，做到知其然也知其所以然，不能机械地背诵书本结论。例2：一细束平行光经玻璃三棱镜折射后分解成互相分离的三束光，分别照射到相同的金属板a、b、c上，如图所示，已知b板有光电子放出，则可知 （ ）A、 a板一定不放出光电子B、a板一定放出光电子C、c板一定不放出光电子D、c板一定放出光电子分析：本题以光效应现象为核心，同时考查了光经过三棱镜的折射现象。细束平行光经过三棱镜后变为互相分离的三束光，由三束光的偏折情况可确定三束光的频率大小关系，再根据极限频率的概念加以判断。解答：根据三束光的偏折情况可知，射至 a板上的光频率最小，射至b板上的光的频率居中。又因金属板上b有光电子放出，说明射至b板上的光的频率比该金属材料的极限率大，故 c板上一定有光电子放出，至于a板上否有光电子放出则不能判断。本题正确答案为D。点评：几何光学中的折射、色散知识在物理光学中多有应用，要善于把物理光学与几何光学知识综合起来考虑问题。例3：用同一束单色光，在同一条件下先后照射锌片和银片，都能产生光电效应，在这两个过程中，对于下列四个量，一定相同的是 ，可能相同的是 ，一定不同的是 。、光子的能量 B、光电子的逸出功C、光电子动能 D、光电子最大初动能分析：光子的能量由光的频率决定，同一束单色光频率相同，因而光子能量相同。逸出功等于电子脱离原子核束缚需要做的最少的功，因此只由材料决定。锌片和银片的光电效应中，光电子的逸出功一定不相同。由 ，照射光子能量相同，逸出功W不同，则电子最大初动能也不同。由于光电子吸收光子后到达金属表面的路径不同，途中损失的能量也不同，因而脱离金属时的可能动能分布在零到最大初动能之间。所以，两个不同光电效应的光电子中，有时初动能是可能相等的。正确答案: A、C、BD点评：光的频率决定光子能量，金属材料决定光电子的逸出功，光电子的最大初动能由光频率和金属材料共同决定。例4：太阳光垂直射到地面上时，地面上接受的太阳的功率为1.4kW，其中可见光部分约占45%。（1）假如认为可见光的波长约为0.55m，日地间距离R =1.5m。普朗克常量h=6.6J.S，估算太阳每秒辐射出的可见光光子数为多少？（2）若已知地球的半径为6.4m，估算地球接受的太阳光的总功率。分析：用丰富的空间想象力，构建模型，结合能量守恒的观点解决有关光子的问题。解答：（1）设地面上垂直阳光的面积上每秒钟接收的可见光子数为n，则有解得=m-2=1.75设想一个以太阳为球心，日、地距离为半径的大球面积包围着太阳。大球面接受的光子数即等于太阳辐射的全部光子数。则所求可见光子数=4.9个（2）地球背着阳光的半个球面没有接收太阳，地球向阳的半个球面面积也不都与太阳光垂直，接收太阳辐射且与阳光垂直的有效面积是以地球半径为半径的圆平面的面积。则地球接收太阳的总功率。 点评：本题求解关键要明确两点：一是运用能量的转化和守恒原理，正确求得可见光光子数；二是正确建立模型，即以太阳为球心，日、地距离为半径的球面模型和以地球半径为的圆平面面积模型。四、随堂练习1.由爱因斯坦光电效应方程可以画出光电子的最大初动能和入射光的频率的关系，如图所示，以下说法正确的是（ ）.表示极限频率.P的绝对值等于逸出功C.直线的斜率表示普朗克常量h的大小D.图线表明最大初动能与入射光频率成正比2.（xx年全国）用某种单色光照射某种金属表面，发生光电效应，现将该单色光的光强减弱，则（ ）A.光电子的最大初动能不变B.光电子的最大初动能减小C.单位时间内产生的光电子数减少D.可能不发生光电效应光电管电源Gab3.（xx年上海）在如图所示的光电管的实验中，发现用一定频率的A单色光照射光电管时，电流表指针会发生偏转，而用另一频率的B单色光照射时不发生光电效应，那么（ ）A.A光的频率大于B光的频率B.B光的频率大于A光的频率C.