原子和原子核

第十五章原子和原子核●考點指要知識點要求程度1.α粒子散射實驗.原子的核式結(jié)構(gòu).Ⅰ2.氫原子的能級結(jié)構(gòu).Ⅱ3.氫原子的電子云.光子的發(fā)射和吸收.Ⅰ4.天然放射現(xiàn)象.α射線、β射線、γ射線.半衰期.Ⅰ5.原子核的人工轉(zhuǎn)變.原子核的組成.核反應(yīng)方程，放射性同位素及其應(yīng)用.Ⅰ6.放射性污染和防護.Ⅰ7.核能、質(zhì)量虧損.愛因斯坦的質(zhì)能方程.Ⅱ8.核反應(yīng)堆.核電站.Ⅰ9.重核的裂變.鏈式反應(yīng).輕核的聚變.Ⅰ10.可控?zé)岷朔磻?yīng).Ⅰ●復(fù)習(xí)導(dǎo)航本章以人們認識微觀世界的過程為線索，介紹了歷史上著名的實驗及根據(jù)實驗得出的關(guān)于原子結(jié)構(gòu)和原子核組成的基礎(chǔ)知識.高考對該部分知識要求較低，但每年均有試題涉及.其中以原子能級、核反應(yīng)方程和質(zhì)能方程等命題頻率較高.其次對物理學(xué)史、著名實驗和重要的物理學(xué)理論等，近幾年高考中也時有出現(xiàn).其他知識點，試題呈交替出現(xiàn)情況.因此，對本章的復(fù)習(xí)應(yīng)注意既突出重點，又不丟細節(jié).本章知識分成兩個單元組織復(fù)習(xí)：(Ⅰ)原子結(jié)構(gòu).能級;(Ⅱ)原子核反應(yīng).核能.第Ⅰ單元原子結(jié)構(gòu)·能級●知識聚焦一、原子的核式結(jié)構(gòu)1.α粒子散射現(xiàn)象絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍能沿原來方向前進，少數(shù)α粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)，并且有極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)角超過了90°，有的甚至被彈回，偏轉(zhuǎn)角幾乎達到180°.2.原子的核式結(jié)構(gòu)盧瑟福對α粒子散射實驗結(jié)果進行了分析，于1911年提出了原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說：在原子的中心有一個很小的核，叫做原子核，原子的全部正電荷和幾乎所有的質(zhì)量都集中在原子核里，帶負電的電子在核外空間里繞著核旋轉(zhuǎn).原子核所帶的單位正電荷數(shù)等于核外的電子數(shù).原子的半徑大約是10-10m，原子核的大小約為10-15m～10-14m.二、玻爾的原子模型1.玻爾假說提出的背景：經(jīng)典電磁理論在解釋原子結(jié)構(gòu)時碰上了無法克服的困難，原子為什么是穩(wěn)定的？原子光譜為什么不是連續(xù)光譜？玻爾假說的貢獻，就是成功解釋了經(jīng)典理論無法解釋的這些問題.玻爾假說的核心，是引入了量子化理論，從而找到了描繪微觀世界的一條重要規(guī)律.2.玻爾假說的內(nèi)容：(1)軌道量子化：原子核外電子的可能軌道是某些分立的數(shù)值.(2)能量狀態(tài)量子化；原子只能處于與軌道量子化對應(yīng)的不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些狀態(tài)中，原子是穩(wěn)定的，不輻射能量.(3)躍遷假說：原子從一種能級向另一種能級躍遷時，吸收（或輻射）一定頻率的光子，光子能量E=hν=E2-E1.三、氫原子能級氫原子在各個能量狀態(tài)下的能量值，叫做它的能級.最低的能級狀態(tài)，即電子在離原子核最近的軌道上運動的狀態(tài)叫做基態(tài)，處于基態(tài)的原子最穩(wěn)定.其他能級叫激發(fā)態(tài).四、原子光譜及應(yīng)用1.原子光譜：元素在稀薄氣體狀態(tài)下的光譜是分立的線狀譜，由一些特定頻率的波組成，又叫原子光譜.2.原子光譜的應(yīng)用：每種元素的原子光譜都有自己的一組特定譜線，應(yīng)用光譜分析可以確定物質(zhì)成分.五、電子云玻爾模型引入了量子化觀點，但不完善.在量子力學(xué)中，核外電子并沒有確定的軌道，玻爾的電子軌道，只不過是電子出現(xiàn)概率最大的地方.把電子的概率分布用圖象表示時，用小黑點的稠密程度代表概率的大小，其結(jié)果如同電子在原子核周圍形成云霧，稱為“電子云”.●疑難辨析1.氫原子各定態(tài)的能量值，為電子繞核運動的動能Ek和電勢能Ep的代數(shù)和.由En＝和E1＝eV可知，氫原子各定態(tài)的能量值均為負值.因此，不能根據(jù)氫原子的能級公式En＝得出氫原子各定態(tài)能量與n2成反比的錯誤結(jié)論.2.原子的躍遷條件：hν＝E初－E終只適用于光子和原子作用而使原子在各定態(tài)之間躍遷的情況，對于光子和原子作用而使原子電離，則不受此條件的限制.如基態(tài)氫原子的電離能為eV，只要大于或等于eV的光子都能被基態(tài)的氫原子吸收而發(fā)生電離，只不過入射光子的能量越大，原子電離后產(chǎn)生的自由電子的動能越大.3.原子處于激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定的，會自發(fā)地向基態(tài)或其他較低能級躍遷.由于這種自發(fā)躍遷的隨機性，一個原子會有多種可能的躍遷.若是一群原子處于激發(fā)態(tài)，則各種可能躍遷都會發(fā)生，所以我們會同時得到該種原子的全部光譜線.●典例剖析［例1］在α粒子穿過金箔發(fā)生大角度散射的過程中，下列的哪些說法是正確的A.α粒子一直受到金原子核的斥力作用 B.α粒子的動能不斷減小C.α粒子的電勢能不斷增大 D.α粒子發(fā)生散射，是與電子碰撞的結(jié)果【解析】α粒子一直受到原子核的斥力作用，動能先減小后增大，電勢能先增大后減小.α粒子的質(zhì)量M遠大于電子質(zhì)量mｅ（M＝4×1837me)，與電子相碰后運動狀態(tài)基本保持不變.所以，應(yīng)選答案A.【思考】(1)只有很少的一部分α粒子發(fā)生大角度散射的事實，說明了原子具有什么樣的結(jié)構(gòu)?(2)圖15—1—1為該實驗中金原子核和兩個α粒子的徑跡，哪幅圖是正確的?圖15—1—1(3)若將實驗中的金箔改為鋁箔，而其他條件不變，α粒子的散射角如何變化?【思考提示】（1）原子有一個很小的核.（2）A圖正確.（3）同等情況的α粒子的散射角將變小.【設(shè)計意圖】通過本例說明α粒子的散射規(guī)律.(1)有一群氫原子處于量子數(shù)n=3的激發(fā)態(tài).畫一能級圖，在圖上用箭頭標明這些氫原子能發(fā)出哪幾條光譜線.(2)計算這幾條光譜線中最長的波長.圖15—1—2【解析】(1)由于這群氫原子的自發(fā)躍遷輻射，會得到三條光譜線，如能級圖15圖15—1—2(2)三條光譜線中波長最長的光子能量最小，發(fā)生躍遷的兩個能級的能量差最小，根據(jù)氫原子能級的分布規(guī)律可知，氫原子一定是從n=3的能級躍遷到n=2的能級.設(shè)波長為λ，由ｈ＝E3－E2得λ＝m＝×10-7m【說明】(1)原子物理中的計算問題數(shù)據(jù)較為冗繁，運算很易出錯.這里的計算問題在高考題中一般是以填空題的形式出現(xiàn).所以在運算中一定既要細心又要有耐心才行，不然就可能因為最后結(jié)果有誤而前功盡棄.(2)注意公式中各量的單位，計算頻率、波長時，能量單位“電子伏(eV)”要化成“焦(J)”.【設(shè)計意圖】通過本例說明氫原子能級及利用該能級計算氫原子從一能級躍遷到另一能級時吸收或放出光子的能量、頻率、波長的方法.●反饋練習(xí)★夯實基礎(chǔ)1.對α粒子散射實驗裝置的描述①主要實驗器材有：放射源、金箔、熒光屏、顯微鏡②金箔的厚薄對實驗無影響③如果改用鋁箔就不能發(fā)生散射現(xiàn)象④實驗裝置放在真空中以上說法正確的是A.①② B.③④ C.①④ D.②③【解析】α粒子散射實驗是指用α粒子轟擊很薄的金箔（或鋁箔）物質(zhì)層，通過觀察α粒子穿過物質(zhì)層后的偏轉(zhuǎn)情況，獲得原子結(jié)構(gòu)的信息.為準確觀察α粒子偏轉(zhuǎn)情況，熒光屏和顯微鏡能夠圍繞金箔轉(zhuǎn)動，且整個裝置放在真空容器中.【答案】C2.在盧瑟福的α粒子散射實驗中，有少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，其原因是A.原子的絕大部分質(zhì)量和全部正電荷集中在一個很小的核上B.正電荷在原子中是均勻分布的C.原子中存在著帶負電的電子D.原子只能處在一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中【解析】由于原子的全部正電荷和絕大部分質(zhì)量都集中在一個很小的核上，當(dāng)α粒子穿過原子時，接近或正碰原子核的機會極少，所以只能有少數(shù)的α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn).【答案】A3.氫原子輻射出一個光子后，根據(jù)玻爾理論，下列判斷正確的是A.電子繞核旋轉(zhuǎn)的半徑增大 B.電子的動能減少C.氫原子的電勢能增大 D.氫原子的能級減小【解析】氫原子輻射出一個光子是由繞核運轉(zhuǎn)的電子由外層軌道向內(nèi)層軌道躍遷產(chǎn)生的，即由高能級向低能級躍遷產(chǎn)生的，故A、C錯D對.由ke2/rn2＝mvn2/rn得：Ekn=mvn2=ke2/2rn，B錯.