一名优秀的教师在每次教学前有自己的事先计划，高中教师要准备好教案，这是老师职责的一部分。教案可以让上课时的教学氛围非常活跃，帮助高中教师营造一个良好的教学氛围。我们要如何写好一份值得称赞的高中教案呢？经过搜索和整理，小编为大家呈现“高考物理量子论初步和原子核”，欢迎大家与身边的朋友分享吧！

第十五章量子论初步和原子核

第一单元量子论初步

第1课时光电效应光的波粒二象性

要点一光电效应与光子说

1.某金属在一黄光照射下,正好有电子逸出,下述说法中,哪种是正确的()

A.增大光强,而不改变光的频率,光电子的最大初动能将不变

B.用一束更大强度的红光代替黄光,仍能发生光电效应

C.用强度相同的紫光代替黄光,光电流强度将不变

D.用强度较弱的紫光代替黄光,有可能不发生光电效应

答案A

要点二光的波粒二象性

2.物理学家做了一个有趣的实验:在光屏处放上照相用的底片.若减弱光的强度,使光子只能一个一个地通过狭缝.实验结果表明,如果曝光时间不太长,底片只能出现一些不规则的点子;如果曝光时间足够长,底片上就会出现规则的干涉条纹.对这个实验结果有下列认识,其中正确的是()

A.曝光时间不太长时,底片上只能出现一些不规则的点子,表现出光的波动性

B.单个光子通过双缝后的落点可以预测

C.只有大量光子的行为才能表现出光的粒子性

D.干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方

答案D

题型1对光电效应规律的理解

【例1】关于光电效应,下列说法正确的是()

A.光电子的最大初动能与入射光的频率成正比

B.光电子的动能越大,光电子形成的电流强度就越大

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

答案D

题型2光电效应方程的应用

【例2】如图所示,一光电管的阴极用极限波长为0的钠制成.用波长为λ的紫外线照射阴极,光电管阳极A和阴极K之间的电势差为U,光电流的饱和值为I.

（1）求每秒由K极发射的电子数.

（2）求电子到达A极时的最大动能.（普朗克常量为h,电子的电荷量为e）?

答案（1）

题型3“光子说”的应用

【例3】根据量子理论,光子的能量E和动量p之间的关系式为E=pc,其中c表示光速,由于光子有动量,照到物体表面的光子被物体吸收或反射时都会对物体产生压强,这就是“光压”,用I表示.

（1）一台二氧化碳气体激光器发出的激光,功率为P0,射出光束的横截面积为S,当它垂直照射到一物体表面并被物体全部反射时,激光对物体表面的压力F=2pN,其中p表示光子的动量,N表示单位时间内激光器射出的光子数,试用P0和S表示该束激光对物体产生的光压I.

（2）有人设想在宇宙探测中用光作为动力推动探测器加速,探测器上安装有面积极大、反射率极高的薄膜,并让它正对太阳,已知太阳光照射薄膜对每1m2面积上的辐射功率为1.35kW,探测器和薄膜的总质量为M=100kg,薄膜面积为4×104m2,求此时探测器的加速度大小（不考虑万有引力等其他的力）?

答案（1）I=（2）3.6×10-3m/s2

题型4光电结合问题

【例4】波长为=0.17μm的紫外线照射至金属筒上能使其发射光电子,光电子在磁感应强度为B的匀强磁场中,做最大半径为r的匀速圆周运动时,已知rB=5.6×10-6Tm,光电子质量m=9.1×10-31kg,电荷量e=1.6×10-19C.求:

（1）光电子的最大动能.

（2）金属筒的逸出功.

答案（1）4.41×10-19J（2）7.3×10-19?J

1.在演示光电效应的实验中,原来不带电的一块锌板与灵敏静电计相连,用弧光灯照射锌板时,静电计的指针张开一个角度,如图所示,这时（）

A.锌板带正电,指针带负电B.锌板带正电,指针带正电

C.锌板带负电,指针带正电D.锌板带负电,指针带负电

答案B

2.2003年全世界物理学家评选出“十大最美物理实验”,排名第一的为1961年物理学家利用“托马斯杨”的双缝干涉实验装置,进行的电子干涉的实验.从辐射源辐射出的电子束经两靠近的狭缝后在显微镜的荧光屏上出现了干涉条纹(如图所示),该实验说明()

A.光具有波动性

B.光具有波粒二象性

C.微观粒子也具有波动性

D.微观粒子也是一种电磁波

答案C

3.（2009济宁模拟）人们发现光电效应具有瞬时性和对各种金属都存在极限频率的规律.请问谁提出了何种学说很好地解释了上述规律?已知锌的逸出功为3.34eV,用某单色紫外线照射锌板时,逸出光电子的最大速度为106m/s,求该紫外线的波长λ.（电子质量me=9.11×10-31kg,普朗克常量h=6.64×10-34Js,1eV=1.60×10-19J）

答案2.01×10-7m

4.科学家设想未来的宇航事业中利用太阳帆板来加速星际飞船.“神舟”五号载人飞船在轨道上运行期间,成功实施了飞船上太阳帆板的展开试验.设该飞船所在地每秒每单位面积（m2）接收的光子数为n,光子平均波长为λ,太阳帆板面积为S,反射率为100%,光子动量p=.设太阳光垂直射到太阳帆板上,飞船的总质量为m,求飞船加速度的表达式.若太阳帆板是黑色的,飞船加速度又为多少？

答案

第2课时玻尔原子理论物质波

要点一玻尔理论、能级

1.欲使处于基态的氢原子激发,下列措施可行的是()

A.用10.2eV的光子照射

B.用11eV的光子照射

C.用14eV的光子照射

D.用11eV的电子碰撞

答案ACD

要点二物质波、电子云

2.质子甲的速度是质子乙速度的4倍,甲质子的德布罗意波长是乙质子的倍.同样速度的质子和电子,德布罗意波长大.

答案电子

题型1能级跃迁的分析

【例1】如图所示为氢原子的4个能级,其中E1为基态,若一群氢原子A处于激发态E2,一群氢原子B处于激发态E3,则下列说法正确的是（）

A.原子A可能辐射出3种频率的光子

B.原子B可能辐射出3种频率的光子

C.原子A能够吸收原子B发出的光子并跃迁到能级E4

D.原子B能够吸收原子A发出的光子并跃迁到能级E4

答案B

题型2跃迁过程中能量的变化

【例2】如图所示为氢原子的能级示意图,一群氢原子处于n=3的激发态,在向较

低能级跃迁的过程中向外发出光子,用这些光照射逸出功为2.49eV的金属钠,

下列说法中正确的是（）

A.这群氢原子能发出3种频率不同的光,其中从n=3跃迁到n=2所发出的光波长最短

B.这群氢原子在发出3种频率不同的光的过程中,共同点都是原子要放出光子,电子绕核运动的动能减小,原子势能增大

C.金属钠表面所发出的光电子的初动能最大值为11.11eV

D.金属钠表面所发出的光电子的初动能最大值为9.60eV

答案D

题型3情景建模

【例3】1951年,物理学家发现了“电子偶数”,所谓“电子偶数”,就是由一个负电子和一个正电子绕它们的质量中心旋转形成的相对稳定的系统.已知正、负电子的质量均为me,普朗克常量为h,静电力常量为k.

（1）假设“电子偶数”中正、负电子绕它们质量中心做匀速圆周运动的轨道半径r、运动速度v及电子的质量满足玻尔的轨道量子化理论:2mevr=n,n=1,2,……“电子偶数”的能量为正负电子运动的动能和系统的电势能之和.已知两正负电子相距为L时系统的电势能为E=-k.试求n=1时“电子偶数”的能量.

（2）“电子偶数”由第一激发态跃迁到基态发出光子的波长为多大?

答案（1）

1.现有大量的氢原子处于n=4的激发态,当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光.关于这些光下列说法正确的是（）

A.最容易表现出衍射现象的光是由n=4能级跃迁到n=1能级产生的

B.频率最小的光是由n=2能级跃迁到n=1能级产生的

C.这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光

D.用n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光照射逸出功为6.34eV的金属铂能发生光电效应

答案D

2.如图中画出了氢原子的4个能级,并注明了相应的能量En,处在n=4的能级的一群氢原

子向低能级跃迁时,能够发出若干种不同频率的光波.已知金属钾的逸出功为2.22eV.在

这些光波中,能够从金属钾的表面打出光电子的总共有（）

A.二种B.三种

C.四种D.五种

答案C

3.氢原子处于基态时,原子能量E1=-13.6eV,已知电子电荷量e=1.6×10-19C,电子质量m=0.91×10-30kg,氢的核外电子的第一条可能轨道的半径为r1=0.53×10-10m.