用A照射光电管时流过电流表G的电流方向是a流向bD.用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是b流向a4.某广播电视台发射功率为10kW，在空气中波长为187.5m的电磁波。（1）该电台每秒钟从天线发射多少个光子？（2）若发射的光子四面八方视为均匀的，求在离天线2.5km处，直径为2m的环状天线每秒接收的光子个数。接收功率多大？5.人眼对绿光最为敏感,如果每秒有6个绿光光子射入瞳孔（孔径为4mm）,眼睛就能察觉.现有一个光源以0.1W的功率均匀地向各个方向发射波长为530nm的绿光,眼睛最远在多大距离能够看到这个光源?6.20世纪20年代，剑桥大学学生泰勒做了一个实验：在一个密闭的箱子里放上小灯泡、烟熏黑的玻璃、狭缝、针尖、照相底板，整个装置如图所示。小灯泡发出的光通过熏黑的玻璃后变得十分微弱，经过个月的曝光，在底片上针尖影子周围才出现非常清晰的衍射条纹。泰勒对此照片的平均黑度进行测量，得出每秒到达底片的能量是J.(1)假如起作用的光波波长约为500nm，计算从一个光子到来和下一个光子到来间隔的平均时间及光束中两邻近光子之间的平均距离。（2）如果当时实验用的箱子长为1.2m,根据(1)的计算结果能否找到支持光是几率波的根据?第二十二章原子核22.1 原子结构 能级第一课时一、重点难点诠释1卢瑟福原子核式结构（1）粒子散射现象绝大多数粒子穿过金箔后基本上仍沿原来方向前进，但是有少数粒子发生了较大的偏转，并且有极少数粒子偏转角超过了，有的甚至被弹回，偏转角几乎达到. （2）原子的核式结构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所有的质量都集中在原子核上，带负电的电子在核外空间绕核旋转。原子直径的数量级为，而原子核直径的数量级约为。2玻尔原子模型（1）玻尔的原子模型：玻尔的原子模型包含以下三个方面的内容：轨道量子化：围绕原子核运动的电子轨道半径只能取某些分立的数值；能量量子化：不同的轨道对应着不同的能量状态，在这些状态中，原子是稳定的，电子虽做变速运动，但不向外辐射能量；跃迁假设：原子在不同的状态具有不同的能量，从一个定态向另一个定态跃迁时要辐射或吸收一定频率的光子，该光子的能量等于这两个状态的能级差，即（2）氢原子的能级：原子各个定态的能量值叫做原子的能级。氢原子的能级公式为，对应的轨道半径关系式为：，其中n叫量子数，只能取正整数。n =1的状态称为基态，氢原子基态的能量值。量子数n越大，动能越小，势能越大，总能量越大。（3）玻尔理论的成功与局限：玻尔理论的成功之处在于引入了量子的概念，局限之处在于保留了过多的经典理论。（4）光子的吸收与发射原子从一种定态（能量为），跃迁到另一种定态（能量为），它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能级差决定：即。若，则辐射光子；若，则吸收光子。原子只辐射或吸收能级差间的光子。由于原子的能级不连续，所以辐射或吸收光波的频率是若干分立的值，这也正是原子光谱是线状谱的原因。二、思维方法点拨1粒散射实验的分析方法：由于电子质量远远小于粒子的质量（电子质量约为粒子质量的7300），即使粒子碰到电子，其运动方向也不会发生明显偏转，就象一颗飞行的子弹碰到尘埃一样，所以电子不可能使粒子发生大角度散射。使粒子发生大角度散射的只能是原子中带正电的部分，按照汤姆生的原子模型，正电荷在原子内是均均分布的，粒子穿过原子时，它受到两侧正电荷的斥力有相当大一部分互相抵消，因而也不可能使粒子发生大角度偏转，更不可能把粒子反向弹回，这与粒子散射实验的结果相矛盾，从而否定了汤姆生的原子模型。