高中物理選修35 第十九章原子和原子核復(fù)習(xí)導(dǎo)學(xué)案

1、.人教版高中物理選修3-5原子和原子核復(fù)習(xí)導(dǎo)學(xué)案量子化 理論 湯姆生棗糕模型 湯姆生發(fā)現(xiàn)電子玻爾原子理論 盧瑟福原子核式構(gòu)造模型盧瑟福粒子散射實(shí)驗(yàn)原子可分 經(jīng)典電磁場理論半衰期 氫原子能級衰變、衰變天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)原子核人工轉(zhuǎn)變 能量裂變原子核可分聚變2愛因斯坦質(zhì)能方程E=mC1.粒子散射實(shí)驗(yàn)19091911年，英國物理學(xué)家盧琴福和他的助手們進(jìn)展了粒子散射實(shí)驗(yàn).1實(shí)驗(yàn)裝置如下圖：如下圖，用粒子轟擊金箔，由于金原子中的帶電微粒對粒子有庫倉力作用，一些粒子穿過金箔后改變了運(yùn)動(dòng)方向，這種現(xiàn)象叫做粒子散射.熒光屏可以沿著圖中虛線轉(zhuǎn)動(dòng)，用來統(tǒng)計(jì)向不同方向散射的粒子數(shù)目.全部設(shè)備裝在真空中.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

2、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)，但有少數(shù)粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn).3現(xiàn)象解釋：認(rèn)為原子中的全部正電荷和幾乎所有質(zhì)量都集中到一個(gè)很小的核上，由于核很小，大部分粒子穿過金箔時(shí)都離核很遠(yuǎn)，受到的庫侖力很小，它們的運(yùn)動(dòng)幾乎不受影響.只有少數(shù)粒子從原子核附近飛過，明顯受到原子核的庫侖力而發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn).2.原子的核式構(gòu)造模型內(nèi)容：在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫做原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外的空間運(yùn)動(dòng).說明 核式構(gòu)造模型的實(shí)驗(yàn)根底是粒子散射實(shí)驗(yàn)，從粒子散射的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，估計(jì)原子核半徑的數(shù)量級為10-14m10-15m，而原子半徑的數(shù)量級是10-10m

3、.3.玻爾的原子模型內(nèi)容：玻爾認(rèn)為，圍繞原子核運(yùn)動(dòng)的電子軌道半徑只能是某些分立的數(shù)值，這種現(xiàn)象叫軌道量子化；不同的軌道對應(yīng)著不同的狀態(tài)，在這些狀態(tài)中，盡管電子做變速運(yùn)動(dòng)，卻不輻射能量，因此這些狀態(tài)是穩(wěn)定的；原子在不同的狀態(tài)中具有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的.理解要點(diǎn)：玻爾的原子模型是以假說的形式提出來的，包括以下三方面的內(nèi)容：n E/eV1 -13.63 -1.512 -3.45 -0.584 -0.85軌道假設(shè)：即軌道是量子化的，只能是某些分立的值.定態(tài)假設(shè)：即不同的軌道對應(yīng)著不同的能量狀態(tài)，這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，不向外輻射能量.躍遷假設(shè)：原子在不同的狀態(tài)具有不同的能量，從一個(gè)定

4、態(tài)向另一個(gè)定態(tài)躍遷時(shí)要輻射或吸收一定頻率的光子，該光子的能量，等于這兩個(gè)狀態(tài)的能級差.4.三種射線的比較射線：是氦核He流，速度約為光速的非常之一，在空氣中射程幾厘米，貫穿本領(lǐng)小，電離作用強(qiáng).射線：是高速的電子流，穿透本領(lǐng)較大，能穿透幾毫米的鋁板，電離作用較弱.射線：是高能光子流，貫穿本領(lǐng)強(qiáng)，能穿透幾厘米鉛板，電離作用小.說明 放射性元素有的原子核放出射線，有的放出射線，多余的能量以光子的形式射出.5.衰變定義：放射性元素的原子核由于放出某種粒子而轉(zhuǎn)變?yōu)樾潞说淖兓Q為衰變.衰變規(guī)律：電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒.衰變：XY+He，衰變的本質(zhì)是某元素的原子核放出由兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子組成的粒子即氦核.衰變