（1）若要使处于n=2能级的氢原子电离,至少要用频率为多大的电磁波照射该氢原子?

（2）氢原子核外电子的绕核运动可等效为一环形电流,则氢原子处于n=2的激发态时,核外电子运动的等效电流为多大?

（3）若已知钠的极限频率为6.00×1014?Hz,今用一群处于n=4的激发态的氢原子发射的光谱照射钠,试通过计算说明有几条谱线可使钠发生光电效应?

答案（1）8.21×1014Hz（2）1.3×10-4A（3）4条

4.（2009泰安模拟）氢原子在基态时轨道半径r1=0.53×10-10m,能量E1=-13.6eV.求氢原子处于基态时:

（1）电子的动能.

（2）原子的电势能.

（3）用波长是多少的光照射可使其电离？

答案（1）13.6eV（2）-27.2eV（3）0.9141×10-7m

1.如图所示,使用强度相同的连续光谱中的红光到紫光按顺序照射光电管的阴极,电流表均有示数.在螺线管外悬套一金属线圈,理论上在线圈中能产生感应电流的是（）

A.用紫光照射时B.用红光照射时

C.改变照射光颜色的过程中D.均没有感应电流

答案C

2.已知能使某金属产生光电效应的极限频率为ν0,则（）

A.当用频率为2ν0的单色光照射该金属时,一定能产生光电子

B.当用频率为2ν0的单色光照射该金属时,所产生的光电子的最大初动能为hν0

C.当照射光的频率ν大于ν0时,若ν增大,则逸出功增大

D.当照射光的频率ν大于ν0时,若ν增大一倍,则光电子的最大初动能也增大一倍

答案AB

3.A、B是绕地球做匀速圆周运动的人造卫星,A的质量等于B的质量,A的轨道半径大于B的轨道半径,设A、B的德布罗意波长分别为A和B,则下列判断正确的是（）

A.A=BB.AB

C.ABD.条件不足,无法比较A和B的大小

答案B

4.若原子的某内层电子被电离形成空位,其他层的电子跃迁到该空位上时,会将多余的能量以电磁辐射的形式释放出来,此电磁辐射就是原子的特征X射线.内层空位的产生有多种机制,其中的一种称为内转换,即原子中处于激发态的核跃迁回到基态时,将跃迁时释放的能量交给某一内层电子,使此内层电子电离而形成空位(被电离的电子称为内转换电子).214Po的原子核从某一激发态回到基态时,可将能量E0=1.416MeV交给内层电子(如K、L、M层电子,K、L、M标记原子中最靠近核的三个电子层)使其电离.实验测得从214Po原子的K、L、M层电离出的电子的动能分别为EK=1.323MeV、EL=1.399MeV、EM=1.412MeV.则可能发射的特征X射线的能量为()

A.0.013MeVB.0.017MeVC.0.076MeVD.0.093MeV

答案AC

5.氢原子的能级如图所示,已知可见光的光子能量范围约为1.62～3.11eV,下列说法错误的是()

A.处于n=3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n=3能级跃迁时,发出的光具有显著的热效应

C.大量处于n=4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n=4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

答案D

6.（2009武昌模拟）研究光电效应规律的实验装置如图所示,用频率为ν的光照射光电管阴极K时,有光电子产生.由于光电管K、A间加的是反向电压,光电子从阴极K发射后将向阳极A做减速运动.光电流i由图中电流计G测出,反向电压U由电压表V测出.当电流计的示数恰好为零时,电压表的示数称为反向截止电压U0,在下列表示光电效应实验规律的图象中,错误的是（）

答案B

7.分别用波长为和的单色光照射同一金属板,发出的光电子的最大初动能之比为1∶2,以h表示普朗克常量,c表示真空中的光速,则此金属板的逸出功为()

A.B.C.D.

答案B

8.处于激发态的原子,如果在入射光子的电磁场的影响下,从高能态向低能态跃迁,同时两个状态之间的能量差以光子的形式辐射出去,这种辐射叫做受激辐射.原子发生受激辐射时,发出的光子的频率、发射方向等都跟入射光子完全一样,这样使光得到加强,这就是激光产生的机理.发生受激辐射时,产生激光的原子的总能量En、电子的电势能Ep、电子的动能Ek的变化是()

A.Ep增大、Ek减小B.Ep减小、Ek增大

C.Ep减小、En减小D.Ep增大、En增大

答案BC

9.现用电子显微镜观测线度为d的某生物大分子的结构.为满足测量要求,将显微镜工作时电子的德布罗意波长设定为,其中n1.已知普朗克常量h、电子质量m和电子电荷量e,电子的初速度不计,则显微镜工作时电子的加速电压应为()

A.B.C.D.

答案D

10.利用金属晶格(大小约10-10m)作为障碍物观察电子的衍射图样,方法是让电子通过电场加速,然后让电子束射到金属晶格上,从而得到电子的衍射图样.已知电子质量为m,电荷量为e,初速度为零,加速电压为U,普朗克常量为h,则下述说法中正确的是()

A.该实验说明了电子具有波动性

B.实验中电子束的德布罗意波的波长为=

C.加速电压U越大,电子的衍射现象越明显

D.若用具有相同动能的质子替代电子,衍射现象将更加明显

答案AB

11.（2009鞍山质检）德布罗意认为,任何一个运动着的物体,都有一种波与它对应,波长是=,式中p是运动物体的动量,h是普朗克常量.已知某种紫光的波长是440nm,若将电子加速,使它的德布罗意波长是这种紫光波长的10-4倍.求:

(1)电子的动量大小.

(2)试推导加速电压跟德布罗意波长的关系,并计算加速电压的大小.电子质量m=9.1×10-31kg,电子电荷量e=1.6×10-19C,普朗克常量h=6.6×10-34Js,加速电压的计算结果取一位有效数字.

答案(1)1.5×10-23kgm/s(2)U=8×102V

12.原子可以从原子间的碰撞中获得能量,从而发生能级跃迁(在碰撞中,动能损失最大的是完全非弹性碰撞).一个具有13.6eV动能、处于基态的氢原子与另一个静止的、也处于基态的氢原子发生对心正碰.

(1)是否可以使基态氢原子发生能级跃迁(氢原子能级如下图所示)?

(2)若上述碰撞中可以使基态氢原子发生电离,则氢原子的初动能至少为多少?

答案(1)不能(2)27.2eV

13.氢原子从-3.4eV的能级跃迁到-0.85eV的能级时,是发射还是吸收光子?这种光子的波长是多少(计算结果取一位有效数字)?图中光电管用金属材料铯制成,电路中定值电阻R0=0.75Ω,电源电动势E=1.5V,内阻r=0.25Ω,图中电路在D点交叉,但不相连.R为滑动变阻器,O是滑动变阻器的中间触头,位于滑动变阻器的正中央,P为滑动触头.从滑动变阻器的两端点a、b可测得其总阻值为14Ω.当用上述氢原子两能级间跃迁而产生的光照射图中的光电管,欲使电流计G中电流为零,滑动变阻器aP间阻值应为多大?已知普朗克常量h=6.63×10-34Js,金属铯的逸出功为1.9eV.

答案吸收5×10-7m0.5Ω

第二单元原子核

第3课时原子的核式结构天然放射现象

要点一原子的核式结构

1.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

答案A

要点二天然放射现象

2.如图所示,使某放射性元素发出的射线垂直进入匀强电场,按图中标号判断（）

A.1的穿透本领最强B.2的速度最大

C.3的电离本领最大D.1是由原子放出的,2、3不是

答案BC

要点三原子核的衰变

3.考古工作者在古人类居住过的岩洞中发现一块碳遗留样品,它所含的14C等于现有生命物质中等量碳所含的14C的1/8,求此样品的存放时间.已知14C的半衰期为5568年.

答案16704年

题型1粒子散射实验及其能量转化问题

【例1】卢瑟福和他的助手做粒子轰击金箔实验,获得了重要发现:

(1)关于粒子散射实验的结果,下列说法正确的是()

A.证明了质子的存在

B.证明了原子核是由质子和中子组成的

C.证明了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里

D.说明了原子中的电子只能在某些轨道上运动

（2）在粒子散射实验中,现有一个粒子以2.0×107m/s的速度去轰击金箔,若金原子的核电荷数为79.求该粒子与金原子核间的最近距离（已知带电粒子在点电荷电场中的电势能表达式为p=k,粒子质量为6.64×10-27kg）.

答案（1）C（2）2.7×10-14?m

题型2衰变次数的计算

【例2】铀裂变的产物之一氪90（）是不稳定的,它经过一系列衰变最终成为稳定的锆86（）,这些衰变是（）

A.1次衰变,6次衰变B.4次衰变

C.2次衰变D.2次衰变,2次衰变

答案A

题型3放射性同位素的应用

【例3】放射性同位素在技术上有很多应用,不同的放射源可用于不同的目的,下表列出一些放射性同位素的半衰期和可供利用的射线:

对于以下几种用途,分别选取表中哪一种放射性元素作放射源.