实验现象中，粒子绝大多数不发生偏转，少数发生较大偏转，极少数偏转超过，个别甚至被弹回，都说明了原子中绝大部分是空的，带正电的物质只能集中在一个很少的体积内（原子核）。2氢原子各定态能量值是电子绕核运动的动能和势能的代数和。由，可知，氢原子各定态的能量值均为负值。n越大，的绝对值越小，但能量（能级）越高。因此，不能根据氢原子的能级公式得出氢原子各定态能量与成反比的结论。3原子的跃迁条件：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，则不受此条件的限制，如基态氢原子的电离能为13.6eV，只要大于或等于13.6eV的光子会被基态的氢原子吸收而发生电离，只不过入射光子的能量越大，原子电离后产生的自由电子的动能越大。4原子处于激发态是不稳定的，会自发地向基态或其他较低能级跃迁。由于这种自发跃迁的随机性，一个原子会有多种可能的跃迁。处于量子数为n的激发态的原子，在自发跃迁时，可能发出的谱线条数为，若是一群原子处于激发态，则各种可能跃迁都会发生，所以会同时得到该原子的全部光谱线。第二课时三、典型例题剖析例1：（1997年全国）在卢瑟福的粒子散射实验中，有极少数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态中分析：粒子散射实验中，粒子的大角度偏转是由于受到原子核内集中的正电荷的作用。答案A点评：某种实验现象产生的原因或反映的物理事实这类问题时，一定要注意其因果关系或逻辑关系，尤其注意某些结论虽然是正确的，但不与该实验现象有关。例2：（xx全国理综）现有1200个氢原子被激发到量子数为4的能级上，若这些受激氢原子最后都回到基态，则在此过程中发出的光子总数是多少？假设处在量子数为n的激发态的氢原子跃迁到各较低能级的原子数都是处在该激发态能级上的原子总数的。A、2200 B、xxC、1200 D、2400分析：此题考查考生是否了解氢原子的能级图以及原子的跃迁规律，题目中的假设情况考查考生题解能力和分析综合能力。解答：画出氢原子的能级图，根据氢原子跃迁到各较低能级的原子数都是处在该激发态能级上的原子总数的1/（n -1），可得出各个能级间发出的光子数如下能级图所示，所以光子总数等于4003+2002+600=2200 正确答案：A点评：由于考试大纲把氢原子能级及光子的发射和吸收由提高为，因此本题考查要求较高，复习备考时要特别注意考纲的变化，加强复习的针对性。例3：氢原子处于基态时，原子的能量为，问：（1）氢原子在n =4的定态时，可放出几种频率的光？其中最小频率等于多少Hz？（2）若要使处于基态的氢原子电离，至少要用多大频率的电磁波照射此原子？分析：此题考查氢原玻尔模型及能级跃迁原子处于激发态是不稳定的，会自发跃迁到低态跃迁的方式有多种，或直接跃迁到基态，或先跃迁到较低激发态，再跃迁到基态。解答：（1）根据玻尔理论，氢原子 n =4的能级跃迁时有6种可能性：由可知能级之间的能量差减小，辐射光子的频率就越低，由下图可知，从n =4跃迁到n =3，辐射的能量最少=HZ=1.61014HZ（2）欲使氢原子电离，即将电子移到离核无穷远处，此时，由能量守恒有：而这份能量对应光子的最小频率应为：故要使基态的氢原子电离，照射光的频率至少应为3.28 ，若照射光频率高于这一值，使原子电离后多余的能量为电子的动能。点评：（1）原子由定态n向基态跃迁时，可能辐射光谱线数可由公式求得（2）原子激发式跃迁时，所吸收或释放的能量只能等于两能级之间的能量差。（3）原子电离时所吸收的能量可以大于或等于某一能级的能量绝对值。即这是因为电离后，电子在无穷远处的动能可取大于零的值。时，所需的是最小能量。（4）计算时应注意：各能级的能量值均为负值；代入数值时需把“eV”换算为“J”。