2019-2020年高三物理一轮复习 第十六章 近代物理教学案 新人教版.doc

2019-2020年高三物理一轮复习 第十六章 近代物理教学案 新人教版本章知识大部分内容是高考考试说明中要求初步了解的内容.由于近代物理在现代科学技术中应用日益广泛，联系实际问题增加，因此本章知识几乎是高考年年必考内容之一本章内容分为两部分，即量子论初步与原子核量子论初步主要围绕“光”这一主题，研究光的本质及产生过程中表现出的量子化问题；原子核的研究则是通过对一些发现及实验的分析，阐明原子核的组成及其变化规律在学习近代物理的过程中，我们不仅要学习本章所阐明的物里知识及规律，更重要的是还要学习本章在研究问题过程中所表现出的物理思想和物理方法，对提高分析综合能力有很大帮助的 本章相关内容及知识网络专题一 光电效应考点透析一、本专题考点 光电效应、光子和爱因斯坦光电效应方程是类要求。二、理解和掌握内容 光电效应：在光（包括不可见光）的照射下从物体表面发射电子的现象叫做光电效应，发射出的电子叫光电子光电效应的规律如下： 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，才能发生光电效应。 发出的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 当入射光照射到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10-9S 当入射光的频率一定且大于极限频率时，单位时间内逸出的光电子数与入射光的强度成正比 上述规律与波尔理论的矛盾可概括为两点： 电子吸收光的能量是瞬时完成的，而不象波尔理论预计的那样有积累过程 光的能量与频率有关，而不象波尔理论预计的那样是由振幅决定爱因斯坦对光电效应的解释： 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一个光子的能量可写成：h（ 式中h 称为普朗克常数，其值为h6.6310-34Js）当光照射到物体表面时，光子的能量可被某个电子吸收，吸收了光子的电子如果具备足够的能量，就可挣脱周围原子核的束缚而物体表面飞出从而形成光电子光电子的最大初动能与入射光的频率之间满足下列关系式： 上式称为爱因斯坦光电效应方程，式中称为逸出功，其值等于电子为挣脱周围原子的束缚形成光电子所需的最小能量 如果入射光子的能量小于，电子即使俘获了光子，也不能挣脱周围原子的束缚形成光电子，这就是极限频率的存在的原因；否则如果入射光的频率较高，一个光子的能量能被一个电子完全吸收而不需要能量的积累过程即可形成光电子，这就解释了光电效应的瞬时性；在入射光的频率一定时，入射光的强度越大，单位时间内射入的光子数就越多，因而被电子俘获的机会也就越大，这样就解释了单位时间内逸出的光子数与入射光的强度成正比；至于光电子的最大初动能决定于入射光的频率从光电方程中即可看出这点例题精析 例题 下列关于光电效应规律说法中正确的是（ ）入射光的频率加倍，光电子的最大初动能也加倍增大入射光的波长，一定可增大单位时间内逸出的光电子数 提高光电管两端的电压，可增大逸出光电子的最大初动能 保持入射光的强度不变而增大其频率，则单位时间内逸出的光电子数将减少 解析：本题主要考查对爱因斯坦光子说及光电方程的理解光电效应方程表明：光电子的最大初动能随着入射光频率的增大而增大，但不是成正比，所以选项错波长增大，频率降低，可能不发生光电效应，况且单位时间内逸出的光电子数与入射光的波长并没有直接关系，所以选项错光电管两端的电压对光电效应中光电子的逸出没有影响，它只能改变光电子逸出后的动能而不能影响光电子刚逸出时的初动能，所以选项也是错的表面上看来，根据光电效应规律中的“当入射光的频率大于极限频率时，单位时间内逸出的光电子数与入射光的强度成正比”判断，选项也不对，但实际上，上述规律应是在频率一定的条件下结论才能成立，在该条件下，入射光的强度增大，也就增大了单位时间内入射的光子数，这样才能导致光电子数的增加也就是说单位时间内逸出的光电子数正比于单位时间内射入的光子数，而该题选项是在保持强度不变的情况下增大入射光的频率，这样就会使得单位时间内射入的光子数减少，因而必将导致单位时间内逸出的光电子数减少，所以本题正确选项为思考与拓宽：如果某种金属的极限频率在红外区，现在分别用相同功率的绿光灯和紫光灯在相同的距离下照射该金属，试分析两种情况下单位时间内逸出的光电子数是否相同？例题2 一般情况下，植物的叶在进行光合作用的过程中，最不易吸收下列哪种颜色的光的光子？