【答案】D4.氫原子從第4能級躍遷到第2能級發(fā)出藍光，那么，當(dāng)氫原子從第5能級躍遷到第2能級應(yīng)發(fā)出A.Ｘ射線 B.紅光 C.黃光 D.紫光【解析】由于E5－E2＞E4－E2，所以該光子的能量比藍光的大.【答案】D圖15—1—35.氫原子能級圖的一部分如圖15—1—3所示，a、b、c分別表示氫原子在不同能級之間的三種躍遷途徑，設(shè)在a、b、c三種躍遷過程中，放出光子的能量和波長分別是Ea、Eb、Ec和λa、λb圖15—1—3①λb=λa+λc②③λb=λa·λc④Eb=Ea+Ec以上關(guān)系正確的是A.①③ B.②④ C.只有① D.③④【解析】由玻爾理論知，Eb=Ea+Ec,又因為h得，.故②④對，選B.【答案】B6.用經(jīng)典的電磁理論解釋盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)，會產(chǎn)生的錯誤結(jié)論是：(1)_________，(2)_______.【答案】（1）原子應(yīng)是不穩(wěn)定的（2）原子光譜應(yīng)為連續(xù)光譜★提升能力7.玻爾模型給出氫原子核外電子的兩個可能軌道的半徑之比為r1∶r2＝1∶4，則兩軌道上電子的周期之比T1∶T2＝______，線速度大小之比為______.【解析】電子繞核運動時應(yīng)有k·r ①k ②由①式可得T1∶T2＝1∶8，由②式可得v1∶v2=2∶1【答案】1∶82∶18.欲使處于基態(tài)的氫原子激發(fā)，下列措施可行的是①用eV的光子照射②用11eV的光子照射③用14eV的光子照射④用11eV的電子碰撞A.①② B.②③ C.①③④ D.②③④【解析】由原子的躍遷條件知①對，基本氫原子的電離能為eV，只要大于或等于eV的光子都能被氫原子吸收而發(fā)生電離，只不過入射光子能量越大，原子電離后的自由電子的動能越大，故③對.對于入射粒子和原子碰撞情況，只要入射粒子的動能大于或等于原子某兩定態(tài)能量之差，也可以使原子受激發(fā)而向較高能級躍遷，故④對,應(yīng)選C.【答案】C9.已知鈉的極限頻率為×1014Hz，今用一群處于n＝4的激發(fā)態(tài)的氫原子的發(fā)射光譜照射鈉，試通過計算說明，氫光譜中有幾條譜線可使鈉發(fā)生光電效應(yīng)?【解析】鈉的逸出功W=hν=×10-34××1014J=eV氫原子n=1至n=4的能級：n=1,E1＝－eVn=2,E2＝＝eVn=3,E3＝＝eVn=4,E4＝＝eV由n=4，躍遷到n=1放出的光子的能量E4,1＝－eV－（－）eV＝eV＞eV同理，E3,1＝－eV－（－）eV＝eV＞eVE2,1＝－eV－（－）eV＝eV＞eVE4,2＝－eV－（－）eV＝eV＞eVE3,2＝－eV－（－）eV＝eV＜eVE4,3＝－eV－（－）eV＝eV＜eV所以，處于n=4的激發(fā)態(tài)的氫原子的光譜中，只有E4,1、E3,1、E2,1、E4,2四條譜線可使鈉發(fā)生光電效應(yīng).【答案】有四條譜線可使鈉發(fā)生光電效應(yīng)第Ⅱ單元原子核反應(yīng)·核能●知識聚焦核反應(yīng)雖然有成千上萬，但是根據(jù)其特點可分為四種基本類型：衰變、人工轉(zhuǎn)變、輕核聚變和重核裂變.一、衰變原子核自發(fā)地放出某種粒子而轉(zhuǎn)變?yōu)樾潞说淖兓凶鲈雍说乃プ?放射性元素衰變時放出的射線共有三種：α射線、β射線和γ射線，其射線的本質(zhì)和性質(zhì)如下表：種類本質(zhì)電離本領(lǐng)穿透本領(lǐng)α射線He最強最弱(空氣中幾厘米或一張薄紙)β射線e較弱很強(幾毫米的鋁板)γ射線光子最弱最強(幾厘米的鉛板)按照衰變時放出粒子不同又分為α衰變和β衰變，其核反應(yīng)方程如：U→Th＋He（α衰變）Th→Pa＋e（β衰變)半衰期是放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變需要的時間.它表示放射性元素衰變的快慢.半衰期是由核本身的因素決定的，與它所處的物理狀態(tài)或化學(xué)狀態(tài)無關(guān).不同的放射性元素半衰期不同.二、人工轉(zhuǎn)變原子核在其他粒子作用下變成另一種原子核的變化稱為人工轉(zhuǎn)變.利用原子核的人工轉(zhuǎn)變，人們發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子、中子，認清了原子核的結(jié)構(gòu)，并且制造了上千種放射性同位素，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療和科研的許多方面得到廣泛的應(yīng)用.著名的方程式如：N＋He→O＋H（盧瑟福，發(fā)現(xiàn)質(zhì)子）Be＋He→6C＋U(查德威克，發(fā)現(xiàn)中子)三、重核裂變重核裂變：是重核分裂成中等質(zhì)量的核的反應(yīng)過程.如：U＋U→54Xe＋Sr＋10n.由于中子的增值使裂變反應(yīng)能持續(xù)地進行的過程稱為鏈式反應(yīng).發(fā)生鏈式反應(yīng)的條件是：裂變物質(zhì)的體積＞臨界體積.裂變的應(yīng)用：原子彈、原子反應(yīng)堆.四、輕核聚變輕核聚變是輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的反應(yīng)過程.如：H＋H→He＋U.發(fā)生聚變反應(yīng)的條件是：超高溫(幾百萬度以上)——熱核反應(yīng).聚變的應(yīng)用：氫彈、可控?zé)岷朔磻?yīng).五、核能1.核力：為核子間作用力.其特點為短程強引力：作用范圍為×10-15m，只在相鄰的核子間發(fā)生作用.2.核能：核子結(jié)合為原子核時釋放的能量或原子核分解為核子時吸收的能量，叫做原子核的結(jié)合能，亦稱核能.3.質(zhì)能方程、質(zhì)量虧損愛因斯坦質(zhì)能方程E＝mc2說明物體的質(zhì)量和能量之間存在著一定的關(guān)系，一個量的變化必然伴隨著另一個量的變化.核子在結(jié)合成原子核時放出核能，因此，原子核的質(zhì)量必然比組成它的核子的質(zhì)量和要小Δm，這就是質(zhì)量虧損.由質(zhì)量虧損可求出釋放的核能ΔE＝Δmc2；反之，由核能也可求出核反應(yīng)過程的質(zhì)量虧損.●疑難辨析1.原子核既然是由質(zhì)子和中子組成的，那么為什么還會從原子核里發(fā)射出α粒子、β粒子?實際上，發(fā)射出來的α粒子和β粒子仍是原子核內(nèi)的質(zhì)子和中子結(jié)合或轉(zhuǎn)化而成的.α粒子是原子核內(nèi)的2個質(zhì)子和2個中子結(jié)合在一起發(fā)射出來的，β粒子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時產(chǎn)生并發(fā)射出來的.所以不能因為從原子核中發(fā)射出α粒子和β粒子就認為原子核也是由它們組成的.2.質(zhì)量數(shù)守恒和核電荷數(shù)守恒是我們書寫核反應(yīng)方程的重要依據(jù)，但要以核反應(yīng)的事實為基礎(chǔ)，不能僅僅根據(jù)該兩條守恒定律隨意書寫事實上不存在的核反應(yīng)方程.另外，核反應(yīng)通常是不可逆的，方程中只能用箭頭“→”連接并指示反應(yīng)方向，而不能用等號“＝”連接.相當(dāng)于3.ΔΕ＝Δmc2是計算核能的常用方法.在具體應(yīng)用中要注意單位制的統(tǒng)一及不同單位的換算.若質(zhì)量單位取原子質(zhì)量單位u，則：相當(dāng)于MeV——MeV——該結(jié)論亦可在計算中直接應(yīng)用.1u＝×10-27kg另外，在無光子輻射的情況下，核反應(yīng)中釋放的核能轉(zhuǎn)化為生成的新核和新粒子的動能.因而在此情況下可應(yīng)用力學(xué)原理——動量守恒和能量守恒來計算核能.●典例剖析［例1］Th（釷）經(jīng)過一系列α和β衰變，變成Pb（鉛），下列說法正確的是A.鉛核比釷核少8個質(zhì)子B.鉛核比釷核少16個中子C.共經(jīng)過4次α衰變和6次β衰變D.共經(jīng)過6次α衰變和4次β衰變【解析】由于β衰變不會引起質(zhì)量數(shù)的減少，故可先根據(jù)質(zhì)量數(shù)的減少確定α衰變的次數(shù)為：x==6再結(jié)合核電荷數(shù)的變化情況和衰變規(guī)律來判定β衰變的次數(shù)y應(yīng)滿足：2x-y=90-82=8所以y=2x-8=4即答案D是正確的.【思考】（1）每發(fā)生一次α衰變或β衰變，生成的新核與衰變前的核相比在元素周期表中的位置如何變化？（2）某種放射性元素發(fā)生β衰變后，其化學(xué)性質(zhì)是否發(fā)生變化？（3）如何利用磁場和電場確定α射線和β射線？【思考提示】（1）發(fā)生一次α衰變，質(zhì)子數(shù)減2，產(chǎn)生的新核在元素周期表中向前移兩位.發(fā)生一次β衰變，質(zhì)子數(shù)增1，產(chǎn)生的新核在元素周期表中向后移一位.（2)發(fā)生β衰變后元素變成了另外一種元素，化學(xué)性質(zhì)發(fā)生了變化.(3)α射線垂直進入電場后沿著電場方向偏轉(zhuǎn)，γ射線垂直進入電場后，逆著電場方向偏轉(zhuǎn).α射線、β射線垂直進入磁場后，可根據(jù)左手定則確定.【設(shè)計意圖】通過本例說明α衰變和β衰變的規(guī)律.