5、：XY+e，衰變的本質(zhì)是某元素的原子核內(nèi)的一個(gè)中子變?yōu)橐粋€(gè)質(zhì)子時(shí)放射出一個(gè)電子.衰變：衰變是伴隨衰變或衰變同時(shí)發(fā)生的.衰變不改變原子核的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù).其本質(zhì)是放射性原子核在發(fā)生衰變或衰變時(shí)，產(chǎn)生的某些新核由于具有過多的能量核處于激發(fā)態(tài)而輻射出光子.例3 U衰變后Rn共發(fā)生了 次衰變和 次衰變.解析 根據(jù)衰變規(guī)律，Rn的質(zhì)量數(shù)比U的質(zhì)量數(shù)減少了238-22216，而天然放射只有衰變才能使質(zhì)量數(shù)減少，且每次衰變減少質(zhì)量數(shù)為4，故發(fā)生了16÷44次衰變.因每次衰變核的電荷數(shù)減少2，故由于衰變核 的電荷數(shù)應(yīng)減少4×28.而Rn核的電荷數(shù)僅比U核少了92-866，故說明發(fā)生了2次衰

6、變即92-8+286.答案 發(fā)生了4次衰變，2次衰變.評價(jià) 在分析有關(guān)、衰變的問題時(shí)，應(yīng)抓住每次衰變質(zhì)量數(shù)減4，電荷數(shù)減2和每次衰變時(shí)質(zhì)量數(shù)不變，電荷數(shù)加1這一衰變規(guī)律進(jìn)展分析.6.半衰期定義：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變需要的時(shí)間，叫這種元素的半衰期.說明 1半衰期由放射性元素的原子核內(nèi)部本身的因素決定的，跟原子所處的物理狀態(tài)如壓強(qiáng)、溫度等或化學(xué)狀態(tài)如單質(zhì)或化合物無關(guān).2半衰期只對大量原子核衰變才有意義，因?yàn)榉派湫栽氐乃プ円?guī)律是統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對少數(shù)原子核衰變不再起作用.3確定衰變次數(shù)的方法：設(shè)放射性元素X經(jīng)過n次衰變m次衰變后，變成穩(wěn)定的新元素Y，那么表示核反響的方程為：XY+nHe +m

7、e.根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可列方程兩式聯(lián)立得：由此可見確定衰變次數(shù)可歸結(jié)為解一個(gè)二元一次方程組.7.放射性同位素的應(yīng)用1利用它的射線如利用鈷60放出的很強(qiáng)的射線來檢查金屬內(nèi)部有沒有砂眼和裂紋，這叫射線探傷，利用放射線的貫穿本領(lǐng)理解物體的厚度和密度的關(guān)系，可以用放射性同位素來檢查各種產(chǎn)品的厚度、密封容器中的液面高度，從而自動(dòng)控制消費(fèi)過程，再如利用射線的電離作用，可以消除機(jī)器在運(yùn)轉(zhuǎn)中因摩擦而產(chǎn)生的有害靜電，利用射線殺死體內(nèi)的癌細(xì)胞等.2做示蹤原子如在生物科學(xué)研究方面，同位素示蹤技術(shù)起著非常重要的作用，在人工方法合成牛胰島素的研制、驗(yàn)證方向、示蹤原子起著重要的作用.在輸油管線漏的檢查和對植物生長

8、的檢測方面，示蹤原子都起著重要作用.例4 如圖所示是工廠利用放射線自動(dòng)控制鋁板厚度的裝置示意圖.1請你簡述自動(dòng)控制的原理；2假如工廠消費(fèi)的是厚度為1毫米的鋁板，在、和三種射線中，你認(rèn)為哪一種射線在鋁板的厚度控制中起主要作用，為什么？解析 1放射線具有穿透本領(lǐng)，假如向前運(yùn)動(dòng)的鋁板的厚度有變化，那么探測器接收到的放射線的強(qiáng)度就會(huì)隨之變化，這種變化被轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栞斎氲较鄳?yīng)的裝置，進(jìn)而自動(dòng)控制如上圖中右側(cè)的兩個(gè)輪間的間隔 ，使鋁板的厚度恢復(fù)正常.2射線起主要作用，因?yàn)樯渚€的貫穿本領(lǐng)很小，一張薄紙就能把它擋住，更穿不過1毫米的鋁板；射線的貫穿本領(lǐng)非常強(qiáng)，能穿過幾厘米的鉛板，1毫米左右的鋁板厚度發(fā)生變化時(shí)