（ ）红色光 绿色光 蓝色光 紫色光解析：本题主要考查知识的迁移能力及推理能力初看题目，给人的感觉似乎是一道生物题，但仔细分析一下，该题实际上是一道物理题我们都知道：物体在接收光的照射时往往表现出两个方面的反应，即反射和吸收，物体的颜色往往取决于其反射光的颜色，植物的叶一般都呈绿色说明植物的叶对绿光的反射较强烈，因而对绿色光的吸收也就较差，因此本题的正确选项应为 能力提升知识与技能三种不同的入射光、分别照射在三种不同的金属、的表面，均恰可使金属中逸出光电子，若三种入射光的波长满足下列关系ABC，则： （ ） 用入射光照射金属或，则金属和均可发生光电效应 用入射光和同时照射金属，则金属可发生光电效应 用入射光照射金属或，则金属和均不能发生光电效应 用入射光和照射金属，则均可使金属可发生光电效应光电效应的四条规律中，波动说仅能解释的一条是（ ）入射光的频率大于极限频率才能产生光电效应 单位时间内逸出的光子数与入射光强度成正比 光电子最大初动能只与入射光的频率有关 当入射光照射到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的 关于光电效应下列说法正确的是（ ） A金属的逸出功与入射光的频率成正比 B单位时间内产生的光电子数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最大初动能大 对任何金属都存在一个“最大波长”，入射光的波长大于此波长时，就不能产生光电效应 对爱因斯坦光子说的理解，下列说法正确的是( ) 光子能量能被电子吸收一部分，使光子频率降低 . 光子能量不能被吸收一部分, 被吸收时，要么全部被吸收，要么不被吸收 在光电效应中，金属板表面的电子可吸收多个光子，然后逸出 . 原子吸收光子，只能一次性全部吸收一个光子的能量，且任何光子都被吸收 有关光的波粒二象性，下列说法中正确的是（ ） 光子能量越大，光的波动性越显著 光的波长越长，光的粒子性越显著 C少数光子行为表现光的粒子性，大量光子行为表现光的波动性 D光的粒子性表明光是由一些小颗粒组成的 入射光照到某金属表面并发生光电效应，若把光强度减弱而频率不变，则（ ） 从光照到金属上到发射出电子的时间间隔将增长 光电子最大初动能会减小 单位时间内逸出的电子数将减少 可能不发生光电效应能力与素质用红色光照射光电管阴极发生光电效应时，光电子的最大初动能为1，光电流为1，若改用强度相同的紫光照射同一光电管，产生光电子的最大初动能和光电流分别为2和2，则下列关系正确的是：（ ） 1 12 1 12 1 12 1 12 在研究光的波动性所做的双缝干涉实验中，如果无限减弱入射光的强度，以至于可认为光子只能一个一个地通过狭缝，并将光屏换上感光底片，则将出现下列结果： 短时间曝光，底片上将出现一些不规律排列的点子，这些点子是光子打到底片上形成的；短时间曝光，底片上将出现干涉条纹，只不过条纹不是很清晰；如果长时间曝光，底片上将出现干涉条纹，表现出光的波动性； 不论曝光时间长短，底片上都将出现清晰的干涉条纹 上述判断中正确的是：（ ） 只有 只有 只有 只有 一个功率为100W的正在工作的电灯主要向外辐射红外线和可见光，两者的比例大约为41，如果可见光的平均波长按500nm计算，试估算每秒钟一个该灯泡辐射出的可见光光子数目为_(结果取一位有效数字，普朗克常数6.631034Js） 10在绿色植物的光合作用中，每放出一个氧分子需吸收个波长为688nm的光子的能量晚上用“220、100”的白炽灯照射蔬菜大棚内的蔬菜，如果该灯的发光效率为20，且其中50%的光能被蔬菜吸收，则一晚（12小时）可放出氧气_升（普朗克常数6.631034Js阿伏伽德罗常数N06.021023mol）专题二 原子能级 物质波 考点透析一、 本专题考点 氢原子的能级是类要求，物质波是类要求。二、 理解和掌握内容 1897年，汤姆生发现了电子，从而提出了原子结构的问题汤姆生认为：原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球体内，电子像枣糕里的枣子那样镶嵌在原子里为了探究原子的组成，英国物理学家卢瑟福于1911年做了粒子散射实验（将在后面分析）通过分析试验结果，卢瑟福提出了原子的核式结构模型：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空间里绕着核旋转，原子核内所带的正电荷数等于核外电子数，所以整个原子是电中性的，电子绕核旋转所需的向心力就是核对它的库仑力卢瑟福还通过实验数据估算出了原子核半径的大小和原子半径的大小，其数量级分别是10-1510-14和10-10 卢瑟福的原子模型虽然能很好的解释粒子散射结果，但却与经典的电磁理论（19世纪以前的物理学通常称为经典物理学）发生了矛盾主要表现在两个方面： 按照经典电磁理论，绕核高速圆周运动的电子是要向外辐射电磁波的，随着能量的释放，电子的旋转半径就会越来越小，最终会落到原子核里，这样原子应当是极不稳定的，但实际情况并非如此 