［例2］已知氘核質(zhì)量為u，中子質(zhì)量為u，He核的質(zhì)量為u.(1)寫出兩個氘核聚變成He的核反應(yīng)方程.(2)計算上述核反應(yīng)中釋放的核能.(3)若兩氘核以相等的動能MeV做對心碰撞即可發(fā)生上述核反應(yīng)，且釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為機械能，則反應(yīng)中生成的He核和中子的動能各是多少?【解析】應(yīng)用質(zhì)量數(shù)守恒和核電荷數(shù)守恒不難寫出核反應(yīng)方程為：H＋H→He＋n由題給條件可求出質(zhì)量虧損為：Δm＝u×2－（＋）u＝u所以釋放的核能為ΔE＝Δmc2＝×MeV＝MeV.因為該反應(yīng)中釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為機械能——即轉(zhuǎn)化為He核和中子的動能.若設(shè)He核和中子的質(zhì)量分別為m1、m2，速度分別為v1、v2，則由動量守恒及能的轉(zhuǎn)化和守恒定律，得m1v1－m2v2＝0Ek1＋Ek2＝2Ek0＋ΔE解方程組，可得：Ek1＝（2Ek0＋ΔE）＝×（2×＋）MeV＝MeV，Ek2＝（2Ek0＋ΔE）＝×（2×＋）MeV＝MeV.【說明】本題是一個綜合性的題目，它涉及到核反應(yīng)方程的書寫、核能的計算、動量守恒定律和能量守恒定律等內(nèi)容，另外此類題目計算繁雜，單位換算也較多，運算過程應(yīng)細心謹慎.【設(shè)計意圖】通過本例說明綜合應(yīng)用質(zhì)量方程及有關(guān)的力學(xué)規(guī)律分析計算原子核反應(yīng)過程中的核能的方法.●反饋練習(xí)★夯實基礎(chǔ)1.如圖15—2—1所示，R是一種放射性物質(zhì)，虛線框內(nèi)是勻強磁場B，LL′是一厚紙板，MM′是熒光屏，實驗時，發(fā)現(xiàn)在熒光屏O、P兩處有亮斑，則此時磁場方向、到達O點的射線、到達P點的射線與實驗相符的有圖15—2—1磁場方向到達O點射線到達P點射線ABCD豎直向上豎直向下垂直紙面向內(nèi)垂直紙面向外β射線α射線γ射線γ射線α射線β射線β射線γ射線【解析】由三種射線的本質(zhì)知，γ射線在磁場中不偏轉(zhuǎn).故D錯.α、β射線垂直進入磁場發(fā)生偏轉(zhuǎn)，由左手定則知，A、B錯.【答案】C圖15—2—22.如圖15—2—2所示，x為一未知放射源，P為薄鋁箔，當(dāng)x放射源穩(wěn)定時，計數(shù)器的計數(shù)率（單位時間內(nèi)的接受射線的次數(shù)）穩(wěn)定.現(xiàn)在將磁場移開，發(fā)現(xiàn)計數(shù)器的計數(shù)率沒有什么變化，然后抽走圖15—2—2A.純β粒子放射源B.純γ粒子放射源C.α粒子和β粒子的混合放射源D.α粒子和γ粒子的混合放射源【答案】D3.聯(lián)合國環(huán)境公署對科索沃地區(qū)的調(diào)查表明，北約對南聯(lián)盟進行的轟炸中，大量使用了貧鈾炸彈.貧鈾是從金屬中提煉鈾235以后的副產(chǎn)品，其主要成分為鈾238，貧鈾炸彈貫穿力是常規(guī)炸彈的9倍，殺傷力極大，而且殘留物可長期危害環(huán)境.下列關(guān)于其殘留物長期危害環(huán)境的理由正確的是①由于爆炸后的彈片存在放射性，對環(huán)境產(chǎn)生長期危害②爆炸后的彈片不會對人體產(chǎn)生危害③鈾238的衰變速率很快④鈾的半衰期很長A.①② B.③ C.①④ D.②④【解析】貧鈾彈主要成分為鈾238，是放射性元素，且半衰期長.故①、④對，選C.【答案】C年美國的貝特和德國的魏扎克研究發(fā)現(xiàn)，太陽在高溫和高速運動的條件下內(nèi)部進行著熱核反應(yīng).太陽里的這種熱核反應(yīng)現(xiàn)在已經(jīng)能在地球上通過人工的方法來完成，那就是氫彈的制造.氫彈就是模仿太陽里熱核反應(yīng)制造的.其反應(yīng)原理為：H＋H→He＋U，使用氘(H)和氚(H)在極高的溫度下使這兩個氫原子核聚變成氦原子(He)，并放出一個中子(U)，同時產(chǎn)生數(shù)百倍于原子彈的能量①氘和氚是質(zhì)量數(shù)不同、質(zhì)子數(shù)相同的氫的兩種元素②通常所說的氫元素是指H③H、H、H是氫的三種同位素，是同一元素的三種原子④H與H的化學(xué)性質(zhì)幾乎完全相同以上說法正確的是A.①② B.①③ C.①④ D.②③④【解析】同位素是指同一元素中質(zhì)量數(shù)（中子數(shù)）不同的原子.【答案】D5.一個原子核經(jīng)一次α衰變和一次β衰變生成穩(wěn)定的核Z，其衰變過程為，下面關(guān)系式中，正確的是①a=e+4 ②c=e③d=f-1 ④b=f+2A.①②③ B.②③④ C.①③④ D.①②④【解析】α衰變：,β衰變：知，a=e+4,c=e,d=f-1,b=f+1【答案】A年8月12日，俄羅斯“庫爾斯克”號多功能核動力潛艇在巴倫支海域遇難，艇上118名官兵全部葬身海底，消息傳出后全世界為之震驚.該艇重達×104t,長150m，屬于949級（“奧斯卡級”），是對付編隊航母的主要艦艇，是世界上最大的核潛艇之一.（1）該潛艇的動力來源為A.放射性元素衰變釋放的能量B.中子擊中鈾238的人工轉(zhuǎn)變放出的能量C.重核裂變釋放的能量D.輕核聚變釋放的能量(2)下式為核動力反應(yīng)堆中的一個反應(yīng)式，請完成該反應(yīng)方程式：U＋n→Nd+Zr+n+e+(中為反中微子，質(zhì)量和電荷數(shù)均為零）【解析】核反應(yīng)方程遵守質(zhì)量數(shù)，電荷數(shù)守恒.【答案】(1)C(2)Zr7.關(guān)于核力，下列說法中正確的是①原子核內(nèi)每個核子只跟與它們相鄰的核子間才有核力作用②核力既可能是引力，又可能是斥力③核力對核子做正功，原子核要釋放核能④原子核內(nèi)的某一核子與其他核子間都有核力作用A.①③ B.②④ C.①② D.③④【解析】核力是把原子核內(nèi)各核子緊緊地拉在一起的引力，故②錯.核力只在×10-15m短距離起作用，所以①對④錯.核力結(jié)合成原子核時，核力對核子做正功，放出一定的能量，③對，選A.【答案】A8.勻強磁場中有一個靜止的氮核N，被與磁場方向垂直、速度為v的α粒子擊中形成復(fù)合核，然后沿相反方向釋放出一個速度也為v的質(zhì)子，則①質(zhì)子與反沖核的動能之比為17∶25②質(zhì)子與反沖核的動量大小之比為1∶5③質(zhì)子與反沖核的動量大小之比為8∶17④質(zhì)子與反沖核在磁場中旋轉(zhuǎn)頻率之比為17∶8以上說法正確的是A.①② B.③④ C.①③ D.②④【解析】粒子轟擊N形成復(fù)合核，再釋放一質(zhì)子形成反沖核的過程中動量守恒，故②對，由Ek=知，①對，由T=知④錯.【答案】A9.圖15—2—3所示為云室內(nèi)用α粒子轟擊氮核發(fā)現(xiàn)質(zhì)子時拍攝的照片.則______是發(fā)生核反應(yīng)前α粒子的徑跡，______是質(zhì)子的徑跡，______是新核的徑跡；核反應(yīng)方程為______.圖15—2—3【解析】由發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程：N+He→O+H知，α粒子碰后徑跡不再存在，分叉前徑跡b為α粒子碰前徑跡.因氧核質(zhì)量大，故其徑跡短粗.H質(zhì)量小，故其徑跡細長.所以a為新核徑跡，c為質(zhì)子徑跡.【答案】bcaHｅ＋N→H＋O10.如圖15—2—4所示為盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核實驗的示意圖，容器C中充進_______，F(xiàn)為鋁箔，S為熒光屏，M為顯微鏡，通過顯微鏡，看到熒光屏上出現(xiàn)的閃光是______擊中熒光屏產(chǎn)生的，容器中除了充入物質(zhì)外，還有_______.圖15—2—4【解析】盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程：N+He→O+H【答案】氮氣質(zhì)子放射性物質(zhì)★提升能力11.現(xiàn)在科學(xué)家們正在設(shè)法探尋“反物質(zhì)”.所謂“反物質(zhì)”是由“反粒子”組成，“反粒子”與其對應(yīng)的正粒子具有相同的質(zhì)量和電量，但電荷的符號相反，例如正電子就是電子的“反粒子”.據(jù)此，若有反質(zhì)子存在，它的質(zhì)量數(shù)應(yīng)為_______，元電荷的電量是×10-19C，則反質(zhì)子的帶電量為_______.【解析】質(zhì)子的質(zhì)量數(shù)為1，帶電量為×10-19C,所以反質(zhì)子的質(zhì)量數(shù)為1，帶電量也為×10-19C,電性相反.【答案】1×10-19C12.鈾核(U)裂變生成鋇（Ba）和氪（Kr），已知U、Ba、Kr和中子的質(zhì)量分別是u,u,u和u.（1）寫出鈾裂變反應(yīng)方程，并計算一個鈾235裂變時放出的能量；（2）我國秦山核電站功率為3×105kW，假設(shè)鈾235能夠完全裂變，其中一半的核能轉(zhuǎn)化為電能，以上述裂變反應(yīng)來估算電站一年消耗多少鈾235？【解析】（1）U＋n→Ba+Kr+3n,由質(zhì)能方程：ΔE＝Δmc2可計算出一個鈾235裂變放出能量為×10-11J.（2）由N××10-11J=Pt,m=×102kg【答案】（1）U＋n→Ba+Kr+3n×10-11J（2）×102kg※圖15—2—513.