（1）塑料公司生产聚乙烯薄膜,方法是让较厚的聚乙烯膜通过轧辊压薄,利用适当的放射线来测定通过轧辊后的薄膜厚度是否均匀.

（2）医生用放射性方法治疗肿瘤.

（3）放射源和控制器间相隔很小一段距离,若它们之间烟尘浓度比达某一设定的临界值,探测器探测到的射线强度将比正常情况下小得多,从而可通过自动控制装置,触发电铃,可发生火灾警报,预防火灾.

（4）用放射性同位素作示踪原子,用来诊断人体内的器官是否正常.方法是给被检查者注射或口服附有放射性同位素的元素的某些物质,当这些物质的一部分到达要检查的器官时,可根据放射性同位素的射线情况分析器官正常与否.

答案（1）镅241或锶90（2）钴60（3）钋210（4）锝99

题型4情景建模

【例4】原来静止的铀和钍234同时在同一匀强磁场中,由于衰变而开始做匀速圆周运动.铀238发生了一次衰变,钍234发生了一次衰变.

（1）试画出铀238发生一次衰变时所产生的新核及粒子在磁场中运动轨迹的示意图.

（2）试画出钍234发生一次衰变时所产生的新核及粒子在磁场中的运动轨迹的示意图.

答案（1）铀238发生衰变时,由于放出粒子而产生了新核,根据动量守恒定律,它们的总动量为零,即:m1v1-m2v2=0

因为它们都带正电,衰变后的速度正好相反,所以,受到的洛伦兹力方向也相反,

因而决定了它们做圆周运动的轨迹圆是外切的.它们做匀速圆周运动的向心

力由洛伦兹力提供.即:m.所以R=.又因为m1v1=m2v2.所以,

由于q1=2,q2=92-2=90,因而.如右图所示,其中轨道a为α粒子的径迹,轨道半径为R1,轨道b为新核的径迹,其轨道半径为R2.（R1＞R2）.

（2）同理,钍234发生一次衰变放出的粒子与产生的新核的动量大小相等,方

向相反,即总动量为零.可是,粒子带负电,新核带正电,它们衰变后的速度方向相反,

但受的洛伦兹力方向相同,所以,它们的两个轨迹圆是内切的,且粒子的轨道半径大于新核的轨道半径,它们的轨迹示意图如右图所示,其中,c为粒子的径迹,d为新核的径迹.

1.（2009阜阳模拟）2006年美国和俄罗斯的科学家利用回旋加速器,通过Ca（钙48）轰击Cf（锎249）发生核反应,成功合成了第118号元素,这是迄今为止门捷列夫元素周期表中原子序数最大的元素.实验表明,该元素的原子核先放出3个相同的粒子x,再连续经过3次α衰变后,变成质量数为282的第112号元素的原子核,则上述过程中的粒子x是（）

A.中子B.质子C.电子D.α粒子

答案A

2.近年来科学家在超重元素的探测方面取得了重大进展.科学家们在观察某两个重离子结合成超重元素的反应时,发现所生成的超重元素的核X经过6次衰变后成为Fm,由此可以判定该超重元素的原子序数和质量数依次是（）

A.124,259B.124,265C.112,265D.112,277

?答案D

3.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①衰变变成X（X代表某种元素）,也可以经一次②衰变变成Ti,X和Ti最后都变成Pb,衰变路径如图所示.则图中的（）

A.a=84,b=206

B.①是衰变,放出电子,电子是由中子转变成质子时产生的

C.②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

4.正电子（PET）发射计算机断层显像,它的基本原理是:将放射性同位素15O注入人体,参与人体的代谢过程.15O在人体内衰变放出正电子,与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子,被探测器探测到,经计算机处理后产生清晰的图象.根据PET原理,回答下列问题:

（1）写出15O的衰变和正负电子湮灭的方程式.

（2）将放射性同位素15O注入人体,15O的主要用途是（）

A.利用它的射线B.作为示踪原子

C.参与人体的代谢过程D.有氧呼吸

（3）设电子质量为m,电荷量为q,光速为c,普朗克常量为h,则探测到的正负电子湮灭后生成的光子的波长=.

（4）PET中所选的放射性同位素的半衰期应（填“长”或“短”或“长短均可”）

答案（1）（2）B（3）（4）短

第4课时核反应核能

要点一核反应

1.一个U原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应,其裂变方程为U+n→X+Sr+n,则下列叙述正确的是（）

A.X原子核中含有86个中子

B.X原子核中含有141个核子

C.因为裂变时释放能量,根据E=mc2,所以裂变后的总质量数增加

D.因为裂变时释放能量,出现质量亏损,所以生成物的总质量数减少

答案A

要点二核力、核能

2.雷蒙德戴维斯因研究来自太阳的电子中微子（νe）而获得了2002年度诺贝尔物理学奖.他探测中微子所用的探测器的主体是一个贮满615t四氯乙烯（C2Cl4）溶液的巨桶.中微子可以将一个氯核转变为一个氩核和一个电子,其核反应方程式为νe+Cl→Ar+e.已知Cl核的质量为36.95658u,Ar核的质量为36.95691u,e的质量为0.00055u,1u质量对应的能量为931.5MeV.根据以上数据,可以判断参与上述反应的电子中微子的最小能量为（）

A.0.82MeVB.0.31MeVC.1.33MeVD.0.51MeV

答案A

要点三裂变与聚变

3.如图所示是原子核的核子平均质量与原子序数Z的关系图象.下列说法中正确的是（）

A.若D和E能结合成F,结合过程一定要释放能量

B.若D和E能结合成F,结合过程一定要吸收能量

C.若A能分裂成B和C,分裂过程一定要释放能量

D.若A能分裂成B和C,分裂过程一定要吸收能量

答案AC

题型1核反应方程的书写及核反应的种类

【例1】有下列4个核反应方程

（1）a、b、c、d四种粒子依次是（）

（2）上述核反应依次属于（）

A.衰变、人工转变、人工转变、聚变B.裂变、裂变、聚变、聚变

C.衰变、衰变、聚变、聚变D.衰变、裂变、人工转变、聚变

答案（1）B（2）D

题型2核能的计算

【例2】静止在匀强磁场中的Pu核,沿与磁场垂直的方向射出一个粒子后,变成铀的一种同位素核,同时释放出能量为0.09MeV的光子.（Pu的质量为238.999655u,铀核质量为234.99347u,粒子质量为4.001509u,1u=1.660566×10-27kg）若不计光子的动量,求:

（1）铀核与粒子回转半径之比RU∶Rα.

（2）粒子的动能为多少?

答案（1）1∶46（2）4.195MeV

题型3科技物理

【例3】天文学家测得银河系中氦的含量约为25%,有关研究表明,宇宙中氦生成的途径有两条:一是在宇宙诞生后二分钟左右生成的;二是在宇宙演化到恒星诞生后,由恒星内部的氢核聚变反应生成的.

（1）把氢核聚变反应简化为4个氢核（H）聚变成氦核（He）,同时放出2个正电子（e）和2个中微子（νe）,请写出该氢核聚变反应的方程,并计算一次反应释放的能量.

（2）研究表明,银河系的年龄约为t=3.8×1017s,每秒钟银河系产生的能量约为1×1037J（即P=1×1037J/s）.现假定该能量全部来自上述氢核聚变反应,试估算银河系中氦的含量（最后结果保留一位有效数字）.

（3）根据你的估算结果,对银河系中氦的主要生成途径作出判断.

（可能用到的数据:银河系质量约为M=3×1041kg,原子质量单位1u=1.66×10-27kg,1u相当于1.5×10-10J的能量,电子质量m=0.0005u,氦核质量mα=4.0026u,氢核质量mp=1.0078u,中微子νe质量为零）

答案（1）4H→He+2e+2νe4.14×10-12J

（2）2%（3）银河系中的氦主要是宇宙诞生后不久生成的

1.在下列四个核反应方程中,x表示He,且属于聚变的反应是（）

A.U+n→Sr+Xe+3xB.H+H→x+n

C.P→Si+xD.Mg+x→Al+H

答案B

2.（2009安庆模拟）据媒体报道,叛逃英国的俄罗斯前特工利特维年科在伦敦离奇身亡,英国警方调查认为毒杀利特维年科的是超级毒药——放射性元素钋（Po）,若该元素发生衰变,其半衰期是138天,衰变方程为Po→X+He+γ,则下列说法中正确的是（）

A.X原子核含有124个中子

B.X原子核含有206个核子

C.γ射线是由处于激发态的钋核从较高能级向较低能级跃迁时发出的

D.100g的Po经276天,已衰变的质量为75g

答案ABD

3.U受中子轰击时会发生裂变,产生Ba和Kr,同时放出能量.已知每个铀核裂变释放的平均能量为200MeV.