随着电子绕核旋转半径的连续变化，电子绕核旋转的频率也会连续改变，这样原子光谱应当是连续谱而不是线状谱，这也与实际情况不符为了解决上述矛盾，玻尔提出了原子的轨道量子化模型玻尔模型：围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值，这种现象叫轨道的量子化；不同的轨道对应着不同的状态，在这些状态中，尽管电子做变速运动，却不辐射能量，因此这些状态是稳定的；原子在不同的状态中具有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的，这些能量值叫能级能量最低的状态叫基态，其他的状态叫激发态图18-1是氢原子的能级图光子的发射和吸收：原子处于基态时最稳定，处于较高能级时会自发地向较低能级跃迁，经过一次或几次跃迁到基态，跃迁时以辐射光子的形式放出能量原子在始、末两个能级m和n发生跃迁时辐射光子的能量可由下式决定：() hmn 原子在吸收了光子后则从较低能级向较高能级跃迁原子光谱：稀薄气体通电后能够发光（稀薄气体放电）利用分光镜可看到稀薄气体放电产生的光谱只有几条分立的亮线，理论和实验均表明，不同气体产生的光谱的亮线位置不同，因此这些亮线称为原子的特征谱线，又叫做原子光谱实际中利用光谱分析可判明物质的组成 物质波：自然界中的事物往往都是正反两方面的例如电可生磁，反过来磁也可生电既然光（电磁波）具有粒子性（量子化），反过来，电子、质子，以至原子、分子等实物粒子是否会在一定条件下表现出波动性呢？1924年法国物理学家德布罗意做了肯定的回答：任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与之相对应，波长为： 上式中是运动物体的动量，是普朗克常量这种波叫物质波，也叫德布罗意波德布罗意波的这一理论于1927年被美国的物理学家（戴维孙和革末等人）所做的电子衍射实验所证实 例题精析例题 已知氢原子光谱在可见光范围内有四条谱线，一条红色，一条蓝色，另外两条是紫色，它们分别是从3、4、5、6能级向能级跃迁时产生的则（ ）红色光谱线是氢原子从能级向能级跃迁时产生的蓝色光谱线是氢原子从能级向能级跃迁时产生的紫色光谱线是氢原子从能级向能级跃迁时产生的如果氢原子从能级向能级跃迁，将辐射红外线解析：本题主要考查理三个方面的理解能力：对玻尔理论的理解；对光子说的理解；对光谱的理解由玻尔理论可知,当氢原子从高能级向某一低能级跃迁时,要向外辐射一定频率的光子,且初态能级越高,辐射光子的能量就越大,辐射的光子能量等于两能级的差.又根据爱因斯坦的光子说,光子的能量越大,频率就越高.从对光谱的研究中获知:光的颜色决定于光的频率,在可见光范围内,从红光到紫光频率依次升高.将上述三点综合起来且考虑题中所给信息不难判断:氢原子从3跃迁到2的能级时应辐射红光；氢原子从跃迁到2的能级时应辐射蓝光；氢原子从、跃迁到2的能级时应辐射紫光.这样就排除了、选项.由于氢光谱中只有上述四条谱线属于可见光范围,则其它谱线不是红外线即是紫外线(思考:可能是射线或无线电波吗?).从玻尔理论中获知: 氢原子从6跃迁到3能级时辐射光子的能量小于3跃迁到2能级时辐射光子的能量.所以上述辐射应为红外线.故本题正确答案为思考与拓宽：用下述那种射线照射氢原子可使氢原子从基态跃迁到2的激发态.射线 紫外线 可见光 红外线答案：例题 一个氢原子中的电子从一半径为ra的圆轨道直接跃迁到另一半径为rb（rarb）的圆轨道上，则在此过程中（ ）原子要发出某一频率的光子，电子动能减小，原子的电势能减小原子要发出某一频率的光子，电子动能增大，原子的电势能减小原子要吸收某一频率的光子，电子动能减小，原子的电势能增大原子要吸收某一频率的光子，电子动能增大，原子的电势能增大解析：本题主要考查对玻尔理论的理解及应用牛顿定律和库仑定律解决圆周运动的问题根据玻尔理论，一个氢原子中的电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时要吸收某一频率的光子，这样就排除了、选项由于电子跃迁时原子核对它的引力做负功，所以原子的电势能增大又根据库仑定律和牛顿定律有：整理后可得： 从上式即可看出，随着半径增大，电子动能减小故本题正确选项为 例题 若某光子的能量为10ev，则其波长是多少？若某电子的动能也是10ev，则其德布罗意波长是多少？ 解析：根据 得： 所以，光子的波长为：因为电子的动能也是10ev，则其动量为： 所以其德布罗意波长是 ： 比较以上两结果可以看出：电子的德布罗意波长比可见光的波长在数量级上小很多，这也就是为什么电子的波动性长期未被发现的原因 思考与拓宽：用做光的双缝干涉实验的装置能否研究电子的干涉现象？ 