在暗室的真空裝置中做如下實驗：在豎直放置的平行金屬板間的勻強電場中，有一個能產(chǎn)生α、β、γ三種射線源，從射線源射出的一束射線垂直于電場方向射入電場，如圖15圖15—2—5(1)上面的印像紙有幾個暗斑?各是什么射線的痕跡?(2)下面的印像紙顯出一串三個暗斑，試估算中間暗斑與兩邊暗斑的距離之比?(3)若在此空間再加上與電場方向垂直的勻強磁場，一次使α射線不偏轉(zhuǎn)，一次使β射線不偏轉(zhuǎn)，則兩次所加勻強磁場的磁感應(yīng)強度之比是多少?(已知：mα=4u,mβ＝ｕ，vα＝，vβ＝c)【解析】(1)2個暗斑，分別是β、γ射線的痕跡，因這兩種射線穿透性強.(2)由h=v0ts＝at2a=所以sα∶sβ＝5∶84(3)qBv=qE所以【答案】（1）兩個暗斑；分別是β、γ射線的痕跡（2）5∶84(3)章末綜合講練●知識網(wǎng)絡(luò)●高考試題一、原子結(jié)構(gòu)1.（2022年新課程理科綜合）下面列出的是一些核反應(yīng)方程P→Si+XBe+H→B+YHe+He→Li+Z其中是質(zhì)子，Y是中子，Z是正電子是正電子，Y是質(zhì)子，Z是中子是中子，Y是正電子，Z是質(zhì)子是正電子，Y是中子，Z是質(zhì)子【解析】由核反應(yīng)方程中電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可知選項D正確.【答案】D2.（2022年上海高考）盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)理論的主要內(nèi)容有A.原子的中心有個核，叫原子核B.原子的正電荷均勻分布在整個原子中Ｃ.原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里Ｄ.帶負電的電子在核外繞著核旋轉(zhuǎn)【解析】盧瑟福原子核式結(jié)構(gòu)理論的主要內(nèi)容是：在原子的中心有一個很小的核，叫原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都是集中在原子核里，帶負電的電子在核外空間里繞核旋轉(zhuǎn)，故B錯ACD對.【答案】ACD3.(2022年全國高考)按照玻爾理論，下列關(guān)于氫原子的論述正確的是A.第m個定態(tài)和第n個定態(tài)的軌道半徑rm和rn之比為rm∶rn＝m2∶n2B.第m個定態(tài)和第n個定態(tài)的能量Em和En之比為Em∶En＝n2∶m2Ｃ.電子沿某一軌道繞核運動，若其圓周運動的頻率是ν，則其發(fā)光頻率也是νＤ.若氫原子處于能量為E的定態(tài)，則其發(fā)光頻率為ν＝【解析】由氫原子核外電子軌道半徑公式：rn=n2r1知，rm∶rn=m2∶n2，A正確.氫原子的能量公式：En=E1,所以Em∶En=n2∶m2,B正確，根據(jù)玻爾理論，只有核外電子發(fā)生能級躍遷時，才可能發(fā)射某一頻率的光，所以CD錯.【答案】AB4.(2022年廣東、廣西、河南高考）處于基態(tài)的一群氫原子受某種單色光的照射時，只發(fā)射波長為λ1、λ2、λ3的三種單色光，且λ1＞λ2＞λ3，則照射光的波長為A.λ1 B.λ1+λ2+λ3C. D.【答案】D二、原子核5.(1999年全國高考)下列說法正確的是衰變?yōu)镽U要經(jīng)過1次α衰變和1次β衰變衰變?yōu)镻a要經(jīng)過1次α衰變和1次β衰變衰變?yōu)椋衎要經(jīng)過6次α衰變和4次β衰變衰變?yōu)镽U要經(jīng)過4次α衰變和4次β衰變【解析】先根據(jù)質(zhì)量數(shù)的變化規(guī)律確定α衰變的次數(shù)，然后再確定β衰變的次數(shù).【答案】C6.（2022年全國高考）目前普遍認為，質(zhì)子和中子都是由被稱為u夸克和d夸克的兩類夸克組成.u夸克帶電量為e,d夸克帶電量為-e,e為基元電荷.下列論斷可能正確的是A.質(zhì)子由1個u夸克和1個d夸克組成，中子由1個u夸克和2個d夸克組成B.質(zhì)子由2個u夸克和1個d夸克組成，中子由1個u夸克和2個d夸克組成C.質(zhì)子由1個u夸克和2個d夸克組成，中子由2個u夸克和1個d夸克組成D.質(zhì)子由2個u夸克和1個d夸克組成，中子由1個u夸克和1個d夸克組成【答案】B圖15—17.（2022年上海高考）圖15—1中P為放在勻強電場中的天然放射源，其放出的射線在電場的作用下分成a、b、圖15—1為α射線，b為β射線為β射線，b為γ射線為γ射線，c為α射線為α射線，c為γ射線【答案】BC8.（1998年上海高考）下列核反應(yīng)過程中正確的是→Th＋H＋He→Ｃ＋U→Pa＋eＤ.→Si＋e【解析】根據(jù)核反應(yīng)所遵從的規(guī)律質(zhì)量守恒、電荷數(shù)守恒，可得正確答案應(yīng)為B.【答案】B9.（2022年春季高考）下面是一核反應(yīng)方程H+H→He+X用c表示光速，則是質(zhì)子，核反應(yīng)放出的能量等于質(zhì)子質(zhì)量乘c2是中子，核反應(yīng)放出的能量等于中子質(zhì)量乘c2是質(zhì)子，核反應(yīng)放出的能量等于氘核與氚核的質(zhì)量和減去氦核與質(zhì)子的質(zhì)量和，再乘c2是中子，核反應(yīng)放出的能量等于氘核與氚核的質(zhì)量和減去氦核與中子的質(zhì)量和，再乘c2【答案】D10.（2022年上海高考）完成核反應(yīng)方程：Th→Pa+_______.Th衰變?yōu)镻a的半衰期是min，則64g90Th經(jīng)過6min還有_______g尚未衰變.【答案】e;211.(2022年全國高考)在下列四個方程中，x1、x2、x3和x4各代表某種粒子.①U＋→Sr＋Xe＋3x1②H＋x2→He＋U③U→Th＋x3④Mg＋He→Al＋x4以下判斷中正確的是是中子 是質(zhì)子Ｃ.x3是α粒子 Ｄ.x4是氘核【解析】首先根據(jù)核電荷數(shù)守恒算出x1,x2,x3,x4的核電荷數(shù)分別為0、1、2、1，從而確定粒子的名稱分別為中子、氫、氦、氫，然后再根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒確定x1代表中子，x2代表氘核，x3代表α粒子，x4代表質(zhì)子，故A、C正確.【答案】AC12.(2000年全國高考)最近幾年，原子核科學(xué)家在超重元素島的探測方面取得重大進展.1996年科學(xué)家們在研究某兩個重離子結(jié)合成超重元素的反應(yīng)時，發(fā)現(xiàn)生成的超重元素的核Ｘ經(jīng)過6次α衰變后的產(chǎn)物是Fm.由此，可以判定生成的超重元素的原子序數(shù)和質(zhì)量數(shù)分別是、259 、265、265 、277【解析】核反應(yīng)方程遵守核電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒，這個核反應(yīng)方程是Ｘ→6He＋Fm所以A＝6×4＋253＝277，Z＝6×2＋100＝112【答案】Ｄ13.(2000年全國高考)裂變反應(yīng)是目前核能利用中常用的反應(yīng).以原子核U為燃料的反應(yīng)堆中，當(dāng)U俘獲一個慢中子后發(fā)生的裂變反應(yīng)可以有多種方式，其中一種可表示為U + n→ Xe + Sr +3n 反應(yīng)方程下方的數(shù)字是中子及有關(guān)原子的靜止質(zhì)量(以原子質(zhì)量單位u為單位).已知1ｕ的質(zhì)量對應(yīng)的能量為×102MeV，此裂變反應(yīng)釋放出的能量是_______MeV.【解析】裂變前后的質(zhì)量虧損是Δm＝（＋－－－3×）ｕ.由質(zhì)能方程E＝mc2有ΔE＝Δmc2，ΔE＝Δm××102MeV＝×102MeV【答案】×10214.(2022年廣東、廣西、河南高考)如下一系列核反應(yīng)是在恒星內(nèi)部發(fā)生的，p+C→NN→C+e++νp+C→Np+N→OO→N+e++νp+NC+α其中p為質(zhì)子，α為α粒子，e+為正電子，ν為一種中微子.已知質(zhì)子的質(zhì)量為mp=×10-27kg,α粒子的質(zhì)量為mα=×10-27kg，正電子的質(zhì)量為me=×10-31kg，中微子的質(zhì)量可忽略不計，真空中的光速c=×108m/s.試計算該系列核反應(yīng)完成后釋放的能量.【解析】為求出系列反應(yīng)后釋放的能量，將題中所給的諸核反應(yīng)方程左右兩側(cè)分別相加，消去兩側(cè)相同的項，系列反應(yīng)最終等效為4p→a+2e++2ν設(shè)反應(yīng)后釋放的能量為Q，根據(jù)質(zhì)能關(guān)系和能量守恒得4mpc2=mαc2+2mec2+Q,代入數(shù)值可得Q=×10-12J.【答案】×10-12J15.（2022年理科綜合）太陽現(xiàn)正處于主序星演化階段.它主要是由電子和H、He等原子核組成，維持太陽輻射的是它內(nèi)部的核聚變反應(yīng)，核反應(yīng)方程是2e＋4H→He＋釋放的核能，這些核能最后轉(zhuǎn)化為輻射能，根據(jù)目前關(guān)于恒星演化的理論，若由于聚變反應(yīng)而使太陽中的H核數(shù)目從現(xiàn)有數(shù)減少10%，太陽將離開主序星階段而轉(zhuǎn)入紅巨星的演化階段.為了簡化，假定目前太陽全部由電子和H核組成.