（1）写出核反应方程.

（2）现在要建设发电功率为5×105kW的核电站,用U作为核燃料,假设核裂变释放的能量一半转化为电能,那么该核电站一天消耗U多少千克?（阿伏加德罗常数取6.0×1023mol-1）

答案（1）U+n→Ba+Kr+n+200MeV（2）1.06kg

4.关于“原子核的组成”的研究,物理学的发展过程经历了如下几个重要的阶段:

1919年,卢瑟福用α粒子轰击氮核从而发现了质子;

1920年,卢瑟福预言“原子核内可能还有质量与质子相近的中性粒子存在”.

1930年,约里奥居里夫妇用钋（Po）放出的α粒子轰击铍（Be）,产生了一种贯穿能力极强的射线,研究发现这种射线是一种中性粒子流;1932年,查德威克用这种射线轰击氢原子和氮原子,打出了一些氢核（质子）和氮核,测量出被打出的氢核和氮核的速度,并由此推算出这种粒子的质量而发现了中子.查德威克认为:氢核、氮核的热运动速度远小于未知粒子的速度而可以忽略不计;被碰出的氢核、氮核之所以会具有不同的速率是由于碰撞的情况不同而造成的,其中速率最大的应该是弹性正碰的结果.实验中测得氢核的最大速度为vH=3.3×107m/s,氮核的最大速度为vN=4.5×106m/s;已知mN=14mH.请你根据查德威克的研究,经过推理计算,证明卢瑟福的“预言”是正确的.

答案查德威克认为氢核、氮核与未知粒子之间的碰撞是弹性正碰;设未知N粒子质量为m,速度为v0,氢核的质量为mH,最大速度为vH,并认为氢核在打出前为静止的,那么根据动量守恒和能量守恒可知:mv0=mv+mHvH①

=②

其中v是碰撞后未知粒子的速度,由此可得:

vH=③

同样可求出未知射线与氮原子碰撞后,打出的氮核的速度

vN=④

查德威克在实验中测得氢核的最大速度为

vH=3.3×107m/s

氮核的最大速度为:vN=4.5×106m/s

因为mN=14mH,由方程③④可得

⑤

将速度的最大值代入方程⑤,可得

可得:m=1.05mH

由此可见,该中性粒子的质量与质子相近,卢瑟福的“预言”是正确的.

1.根据粒子散射实验,卢瑟福提出了原子的核式结构模型,图中虚线表示原子核所形

成的电场的等势线,实线表示一个粒子的运动轨迹,在粒子从a运动到b,再运动

到c的过程中,下列说法中正确的是（）

A.动能先增大,后减小B.电势能先减小,后增大

C.电场力先做负功,后做正功,总功等于零D.加速度先变小,后变大

答案C

2.（2009宜昌模拟）如图甲是、、γ三种射线穿透能力的示意图,图乙是工业上利用射线的穿透性来检查金属内部的伤痕的示意图,请问图乙中的检查是利用了哪种射线（）

A.射线B.射线C.γ射线D.三种射线都可以

答案C

3.静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核,当它放出一个粒子后,其速度方向与

磁场方向垂直,测得粒子和反冲核轨道半径之比为44∶1,如图所示（图中直径没

有按比例画）,则（）

A.粒子和反冲核的动量大小相等方向相反B.原来放射性元素的原子核电荷数是90

C.反冲核的核电荷数是88D.粒子和反冲核的速度之比为1∶88

答案ABC

4.一原子质量单位为u,且已知1u=931.5MeV,c为真空中的光速,当质量分别为m1、m2的两种原子核结合成质量为M的新原子核时,释放出的能量是（）

A.（M-m1-m2）c2JB.（m1+m2-M）×931.5J

C.（m1+m2-M）c2JD.（m1+m2-M）×931.5MeV

答案C

5.新中国成立后,为了打破西方霸权主义的核威胁,巩固我们来之不易的独立自主,无数科技工作者以全世界独一无二的热情及艰苦奋斗的精神投入核武器的研制工作之中,终于在1964年、1967年分别成功爆炸我国第一颗原子弹（atombomb）和第一颗氢弹（hydrogenbomb）.下列核反应方程可表示两弹的爆炸原理的是（）

A.B.

C.D.

答案BD

6.如图所示,R是一种放射性物质,虚线框内是匀强磁场B,LL′是一厚纸板,MN是

荧光屏.实验时,发现在荧光屏O、P两处有亮斑,则下列关于磁场方向、到达O点

的射线、到达P点的射线的判断与实验相符的是（）

答案C

7.有下列5个核反应方程:

对以上核反应分类,列成下表,则分类正确的是（）

答案B

8.用于火灾报警的离子烟雾传感器如图所示,在网罩Ⅰ内有电极Ⅱ和Ⅲ,a、b端接

电源,Ⅳ是一小块放射性同位素镅241,它能放射出一种很容易使气体电离的粒

子.平时,镅放射出的粒子使两个电极间的空气电离,在a、b间形成较强的电流.

发生火灾时,烟雾进入网罩内,烟尘颗粒吸收空气中的离子和镅发出的粒子,导致电流发生变化,电路检测到这种变化从而发生警报.下列有关这种报警器的说法正确的是（）

A.镅241发出的是粒子,有烟雾时电流增强

B.镅241发出的是粒子,有烟雾时电流减弱

C.镅241发出的是粒子,有烟雾时电流增强

D.镅241发出的是粒子,有烟雾时电流减弱

答案B

9.裂变反应是目前核能利用中常见的反应,以原子核为燃料的反应堆中,当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:

反应方程下方的数字是中子及有关原子的静止质量（以原子质量单位u为单位,取1u的质量对应的能量为9.3×102MeV）,此裂变反应中（）

A.释放出的能量是30×102MeV,X是中子

B.释放出的能量是30MeV,X是质子

C.释放出的能量是1.8×102MeV,X是中子

D.释放出的能量是1.8×102MeV,X是质子

答案C

10.如图所示,是利用放射线自动控制铝板厚度的装置.假如放射源能放射出、、三种射线,而根据设计,该生产线压制的是3mm厚的铝板,那么这三种射线中的哪种射线对控制厚度起主要作用?当探测接收器单位时间内接收到的放射性粒子的个数超过标准值时,将会通过自动装置将M、N两个轧辊间的距离调大还是调小?（）

A.射线;大B.射线;大C.射线;小D.射线;大

答案B

11.在可控核反应堆中需要给快中子减速,轻水、重水和石墨等常用作减速剂.中子在重水中可与核碰撞减速,在石墨中与核碰撞减速.上述碰撞可简化为弹性碰撞模型.某反应堆中快中子与静止的靶核发生对心正碰,通过计算说明,仅从一次碰撞考虑,用重水和石墨作减速剂,哪种减速效果更好？

答案重水减速效果更好

12.一个原来静止的锂核（）俘获一个速度为7.7×104m/s的中子后,生成一个氚核和一个氦核,已知氚核的速度大小为1.0×103m/s,方向与中子的运动方向相反.

（1）试写出核反应方程.

（2）求出氦核的速度.

（3）若让一个氘核和一个氚核发生聚变时,可产生一个氦核同时放出一个中子,求这个核反应释放出的能量.（已知氘核质量为mD=2.014102u,氚核质量为mT=3.016050u,氦核的质量mHe=4.002603u,中子质量mn=1.008665u,1u=1.6606×10-27kg）

答案（1）（2）2×104m/s（3）2.82×10-12J

13.利用核反应堆工作时释放出的热能使水汽化以推动汽轮发电机发电,这就是核电站.核电站消耗的“燃料”很少,但功率却很大.目前,核能发电技术已经成熟,我国已具备了发展核电的基本条件.

（1）核反应堆中的“燃料”是,完成下面的核反应方程式

（2）一座100万千瓦的核电站,每年需要多少吨浓缩铀?（已知铀核的质量为235.0439u,中子的质量为1.0087u,锶（Sr）核的质量为89.9077u,氙（Xe）核的质量为135.9072u,1u=1.66×10-27kg,浓缩铀中铀235的含量占2%.）

（3）同样功率（100万千瓦）的火力发电站,每年要消耗多少吨标准煤?（已知标准煤的热值为2.93×104kJ/kg）

（4）为了防止铀核裂变的产物放出的各种射线对人体的危害和对环境的污染,需采取哪些措施?（举两种）

答案（1）13638（2）27t（3）1.1×106t

（4）核反应堆外面需要修建很厚的水泥保护层,用来屏蔽射线;对放射性废料,要装入特制的容器,埋入地层深处进行处理.