能力提升知识与技能卢瑟福根据下列哪个实验或事件提出了原子核式结构学说（ ）光电效应实验 射线使气体电离粒子散射实验 电子的发现氢原子发生下列能级跃迁时，辐射光子波长最短的是（ ）从跃迁到 从跃迁到 从跃迁到 从跃迁到 下列哪个发现使人类开始认识道原子是由带正电的物质和带负电的电子组成的（ ）汤姆生发现电子 放射现象的发现中子的发现 质子的发现 一群氢原子处于同一能级值较高的激发态，当它们向能级值较低的激发态或基态跃迁时，下列说法正确的是（ ）可能吸收一系列频率不同的光子，形成光谱中若干条暗线可能辐射一系列频率不同的光子，形成光谱中若干条明线只能吸收某一频率的光子，形成光谱中的一条暗线只能辐射某一频率的光子，形成光谱中的一条明线 5如图18-所示是氢原子处于量子数的状态时的能级图,当它向低能级跃迁时，辐射的光子的能量可能有( )0.85e 2.55e3.4e 13.6e 6速度相同的质子和粒子的德布罗意波长之比为 ；动能相同的质子和粒子的德布罗意波长之比为 ；从静止开始经过相同的电压加速以后的质子和粒子的德布罗意波长之比为 .能力与素质 7已知氢原子从的激发态直接跃迁到的激发态时辐射蓝光，则当氢原子从直接跃迁到的激发态时，可能辐射的是（ ）红外线 红色光 紫色光 伦琴射线 8如果某金属的极限频率刚好等于氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级所发出的光子的频率, 则处于n=2能级的氢原子辐射出的光子是否能使这种金属发生光电效应？答_ 9氢原子从能级跃迁到能级时,辐射频率为的光子；从能级跃迁到能级时,吸收频率为的光子.若，则氢原子从能级跃迁到能级时（ ）吸收频率为的光子 吸收频率为的光子 辐射频率为的光子 辐射频率为的光子 10光具有波粒二象性，光子的能量，其中频率表征波的特性在爱因斯坦提出光子说之后，法国物理学家德布罗意提出了光子动量p与光波波长的关系式：若某激光管以W60W的功率发射波长为=6.6310-7m的光束，试根据上述理论计算：（普朗克常数6.631034Js）（1）该激光管在1秒内发射出多少光子？（2）该光束全部被某黑体(不会使光发生反射的物体)表面吸收，那么该黑体表面受到光束对它的作用力F为多大？专题三 原子的核式结构 原子核考点透析一、本专题考点 粒子散射实验、原子的核式结构、天然放射现象、半衰期、射线、射线、射线、原子核的人工转变、核反应方程均为类要求。二、理解和掌握内容 粒子散射实验：1911年英国物理学家卢瑟福用粒子轰击金箔做粒子散射实验，卢瑟福发现：粒子通过金箔时，绝大多数不发生偏转，仍沿原方向前进，少数发生较大的偏转，极少数偏转角超过90o，有的甚至被弹回，偏转角几乎达到180o据此卢瑟福提出了原子核式结构学说卢瑟福还通过实验数据估算出了原子核半径的大小和原子半径的大小，其数量级分别是10-1510-14和10-10 天然放射现象：贝克勒尔天然放射现象的发现揭示出原子核是具有复杂结构的原子序数大于83所有天然存在的元素都具有放射性原子序数小于83的元素有些也具有放射性放射线有三种： 射线：速度约为光速十分之一的氦核，贯穿本领很小，电离能力很强. 射线：高速运动的电子流，贯穿本领很强，电离作用较弱 射线：波长极短的光子流（电磁波），贯穿本领最强，电离作用最弱. 衰变和衰变：原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化叫做原子核的衰变放出粒子衰变叫衰变,放出粒子的衰变叫衰变.射线是伴随两种衰变产生的. 衰变规律:衰变前后质量数和核电荷数均相等,其衰变方程模式为:衰变方程模式: 衰变方程模式: 半衰期:放射性元素的原子核有半数发生衰变所用的时间叫半衰期.半衰期由原子核内部本身的因素决定,与原子所处的物理状态和化学状态无关；半衰期是对大量原子核衰变过程的统计规律，对少数原子核衰变无意义 4原子核的人工转变：科学家们用放射性元素放出的射线轰击元素的原子核,从而探究原子核的组成. 质子的发现:卢瑟福用粒子轰击氮原子核发现了质子其核反应方程为: 中子的发现:查德威克用粒子轰击铍原子核发现了中子其核反应方程为: 放射性同位素：居里夫妇首先用人工方法得到放射性同位素，核方程为: 放射性同位素的应用：利用它的射线进行探伤、育种、杀菌等；作为示踪原子. 原子核的组成：质子和中子组成原子核质子和中子统称为核子原子核的电荷数等于质子数，质量数等于核子数，中子数等于质量数与质子数之差. 