(1)為了研究太陽演化進程，需知道目前太陽的質(zhì)量M，已知地球半徑R＝×106m，地球質(zhì)量m＝×1024kg，月地中心的距離r＝×1011m，地球表面處的重力加速度g＝10m/s2，1年約為×107s.試估算目前太陽的質(zhì)量M.(2)已知質(zhì)子質(zhì)量mp＝×10-27kg，He質(zhì)量mα＝×10-27kg，電子質(zhì)量mｅ＝×10-30kg，光速c＝3×108m/s.求每發(fā)生一次題中所述的核聚變反應(yīng)所釋放的核能.(3)又知地球上與太陽光垂直的每平方米截面上，每秒通過的太陽輻射能W＝×103J／m2.試估算太陽繼續(xù)保持在主序星階段還有多少年的壽命.(估算結(jié)果只要求一位有效數(shù)字.)【解析】（1）地球繞太陽的運動近似認為是圓周運動.由GM太＝,又因為g=所以M太＝.M太=2×1030kg(2)由ΔE＝Δmc2=（2me＋4mp－mα）c2＝×10-12J(3)太陽中H減小10%放出總能量E＝×ΔE每秒太陽輻射的總能量E′=4πr2×W太陽保持在主序星階段壽命t＝t＝1010年【答案】（1）2×1030kg(2)ΔE=×10-12J(3)1010年●素質(zhì)能力過關(guān)檢測一、選擇題（每小題中只有一個選項符合題目要求）1.近幾年，我國北京、上海、山東、洛陽、廣州等地引進了十多臺γ刀，治療患者5000余例，效果極好，成為治療腦腫瘤的最佳儀器，令人驚奇的是，用γ刀治療時不用麻醉，病人清醒，時間短，半小時內(nèi)完成手術(shù)，無需住院，因而γ刀被譽為“神刀”.據(jù)報道，我國自己研制的旋式γ刀性能更好，即將進入各大醫(yī)院為患者服務(wù)，問：γ刀治療腦腫瘤主要是利用①γ射線具有很強的貫穿本領(lǐng)②γ射線具有很強的電離作用③γ射線具有很高的能量④γ射線能很容易繞過阻礙物到達目的地A.①②③ B.②③ C.①③ D.②③④【解析】根據(jù)γ射線的本質(zhì)和性質(zhì)來判定.【答案】C2.下列敘述中，符合物理學(xué)史實的是A.湯姆生發(fā)現(xiàn)了電子，并由此提出了原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說B.盧瑟福做了α粒子散射實驗，并據(jù)此了解了原子核的組成C.約里奧·居里夫人用α粒子轟擊鋁核，發(fā)現(xiàn)了中子和正電子D.貝克勒耳首先發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象，揭開了人們認識、研究原子核結(jié)構(gòu)的序幕【解析】湯姆生發(fā)現(xiàn)了電子，提出了“棗糕式”原子模型，故A錯.盧瑟福根據(jù)α粒子散射實驗，提出了“核式”原子結(jié)構(gòu)模型.故B錯.約里奧·居里夫人用α粒子轟擊鋁核，發(fā)現(xiàn)了人工放射性同位素，故C錯.【答案】D3.氫原子從能級A躍遷到能級B吸收頻率為ν1的光子，從能級A躍遷到能級C釋放頻率為ν2的光子，ν2＞ν1,則當(dāng)它從能級C躍遷到能級B時A.放出頻率為ν2-ν1的光子B.放出頻率為ν2+ν1的光子C.吸收頻率為ν2-ν1的光子D.吸收頻率為ν2+ν1的光子【答案】D4.某原子核A經(jīng)過一次β衰變形成原子核B，又經(jīng)過一次α衰變形成原子核C，下列正確的是A.核A的中子數(shù)比核C的中子數(shù)多3個B.核A的中子數(shù)等于核B的中子數(shù)C.核A的核子數(shù)比核C的核子數(shù)多3個D.核B的質(zhì)子數(shù)比核C的質(zhì)子數(shù)多1個【答案】A5.同學(xué)們根據(jù)中學(xué)物理知識討論“隨著歲月的流逝，地球繞太陽公轉(zhuǎn)的周期、日地間的平均距離和地球接受太陽的輻射能的變化的趨勢”的問題時，有下列結(jié)論，請你判斷哪個結(jié)論正確①太陽內(nèi)部進行劇烈的熱核反應(yīng)，輻射大量光子，太陽質(zhì)量應(yīng)不斷減小②日地間距離應(yīng)不斷增大，地球公轉(zhuǎn)速度應(yīng)不斷減小，公轉(zhuǎn)周期將不斷增大③日地間距離應(yīng)不斷減小，地球公轉(zhuǎn)速度應(yīng)不斷增大④地球表面單位面積平均接受的太陽輻射能將不斷減小A.①②③ B.①③④ C.①②④ D.②③④【解析】根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程知道，太陽向外輻射能量，其質(zhì)量一定減小，太陽與地球之間的引力將變小，太陽與地球之間的距離R變大，由v=,T=知，v變小，T變大.若每秒太陽輻射總能量為E，則地球表面單位面積平均接受的太陽輻射能為.【答案】C二、填空題6.完成下列核反應(yīng)方程，并說明反應(yīng)類型：(1)Rn→Po+_______,屬__________.(2)H+H→_______n,屬______.(3)Al+n→_______+H,屬_______.(4)U+n→Xe+Sr+_______,屬_______.【解析】根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒來完成核反應(yīng)方程.核反應(yīng)四種基本類型：衰變，人工轉(zhuǎn)變，輕核聚變和重核裂變.【答案】（1）Heα衰變（2）He輕核聚變（3）Mg人工轉(zhuǎn)變（4）2n重核裂變7.某原子序數(shù)為Z，質(zhì)量數(shù)為A的原子核，若用mx表示該原子核的質(zhì)量，mp表示質(zhì)子的質(zhì)量，mn表示中子的質(zhì)量，c表示真空中的光速，則核子結(jié)合成該原子核時的質(zhì)量虧損Δm＝_______，釋放的核能ΔE＝______；平均每個核子釋放的核能為＝______.【解析】根據(jù)E＝mc2知，ΔE=Δmc2來計算.【答案】Zmp＋（A－Z）mn-mx；［Zmp＋（A－Z）mn-mx］c2；［Zmp＋（A－Z）mn-mx］c2/A8.在勻強磁場中，一個原先靜止的原子核，由于放射出一個粒子而得到一張∞字形徑跡照片.經(jīng)測定字形的兩個圓半徑之比為44∶1，則放射性元素的原子序數(shù)為_______.【答案】909.在勻強電場中逆電場線運動的鈾核（U）速度減為零時發(fā)生α衰變.衰變時vα與電場線垂直，衰變后當(dāng)α粒子沿E的方向移動位移為ΔL時，殘核在與電場線平行的方向上位移ΔL′為_____ΔL，ΔL′與ΔL方向_________.【解析】U→Th+e(α衰變)、Th和He在電場中做類平拋運動.根據(jù)a=知：aTh∶aα=90∶117所以ΔL′∶ΔL=90∶117,ΔL′=ΔL.【答案】相同三、計算題10.為確定愛因斯坦質(zhì)能聯(lián)系方程ΔE＝Δmc2的正確性，設(shè)計了如下實驗：用動能為E1＝MeV的質(zhì)子去轟擊靜止的鋰核Li，生成兩個α粒子，測得這兩個α粒子的動能之和為E＝MeV.(1)寫出該核反應(yīng)方程.(2)計算核反應(yīng)過程中釋放出的能量ΔE.(3)通過計算說明ΔE＝Δmc2的正確性.(計算中質(zhì)子、α粒子和鋰核Li的質(zhì)量分別取：mp＝u，mα＝u，mLi＝u)【解析】(1)H＋Li→2He(2)Δm=+×u=ΔE＝×MeV=MeV(3)反應(yīng)前后系統(tǒng)總動能的增加為E－E1＝MeV=MeV這與核反應(yīng)釋放的核能在誤差允許范圍內(nèi)近似相等，說明ΔE=Δmc2是正確的.【答案】（1）H＋Li→2He；(2)MeV(3)略11.一個靜止的氮核N俘獲一個速度為×107m/s的中子生成一個復(fù)核A，A又衰變成B、Ｃ兩個新核，設(shè)B、C的速度方向與中子速度方向相同，B的質(zhì)量是中子的11倍，速度是106m/s，B、C在同一勻強磁場中做圓周運動的半徑比RB∶RC＝11∶30.求：(1)C核的速度大?。?2)根據(jù)計算判斷C核是什么?(3)寫出核反應(yīng)方程式.【解析】(1)由動量守恒定律：Mnvn=mBvB+mcvC所以vC==m/s=3×106m/s(2)由qvB=m得R=RB＝,RC＝所以又因為qC＋qB＝7所以qC＝2，而mC=4所以C核是He(3)N＋n→B＋He【答案】（1）3×106m/s(2)He(3)N+n→B+He年，質(zhì)子已被發(fā)現(xiàn)，英國物理學(xué)家盧瑟福曾預(yù)言：可能有一種質(zhì)量與質(zhì)子相近的不帶電的中性粒子存在，他把它叫做中子.1930年發(fā)現(xiàn)，在真空條件下用α射線轟擊鈹(Be)時，會產(chǎn)生一種看不見的、貫穿能力極強的不知名射線和另一種粒子.經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，這種不知名射線具有如下的特點：①在任意方向的磁場中均不發(fā)生偏轉(zhuǎn)；②這種射線的速度小于光速的十分之一；③用它轟擊含有氫核的物質(zhì)，可以把氫核打出來；用它轟擊含有氮核的物質(zhì)，可以把氮核打出來.并且被打出的氫核的最大速度vH和被打出的氮核的最大速度vN之比近似等于15∶2.若該射線中的粒子均具有相同的能量，與氫核和氮核碰前氫核和氮核可認為靜止，碰撞過程中沒有機械能損失.已知氫核的質(zhì)量MH與氮核的質(zhì)量MN之比等于1∶14.（1）寫出α射線轟擊鈹核的核反應(yīng)方程；（2）試根據(jù)上面所述的各種情況，通過具體分析說明該射線是不帶電的，但它不是γ射線，而是由中子組成.