高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題七 原 子 物 理.doc

2013年高考二輪復(fù)習(xí)專題七原 子 物 理知識網(wǎng)絡(luò)考點(diǎn)預(yù)測近代物理部分相對獨(dú)立，主干知識是原子的量子化結(jié)構(gòu)和核能，復(fù)習(xí)時要圍繞玻爾理論、衰變規(guī)律和愛因斯坦質(zhì)能方程等重點(diǎn)知識進(jìn)行模塊內(nèi)的綜合主要是近代物理知識與動量守恒定律的綜合利用碰撞探究微觀粒子的規(guī)律是高能物理常用的研究手段，如粒子散射實(shí)驗(yàn)粒子與氮、鈹、鋁的碰撞分別發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子、中子和放射性同位素，加速器、對撞機(jī)等都是研究核物理的常用工具近年近代物理試題中出現(xiàn)不少中學(xué)教材中沒有的新知識背景，如“超重元素”、“雙電荷交換反應(yīng)”、俄歇效應(yīng)、原子內(nèi)層空位產(chǎn)生的內(nèi)轉(zhuǎn)換機(jī)制、氫原子等在訓(xùn)練學(xué)生讀題時，要引導(dǎo)他們盡力將新情境中的問題與已學(xué)過的知識聯(lián)系起來，在學(xué)習(xí)心理學(xué)中，就是“圖式”的“同化”與“順應(yīng)”的過程，這類問題其實(shí)是“新瓶裝舊酒”，還是考查課本上的知識點(diǎn)，只是對學(xué)生的能力要求提高了，要真正理解才能變通“聯(lián)系實(shí)際，聯(lián)系生活，聯(lián)系高科技”已成為高考命題的趨勢，考查內(nèi)容體現(xiàn)時代氣息，用新名詞包裝的試題增加試題越來越重視知識的聯(lián)系，體現(xiàn)學(xué)科的綜合性要點(diǎn)歸納一、原子的核式結(jié)構(gòu)盧瑟福根據(jù)粒子散射實(shí)驗(yàn)觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象推斷出了原子的核式結(jié)構(gòu)粒子散射實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象是：絕大多數(shù)粒子穿過金箔后基本上仍沿原來的方向前進(jìn)；極少數(shù)粒子則發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)甚至返回注意，核式結(jié)構(gòu)并沒有指出原子核的組成二、波爾原子模型玻爾理論的主要內(nèi)容：1“定態(tài)假設(shè)”：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些狀態(tài)中，電子雖做變速運(yùn)動，但并不向外輻射電磁波，這樣的相對穩(wěn)定的狀態(tài)稱為定態(tài)定態(tài)假設(shè)實(shí)際上只是給經(jīng)典的電磁理論限制了適用范圍：原子中的電子繞核轉(zhuǎn)動處于定態(tài)時不受該理論的制約2“躍遷假設(shè)”：電子繞核轉(zhuǎn)動處于定態(tài)時不輻射電磁波，但電子在兩個不同定態(tài)間發(fā)生躍遷時，卻要輻射(吸收)電磁波(光子)，其頻率由兩個定態(tài)的能量差值決定hemen3“能量量子化假設(shè)”和“軌道量子化假設(shè)”：由于能量狀態(tài)的不連續(xù)，因此電子繞核轉(zhuǎn)動的軌道半徑也不能任意取值三、原子核的衰變及三種射線的性質(zhì)1衰變與衰變方程衰變：衰變：2和衰變次數(shù)的確定方法先由質(zhì)量數(shù)確定衰變的次數(shù)，再由核電荷數(shù)守恒確定衰變的次數(shù)3半衰期(t)：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間4特征：只由核本身的因素所決定，而與原子所處的物理狀態(tài)或化學(xué)狀態(tài)無關(guān)5規(guī)律：nn06三種射線射線射線射線射線物質(zhì)微粒氦核 