例题精析 例题 卢瑟福粒子散射实验结果，证明了下列哪些结论（ ） 原子是由电子和带正电的部分组成的，原子本身是电中性的 原子核是由带正电的质子和不带电的中子组成的 原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核上 原子中的电子只能在某些不连续的轨道上绕核做圆周运动 解析:本题主要考查两个方面的内容:对粒子散射实验的理解；散射实验现象与结论的因果关系的分析推理本题的四个选项具有很大的迷惑性，如果撇开与卢瑟福粒子散射实验的联系而将题干改成“下列说法正确的是”，则上述四个选项无一不是正确的但题目中提出的问题是粒子散射结果说明了什么？这就要求对粒子散射实验结果有深刻的理解：绝大多数粒子仍沿原方向前进，只有极少数粒子发生大角度偏转，只能说明原子内部大部分区域是空阔的我们可以这样设想:如果原子内部有一个极小的核，它集中了原子的全部正电荷和几乎全部质量，粒子接近这个核时由于受到强大的库仑斥力，运动方向就会发生明显改变，但由于这个核很小, 粒子接近核的机会就会很少，因此只有少数粒子偏转明显而大多数粒子能从原子内部穿过而不改变运动方向，这样就与实验结果完全吻合卢瑟福正是据此提出原子核式结构学说的，故而本题选项应为. 思考与拓宽：卢瑟福在研究粒子散射实验时，为什么没有考虑电子对粒子的影响呢？（ ） 电子体积很小，粒子根本就碰不到 电子电量很小，粒子所受电子的库仑力可以忽略 电子带负电，粒子所受电子的库仑力为引力 电子质量很小，对粒子运动的影响很小 提示：电子质量约为粒子质量的/7200左右, 粒子即便碰到电子，也就像飞行的子弹碰到一粒尘埃一样，运动方向不会明显改变，选项错对于选项，电子的电量并不是很小，等于粒子电量的1/2，况且原子内的电子并非一个，也就是说电子对粒子库仑力并不小，关键是电子的质量很小，因而运动状态发生明显变化的应是电子而不应是粒子，选项错至于选项，不论是斥力还是引力，都能改变粒子的运动方向，因此也不是忽略电子对粒子影响的原因因此本体正确选项为 例题 如图18-3所示，在垂直纸面向外的匀强磁场中，一个静止的镭核发生衰变而成为氡核，那么氡核和粒子在磁场中运动的径迹分别是( ) 为氡核，为粒子 为氡核，为粒子 为氡核，为粒子 为氡核，为粒子 解析：本题的功能是考查原子核的衰变、动量守恒定律及带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动等知识的综合运用由于镭核原来处于静止状态，根据动量守恒定律，衰变后的氡核和粒子将获得大小相等、方向相反的动量,因此两者所受洛仑兹力方向相反结合带电粒子在磁场中的运动规律可判断出氡核和粒子的运动轨迹应为外切圆，这样就排除了、两选项又根据洛仑兹力的计算式和牛顿定律可得到: 由于氡核和粒子动量大小相等,但氡核的电量大于粒子,故氡核的半径应小于粒子的半径,所以本题的正确答案应为 思考与拓宽：在一个匀强磁场中，一个原来静止的原子核238由于放出一个粒子而转变成另一原子核，已知核和粒子在磁场中均做匀速圆周运动，求核和粒子做圆周运动的半径之比. 答案：451 在一个匀强磁场中，一个原来静止碳14原子核释放一粒子在磁场中形成两个相内切的圆,圆的直径之比为71，那么碳14的衰变方程应为下列核方程中的哪一个( ) 答案：例题 1920年卢瑟福发现质子后曾预言：可能有一种质量与质子相近的不带电的中性粒子存在，他把它叫做中子1930年发现,在真空条件下用射线轰击铍()时，会产生一种看不见的、贯穿能力极强的不知名的射线经研究发现这种不知名射线具有如下特点：在任意方向的磁场中均不发生偏转；这种射线的速度小于光速的十分之一；用它轰击含有氢核的物质，可以把氢核打出来；用它轰击含有氮核的物质，可以把氮核打出来，并且被打出的氢核的最大速度H和被打出的氮核的最大速度N之比近似等于152若该射线中的粒子均具有相同的能量，与氢核和氮核碰前氢核和氮核均可看成静止且碰撞没有机械能损失，氢核与氮核质量之比为HN114试根据上面给出的信息，通过分析计算说明上述不知名的射线即为卢瑟福所预言的中子.解析：本题主要考查两种能力：分析推理能力；灵活运用经典力学规律解决微观领域中的碰撞问题的能力根据信息可作出判断：该射线不带电；利用信息可排除该射线为电磁波的可能性，这样就得出该射线应是由中性粒子组成的粒子流的结论下面只须证明组成该射线的粒子的质量与质子的质量相等即可证实卢瑟福的预言.设该粒子的质量为，与氢核碰撞前速度为o,与氢核碰撞后速度为1，根据题目中的假设，当该粒子与氢核碰撞时，可列出下列方程: 01HH （1） （2）联立（1）和（2）可解得：设该粒子与氮核碰撞后速度为2,则有: 02NN （3） (4)联立(3)和(4)可解得:利用题目中给出条件: HN152和HN141可解得: H 思考与拓宽：核电站的核反应堆中,在核反应时会产生速度大的快中子,为了使核反应持续下去,要将快中子变成慢中子,为此常用石墨作减速剂.