【解析】（1）核反應(yīng)方程是Be+He→C+n（2）由①可知，由于該射線在任何方向的磁場中都不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，因此該射線不帶電，是由電中性的粒子流組成的.由②可知，由于γ射線是光子流，而該射線速度不到光速的十分之一，因此它不是γ射線.設(shè)組成該射線的粒子質(zhì)量為m，轟擊氫核和氮核時速度為v.由于碰撞過程中沒有機械能損失，當(dāng)被打出的氫核和氮核的速度為最大值時，表明該粒子與氫核及氮核的碰撞為彈性正碰，設(shè)與氫核發(fā)生彈性正碰后粒子速度為v1，與氮核發(fā)生彈性正碰后粒子速度變?yōu)関2.根據(jù)動量守恒和機械能守恒，在打出氫核的過程中，有mv=mv1+MHvHmv2=mv12+MHvH2解得vH=同理，在打出氮核的過程中，有mv=mv2+MNvNmv2=mv22+MNvN2解得vN=根據(jù)vH、vN的表達式及≈，，解得m≈MH【答案】（1）Be+He→C+n；（2）略●教學(xué)建議1.單元Ⅰ中涉及的下列物理學(xué)史應(yīng)該讓學(xué)生記?。?1)湯姆生發(fā)現(xiàn)電子，說明了原子是可分的；(2)盧瑟福α粒子散射實驗的結(jié)果否定了關(guān)于原子結(jié)構(gòu)的湯姆生模型，盧瑟福提出了關(guān)于原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說，并估算出原子核直徑的數(shù)量級10-15m～10-14m;(3)玻爾提出關(guān)于原子結(jié)構(gòu)模型(玻爾理論)成功地解釋了氫光譜.2.單元Ⅱ涉及的下列重要的物理學(xué)史實應(yīng)該讓學(xué)生記住：(1)貝克勒耳發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象，說明了原子核是可分的，也是可變的.(2)盧瑟福用α粒子轟擊氮核，實現(xiàn)了原子核的人工轉(zhuǎn)變，并發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子.要記住這個核反應(yīng)的方程.(3)查德威克用α粒子轟擊鈹核，發(fā)現(xiàn)了中子.這個核反應(yīng)方程也要記住.3.高考已不要求計算有關(guān)半衰期的問題.譬如，習(xí)題中常見的計算古木年齡、計算水庫容量之類的問題已不再要求.但對半衰期的概念仍要理解.4.要讓學(xué)生記準一些常用粒子的符號.如質(zhì)子H、中子U、電子e、正電子e、α粒子He、氘核H等.5.應(yīng)用質(zhì)能方程計算核能或質(zhì)量虧損是單元Ⅱ的重點.學(xué)生在此處常犯的錯誤是：(1)對反應(yīng)前后的總質(zhì)量混淆不清；(2)運算中丟三落四，造成結(jié)果錯誤，如按ΔΕ＝Δmc2計算核能.教師應(yīng)要求學(xué)生耐心細致地進行計算，培養(yǎng)他們良好的心理素質(zhì).

第十六章物理實驗●考點指要一、要求知道有效數(shù)字的概念，會用有效數(shù)字表達直接測量的結(jié)果.二、要求會正確使用的儀器主要有①刻度尺②游標卡尺③螺旋測微器④天平⑤秒表⑥打點計時器⑦彈簧秤⑧溫度表⑨電流表⑩電壓表eq\o\ac(○,11)多用電表eq\o\ac(○,12)滑動變阻器eq\o\ac(○,13)電阻箱等等.三、要求能在理解的基礎(chǔ)上獨立完成的學(xué)生實驗有1.長度的測量2.驗證力的平行四邊形定則3.研究勻變速直線運動4.研究平拋物體的運動5.驗證動量守恒定律6.驗證機械能守恒定律7.探索彈力和彈簧伸長的關(guān)系8.用單擺測定重力加速度9.用油膜法估測分子的大小10.用描跡法畫出電場中平面上的等勢線11.描繪小電珠的伏安特性曲線12.測定金屬的電阻率（同時練習(xí)使用螺旋測微器）13.把電流表改裝為電壓表14.用電流表和電壓表測電池的電動勢和內(nèi)阻15.練習(xí)使用示波器16.用多用電表探索黑箱內(nèi)的電學(xué)元件17.傳感器的簡單應(yīng)用18.測定玻璃的折射率19.用雙縫干涉測光的波長●復(fù)習(xí)導(dǎo)航物理是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，物理實驗也一直是高考考查的重要內(nèi)容.從對近幾年的高考實驗試題的分析可以看出，高考對實驗的考查有如下特點.一、注重聯(lián)系實際操作的考查高考實驗試題中有很多題目都是聯(lián)系實際操作的，如游標卡尺的讀數(shù)、彈簧秤的讀數(shù)以及電表的讀數(shù)等問題，實驗電路的連線問題，描繪電場中等勢線時幾種紙的鋪放順序等等，都是實際操作的全真模擬.如果考生沒有動手做過這些實驗就不可能答好這些問題.二、近些年增加了對重要的演示實驗的考查，用來考查學(xué)生的觀察能力以全國卷為例，1999年考查了“繩波”的演示實驗.2000年考查了“X射線管”，2022年考查了“光的單縫衍射”.對學(xué)生實驗和演示實驗的考查相結(jié)合，既突出了物理教學(xué)的特點，也對實驗復(fù)習(xí)提出了更全面的要求.三、注重考查對實驗的思想、方法及原理的理解譬如，“測玻璃折射率”的實驗，課本實驗中用的是平行玻璃磚，但高考實驗題中給的卻是三棱鏡.雖然器材不同，但測量的原理、方法卻是相同的——確定入射點和出射點，連接這兩點畫出折射線.考查“研究平拋物體的運動”的實驗，所給方格圖中的第一點并不是小球平拋的初始位置，這就要求考生要在認真分析的基礎(chǔ)上找出解決問題的關(guān)鍵，把勻變速直線運動中的研究方法(Δs＝aT2)遷移到平拋運動中，來研究小球在豎直方向的分運動.對伏安法測電阻的考查更是花樣不斷翻新.測金屬絲的阻值，測電壓表的阻值，測電流表的阻值，雖然題目是全新的，但原理還是伏安法.這些都是考查學(xué)生對教材中實驗原理的理解和對實驗方法的遷移運用.還有伏安法測電阻實驗中對實驗條件的控制方法(滑動變阻器的接法)、實驗誤差的控制方法(電流表的內(nèi)、外接)、作圖時對個別誤點的舍棄、圖線的“曲化直”、2000年讓考生設(shè)計一電路來測量電流表的內(nèi)阻等等，這一切都說明近年來高考對學(xué)生的實驗?zāi)芰μ岢隽烁邔哟蔚囊?，對實驗的考查已從簡單的背誦實驗轉(zhuǎn)向考查對實驗的思想、方法和原理的理解.●實驗基礎(chǔ)知識一、有效數(shù)字簡介當(dāng)用毫米刻度尺量書本時，量得的長度為mm，最末一位數(shù)字2是估計出來的，是不可靠數(shù)字，但是仍然有意義，仍要寫出來.這種帶有一位不可靠數(shù)字的近似數(shù)字，叫做有效數(shù)字.在有效數(shù)字中，數(shù)、、的含義是不同的，它們分別代表二位、三位、四位有效數(shù)字.數(shù)表示最末一位數(shù)字7是不可靠的，而數(shù)和則表示最末一位數(shù)字0是不可靠的.因此，小數(shù)最后的零是有意義的，不能隨便舍去或添加.但是，小數(shù)的第一個非零數(shù)字前面的零是用來表示小數(shù)點位置的，不是有效數(shù)字.例如，，，都是兩位有效數(shù)字.大的數(shù)目，如365000，如果不全是有效數(shù)字，就不要這樣寫，可以寫成有一位整數(shù)的小數(shù)和10的乘方的積的形式，如果是三位有效數(shù)字，就寫成×105，如果是四位有效數(shù)字，就寫成×105.許多物理量是從直接測量結(jié)果中計算出來的.測量結(jié)果既然是用有效數(shù)字表示的，在計算中就要遵守有效數(shù)字的規(guī)則：(1)不可靠數(shù)字與別的數(shù)字相加減、相乘除，所得的結(jié)果也是不可靠的.(2)計算結(jié)果只能保留一位不可靠數(shù)字，但在計算過程中可以保留兩位不可靠數(shù)字，最后再四舍五入.應(yīng)該注意的是，物體的個數(shù)、實驗的次數(shù)等是準確數(shù)，它們與近似數(shù)相乘或相除時，有效數(shù)字的位數(shù)應(yīng)等于原來近似數(shù)的有效數(shù)字位數(shù).例如，8個相同的小球共重g，每個小球重g，商數(shù)要取三位有效數(shù)字.如果誤認為g有一位有效數(shù)字，因此商數(shù)也取一位有效數(shù)字，那就錯了.嚴格地說，有效數(shù)字的規(guī)則是相當(dāng)復(fù)雜的.中學(xué)階段的物理習(xí)題中，如果沒有特別要求，必嚴格按照有效數(shù)字的規(guī)則去做，通常只取兩位或三位有效數(shù)字就可以了.但對物理實驗中的測量結(jié)果，則要嚴格按照有效數(shù)字的規(guī)則表達.二、基本儀器的使用(一)測量長度的儀器1.刻度尺(米尺)：最小分度值為1mm，量程不等.常用于測量的刻度尺有鋼板尺、鋼卷尺、木直尺等.測量時要估讀到毫米以下一位，如：l1＝cm,l2＝cm.用刻度尺測量時應(yīng)注意以下幾點：(1)要使刻度尺的刻度線緊貼被測物，眼睛應(yīng)正對刻度線讀數(shù)，以避免視差.(2)用零刻度線在端頭的刻度尺測量時，為了防止因端頭磨損而產(chǎn)生誤差，常選擇刻度尺的某一刻度線為測量起點，測量的長度等于被測物體的兩個端點在刻度尺上的讀數(shù)之差.2.游標卡尺：根據(jù)游標上的分度格數(shù)，常把游標卡尺分為10分度的、20分度的和50分度的三種.它們的精度(游標上的最小分度值)分別為mm、mm、mm.課本上只介紹了10分度游標卡尺的讀數(shù)原理，實際上，20分度、50分度的卡尺與它的讀數(shù)原理是相同的，譬如，50分度游標卡尺上50個分度只有49mm長，比主尺上的50個分度短1mm，則游標上每個分度比主尺上的每個分度短1／50mm＝mm，即它的測量精度為mm.