知识整合演练高考

题型1氢原子能级跃迁

【例1】（2007全国Ⅰ19）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观测,发现光

谱线的数目比原来增加了5条.用Δn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（如图）可以判断,Δn和

E的可能值为（）

A.Δn=1,13.22eVE13.32eVB.Δn=2,13.22eVE13.32eV

C.Δn=1,12.75eVE13.06eVD.Δn=2,12.75eVE13.06eV

答案AD

题型2半衰期应用

【例2】（2008上海2B）放射性元素的原子核在衰变或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,t=T1T2时间后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=.

答案γ

题型3核反应方程

【例3】（2008全国Ⅰ18）三个原子核X、Y、Z,X核放出一个正电子后变为Y核,Y核与质子发生核反应后生成Z核并放出一个氦核（He）,则下面说法正确的是（）

A.X核比Z核多一个质子B.X核比Z核少一个中子

C.X核的质量数比Z核质量数大3D.X核与Z核的总电荷是Y核电荷的2倍

?答案CD

题型4核能计算

【例4】（2008北京14）一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核,同时辐射一个γ光子.已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3,普朗克常量为h,真空中的光速为c.下列说法正确的是（）

A.核反应方程是

B.聚变反应中的质量亏损Δm=m1+m2-m3

C.辐射出的γ光子的能量E=（m3-m1-m2）c

D.γ光子的波长=

答案B

1.（2008广东6）有关氢原子光谱的说法正确的是（）

A.氢原子的发射光谱是连续谱

B.氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光

C.氢原子光谱说明氢原子能级是分立的

D.氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关

答案BC

2.（2008四川15）下列说法正确的是（）

A.射线在电场和磁场中都不会发生偏转B.射线比射线更容易使气体电离

C.太阳辐射的能量主要来源于重核裂变D.核反应堆产生的能量来自轻核聚变

答案A

3.（2008广东2）铝箔被粒子轰击后发生了以下核反应:.下列判断正确的是（）

A.是质子B.是中子

C.X是Si的同位素D.X是P的同位素

答案BD

4.（2008上海6）在下列四个核反应方程中,x表示质子的是（）

答案C

5.（2008天津15）一个氡核Rn衰变成钋核Po并放出一个粒子,其半衰期为3.8天.1g氡经过7.6天衰变掉氡的质量,以及Rn衰变成Po的过程放出的粒子是（）

A.0.25g,粒子B.0.75g,粒子

C.0.25g,粒子D.0.75g,粒子

答案B

6.（2008全国Ⅱ20）中子和质子结合成氘核时,质量亏损为Δm,相应的能量ΔE=Δmc2=2.2MeV是氘核的结合能.下列说法正确的是（）

A.用能量小于2.2MeV的光子照射静止氘核时,氘核不能分解为一个质子和一个中子

B.用能量等于2.2MeV的光子照射静止氘核时,氘核可能分解为一个质子和一个中子,它们的动能之和为零

C.用能量大于2.2MeV的光子照射静止氘核时,氘核可能分解为一个质子和一个中子,它们的动能之和为零

D.用能量大于2.2MeV的光子照射静止氘核时,氘核可能分解为一个质子和一个中子,它们的动能之和不为零

答案AD

7.（2008重庆14）放射性同位素钍232经、衰变会生成氡,其衰变方程为Th→Rn+x+y,其中（）

A.x=1,y=3B.x=2,y=3C.x=3,y=1D.x=3,y=2

?答案D

章末检测

一、选择题（共8小题,每小题6分,共48分）

1.（2009宁波质检）氢原子从n=3的激发态向低能级状态跃迁可能放出的光子中,只有一种光子不能使金属A产生光电效应,则下列说法正确的是（）

A.不能使金属A产生光电效应的光子一定是从n=3激发态直接跃迁到基态放出的

B.不能使金属A产生光电效应的光子一定是从n=3激发态直接跃迁到n=2激发态时放出的

C.从n=4激发态跃迁到n=3激发态,所放出的光子一定不能使金属A产生光电效应

D.从n=4激发态跃迁到基态,所放出的光子一定不能使金属A产生光电效应

答案BC

2.某核反应方程为.已知的质量为2.0136u,的质量为3.0180u,He的质量为4.0026u,X的质量为1.0087u.则下列说法中正确的是（）

A.X是质子，该反应释放能量B.X是中子，该反应释放能量

C.X是质子，该反应吸收能量D.X是中子，该反应吸收能量

答案B

3.目前,在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料,这些岩石都不同程度地含有放射性元素,比如,有些含有铀、钍的花岗岩等岩石会释放出放射性惰性气体氡,而氡会发生放射性衰变,放射出、、射线,这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道等方面的疾病,根据有关放射性知识可知,下列说法正确的是()

A.氡的半衰期为3.8天,若取4个氡原子核,经7.6天后就一定剩下一个原子核了

B.衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的

C.射线一般伴随着或射线产生,在这三种射线中,射线的穿透能力最强,电离能力最弱

D.发生衰变时,生成核与原来的核相比,中子数减少了4个

答案BC

4.中子和质子结合成氘核,同时放出光子,核反应方程是H+n→H+,以下说法中错误的是()

A.反应后氘核的质量一定小于反应前质子和中子的总质量

B.反应前后质量数不变,因而质量不变

C.由核子组成原子核一定向外释放能量

D.光子所具有的能量为Δmc2,Δm为反应中的质量亏损,c为光速

答案B

5.在下列四个方程中,X1、X2、X3和X4各代表某种粒子

U+n→Ba+Kr+3X1

P→Si+X2

U→Th+X3

Th→Pa+X4

以下判断中错误的是()

A.X1是中子B.X2是质子C.X3是粒子D.X4是电子

答案B

6.下列说法中正确的是()

A.放射性元素的原子核内的核子有半数发生变化所需的时间就是半衰期

B.光导纤维内芯的折射率比外套小,光传播时在内芯与外套的界面发生全反射

C.当放射性元素的原子外层电子具有较高能量时,将发生衰变

D.放射性的原子核发生衰变后产生的新核从高能级向低能级跃迁时,辐射出射线

答案D

7.美国研究人员正在研制一种新型镍—铜长效电池,它是采用铜和半衰期长达100年的放射性同位素镍63(Ni)这两种金属作为长寿命电池的材料.将镍63置于中央,四周包上铜皮,利用镍63发生衰变时释放电子给铜片,用镍63和铜片作电池两极,为外接负载提供电能.下列有关该电池的说法正确的是()

A.镍63的衰变方程是Ni→e+Cu

B.镍63的衰变方程是Ni→e+Cu

C.外接负载时镍63的电势比铜片高

D.该电池内电流方向是从铜片到镍

答案ACD

8.(2009海口模拟)某同学采用如图所示的实验装置来研究光电效应现象.当用某一频率的光照射光电管的阴极K时,会发生光电效应现象,电流计中有电流通过.闭合开关S,在阳极A和阴极K之间加上反向电压,通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大电压,直至电流计中电流恰好为零,此时电压表的电压值称为反向截止电压.现有频率为ν的绿光照射阴极,测量到反向截止电压为U,设电子电荷量为e,普朗克常量为h,则()

A.逸出的光电子的最大初动能为eU

B.阴极K的逸出功W=h-eU

C.如改用紫光照射,则光电子的最大初动能一定增加

D.如改用紫光照射,则阴极K的逸出功一定发生变化

答案ABC

二、计算论述题(共4小题,共52分,其中9、10小题各12分,11、12小题各14分)

9.物理学家们普遍相信太阳发光是由于其内部不断发生从氢核到氦核的核聚变反应.根据这一理论,在太阳内部4个氢核(H)转化成一个氦核(He)和两个正电子(e)并放出能量.已知质子质量mp=1.0073u,粒子质量=4.0015u,电子的质量me=0.0005u,1u的质量对应931.5MeV的能量.

(1)写出该热核反应方程.

(2)一次这样的热核反应过程中释放出多少兆电子伏的能量?(结果保留四位有效数字)

答案(1)4H→He+2e(2)24.87MeV

10.已知氢原子基态的电子轨道半径r1=0.53×10-10m,基态的能级值为E1=-13.6eV.

(1)求电子在n=1的轨道上运动形成的等效电流.

(2)有一群氢原子处于量子数n=3的激发态,画出能级图,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最长的波长.

答案(1)1.05×10-3A

(2)

(3)6.58×10-7m

11.2006年,我国自行设计并研制的“人造太阳”——托卡马克实验装置运行获得重大进展,这标志着我国已经迈入可控热核反应领域先进国家行列.该反应所进行的聚变过程是H+H→He+n,反应原料氘(H)富存于海水中,而氚(H)是放射性元素,自然界中不存在,但可以通过中子轰击锂核(Li)的人工核转变得到.则

(1)请把下列用中子轰击锂核(Li)产生一个氚核(H)和一个新核的人工核转变方程填写完整.