设中子与碳12 原子核相碰时系统不损失机械能,试讨论一个中子每次与一个静止的碳12核相碰过程中，中子损失的动能是其碰前动能的百分之几. 提示:碳核质量约为中子质量的12倍.答案为28.4%. 能力提升知识与技能下列关于元素半衰期的说法中正确的是：（ ）放射性元素的半衰期越短，有半数原子核发生衰变所需的时间就越短，衰变速度因而也就越小随着放射性元素的不断衰变，元素的半衰期也会逐渐变短 将放射性元素放置在密封的铅盒里，可以减缓放射性元素的衰变速度 半衰期是由放射性元素本身所决定的，与所处的物理及化学状态无关 关于放射性元素放出的、三种射线,下列说法中正确的是( ) 射线是原子核内自发放射出质子流，它的电离本领最强，贯穿能力最弱 射线是原子核外电子电离后形成的高速运动的电子流，电离本领较粒子差，但贯穿本领较粒子强 射线往往伴随着或射线产生，它的贯穿能力最强 射线是电磁波，速度等于光速，它是由原子的内层电子受到激发后可产的卢瑟福是根据下列哪个实验或事实，提出了原子的核式结构学说的？（ ）用粒子轰击的实验 用粒子轰击的实验用粒子轰击的实验 用粒子轰击的实验 某原子核内有个核子，其中有个中子，当该原子核俘获一个中子后，放出一个粒子和一个粒子而转变成一个新核则这个新核（ ）有（）个中子 有（）个质子核子数是（）个 原子序数是（）个 某原子核的衰变过程如下：由放射出一个粒子变为，由放射出一个粒子变为，则以下说法中正确的是（ ） 核的中于数减核的中子数等于 核的质子数减核的质子数等于 原子核的中性原子中的电子数比原子核的中性原子中的电子数多 核的质子数比核的质子数少图18-4是卢瑟福研究原子核的组成实验装置示意图,其中是放射性物质,是铝箔,是荧光屏.开始时将容器抽成真空,调节的厚度使得在屏上恰好看不到闪光.在容器中充入氮气后,屏上出现了闪光,该闪光是( )粒子穿过后射到屏上产生的粒子从中打出的粒子射到屏上产生的粒子击中氮核后产生的新粒子射到屏上产生的放射性物质放出的射线射到屏上产生的中子是由_于_年发现的，发现中子的核反应方程是_,质子是由_发现的，发现质子的核反应方程是_. 能力与素质经过次衰变和次衰变而变为氡核，氡核经过次衰变和次衰变而变为铋214，由此可判定_，铋214中的中子个数是_. 在下列给出的中射线中，都能直接对人形成伤害，即所谓放射性伤害你认为其中能直接对人造成伤害可能性最小的是：（ ） 射线 射线 射线 高速运动的中子流10在匀强磁场中,一个原来处于静止状态的原子核由于放出一个粒子，留下一张如图18-5所示的轨迹照片，图中两个相切的圆半径之比1:21:44，则下述说法正确的是:（ ）原放射性元素原子核的质子数是90新原子核和粒子所受洛仑兹力之比为1:44新原子核的轨道半径是2，电荷数是88若新原子核做逆时针的圆周运动,则粒子作顺时针的圆周运动11一个静止的氮核俘获一个速度为2.3107m/s的中子后生成一个复核，又衰变成、两个新核，设、的速度方向与中子的速度方向相同，的质量是中子的11倍，速度为106m/s，、在同一磁场中做圆周运动的半径之比BC1130，求：核的速度大小； 根据计算判断核什么？ 写出核反应方程式专题四 核能 核的裂变和聚变考点透析一、本专题考点 核能、质量亏损、爱因斯坦质能方程、重核裂变、轻核聚变、可控热核反应均为类要求。 二、理解和掌握内容 .核能 核力：质子与质子之间、中子与中子之间、中子与质子之间的一种强相互作用核力发生作用的距离很短，范围约为210-15，所以每个核子几乎只跟它相邻的核子发生相互作用 核能：由于核子间存在强大的核力，所以要把原子核拆成一个个核子要提供巨大的能量，同样，当由核子结合成原子核时也要释放巨大的能量核子结合成原子核时释放的能量或原子核分解成核子时吸收的能量称为原子核的结合能，简称核能 质量亏损：组成原子核的核子的质量与原子核的质量之差叫做核的质量亏损但需注意：核反应中质量数是守恒的，要区分原子核的质量与质量数 质能方程：2 物体的能量与它的质量成正比,当核反应发生质量亏损时要释放能量,上式可写成:2. （或写成1931.5eV ） .重核的裂变：重核俘获一个中子后分裂为两个(或几个)中等质量的核的反应过程称为重核的裂变核裂变发生时，往往是伴随释放大量能量的同时放出几个中子，而这些中子又会引起其它重核的裂变，这样就会形成链式反应例如235的一种裂变反应方程为: 原子核非常小，如果铀块的体积不够大，中子从铀块中通过时，可能还没碰到铀核时就跑到铀块外面去了能够发生链式反应的铀块的最小体积叫做它的临界体积 .轻核的聚变：某些轻核结合成质量较大的核的反应叫轻核的聚变例如氢核的一种聚变反应方程为: 聚变反应往往会比裂变反应释放更多的核能，但反应条件却很苛刻，一般要在几百万度的高温下进行，所以聚变反应也称为热核反应.