游標卡尺按下列規(guī)則讀數(shù)：(1)以游標零刻線位置為準，在主尺上讀取整毫米數(shù).(2)看游標上哪條刻線與主尺上的某一刻線(不用管是第幾條刻線)對齊，由游標上讀出毫米以下的小數(shù).(3)總的讀數(shù)為毫米整數(shù)加上毫米小數(shù).注意：不管是10分度游標卡尺，還是20分度、50分度游標卡尺，在讀數(shù)時均不需要向后估讀一位.3.螺旋測微器(千分尺).螺旋測微器量程一般為0～25mm，最小分度是mm.讀數(shù)規(guī)則：(1)以鼓輪邊緣為準在固定刻度上讀出整毫米數(shù).(2)從可動刻度上讀出毫米以下的小數(shù).(3)測量長度為上述二者之和.注意：(1)在測微螺桿快要接近被測物體時，要改擰螺旋柄后端的微調(diào)旋鈕(棘輪)，以免將待測物夾得太緊使測量結(jié)果不準確，或損壞螺旋測微器內(nèi)的精密螺紋.(2)讀數(shù)時要注意固定刻度尺上表示半毫米的刻線是否已經(jīng)露出.(3)由螺旋測微器讀數(shù)時必須估讀一位，即估讀到這一位上.(二)測質(zhì)量的儀器——天平中學(xué)物理實驗中常用的天平有物理天平和托盤天平.1.天平的主要技術(shù)參數(shù)：(1)全稱量：天平所能稱量的最大質(zhì)量.(2)感量：使天平指針從平衡位置偏轉(zhuǎn)到最小分度所需質(zhì)量.感量也叫做“分度值”.這一數(shù)值愈小，天平愈靈敏.2.天平的使用稱量前應(yīng)按下述步驟進行調(diào)整：(1)調(diào)水平：調(diào)天平底座上的兩個調(diào)平旋鈕，使重錘線的小重錘尖端與底座上的小錐體的尖端正對.(2)調(diào)平衡：用鑷子把橫梁上的游碼撥到左邊零位，然后通過調(diào)節(jié)橫梁兩端的平衡螺絲，使天平指針能在中央刻線兩側(cè)等幅擺動.注意：(1)被測物體的質(zhì)量不能超過天平的全稱量.(2)待測物體和砝碼的放置應(yīng)為“左物右碼”.(3)取放待測物或加減砝碼時應(yīng)使天平止動.(4)待測物的質(zhì)量等于砝碼的總質(zhì)量加上游碼所示讀數(shù).(三)測時間的儀器1.秒表：(略)2.打點計時器：火花打點計時器接220V交流電源，電磁打點計時器接4V~6V交流電源，當(dāng)交變電流的頻率為50Hz時，打點周期為s.使用時應(yīng)注意：(1)為使打點的頻率比較穩(wěn)定，要求打點計時器振動片的固有頻率也是50Hz，使之發(fā)生共振現(xiàn)象.振動片的長度可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，通過改變振動片的長度可調(diào)節(jié)它的固有頻率.(2)實驗前要檢查打點的清晰情況，必要時應(yīng)調(diào)整振針的高度，且不能讓它松動，否則將會出現(xiàn)漏點、雙點等現(xiàn)象，還會對紙帶產(chǎn)生過大的阻力.(四)測力的儀器——彈簧秤(測力計)學(xué)生實驗用彈簧秤量程一般為0～5N，最小分度值為N.使用時應(yīng)注意：(1)所測力不要超過彈簧秤量程.(2)使用前應(yīng)檢查彈簧秤是否需要調(diào)零.方法是將彈簧秤豎直掛起，如其指針不指零位，就需要調(diào)零，一般是通過移動指針來調(diào)零.(3)若彈簧秤零點準確，但掛上鉤碼檢查時，示值誤差隨鉤碼的增大而增大，此時應(yīng)調(diào)整彈簧的圈數(shù)來解決.示值小于鉤碼重力應(yīng)增加彈簧圈數(shù)；示值大于鉤碼重力時，應(yīng)減少彈簧的圈數(shù).(五)測溫度的儀器——溫度計中學(xué)物理實驗中常用的液體溫度計有水銀溫度計、煤油溫度計(紅色液體)等.1.性能：水銀溫度計測量范圍一般為0～100℃；煤油溫度計的測量范圍一般是－50℃～100℃.最小分度值一般為1℃.2.使用時應(yīng)注意：(1)選用的測溫范圍要適當(dāng)，待測物體的溫度不能超出溫度計的最高可測溫度.(2)測量液體的溫度時，溫度計不要與器壁接觸.(3)讀數(shù)時，溫度計不應(yīng)離開被測物體(體溫計除外)，而且眼睛要正對液柱的凸(或凹)彎月面的水平切線位置.(4)最好在液柱芯向上升至最高不再上升時或達穩(wěn)定時進行讀數(shù).(六)電學(xué)測量儀表1.電流表和電壓表學(xué)生實驗中用的直流電流表的量程為0～A～3A，內(nèi)阻一般在1Ω以下(毫安表的內(nèi)阻一般在幾歐～幾十歐).直流電壓表的量程為0～3V～15V，兩個量程的內(nèi)阻分別約為3kΩ和15kΩ.使用時應(yīng)注意以下幾點：(1)選擇合適的量程：根據(jù)被測電流或電壓值的大小選擇量程，使得指針偏轉(zhuǎn)超過所選量程的2／3，至少也要超過1／2.如果量程選擇太大，指針偏轉(zhuǎn)太小，會造成測量誤差太大.量程選擇太小，過大的電流或電壓會使電表損壞.在不知道被測電流或電壓大小的情況下，應(yīng)選用電表的較大量程，然后再根據(jù)指針偏轉(zhuǎn)情況選取合適的量程.(2)電流表應(yīng)串聯(lián)在被測電路中，電壓表應(yīng)并聯(lián)在被測電路兩端.電表的“＋”“－”接線柱不能接反，以免損壞電表.(3)讀數(shù)時應(yīng)使視線垂直于刻度表面，一般都要估讀到電表的最小分格的1／2以下(學(xué)生實驗用電表J0407、J0408型，3V和3A量程估讀到最小分度的1／10，15V量程估讀到最小分度的1／5，A量程估讀到最小分度的1／2).2.多用電表多用電表是一種比較常用的電學(xué)儀表，它可以用來測量交流電壓、直流電壓、直流電流和電阻，而且每一種可測量的電學(xué)量又有多個量程.其結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，但是準確度稍低.其歐姆檔的設(shè)計原理是根據(jù)閉合電路的歐姆定律I＝，回路中的電流與電阻存在一一對應(yīng)關(guān)系，這樣就可以通過電流表的讀數(shù)來反映被測電阻的大小.使用歐姆檔測電阻時應(yīng)注意以下幾點：(1)由于使用多用電表時不管測量項目是什么，電流都要從電表的“＋”插孔(紅表筆)流入，從“－”插孔(黑表筆)流出，所以使用歐姆檔時，多用電表內(nèi)部電池的正極接的是黑表筆，負極接的是紅表筆.(2)要區(qū)分開“機械零點”與“歐姆零點”.“機械零點”在表盤刻度左側(cè)“0”位置，調(diào)整的是表盤下邊中間的定位螺絲；“歐姆零點”在表盤刻度的右側(cè)電阻刻度“0”位置.調(diào)整的是歐姆檔的調(diào)零旋鈕.(3)測量前應(yīng)根據(jù)估計阻值選用適當(dāng)?shù)臋n位.由于歐姆檔刻度的非線性，使用歐姆檔測電阻時，表頭指針偏轉(zhuǎn)過大過小都有較大誤差，通常只使用表盤中間一段刻度范圍(R中～4R中)為測量的有效范圍.譬如，J0411型多用電表歐姆檔的R中＝15Ω，當(dāng)待測電阻約為2kΩ時，則應(yīng)采用R×100檔.(4)每變換一次檔位，都要重新進行歐姆調(diào)零.(5)由于歐姆檔表盤刻度不均勻，難于估讀，測量結(jié)果只需取兩位有效數(shù)字.讀數(shù)時不要忘記乘上相應(yīng)檔位的倍率.(6)測量時待測電阻要跟其他元件和電源斷開，不然就不能得到正確的測量結(jié)果，甚至還可能損壞電表.(7)多用電表使用完畢后，應(yīng)將選擇開關(guān)撥離歐姆檔，一般旋至空檔或交流電壓最高檔上.(七)電學(xué)實驗器材1.滑動變阻器中學(xué)實驗室內(nèi)常用滑動變阻器有以下幾種規(guī)格：0～10Ω，2A；0～50Ω，；0～200Ω，A；0～1750Ω，A.滑動變阻器有兩種基本連接方法：限流式接法和分壓式接法.下表是對兩種連接方式的比較：滑動變阻器的連接方式及特點接法電路圖特點適用條件限流式接法1.用電器R0與滑動變阻器R的部分電阻串聯(lián)，另一部分不起作用.上電壓調(diào)節(jié)范圍為～E.R0與R的阻值差不多，且不要求R0上電壓能調(diào)至零.分壓式接法1.用電器R0與滑動變阻器的部分電阻并聯(lián)后再與另一部分串聯(lián).上電壓調(diào)節(jié)范圍為0～E.1.要求電壓調(diào)節(jié)能從0開始增大.比R0小，一般取R≤R0.限流式接法的線路連接較簡單，調(diào)節(jié)方便，但調(diào)節(jié)范圍較?。环謮菏浇臃ǖ木€路連接較復(fù)雜，且隨著滑動端的移動，R0上的電壓并非均勻變化，所以調(diào)節(jié)起來不如限流式方便.因此，在設(shè)計電路的時候，應(yīng)首先考慮限流式，若切實無法滿足題目要求，再選取分壓式接法.2.電阻箱中學(xué)物理學(xué)生分組實驗中采用的規(guī)格一般為：阻值調(diào)節(jié)范圍0～9999Ω，各檔允許通過的最大電流如下表.阻值(Ω)×1×10×100×1000最大電流(A)使用方法及注意事項：(1)不要使通過電阻箱的電流超過其允許的最大電流.(2)電阻箱使用阻值的讀數(shù)為：每檔指示數(shù)字乘以相應(yīng)倍率后相加的總和.(3)實驗過程中改變阻值時，不要使電阻箱上電阻值出現(xiàn)零歐姆，以免損壞其他儀表.譬如，當(dāng)要把90Ω變至100Ω，應(yīng)先將“×100”檔撥至“1”處，再將“×10”檔撥至零.3.電源中學(xué)物理實驗中主要使用干電池、學(xué)生電源和蓄電池.干電池每節(jié)電動勢約V，內(nèi)阻大約Ω左右)，不能提供較強的電流A以下).