電子光子帶電情況帶正電(2e)帶負(fù)電(e)不帶電速度約為c接近c(diǎn)c貫穿本領(lǐng)小(空氣中飛行幾厘米)中(穿透幾毫米厚的鋁板)大(穿透幾厘米厚的鉛板)電離作用強(qiáng)次弱四、核能1愛因斯坦質(zhì)能方程：emc22核能的計(jì)算(1)若m以千克為單位，則：emc2(2)若m以原子的質(zhì)量單位u為單位，則：em931.5 mev3核能的獲取途徑(1)重核裂變：例如 10(2)輕核聚變：例如 聚變的條件：物質(zhì)應(yīng)達(dá)到超高溫(幾百萬度以上)狀態(tài)，故聚變反應(yīng)亦稱熱核反應(yīng)熱點(diǎn)、重點(diǎn)、難點(diǎn)一、玻爾模型能級概念例1氫原子的能級如圖610 所示，已知可見光的光子能量范圍約為1.62 ev3.11 ev，下列說法錯誤的是()圖610a處于n3能級的氫原子可以吸收任意頻率的紫外線，并發(fā)生電離b大量氫原子從高能級向n3能級躍遷時，發(fā)出的光具有顯著的熱效應(yīng)c大量處于n4能級的氫原子向低能級躍遷時，可能發(fā)出6種不同頻率的光d大量處于n4能級的氫原子向低能級躍遷時，可能發(fā)出3種不同頻率的可見光【解析】處于n3能級的氫原子吸收光子而發(fā)生電離的最小能量是1.51 ev，又因紫外線的頻率大于可見光的頻率，所以紫外線的光子能量e3.11 ev，故a正確由能級躍遷理論知，氫原子由高能級向n3能級躍遷時，發(fā)出光子的能量e1.51 ev，所以發(fā)出光子能量小于可見光的光子能量由eh知，發(fā)出光子頻率小于可見光的光子頻率，發(fā)出光子為紅外線，具有較強(qiáng)的熱效應(yīng)，故b正確由能級躍遷理論知，n4能級的氫原子向低能級躍遷時，最多可發(fā)出6種頻率的光子，故c正確由能級躍遷理論知，大量處于n4能級的氫原子向低能級躍遷時，發(fā)出光子的能量分別為：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躍遷時發(fā)出的2種頻率的光子屬于可見光，故d錯誤答案d【點(diǎn)評】原子由定態(tài)n(n2)向低能級躍遷時可能輻射的光子頻率的種類為原子躍遷時，所吸收或釋放的光子能量只能等于兩能級之間的能量差原子電離時，所吸收的能量可以大于或等于某一能級能量的絕對值計(jì)算時應(yīng)注意：因一般取 遠(yuǎn)處為零電勢參考面，故各能級的能量值均為負(fù)值；能量單位 1 ev1.61019 j二、考查衰變、裂變、聚變以及人工轉(zhuǎn)變概念例2現(xiàn)有三個核反應(yīng)：_；_；_完成上述核反應(yīng)方程，并判斷下列說法正確的是()a是裂變，是衰變，是聚變b是聚變，是裂變，是衰變c是衰變，是裂變，是聚變d是衰變，是聚變，是裂變答案3c【點(diǎn)評】原子核自發(fā)地放出某種粒子成為新的原子核，叫做衰變；原子序數(shù)較大的重核分裂成原子序數(shù)較小的原子核，叫做重核裂變；原子序數(shù)很小的原子核聚合成原子序數(shù)較大的原子核，叫做輕核聚變所有核反應(yīng)都遵循質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒的規(guī)律，情況復(fù)雜時可列方程組求解三、核能和質(zhì)量虧損例3某科學(xué)家提出年輕熱星體中核聚變的一種理論，其中的兩個核反應(yīng)方程為q1xq2方程中q1、q2表示釋放的能量，相關(guān)的原子核質(zhì)量見下表：原子核 