Li+→+H.

(2)在(1)中,每生产1g的氚同时有多少个Li核实现了核转变?(阿伏加德罗常数NA取6.0×1023mol-1)

(3)一个氘核和一个氚核发生核聚变时,平均每个核子释放的能量为5.6×10-13J,求该核聚变过程中的质量亏损.

答案(1)nHe(2)2.0×1023个(3)3.1×10-29kg

12.1930年科学家发现钋放出的射线贯穿能力极强,它甚至能穿透几厘米厚的铅板,1932年,英国年轻物理学家查德威克用这种未知射线分别轰击氢原子和氮原子,结果打出一些氢核和氮核,测量出被打出的氢核和氮核的速度,并由此推算出这种粒子的质量.若未知射线均与静止的氢核和氮核正碰,测出被打出的氢核最大速度为vH=3.3×107m/s,被打出的氮核的最大速度vN=4.5×106m/s,假定正碰时无机械能损失,设未知射线中粒子质量为m,初速为v,质子的质量为m′.

(1)推导被打出的氢核和氮核的速度表达式;

(2)根据上述数据,推算出未知射线中粒子的质量m与质子的质量m′之比.(已知氮核质量为氢核质量的14倍,结果保留三位有效数字)

答案(1)vH=vN=(2)=1.05

相关阅读

原子和原子核专题

俗话说，磨刀不误砍柴工。教师要准备好教案，这是每个教师都不可缺少的。教案可以让学生们能够在上课时充分理解所教内容，帮助教师在教学期间更好的掌握节奏。怎么才能让教案写的更加全面呢？下面的内容是小编为大家整理的原子和原子核专题，欢迎您阅读和收藏，并分享给身边的朋友！

内容精讲

本专题内容包括原子核式结构的模型；玻尔理论、原子的能级；天然放射现象、衰变；核反应、核能；重核的裂变、轻核的聚变。

一．重要的概念：能级、天然放射现象、质量亏损、核能

二．重要规律：核反应遵守遵守两种守恒--质量数守恒和电荷数守恒（是核反应配平的依据）。

三．几个知识要点疏理：

1.知道α粒子的散射实验结果和原子核式结构的模型

2.熟记一些基本粒子（即中子、α粒子、电子、正电子、质子、氘核、氚核、光子）的符号。

3.光子的发射和吸收：原子可从一能级跃迁到另一能级。原子从高能级向低能级跃迁时，放出一个光子；原子由低能级向高能级跃迁时，则需吸收一个光子。但发射或吸收的光子不是任意的。

4.知道α射线、β射线、γ射线三种射线的实质和特性，以及射线的应用。

5.四种核反应：衰变、原子核的人工转变、重核裂变和轻核聚变。

6.核能的计算：

下载地址：http://files.eduu.com/down.php?id=138889

高考物理考点重点原子结构和原子核复习

第十九章原子结构和原子核

1．本章内容可分为两部分，即原子结构和原子核。重点内容是：氢原子的能级结构和公式；原子核的衰变和半衰期；核反应方程的书写；结合能和质量亏损。从考试大纲可以看到全部是I级要求。
2．高考对本专题考查特点是命题热点分散，偏重于知识的了解和记忆，多以每部分内容单独命题，多为定性分析，“考课本”，“不回避陈题”是本专题考查的最大特点，题型多以选择题形式出现，几乎在每年高考中占一个小题。
3．本单元内容与现代科技相联系的题目较多，复习时应引起高度重视。
第一课时氢原子光谱
氢原子的能级结构和公式

【教学要求】
1．了解人们对原子结构的认识过程
2．掌握α粒子散射实验和原子核式结构的
3．理解玻尔模型的三条假设
【知识再现】
一、人们认识原子结构的思维线索
气体放电的研究→阴极射线→发现电子（1897年，汤姆生）→汤姆生的“枣糕模型”卢瑟福的核式结构模型玻尔模型（轨道量子化模型）。
二、卢瑟福的核式结构模型
1．α粒子散射实验
做法：用质量是电子7300倍的a粒子轰击薄金箔。
结果：绝大多数，少数，极少数，有的甚至。
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．原子核所带的正电荷数等于核外的电子数，所以整个原子是中性的。
3．实验数据估算：原子核大小的数量级为10-15－10-14m，原子大小的数量级为10-10m
三、玻尔的原子理论——三条假设
1．“定态假设”：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中，电子虽做变速运动，但并不向外辐射电磁波，这样的相对稳定的状态称为定态。
2．“跃迁假设”：电子绕核转动处于定态时不辐射电磁波，但电子在两个不同定态间发生跃迁时，却要辐射（吸收）电磁波（光子），其频率由两个定态的能量差值决定hv=E2-E1。
3．“轨道量子化假设”：由于能量状态的不连续，因此电子绕核转动的轨道半径也不能任意取值，必须满足
四、氢原子能级及氢光谱
1．氢原子能级：原子各个定态对应的能量是不连续的，这些能量值叫做能级。
2．氢原子的能级图
3．氢光谱
在氢光谱中，n=2,3,4,5,……向n=1跃迁发光形成赖曼线系；
n=3,4,5,6向n=2跃迁发光形成巴耳末线系；
n=4,5,6,7……向n=3跃迁发光形成帕邢线系；
n=5,6,7,8……向n=4跃迁发光形成布喇开线系，
其中只有巴耳末线系的前4条谱线落在可见光区域内。
知识点一原子的核式结构
卢瑟福由α粒子散射实验提出：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，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运动。我们把这样的原子模型称为“核式结构模型”。
【应用1】英国物理学家卢瑟福用α粒子轰击金箔，发现了α粒子的散射现象。下图中，o表示金原子核的位置，则能正确表示该实验中经过金原子核附近的α粒子的运动轨迹的图是（）
导示:根据库仑定律知：离核越近的粒子受到的库仑斥力越大，运动轨迹弯曲越厉害。又正对原子核粒子将被弹回。故正确答案选BD。
知识点二氢原子的能级、轨道公式
1．能级公式：氢原子存在一个能量最低也是最稳定的状态，称为基态，其能量用E1表示；其余定态称为激发态，能量用En表示，由玻尔理论可推出氢原子能级公式En=E1/n2即(n=1、2、……)式中n称为能量量子数。E1=-l3.6eV。
2．半径公式rn=n2r1式中r1，为基态半径，又称为玻尔半径，r1=O.53×10-10m
【应用2】（07海南卷）氢原子第n能级的能量为En=E1/n2，其中E1是基态能量，而n=1、2、…。若一氢原子发射能量为的光子后处于比基态能量高出的激发态，则氢原子发射光子前后分别处于第几能级？
导示:设氢原子发射光子前后分别处于第l与第m能级，则依题意有
①
②
由②式解得：m=2③
由①③式得：l=4④
氢原子发射光子前后分别处于第4与第2能级。
1、原子定态能量En是指核外电子动能及电子与核之间的静电势能之和；2、En是负值，这里是取电子自由态作为能量零点。
类型一氢原子的跃迁与电离问题
当原子从低能级向高能级跃迁时，要吸收一定能量的光子，当一个光子的能量满足hγ=E末-E初时，才能被某一个原子吸收，使原子从低能级E初向高能级E末跃迁，而当光子能量hγ大于或小于E末-E初时都不能被原子吸收。当原子从高能级向低能级跃迁时，以光子的形式向外辐射能量，所辐射的光子能量恰等于发生跃迁时的两能级间的能量差．当光子能量大于或等于l3.6eV时，也可以被氢原子吸收，使氢原子电离；当氢原子吸收的光子能量大于13.6eV时，氢原子电离后，电子具有一定的初动能。
【例1】（2007年高考理综Ⅰ卷）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。调高电子的能量再此进行观测，发现光谱线的数目比原来增加了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可以判断，△n和E的可能值为（）
A．△n=1，13.22eVE13.32eV
B．△n=2，13.22eVE13.32eV
C．△n=1，12.75eVE13.06eV
D．△n=2，12.75eVE13.06eV
导示:原子的跃迁公式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。实物粒子与原子相互作用而使原子激发时，粒子的能量不受上述条件的限制。
本题由于是电子轰击,存在两种可能：第一种n=2到n=4,所以电子的能量必须满足13.6-0.85E13.6-0.54,故D选项正确；第二种可能是n=5到n=6,电子能量必须满足13.6-0.38E13.6-0.28,故A选项正确。
所以答案应选AD。
原子跃迁时需注意的几个问题：（1）一群原子和一个原子：一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的光谱线条数为N=Cn2=n(n-1)/2；一个氢原子处于量子数为n的激发态上时，最多可辐射出n-1条光谱线。（2）光子激发和实物粒子激发：若是在光子的作用下引起原子的跃迁，则要求光子的能量必须等于原子的某两个能级差；若是在实物粒子的碰撞下引起原子的跃迁，则要求实物粒子的能量必须大于或等于原子的某两个能级差。（3）直接跃迁和间接跃迁：原子从一种能量状态跃迁到另一种能量状态，有时可能是直接跃迁，有时是间接跃迁。两种情况下辐射（或吸收）光子的可能性及频率可能不同。（4）跃迁和电离。
类型二跃迁过程的能量变化问题
【例2】（07届南京市综合检测题三）处于激发态的原子，如果在入射光子的作用下，可以引起其从高能态向低能态跃迁，同时在两个能态之间的能量差以辐射光子的形式发射出去，这种辐射叫做受激辐射。原子发生受激辐射时，发出的光子的频率、发射方向等都跟入射光子完全一样，这样使光得到加强，这就是激光产生的机理。那么，发生受激辐射时，产生激光的原子的总能量En、电子的电势能Ep、电子动能Ek的变化关系是（D）
A．En减小、Ep增大、Ek增大
B．En增大、Ep减小、Ek减小
C．En减小、Ep增大、Ek减小
D．En减小、Ep减小、Ek增大
导示:由玻尔理论可知，氢原子辐射光子后，应从离核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道，在此跃迁过程中，电场力对电子做了正功，因而电势能应减小。另由经典电磁理论知，电子绕核做匀速圆周运动的向心力即为氢核对电子的库仑力：ke2/r2=mv2/r，所以Ek=mv2=ke2/2r。可见，电子运动半径越小，其动能越大．再结合能量转化和守恒定律，氢原子放出光子，辐射出一定的能量，所以原子的总能量减小。综上讨论，可知该题只有答案D正确。
故选D。
1．根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型．图中虚线表示原子核所形成的电场的等势线，实线表示一个α粒子的运动轨迹．在α粒子从a运动到b、再运动到c的过程中，下列说法中正确的是（）
A．动能先增大，后减小
B．电势能先减小，后增大
C．电场力先做负功，后做正功，总功等于零
D．加速度先变小，后变大