例4：一个运动的电子与一个静止的氢原子发生正碰，使氢原子恰好电离，这个电子的德布罗意波的最大波长是多少？（氢原子的质量，电子的质量）分析：本题是近代物理与力学的综合性问题。电子与氢原子的碰撞遵守动量守恒定律，而且碰撞过程中电子部分动能被氢原子吸收，使氢原子电离。如果电子与氢原子碰撞后速度相同（完全非弹性碰撞），这时被氢原子吸收的能量最多。因此，在氢原子吸收的能量（电离能）一定的情况下，碰撞后电子与氢原子速度相同时，入射电子所需的动能最小。解答：以表示碰撞前的速度，以表示碰撞后电子与氢原子的共同速度，用E表示氢原子电离所需的能量，则有：由以上两式解得考虑到 ,所以电子的动量为电子的德布罗意波波长为由于氢原子的电离能=13.6eV，所以要使氢原子能电离，电子的德布罗意波的最大波长为点评：微观粒子具有波粒二象性,它所遵循的运动规律也与宏观粒子根本不同,但 微观粒子间的相互作用仍遵循动量守恒定律和能量守恒定律。四、随堂练习1、粒子散射实验中，使粒子发生散射的原因是（ ）A、 粒子与原子核外电子碰撞B、 粒子与原子核发生接触碰撞C、 射线发生明显衍射D、 粒子与原子核的库仑斥力作用2、（xx北京）氢原子的能级是氢原子处于各个定态时的能量值，它包括氢原子系统的电势能和电子在轨道上运动的动能。氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道时 （ ）A、氢原子的能量减小，电子的动能增加B、氢原子的能量增加，电子的动能增加C、氢原子的能量减小，电子的动能减小D、氢原子的能量增加，电子的动能减小3、（xx全国）原子从一个能级跃迁到一个较低的能级时，有可能不发射光子，例如在某种条件下，铬原子的n =2能级上的电子跃迁到n =1能级上时并不发射光子，而是将相应的能量转交给n =4能级上的电子，使之脱离了原子，这一现象叫做俄歇效应，以这种方式脱离了原子的电子叫做俄歇电子。已知铬原子的能级公式可简化表示为式中n =1，2，3表示不同能级，A是正的已知常数，上述俄歇电子的动能是（ ）、4、已知氢原子基态的电子轨道半径为，量子数为n的能级为。（1）求电子在基态轨道上运动时的动能（2）有一群氢原子处于量子数n =3的激发态，画出能级图，并在图上用箭头标明这些氢原子能发出哪几条光谱线？（3）计算这几条光谱线中波长最短的一条的波长。22.2 天然放射现象 衰变 半衰期第一课时一、重点难点诠释1天然放射现象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的元素。所有原子序数大于82的元素，都能自发地放出射线（有些原子序数小于83的元素也具有放射性）。元素的这种自发地放出射线的现象叫做天然放射现象。2放射线的种类和特征将放射性物质放出的射线进行实验（如射入磁场中的偏转实验等），表明放射性物质放出的射线有三种：射线、射线、射线，将它们的特征列表对比如下：射线带正电的氦核流射出速度c穿透本领小电离本领大射线高速电子流 接近光速较大较小射线光子流或高频电磁波 无静止质量光速c大小3原子核的衰变天然放射现象说明原子核具有复杂的结构。原子核放出粒子或粒子，并不表明原子核内有粒子或粒子（很明显，粒子是电子流，而原子核内不可能有电子存在），放出后就变成新的原子核，这种变化称为原子核的衰变。（1）衰变规律：原子核衰变时，前后的电荷数和质量数都守恒。（2）衰变方程：射线经常是伴随射线和射线产生的。4元素的半衰期（1）放射性元素衰变的快慢用半衰期来表示，放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，叫做这种元素的半衰期。