正因为如此，和平利用聚变反应释放的核能还处于研究试验阶段到目前为止，世界上所有的核电站利用的全是裂变反应释放的核能. 例题精析例题1 云室处在磁感应强度为的匀强磁场中，一静止的原子核在云室中发生一次衰变而变成一质量为的新核，同时辐射出一频率为的光子已知粒子的质量为，电量为，其运动轨迹在与磁场垂直的平面内现测得粒子运动的轨道半径为，试求衰变前原子核的质量（已知普朗克常数为，不计光子的动量）解析：本题主要考查综合运用力学规律解决微观粒子问题的能力考查的知识点有：带电粒子在磁场中的圆周运动问题；动量守恒定律的应用；爱因斯坦质能方程根据题意，核在衰变过程中释放的核能表现在两个方面：新核及粒子的动能；另外同时辐射出一个光子，这样就会导致衰变过程中发生质量亏损如果算出了，问题也就迎刃而解了，为此我们可先计算粒子和新核的动能 用表示衰变后粒子的速度，根据题意： 用表示粒子的动能，则有： 由以上两式可解得： 用表示剩余核的速度，用表示新核的动能，在考虑衰变过程中系统的动量守恒时，因光子的动量很小可不予考虑，由动量守恒和动能的定义式可知： 由 三式可解得： 用表示衰变过程中的质量亏损，利用爱因斯坦质能方程可得： 如果用表示衰变前核的质量，所以有 例题 太阳现在正处于主序星演化阶段，它主要是由电子和氢核、氦核等原子核组成，维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，核反应方程是核能，这些核能最后转化为辐射能根据目前关于恒星演化理论，若由于聚变反应使太阳中氢核数目从现有数减少10，太阳将离开主序星阶段而转入红巨星阶段，为了简化，假定目前太阳全部由电子和氢核组成为了研究太阳的演化进程，需知道目前太阳的质量，已知地球半径6.4106，地球质量6.01024kg，日地中心的距离1.51011，地球表面处的重力加速度10/2，年约为3.2107秒，试估算目前太阳的质量已知质子质量p1.672610-27kg，核的质量6.645810-27kg，电子质量e0.910-30kg，光速10/，求每发生一次题中所述的核聚变反应所释放的核能又已知地球上与太阳光垂直的每平方米截面上，每秒钟通过的太阳辐射能1.3510/，试估算太阳继续保持在主序星阶段还有多少年的寿命（估算结果只要求一位有效数字）解析：本题的功能主要考查对物理思想、物理方法的掌握程度，同时也考查了分析能力、运算能力等各方面的素质，涉及到的知识点有：“牛顿运动定律”、“万有引力定律”、“圆周运动”及爱因斯坦“质能方程”等，是一道学科内综合题 估算太阳的质量 设为地球绕太阳运动的周期，则有万有引力定律和牛顿运动定律可知： 地球表面处的重力加速度 由以上两式联立解得： 将题中给出数据代入上式得：1030Kg根据质量亏损和质能公式，该核反应每发生一次释放的核能为： (4Pe)c2代入数值解得：4.210-12据题中给出的假定，在太阳继续保持在主序星阶段的时间内，发生题中所述的核反 应的次数为：因此太阳在转入红巨星阶段之前总共能辐射出的能量为: 设太阳辐射是各向同性的，则每秒内太阳向外辐射的总能量为:04r2所以，太阳继续保持在主序星的时间为：由以上各式解得： 将题中所给数据代入，并以年为单位，可得1010年100亿年 例题 原来静止的质量为m0的原子核，放出一个a粒子后转变成质量为m1的原子核，该原子核在运动方向上又放出a粒子，而衰变成静止的另一原子核已知粒子的质量为ma，且假设在全部核反应过程中，没有辐射g射线，求两个粒子的动能及最后新核的质量2 解析：本题的考点主要表现在两个方面，动量守恒定律在微观粒子中的应用；爱因斯坦质能方程因为原子核原来处于静止状态，且发生两次衰变后新核仍处于静止，因此根据动量守恒定律可判断出，先后发生衰变的两个粒子应具有大小相同、方向相反的动量，因而具有相等的动能所以只需计算第一个粒子的动能即可 设发生第一次衰变后粒子的速度为，核的反冲速度为，根据动量守恒有： 用表示粒子的动能，用表示核的动能，则有： 根据题意及爱因斯坦质能方程可得：由以上各式可解得： 设两次衰变质量总亏损为，则根据质能方程有： 所以： 思考与拓宽：上题中先后两次衰变过程中质量亏损相同吗？如果不相同，哪次衰变质量亏损更多一些？ 能力提升知识与技能 关于原子核能及其变化，下列说法中正确的是（ ） 核能是原子的核外电子从高能级态向低能级态跃迁时放出的能量 使原子核分解为单个核子时一定从外界吸收能量，核子的总质量将增加 使原子核分解为单个核子时一定向外释放核能，核子的总质量将减少 以上说法均不对 关于原子核能及其应用，下列说法中错误的是（ ） 原子弹是利用聚变反应制造的核武器 氢弹是利用热核反应制造的一种核武器 实现铀235的链式反应必须使其达到足够的纯度和临界体积 太阳内部的进行的核反应是核聚变反应 3.