2．（2007年全国卷Ⅱ）氢原子在某三个相邻能级间跃迁时，可发出三种不同波长的辐射光。已知其中的两个波长分别为λ1和λ2，且λ1＞λ2，则另一个波长可能是（）
A．λ1＋λ2B．λ1-λ2
C．D．

3．（07广东卷）如图所示为氢原子的四个能级，其中E1为基态，若氢原子A处于激发态E2，氢原子B处于激发态E3，则下列说法正确的是（）
A．原子A可能辐射出3种频率的光子
B．原子B可能辐射出3种频率的光子
C．原子A能够吸收原子B发出的光子并跃迁道能级E4
D．原子B能够吸收原子A发出的光子并跃迁道能级E4

答案：1、C；2、CD；3、B。

高考物理基础知识归纳:原子核

第2课时原子核

基础知识归纳
1.天然放射现象
(1)天然放射现象：某些物质能自发发射出人眼看不见但能使照相底片感光的射线，物质发射这种射线的性质叫做放射性.天然放射现象的发现，揭示了原子核也具有复杂结构.
(2)半衰期
放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间叫半衰期.半衰期与放射性元素的多少及物理、化学状态无关，只由核内部的因素决定，不同的元素有不同的半衰期.
三种射线的本质和特性
名称实质射出
速度电离
作用穿透本领云室中径迹
α射线高速
氦核流较强小纸片即
可挡住直而粗
β射线高速
电子流较弱较强(穿透几毫
米厚的铝板)细而弯曲
γ射线高能
光子流c更小强(穿透几厘
米厚的铅板)一般看不到
(3)放射性同位素的利用主要有两个途径：一是利用它的射线，二是作为示踪原子.过量的放射线会对环境造成污染，对人类和自然界产生破坏作用.为了防止一些人工合成的放射性物质和天然的放射性物质对环境造成的污染，人们需要采取有效措施.
2.原子核的变化
(1)衰变：
α衰变：原子核放出α粒子.其衰变规律：
β衰变：原子核放出β粒子.其衰变规律：
γ衰变：α衰变或β衰变时形成的新核不稳定，释放出γ光子.
(2)人工核转变：
(发现质子的核反应)
(人工制造放射性同位素)
(3)重核的裂变：在一定条件下(超过临界体积)，裂变反应会连续不断地进行下去，这就是链式反应.铀235核能够发生链式反应的铀块的最小体积叫做它的临界体积.
核反应堆的构造：
A.核燃料——用铀棒(含U,3%～4%的浓缩铀).
B.减速剂——用石墨、重水或普通水(U只吸收慢中子).
C.控制棒——用镉做成(镉吸收中子的能力很强).
D.冷却剂——用水或液态钠(把反应堆内的热量传递出去).
(4)轻核的聚变：
A.射到b点的一定是α射线
B.射到b点的一定是β射线
C.射到b点的一定是α射线或β射线
D.射到b点的一定是γ射线
【解析】γ射线不带电，在电场或磁场中它都不受场的作用，只能射到a点，因此D选项不对.调整E和B的大小，即可以使带正电的α射线沿直线前进，也可以使带负电的β射线沿直线前进.沿直线前进的条件是电场力与洛伦兹力平衡，即qE＝qBv
已知α粒子比β粒子的速度小得多，当我们调节使α粒子沿直线前进时，速度大的β粒子向右偏转，有可能射到b点，当我们调节使β粒子沿直线前进时，速度较小的α粒子也将会向右偏，也可能射到b点，因此C选项正确，而A、B选项都不对.
2.半衰期
【例2】(1)关于放射性元素的半衰期，下列说法正确的是()
A.是原子核质量减少一半所需的时间
B.是原子核有半数发生衰变所需的时间
C.把放射性元素放在密封的容器中，可以减慢放射性元素的半衰期
D.可以用来测定地质年代、生物年代等
(2)设镭226的半衰期为1.6×103年，质量为100g的镭226经过4.8×103年后，有多少克镭发生衰变？若衰变后的镭、变为铅206，则此时镭、铅质量之比为多少？
【解析】(2)经过三个半衰期，剩余镭的质量为
M′余＝M原(12)tT＝100×18g＝12.5g
已衰变的镭的质量为(100－12.5)g＝87.5g
设生成铅的质量为m，则226∶206＝87.5∶m
得m＝79.8g
所以镭、铅质量之比为125∶798
【答案】(1)BD(2)87.5g；125∶798
【思维提升】(1)半衰期是原子核有半数发生衰变，变成新核，并不是原子核的数量、质量减少一半.
(2)要理解半衰期公式中各物理量的含义.
【拓展2】目前，在居家装修中经常用花岗岩、大理石等装修材料，这些岩石都不同程度含有放射性元素，比如，有些含有铀、钍的花岗石会释放出放射性的惰性气体氡，而氡会发生放射性衰变，放出α、β、γ射线，这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道等方面的疾病，根据有关放射性知识可知，下列说法正确的是(B)
A.氡的半衰期为3.8天，若取8个氡原子核，经7.6天后一定剩下2个氡原子核
B.β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的
C.γ射线一般伴随着α或β射线产生，在这三种射线，γ射线的穿透能力最强，电离能力也最强
D.发生α衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了4

2.质量亏损与核能的计算
【例3】已知氮核质量mN＝14.00753u，氧核质量m0＝17.00454u，氦核质量mHe＝4.00387u，质子质量mH＝1.00815u，试判断核反应：
H＋42He→O＋11H
是吸能反应，还是放能反应？能量变化多少？
【解析】先计算出质量亏损Δm，然后由1u相当于931.5MeV能量代入计算即可.
反应前总质量mN＋mHe＝18.01140u
反应后总质量mO＋mH＝18.01269u
因为反应中质量增加，所以此反应为吸能反应，所吸收能量为
ΔE＝Δmc2＝(18.01269－18.01140)×931.5MeV＝1.2MeV
【思维提升】(1)根据爱因斯坦质能方程，用核子结合成原子核时质量亏损Δm的数值乘以真空中光速的平方，即ΔE＝Δmc2.
(2)根据1原子质量单位(u)相当于931.5MeV，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5MeV，即ΔE＝Δm×931.5MeV.
【拓展3】一个静止的23292U(原子质量为232.0372u)，放出一个α粒子(原子质量为4.00260u)后，衰变成22890Th(原子质量为228.0287u).假设放出的核能完全变成Th核和α粒子的动能，试计算α粒子的动能.
【解析】反应中产生的质量亏损
Δm＝mU－(mTh＋mα)＝0.0059u
反应中释放的核能
ΔE＝Δm×931.5MeV＝5.5MeV
在U核衰变过程中动量守恒、能量守恒，则
0＝mαvα－mThvTh
ΔE＝12mαv2α＋12mThv2Th
解以上两式得
ΔE＝(mαvα)22mα＋(mThvTh)22mTh
＝(mαvα)2(mTh＋mα)2mαmTh
则α粒子的动能
Eα＝12mαv2α
＝mThmTh＋mαΔE
＝228228＋4×5.5MeV
＝5.41MeV