（2）公式表示：，式中、分别表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，、分别表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，t表示衰变时间，T表示半衰期。（3）半衰期的大小由这种元素原子核内部本身的因素决定，跟原子所处的物理或化学状态无关。半衰期是一个统计规律，只对大量的原子核适用，对少数个别的原子核，衰变时不存在半衰期规律。5、探测放射线的方法（1）放射线的粒子与其他物质作用的主要现象是：使气体电离；使照相底片感光；使荧光物质产生荧光。（2）科研中常用的探测射线的方法：威耳孙云室；气泡室；盖革弥勒计数器6、放射性的应用与防护（1）有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素。天然放射性同位素只有40多种，而用人工方法得到的放射性同位素已达1000多种，并获得了广泛的应用。（2）放射性同位素主要应用在两个方面：利用它的射线；作为示踪原子。过量的放射性会对环境造成污染，对人类和自然界产生破坏作用，因此在利用的同时，要采取有效地防范措施。二、方法讲解1.应用衰变规律解题主要有两种类型一是确定某元素的原子核发生衰变后变成新的核，确定衰变（衰变和衰变）的次数。其解题方法是根据衰变规律，按照原子核衰变前后质量数和电荷数都守恒列出二元一次方程求解。明确每经一次衰变，产生的新核与原核相比：质量数减少4，电荷数减少2，在元素周期表中的位置前移两位，每经一次衰变，新核与原核相比：质量数不变，电荷数增加1，在元素周期表中的位置后移一位。衰变伴随而生，只是放出能量，并不产生新核；二是根据衰变情况，确定发生哪种衰变；或衰变后变成什么元素的新核。需要注意的是，某元素的原子核能否发生衰变，会发生哪种衰变，这是由原子核自身的因素决定，决不能按衰变规律随意编造衰变反应。2.衰变的本质在放射性元素的原子核中，个质子和个中子结合得比较紧密，有时会作为一个整体从较大的原子核中抛射出来，这就是衰变。原子核内虽然没有电子，但是核内的中子可以转化成质子和电子，产生的电子从核内发射出来，这就是衰变。三、考点应用例1（xx年全）介子衰变的方程为，其中介子和介子带负的基元电荷，介子不带电。一个介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁强中，其轨迹为圆弧AP，衰变后产生的介子的轨迹为圆弧PB，两轨迹在P点相切，它们的半径与之比为2：1，介子的轨迹未画出，如图所示。由此可知的动量大小与的动量大小之比为（ ）A.1:1 B.1:2 C.1:3 D.1:6分析：圆弧AP与PB在P处相切，说明衰变前介子的速度方向与衰变后介子的速度方向完全相反。设衰变前介子的动量大小为，衰变后介子和介子的动量大小分别为和，根据动量守恒定律可得： 介子和介子在磁场中分别做匀速圆周运动，轨道半径为： 又由题意知： 解以上联立方程组可得： 答案：C 点评：本题涉及核反应、带电粒子在磁场中的运动及动量守恒定律，综合性较强，且题目涉及情景较新颖，是一道很好的考题。例2.静止在匀强磁场中的某种放射性元素的原子核放出一个粒子，其速度方向与磁场方向垂直，测得粒子与反冲核轨道半径之比为30：1，如图所示，则（ ）A.粒子和反冲核的动量大小相等、方向相反B.反冲核的原子序数为62C.原放射性元素的原子序数是62D.反冲核与粒子的速率之比为1：62分析：粒子间相互作用遵守动量守恒定律，有： 若设原核电荷数为Q ，则反冲核电荷数为（Q -2）。在匀强磁场中，有 且 联立解得Q =62，故选项A、C正确。答案：A、C点评：本题需要运用力学（动量守恒、向心力、圆周运动）、电学（洛伦兹力）以及衰变规律等综合知识，具有学科内综合特征。