（高中物理）(三)原子物理

1、(三)原 子 物 理知識(shí)網(wǎng)絡(luò)考點(diǎn)預(yù)測(cè)近代物理局部相對(duì)獨(dú)立，主干知識(shí)是原子的量子化結(jié)構(gòu)和核能，復(fù)習(xí)時(shí)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(shí)進(jìn)行模塊內(nèi)的綜合主要是近代物理知識(shí)與動(dòng)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(duì)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(shí)背景，如“超重元素、“雙電荷交換反響、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(shí)，要引導(dǎo)他們盡力將新情境中的問題與已學(xué)過的知識(shí)聯(lián)系起來，在學(xué)習(xí)心理學(xué)中，就是“圖式

2、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(shí)點(diǎn)，只是對(duì)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，考查內(nèi)容表達(dá)時(shí)代氣息，用新名詞包裝的試題增加試題越來越重視知識(shí)的聯(lián)系，表達(dá)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)粒子穿過金箔后根本上仍沿原來的方向前進(jìn)；極少數(shù)粒子那么發(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：源：高考%資源網(wǎng) KS%5U1“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

3、，電子雖做變速運(yùn)動(dòng)，但并不向外輻射電磁波，這樣的相對(duì)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(dòng)處于定態(tài)時(shí)不受該理論的制約2“躍遷假設(shè)：電子繞核轉(zhuǎn)動(dòng)處于定態(tài)時(shí)不輻射電磁波，但電子在兩個(gè)不同定態(tài)間發(fā)生躍遷時(shí)，卻要輻射(吸收)電磁波(光子)，其頻率由兩個(gè)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(dòng)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)確實(shí)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)

4、發(fā)生衰變所需的時(shí)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)假設(shè)m以千克為單位，那么：Emc2(2)假設(shè)m以原子的質(zhì)量單位u為單位，那么：Em×931.5MeV3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)到達(dá)超高溫(幾百萬度以上)狀態(tài)，故聚變反響亦稱熱核反響熱點(diǎn)、

5、重點(diǎn)、難點(diǎn)一、玻爾模型能級(jí)概念例1氫原子的能級(jí)如圖610所示，可見光的光子能量范圍約為1.62eV3.11eV，以下說法錯(cuò)誤的選項(xiàng)是()圖610A處于n3能級(jí)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(jí)向n3能級(jí)躍遷時(shí)，發(fā)出的光具有顯著的熱效應(yīng)C大量處于n4能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，可能發(fā)出6種不同頻率的光D大量處于n4能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，可能發(fā)出3種不同頻率的可見光【解析】處于n3能級(jí)的氫原子吸收光子而發(fā)生電離的最小能量是1.51eV，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E3.11eV，故A正確由能級(jí)躍遷理論知，氫原子由高能級(jí)向n3能級(jí)躍遷時(shí)，

6、發(fā)出光子的能量E1.51eV，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(jí)躍遷理論知，n4能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，最多可發(fā)出6種頻率的光子，故C正確由能級(jí)躍遷理論知，大量處于n4能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，發(fā)出光子的能量分別為：0.66eV(43)，2.55eV(42),12.75eV(41),1.89eV(32),12.09eV(31)，10.2eV(21)，所以只有32和42躍遷時(shí)發(fā)出的2種頻率的光子屬于可見光，故D錯(cuò)誤答案D【點(diǎn)評(píng)】原子由定態(tài)n(n2)向低能級(jí)躍遷時(shí)可能輻射的光子頻率的種類為原子躍遷

7、時(shí)，所吸收或釋放的光子能量只能等于兩能級(jí)之間的能量差原子電離時(shí)，所吸收的能量可以大于或等于某一能級(jí)能量的絕對(duì)值計(jì)算時(shí)應(yīng)注意：因一般取遠(yuǎn)處為零電勢(shì)參考面，故各能級(jí)的能量值均為負(fù)值；能量單位1eV1.6×1019J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(gè)核反響：_；_；_完成上述核反響方程，并判斷以下說法正確的選項(xiàng)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(píng)】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

8、的原子核，叫做輕核聚變所有核反響都遵循質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒的規(guī)律，情況復(fù)雜時(shí)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(gè)核反響方程為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以下判斷正確的選項(xiàng)是年高考·理綜卷()AX是，Q2>Q1BX是，Q2>Q1CX是，Q2<Q1DX是，Q2<Q1【解析】核反響方程：中的質(zhì)量虧損為：m11.0078u12.0000u13.0057u0.0021u根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)

9、守恒可知：其質(zhì)量虧損為：m21.0078u15.0001u12.0000u4.0026u0.0053u根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程得：Q1m1c2，Q2m2c2故Q1Q2答案B【點(diǎn)評(píng)】要注意u為質(zhì)量單位，并不是能量單位，其中1u1.6606×1027 kg,1uc2931.5MeV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(huì))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

10、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(chǎng)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(gè)K介子沿垂直于磁場(chǎng)的方向射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)B1中，其軌跡為圓弧AP，P在MN上，K在P點(diǎn)時(shí)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(dòng)軌跡如“心形圖線所示那么以下說法正確的選項(xiàng)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(shí)間TCB14B2D0介子做勻速直線運(yùn)動(dòng)【解析】由題意可知，K介子衰變?yōu)榻樽雍?介子后，

11、介子沿速度v的反方向射出，而介子帶負(fù)電，根據(jù)左手定那么可以判斷，介子的運(yùn)行軌跡為PDMCNEP，那么選項(xiàng)A錯(cuò)誤；設(shè)介子在左右兩側(cè)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑分別為R1和R2，運(yùn)動(dòng)周期分別為T1和T2，由圖可知：，又R1、R2，那么B12B2，即選項(xiàng)C錯(cuò)誤；而T1，T2，那么介子運(yùn)行一周回到P所用的時(shí)間TT1，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(dòng)，即選項(xiàng)D正確綜上所述，選項(xiàng)B、D正確答案BD【點(diǎn)評(píng)】此題涉及勻速圓周運(yùn)動(dòng)、線速度、角速度、周期、向心力、洛倫茲力、左手定那么、牛頓第二定律等知識(shí)點(diǎn)，考查學(xué)生對(duì)上述知識(shí)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此題的關(guān)鍵在于：先利用左手定那么判斷介子的運(yùn)行軌跡，再運(yùn)用洛倫茲力、牛頓第二定律等知識(shí)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(gè)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，都是熱核聚變反響，所以被外界稱為“人造太陽“人造太陽的原理就是在這臺(tái)裝置的真空室內(nèi)參加少量氫的同位素氘和氚，使其在一定條件下發(fā)生聚變反響，反響過程中會(huì)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那么以下說法中錯(cuò)誤的選項(xiàng)是(