高考物理第一轮导学案复习:原子和原子核

20xx届高三物理一轮复习导学案
十八、原子和原子核（2）

【课题】原子核
【目标】
1、了解天然放射现象，知道三种射线的本质和特性，掌握核衰变的特点和规律；
2、知道原子核人工转变的原理，了解质子、中子和放射性同位素的发现过程。
3、知道原子核的组成和核力的概念；理解核能的概念，知道获得核能的两种途径。
【导入】
一、天然放射现象
1、发现过程：1896年贝克勤耳发现天然放射现象，从此，揭开了人类研究原于核结构的序幕．居里夫妇对铀和铀的各种矿石的研究发现了钋和镭．之后，人们通过对天然放射现象的进一步研究，发现了原子序数大于83的所有天然存在的元素，都有放射性．原子序数小于83的天然存在的元素，有的也有放射性．放射出来的射线共有三种：α射线、β射线和γ射线．
2、三种射线的本质和特性
二、原子核的衰变
1、衰变：原子核自发地放出某种粒子而转变为新核的变化．
2、衰变规律：α衰变X→Y+He；β衰变X→Y+e
3、α衰变和β衰变的实质
4、γ射线：总是伴随α衰变或β衰变产生的，不能单独放出γ射线．γ射线不改变原子核的电荷数和质量数．实质是元素在发生α衰变或β衰变时产生的某些新核由于具有过多的能量（核处于激发态），向低能级跃迁而辐射出光子．
5、半衰期
放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间，它是大量原子核衰变的统计结果，不是一个原子发生衰变所需经历的时间．
决定因素：由原子核内部的因素决定，与原子所处的物理状态（如压强、温度等）或化学状态（如单质或化合物）无关．
四、原子核的人工转变：
用高能粒子轰击靶核，产生另一种新核的反应过程，其核反应方程的一般形式为：
1、质子、中子的发现：N+He→O+H；Be+He→C+n
2、放射性同位素和正电子的发现：1934年约里奥居里夫妇用a粒子轰击铝核产生一种新的放射性元素，此后人们认识到放射性同位素可用人工核反应制取．
Al+He→P+nP→Si+e
3、探测射线的方法：
（1）威耳逊云室；（2）气泡室；（3）盖革计数器等（见课本P73-74）
4、放射性同位素的应用：
（1）利用它的射线；（2）做示踪原子。（见课本P76-78）
五、核反应
某种元素的原子核变为另一种元素的原子核的过程叫做核反应．常见的核反应分为衰变、人工转变、裂变和聚变等几种类型．
六、核力和核能
1、核力是核子之间的引力．核力与核子是否带电无关；是一种强相互作用；也是一种近程力（当两个核子间距r＜2×10-15m时才发生作用）．只有相邻的核子间才有核力作用．
2、核能．克服核力做功，使原子核分解为单个核子时吸收的能量，或若干个单个核子在核力作用下结合成原子核时放出的能量，叫原子核的结合能，简称核能．
例如H+n→H+△E（△E=2.22MeV）
2．核能的计算
根据爱因斯坦的质能方程E=mc2或△E=△mc2
3．获得核能的两种途径：
（1）重核的裂变：重核分裂成两个（或两个以上）中等质量核时要释放能量，这种核反应叫裂变．
铀核裂变的反应为：U+n→Xe+Sr+2n+217MeV
在一定条件下，如铀块大于临界体积时，裂变反应是链式反应，会放出大量能量．原子弹爆炸是激烈的裂变反应．秦山核电站和大亚湾核电站也是利用裂变反应．
（2）轻核的聚变：轻核结合成质量较大的核的变化．
例如氘核和氚核聚合成氦核．H＋H→He＋n＋17.6MeV
【导研】
[例1]（1）如图所示，a为未知的天然放射源，b为一张黑纸，C为水平放置的平行金属板，板间有竖直方向较强的匀强电场，d为荧光屏，e为固定不动的显微镜筒．整个装置放在真空中，实验时，如果将电场E撤去，从显微镜内观察到荧光屏上每分钟闪烁的亮点数没有变化．如果再将黑纸b移开，则从显微镜筒内观察到的每分钟闪烁的亮点数大为增加，由此可判定放射源a发出的射线为（）
A．β射线和γ射线B．α射线和β射线
C．α射线和γ射线D．α射线和X射线
（2）如图,在有小孔的铅盘中，放有能连续放出α、β、γ三种射线的放射性元素，放出的三种射线都打在孔对面屏M上的A点．要使三种射线分开，分别打在屏上的A、B、C三点（其中B到A的距离大于C到A的距离）可采取的措施是在屏与孔之间加上（）
A．重直纸面向里的匀强磁场B．垂直纸面向外的匀强磁场
C．水平向右的匀强电场D．水平向左的匀强电场

[例2]镅(Am)是一种放射性元素，在其分裂过程中，会释放出一种新的粒子，变成镎(NP)，由于放出的这种粒子很容易被空气阻隔，因此不会对人体构成任何的危害，火警的报警系统就是利用这种粒子作为报警的重要工具，这种粒子是（）
A．粒子B．质子C．中子D．正电子

[例3]“轨道电子俘获”也是放射性同位素衰变的一种形式，它是指原子核（称为母核）俘获一个核外电子，其内部一个质子变为中子，从而变成一个新核（称为子核），并且放出一个中微子的过程，中微子的质量极小，不带电，很难被探测到，人们最早是通过子核的反冲而间接证明中微子的存在的．关于一个静止的母核发生“轨道电子俘获”，衰变为子核并放出中微子，下面的说法中正确的是（）
A．子核的动量与中微子的动量相同B．母核的电荷数小于子核的电荷数
C．母核的质量数等于子核的质量数D．子核的动能大于中微子的动能

[例4]对下列四个方程理解正确的是()
①；②
③④
A．方程①是衰变方程，其中X是β粒子
B．方程②是裂变方程，其中X是质子，且释放出核能
C．方程③是聚变方程，其中X是α粒子，且要吸收能量
D．方程④是人工核转变方程，其中X是α粒子

[例5]科学家发现在月球上含有丰富的（氦3）。它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料其参与的一种核聚变反应的方程式为。关于聚变下列表述正确的是（）
A．聚变反应不会释放能量B.聚变反应产生了新的原子核
C．聚变反应没有质量亏损D.目前核电站都采用聚变反应发电
[例6]在原子物理的研究中经常用到核子平均结合能的概念，核子平均结合能是指质子、中子结合成某原子核时每个核子放出核能的平均值。下图为核子平均结合能与原子序数Z的关系图像．下列说法中正确的是（）
A．某原子核的核子平均结合能大，则其核子的平均质量小
B．某原子核的核子平均结合能大，则其核子的平均质量大
C．若D、E能结合成F，结合过程一定放出能量
D．若A能分裂成B、C，分裂过程一定吸收能量

【导练】
1、有关放射性元素半衰期的下列说法中正确的是（）
A．放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间
B．放射性元素的原子核全部发生衰变所用的时间的一半
C．两个原子核有一个原子核发生衰变所用的时间
D．做示踪原子的物质尽可能选用半衰期长一些的放射性元素

2、（08重庆卷）放射性同位素钍232经α、β衰变会生成氧，其衰变方程为
，其中（）
A．x＝1，y＝3B．x＝2，y＝3C．x＝3，y＝1D．x＝3，y＝2

3、下面说法中正确的是（）
A．（钍）经过一系列的α和β衰变，成为，铅核比钍核少12个中子
Ｂ．β衰变的实质是核内的一个中子转化为一个质子和一个电子
Ｃ．γ射线是波长很短的电磁波，它的贯穿能力很大
Ｄ．利用γ射线的电离作用，可检查金属内部有无砂眼或裂纹

4、（吉林省长白县20xx届高三质量检测）（1）写出下列两个核反应的反应方程
Al(铝核)俘获一个α粒子后放出一个中子.__________________________
α粒子轰击N(氮核)放出一个质子.__________________________
（2）质量分别为m1和m2的两个小球在光滑的水平面上分别以速度v1、v2同向运动并发生对心碰撞，碰后m2被右侧的墙原速弹回，又与m1相碰，碰后两球都静止。求：第一次碰后m1球的速度.

文章来源：http://m.jab88.com/j/75676.html

更多