學(xué)生實驗中用于做測定電源的電動勢和內(nèi)電阻等.鉛蓄電池的電動勢約2V，內(nèi)阻小約Ω左右)，可以提供較強的電流.在一些需要短時大電流放電的實驗中常用，如在研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象的學(xué)生實驗中、安培力的演示實驗中都要用到.學(xué)生電源的最大特點是輸出電壓可調(diào)、交直流可變換.它的內(nèi)阻不但偏大而且是變化的.用于電磁打點計時器和描繪電場中等勢線的實驗.三、實驗的主要思想方法在中學(xué)物理實驗中涉及的主要思想方法為.等效法：等效方法是物理學(xué)研究的重要方法，也是物理實驗中常用的方法.如“碰撞中的動量守恒”實驗中，用小球的水平位移代替小球的水平速度；畫電場中等勢線分布時用電流場模擬靜電場；等等.累積法：把某些難以直接準確測量的微小量累積后測量，提高測量的精確程度.如測單擺振動的周期，應(yīng)測量單擺多次全振動的時間除以全振動次數(shù)，以減少個人反應(yīng)時間造成誤差的影響.在初中物理中也曾經(jīng)學(xué)過用累積法測細銅線的直徑.控制變量法：在多因素的實驗中，可以先控制一些量不變，依次研究某一個因素的影響.如牛頓第二定律實驗中可以先保持質(zhì)量一定，研究加速度和力的關(guān)系；再保持力一定，研究加速度和質(zhì)量的關(guān)系.留跡法：把瞬息即逝的現(xiàn)象(位置、軌跡、圖象等)記錄下來.如通過紙帶上打出的小點記錄小車的位置；用描跡法畫出平拋物體的運動軌跡；用沙擺顯示振動的圖象.四、實驗的一般原則雖然各個物理實驗的原理、方法、使用的器材不相同，但實驗仍有一些共同的原則.分析找出實驗的一般原則，有利于掌握實驗的思想、方法，提高對實驗的認識.現(xiàn)分作以下四個方面分別談實驗應(yīng)遵守的一般原則.(一)選擇儀器根據(jù)實驗的原理和實驗室條件選擇儀器是進行正確測量的前提.一般遵循以下三個原則：可行性原則：要能夠根據(jù)實驗要求和客觀條件選用合適的儀器，使實驗切實可行，能達到預(yù)期目標.譬如，當(dāng)要求測量一個電阻器的阻值時，就要根據(jù)要求的測量精度、實驗室條件及本人已有的理論知識，確定是采用電橋，還是采用歐姆表或伏安法.當(dāng)采用伏安法測量時，還要根據(jù)電阻的規(guī)格(額定功率)選擇電壓表、電流表的量程.準確性原則：根據(jù)實驗的需要，選用精度合適的測量工具.但對某個實驗來講，精確程度夠用即可，并不是精度越高越好.正如稱一噸煤用磅秤即可，沒有必要用精密天平稱量一樣.譬如，在“測定金屬絲電阻率”的實驗中，為保證測量結(jié)果的有效數(shù)字位數(shù)合適(2～3位)，測金屬絲直徑要用螺旋測微器，而測金屬絲長度用毫米刻度尺即可，伏安法測金屬絲電阻用級電表(學(xué)生實驗用)即可滿足實驗要求.操作性原則：實驗時調(diào)節(jié)方便、便于操作.如滑動變阻器的選擇，既要考慮它的額定電流，又要考慮它的阻值范圍，在二者都能滿足實驗要求的情況下，還要考慮阻值大小對實驗操作中是否調(diào)節(jié)方便的影響.(二)儀器放置按規(guī)定放置好儀器是保證測量結(jié)果正確和實驗便捷的前提.放置規(guī)范：不同的儀器有不同的放置要求，如多用電表要平臥；學(xué)生用的電流表、電壓表應(yīng)斜置；水銀氣壓計要豎直懸掛；平拋實驗用的斜槽末端要水平等等.操作順手：儀器擺放要便于操作，防止實驗中手忙腳亂.如開關(guān)、變阻器要放在便于手操作的位置；使用天平要“左物右碼”.便于讀數(shù)：實驗人員要面對儀器、儀表的刻度，視線與刻度盤垂直.實驗時能否有條理地把各種儀器正確放置好，也是實驗素養(yǎng)高低的重要體現(xiàn).(三)初始狀態(tài)設(shè)置測量前先設(shè)置好儀器儀表的初始狀態(tài)，否則將可能損壞儀器，甚至?xí)斐墒鹿?連接電路時，電路開關(guān)要處于斷開狀態(tài)；開關(guān)閉合前變阻器的滑片位置要合理(限流時阻值大，分壓時阻值小)；儀表要先調(diào)零，再選好檔位(不好確定時先選高檔位).(四)操作程序設(shè)計實驗操作程序的安排要科學(xué)合理，譬如，在“力的合成”實驗中，要先用兩只彈簧秤互成角度地把結(jié)點拉至某點，再用一只彈簧秤拉至同一點；使用打點計時器做“驗證機械能守恒定律”的實驗時，要先接通電源再松開紙帶；電路連線時，應(yīng)從電源正極開始，先連干路再連支路；使用歐姆表時要先調(diào)“機械零點”再調(diào)“歐姆零點”等等.程序混亂將會導(dǎo)致測量困難或測量錯誤.五、實驗數(shù)據(jù)的處理數(shù)據(jù)處理是對原始實驗記錄的科學(xué)加工.通過數(shù)據(jù)處理，往往可以從一堆表面上難以察覺的、似乎毫無聯(lián)系的數(shù)據(jù)中找出內(nèi)在的規(guī)律.在中學(xué)物理中只要求掌握數(shù)據(jù)處理的最簡單的方法.(一)列表法在記錄和處理數(shù)據(jù)時，常常將數(shù)據(jù)列成表格.數(shù)據(jù)列表可以簡單而又明確的表示出有關(guān)物理量之間的關(guān)系，有助于找出物理量之間的規(guī)律性的聯(lián)系.列表的要求是：(1)寫明表的標題或加上必要的說明.(2)必須交待清楚表中各符號所表示的物理量的意義，并寫明單位，單位寫在標題欄中.(3)表中的數(shù)據(jù)要是能正確反映測量結(jié)果的有效數(shù)字.(二)作圖法用作圖法處理實驗數(shù)據(jù)是物理實驗中最常用的方法之一.用作圖法處理數(shù)據(jù)的優(yōu)點是直觀、簡便，有取平均的效果.由圖線的斜率、截距、包圍面積等可以研究物理量之間的變化關(guān)系，找出規(guī)律.作圖的規(guī)則：(1)作圖一定要用坐標紙.坐標紙的大小要根據(jù)測量數(shù)據(jù)有效數(shù)字的多少和結(jié)果的需要來定.(2)要標明軸名、單位，在軸上每隔一定相等的間距按有效數(shù)字位數(shù)標明數(shù)值.(3)圖上連線要用直尺(直線、折線)或曲線尺(光滑曲線)，連線時不一定通過所有的數(shù)據(jù)點，而要使數(shù)據(jù)點在線的兩側(cè)合理的分布.(4)在圖上求直線的斜率時，要選取線上相距較遠的兩點.不一定要取原來測的數(shù)據(jù)點.(5)作圖時常設(shè)法使圖線線性化，即“將曲改直”.就可將不易看出二者關(guān)系的曲線改畫成關(guān)系明朗的直線.(三)平均值法現(xiàn)行教材中只介紹算術(shù)平均值，即把測定的若干組數(shù)相加求和，然后除以測量次數(shù).必須注意，求取平均值時應(yīng)該按原來測量儀器的準確度決定保留的位數(shù).六、實驗誤差的分析測量值總是有規(guī)律的朝著某一方向偏離真實值(總是偏大或總是偏小)的誤差，稱為系統(tǒng)誤差.系統(tǒng)誤差的主要原因是儀器設(shè)備本身不夠精確或?qū)嶒炘?、方法不夠完?由于偶然因素的影響，造成測量值無規(guī)則的起伏稱為偶然誤差.偶然誤差是由于各種偶然因素對實驗者、測量儀器、被測物理量的影響而產(chǎn)生的.例如，用有毫米刻度的尺子量物體的長度，毫米以下的數(shù)值只能用眼睛來估計，各次測量的結(jié)果就不一致，有時偏大，有時偏小，多次測量偏大和偏少的機會相同.因此，多次測量求平均值可減小偶然誤差.●學(xué)生實驗復(fù)習(xí)一、長度的測量1.常用的游標卡尺最多可測量______的長度.主尺的最小分度是______，十等分的游標尺上的每一個小等分的長度是______，精度為______.另一種卡尺的精度為mm，它的游標尺有______個等分刻度，這些刻度的總長度是______，每一刻度比主尺最小刻度相差______mm.【答案】十幾個厘米1mmmmmm2019mm2.用游標卡尺(圖16—1—1甲)測一根金屬管的內(nèi)徑和外徑時，卡尺上的游標位置分別如圖（乙）和圖（丙）所示.這根金屬管的內(nèi)徑讀數(shù)是______cm，外徑讀數(shù)是______cm，管壁厚是______cm.圖16—1—1【答案】3.有一游標卡尺，主尺的最小分度是1mm，游標上有20個小的等分刻度.用它測量一工件的長度，如圖16—1—2所示，圖示的讀數(shù)是______mm.圖16—1—2【答案】4.用如圖16—1—3所示卡尺測量一個金屬圓筒所用材料的體積.應(yīng)該用測腳aa′測_______.應(yīng)該用測腳bb′測______.應(yīng)該用測腳ｃ測______.圖16—1—3【答案】圓筒的外徑與高圓筒內(nèi)徑筒的深度5.有一種游標卡尺，主尺的最小分度是1mm，游標尺上有50個等分刻度，此游標卡尺的總長度為_______mm，用這種游標卡尺測長度可以準確到_______mm.用此卡尺測一木球直徑時，游標卡尺零刻度是在cm和cm兩刻度線之間，若游標卡尺的第19條刻度線與主尺刻度線對齊，則此木球的直徑為_______cm.【答案】49;;6.準確度為mm的游標卡卡尺，游標卡尺刻度總長度為9mm，若其最末一個刻度線與主尺的44mm刻度線對齊，則游標尺的第5條刻度線所對著的主尺刻度為mm mmmm mm【答案】B7.已知游標卡尺的主尺最小分度是1mm，游標卡尺上有10個小的等分刻度，它們的總長等于9mm，用此游標卡尺測得物體長度為cm，這時游標卡尺上的第_______條刻度線與主尺上的_______mm刻度線對齊.【解析】根據(jù)游標卡尺讀數(shù)原理知：cm表明游標卡尺零刻度在23mm多一點的位置，cm表示游標卡