9、，透過鋁板的射線強(qiáng)度變化不大；射線的貫穿本領(lǐng)較強(qiáng)，能穿過幾毫米的鋁板，當(dāng)鋁板的厚度發(fā)生變化時(shí)，透過鋁板的射線強(qiáng)度變化較大，探測器可明顯地反響出這種變化，使自動(dòng)化系統(tǒng)做出相應(yīng)的反響.8.核能的計(jì)算1質(zhì)能方程：愛因斯擔(dān)的相對論指出，物體的質(zhì)量和能量存在著親密聯(lián)絡(luò)，即E=mc2.這就是愛因斯坦的質(zhì)能方程.說明 質(zhì)能方程告訴我們質(zhì)量和能量之間存在著簡單的正比關(guān)系.物體的能量增大了，質(zhì)量也增大了；能量減小了，質(zhì)量也減小.且核反響中釋放的能量與質(zhì)量虧損成正比：2核能：核反響中放出的能量稱為核能.3核能的計(jì)算根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，用核子結(jié)合成原子核時(shí)質(zhì)量虧損的千克數(shù)乘以真空中光速的平方.即根據(jù)1原子質(zhì)量單位

10、u相當(dāng)于931.5MeV能量，用核子結(jié)合成原子核時(shí)質(zhì)量虧損的原子質(zhì)量單位數(shù)乘以931.5MeV.即 MeV例5 氮核質(zhì)量mN=14.00753u，氧核質(zhì)量m0=17.00454u，氦核質(zhì)量mHe=4.00387u，質(zhì)子質(zhì)量u，試判斷核反響：N+HeO+H是吸能反響，還是放能反響，能量變化多少？解析 先計(jì)算出質(zhì)量虧損，然后由1u相當(dāng)于931.5MeV能量代入計(jì)算即可.反響前總質(zhì)量 u反響后總質(zhì)量 u因?yàn)榉错懼匈|(zhì)量增加，所以此反響為吸能反響，所吸收能量為：=18.01269-18.01140×931.5 MeV=1.2 MeV例6 一個(gè)靜止的U原子質(zhì)量為232.0372u，放出一個(gè)粒子原

11、子質(zhì)量為4.00260u后，衰變成Th原子質(zhì)量為228.0287u.假設(shè)放出的結(jié)合能完全變成Th核和粒子的動(dòng)能，試計(jì)算粒子的動(dòng)能.剖析 由質(zhì)能方程可計(jì)算釋放的核能，然后結(jié)合動(dòng)量守恒和能量關(guān)系可求解.解析 反響中產(chǎn)生的質(zhì)量虧損u反響中釋放的核能：MeV=5.5MeV在U核衰變過程中的動(dòng)量守恒、能量守恒，那么解以上兩式得：那么粒子的動(dòng)能MeV=5.41MeV9.原子核的人工轉(zhuǎn)變及其三大發(fā)現(xiàn)原子核的人工轉(zhuǎn)變：用人工方法使一種原子核變成另一種原子核的變化.原子核人工轉(zhuǎn)變的三大發(fā)現(xiàn)：1919年盧瑟夫發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反響： N+HeO+H1932年查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反響：一般說來，“老師概念之形成經(jīng)歷了非常

12、漫長的歷史。楊士勛唐初學(xué)者，四門博士?春秋谷梁傳疏?曰：“師者教人以不及，故謂師為師資也。這兒的“師資，其實(shí)就是先秦而后歷代對老師的別稱之一。?韓非子?也有云：“今有不才之子師長教之弗為變其“師長當(dāng)然也指老師。這兒的“師資和“師長可稱為“老師概念的雛形，但仍說不上是名副其實(shí)的“老師，因?yàn)椤袄蠋煴匦枰忻鞔_的傳授知識的對象和本身明確的職責(zé)。 Be+HeC+n其實(shí),任何一門學(xué)科都離不開死記硬背,關(guān)鍵是記憶有技巧,“死記之后會(huì)“活用。不記住那些根底知識,怎么會(huì)向高層次進(jìn)軍?尤其是語文學(xué)科涉獵的范圍很廣,要真正進(jìn)步學(xué)生的寫作程度,單靠分析文章的寫作技巧是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,必須從根底知識抓起,每天擠一點(diǎn)時(shí)間讓學(xué)生“死記名篇佳句、名言警句,以及豐富的詞語、新穎的材料等。這樣,就會(huì)在有限的時(shí)間、空間里給學(xué)生的腦海里注入無限的內(nèi)容。日積月累,積少成多,從而收到水滴石穿,繩鋸木斷的成效。1934年約里奧·居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素和正電子的核反響： Al+He P+n唐宋或更早之前，針對“經(jīng)學(xué)“律學(xué)“算學(xué)和“書學(xué)各科目，其相應(yīng)傳授者稱為“博士，這與當(dāng)今“博士含義已經(jīng)相去甚遠(yuǎn)。而對那些特別講授“武事或講解“經(jīng)籍者，又稱“講師。“教授和“助教均原為學(xué)官稱謂。前者