例3：一瓶有放射性同位素的溶液，测得平均每分钟内有8个 原 子 发 生 衰 变。已 知 该 同 位 素的 半 衰 期 为 2天，衰 变 后 的 物 质 不 具 有 放 射 性。现 将 该 溶 液 倒 入 水 库， 设 10天 后 溶 液 均匀分布到库水中，这时从水库中取出的水，测得平均每分钟内有20个原子发生衰变，能否由此推算该水库中现存的水量？分析：此题考查对半衰期的理解解答：设该同位素溶液的质量为,半衰期T =2天，经10天后水库中仅有则10天后平均每分钟衰变原子核个数为：在容积为V的水库中取出的水，每分钟衰变原子核个数为20个。所以即水库中水量为。点评：本题联系实际，给定了一种运用放射性元素的半衰期测定水库水量的方法，对此类型实际问题的研究时，关键是注重知识的迁移和模型的建立。例4：如图是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图。（1）请你简述自动控制的原因。（2）如果工厂生产的是厚度为1mm的铝板，在、和三种射线，你认为哪一种射线在铝板的厚度控制中起主要作用，为什么？分析：此题考查对三种射线的理解。解答：（1）放射线具有穿透本领，如果向前运动的铝板厚度有变化，则探测器接收到的放射线的强度就会随之变化，这种变化被转变为电信号输入到相应的装置，进而自动控制如图中右侧的两个轮间的距离，使铝板的厚度恢复正常。（2）射线起主要作用。因为射线的贯穿本领很小，一张薄纸就能把它挡住，更穿不过1mm厚的铝板；射线的贯穿本领非常强，能穿过几厘米厚的铝板，1mm左右厚的铝板厚度发生变化时，透过铝板射线强度变化不大；射线的贯穿本领较强，能穿过几毫米厚的铝板，当铝板的厚度发生变化时，透过铝板的射线强度变化较大，探测器可明显地反映出这种变化，使自动化系统作出相应的反应。点评：注重知识的综合运用和理论联系实际题型的训练和探究，特别是要找准课本知识与实际问题的结合点.四、随堂练习1（xx年江苏）下列说法正确的是（ ）A 射线与射线都是电磁波B 射线为原子的核外电子电离后形成的电子流C 用加温、加压或改变其化学状态的方法都不能改变原子核衰变的半衰期D 原子核经过衰变生成新核，则新核的质量总等于原核的质量2（xx上海）图中P为放在匀强电场中的天然放电源，其放出的射线在电场的作用下分成a、b、c三束，以下判断正确的是（ ）A.a为射线、b为射线B.a为射线、b为射线C.b为射线、c为射线D.b为射线、c为射线3（xx上海）完成核反应方程 .若衰变为的半衰期是1.2min，则，经过6min还有 g尚未衰变.4（xx年全国）1956年李政道和杨振宁提出在弱相互作用中宇称不守恒，并由吴健雄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学奖.的衰变方程是，其中是反中微子，它的电荷数为零，静止质量可认为是零.(1)Co与Fe同周期,它应在周期表的第_周期, 的核外电子数为 .在上述衰变方程中,衰变产物的质量数A是 ,核电荷数Z是 .(2)在衰变前核静止,根据云室照片中可以看出,衰变产物Ni和的运动轨迹不在一条直线上.如果认为衰变产物只有Ni和,那么衰变过程将违背 守恒定律.5.(xx天津)钍核发生衰变生成镭核并放出一个粒子.设该粒子的质量为m 、电荷量为q,它进入电势差为U的带窄缝的平行平板电极S1和S2间电场时,其速度为,经电场加速后,沿Ox方向进入磁感应强度为B、方向垂直纸面向外的有界匀强磁场,Ox垂直平板电极S2,当粒子从P点离开磁场时,其速度方向与Ox方位的夹角=600,如图所示,整个装置处于真空中.(1)写出钍核衰变方程;(2)求粒子在磁场中沿圆弧运动的轨道半径R;(3)求粒子在磁场中运动所用时间t.