我国已经建成的秦川和大亚湾两座核电站利用的是（ ） 放射性元素衰变放出的能量 人工放射性同位素衰变放出的能量 重核裂变放出的核能 轻核的聚变放出的核能 关于原子核及核反应，以下说法中正确的是：（ ） 在原子核中，任意两个核子之间都有核力的作用 核聚变时核力表现为引力，核裂变时核力表现为斥力 由于核力的作用，使得核子在组成原子核时一定释放能量 所有的核变化，都将向外释放核能 关于重核的裂变和氢核的聚变，下面说法正确的是（ ）裂变和聚变过程都有质量亏损，因而都能释放大量核能裂变过程有质量亏损，聚变过程质量有所增加裂变和聚变都需要在极高的温度下进行裂变释放大量核能，聚变需从外界吸收能量 下面的四个核反应方程中，都有中子释放出来，其中查德威克研究中子的核反应方程是：（ ） 一个锂核受到一个质子的轰击，变成两个粒子，这一过程的和反应方程式是_，已知一个氢原子的质量是1.673610-27Kg，一个锂原子的质量是11.650510-27Kg，一个氦原子的质量是6.646610-27Kg, 则上述核反应释放的能量为_（最后结果取两位有效数字）能力与素质静止的镭发生衰变，释放出的粒子的动能为0，假定衰变时能量全部以动能形式释放出去，则衰变过程中总的质量亏损是（ ） 91956年李政道和扬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 的核外电子数为_，上述衰变方程中，衰变产物的质量数A等于_，核电荷数Z是_ 在衰变前核静止，根据云室照片可以看出，衰变产物和的运动径迹不在一条直线上如果认为衰变产物只有和 ，那么衰变过程将违背_守恒定律 10同学们根据中学物理知识讨论“随着岁月的流逝，地球绕太阳公转的周期、日地间的平均距离、地球表面的温度变化趋势”的问题中，有下列结论： 太阳内部进行着剧烈的热核反应，辐射大量光子，根据可知太阳质量在不断减少 根据和可知日、地之间距离将不断增大，地球环绕速度将减小，环绕周期将增大 根据和可知日、地之间距离将不断减小，地球环绕速度将增大，环绕周期将减小 由于太阳质量不断减小，辐射光子的功率将不断减小，辐射到地球表面的热功率也将减小，地球表面的温度将逐渐降低 上述结论中正确的是： 只有 只有 只有 只有11某沿海核电站原子反应堆的功率为104，消耗核燃料为8.75，已知每个铀235裂变时释放出的核能为2108e，煤的燃烧热为3.3107K计算核燃料中铀235所占的百分比，并分析1铀235全部裂变时释放的能量约等于多少千克煤燃烧所释放的热能（阿伏伽德罗常数06.021023个/摩尔）效果验收 一 选择题 1.用粒子轰击铍核，生成一个碳核和一个粒子，则有关该粒子的一些性质，下列说法错误的是（ ） 带正电，能在磁场中发生偏转 在任意方向的磁场中都不会发生偏转 电离本领很弱但贯穿本领很强，是原子核的组成部分之一 用来轰击铀235可引起铀核的裂变 对光电效应的发生和理解，下列说法中正确的是：（ ） 当入射光的频率低于极限频率时，金属中的电子不吸收光子 金属内层电子成为光电子的逸出功较大 吸收了光子的电子都能成为光电子 金属表面的电子吸收了光子后也不一定能成为光电子 在卢瑟福的粒子散射实验中，有少数粒子发生大角度偏转，其原因是：（ ） 原子中的正电荷和绝大部分质量都集中在一个很小的核上 正电荷在原子中是均匀分布的 原子中存在着带负电的电子 原子只能处于一系列不连续的能量状态中 如图18-6所示，一天然放射性物质射出三种射线，经过一个匀强电场和匀强磁场共存的区域后，发现在处的荧光屏上只出现了两个亮点，则下列判断正确的是：（ ） 射到点的一定是射线 射到点的一定是射线 射到点的一定是射线或射线 射到点的一定是射线 下面各核反应中能产生中子的是（ ） 用光子轰击，生成物之一为 用核轰击核，生成物之一为 用质子轰击核，生成物之一为 用粒子轰击核，生成物之一为 最近几年,原子物理学家在超重元素岛的探测方面取得重大进展.1996年科学家们在研究某两个重离子结合成超重元素的反应时,发现生成的超重元素的核经过6次衰变后的产物是,由此可以判定生成的超重元素的原子序数和质量数分别是( ) 124 259 124 265 112 265 112 259 关于天然放射现象，下列说法正确的是：（ ） 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 射线是高速运动的氦核，它的电离本领和贯穿本领都很强 射线是高速运动的电子流，速度与光速非常接近 射线是频率很高的电磁波，它是原子的内层电子受激后产生的 匀强磁场中有一个静止的氮核，被与磁场方向垂直的速度为v的粒子击中形成复合核，然后沿相反方向释放出一个速度也为v的质子，则（ ）质子与反冲核的动能之比为25：17 质子与反冲核的动能之比为17：25 质子与反冲核的动