質(zhì)量/u1.00783.01604.002612.000013.005715.0001下列判斷正確的是2009年高考重慶理綜卷()ax是，q2q1bx是，q2q1cx是，q2q1dx是，q2q1【解析】核反應(yīng)方程：中的質(zhì)量虧損為：m11.0078 u12.0000 u13.0057 u0.0021 u根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒可知：其質(zhì)量虧損為：m21.0078 u15.0001 u12.0000 u4.0026 u0.0053 u根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程得：q1m1c2，q2m2c2故q1q2答案b【點(diǎn)評】要注意u為質(zhì)量單位，并不是能量單位，其中1 u1.66061027 kg,1 uc2931.5 mev四、近代物理中的前沿科技問題近幾年來，高考試題中sts(科學(xué)技術(shù)社會)問題(如反物質(zhì)、中微子、介子、夸克、弗蘭克赫茲實(shí)驗(yàn)等)占有較大的比例，出現(xiàn)了以科技前沿為背景的信息題解決這類試題的關(guān)鍵在于：認(rèn)真閱讀題目、理解題意，捕獲有效信息、刪除干擾信息；仔細(xì)分析問題所描述的物理狀態(tài)或物理過程，并從中建立起相應(yīng)的物理模型；最后運(yùn)用相關(guān)的物理規(guī)律求解例4k介子的衰變方程為k0，其中k介子和介子所帶電荷量為元電荷e，0介子不帶電如圖611所示，兩勻強(qiáng)磁場方向相同，以虛線mn為理想邊界，磁感應(yīng)強(qiáng)度分別為b1、b2今有一個k介子沿垂直于磁場的方向射入勻強(qiáng)磁場b1中，其軌跡為圓弧ap，p在mn上，k在p點(diǎn)時的速度為v，方向與mn垂直在p點(diǎn)該介子發(fā)生了上述衰變，衰變后產(chǎn)生的介子沿速度v的反方向射出，其運(yùn)動軌跡如“心”形圖線所示則以下說法正確的是()圖611a介子的運(yùn)行軌跡為pencmdpb介子運(yùn)行一周回到p用的時間tcb14b2d0介子做勻速直線運(yùn)動【解析】由題意可知，k介子衰變?yōu)榻樽雍?介子后，介子沿速度v的反方向射出，而介子帶負(fù)電，根據(jù)左手定則可以判斷，介子的運(yùn)行軌跡為pdmcnep，則選項(xiàng)a錯誤；設(shè)介子在左右兩側(cè)磁場中做勻速圓周運(yùn)動的半徑分別為r1和r2，運(yùn)動周期分別為t1和t2，由圖可知：，又r1、r2，則b12b2，即選項(xiàng)c錯誤；而t1，t2，則介子運(yùn)行一周回到p所用的時間t t1，即選項(xiàng)b正確；0介子由于不帶電而不受洛倫茲力作用，它將做勻速直線運(yùn)動，即選項(xiàng)d正確綜上所述，選項(xiàng)b、d正確答案bd【點(diǎn)評】本題涉及勻速圓周運(yùn)動、線速度、角速度、周期、向心力、洛倫茲力、左手定則、牛頓第二定律等知識點(diǎn)，考查學(xué)生對上述知識的理解和掌握程度，以及分析、推理的能力和信息處理的能力解決本題的關(guān)鍵在于：先利用左手定則判斷介子的運(yùn)行軌跡，再運(yùn)用洛倫茲力、牛頓第二定律等知識分析求解同類拓展2006年3月24日，由中國自行研究、設(shè)計(jì)的世界上第一個全超導(dǎo)非圓截面托卡馬克east核聚變實(shí)驗(yàn)裝置(又稱“人造太陽”)，如圖612所示，已成功完成首次工作調(diào)試由于它和太陽產(chǎn)生能量的原理相同，都是熱核聚變反應(yīng)，所以被外界稱為“人造太陽”“人造太陽”的原理就是在這臺裝置的真空室內(nèi)加入少量氫的同位素氘和氚，使其在一定條件下發(fā)生聚變反應(yīng)，反應(yīng)過程中會產(chǎn)生巨大的能量核聚變的主要原料是氘和氚，在海水中含量極其豐富則下列說法中錯誤的