高三物理專題復習(原子核物理)

高三專題復習（原子核物理部分）第頁高三物理專題復習《原子結構與原子核》粒子散射實驗（1）粒子散射實驗裝置粒子散射實驗的裝置，主要由放射源、金箔、熒光屏、望遠鏡和轉動圓盤幾部分組成。（2）實驗的觀察結果α粒子散射實驗的實驗現(xiàn)象：絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后，基本上仍沿原來的方向前進，但有少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉，偏轉的角度甚至大于90°.盧瑟福的原子的核式結構模型：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全部質量都集中在原子核里．帶負電的電子在核外空間繞著核旋轉．【復習鞏固題】1、(多選題)關于α粒子散射實驗，下列說法正確的是()A．α粒子穿過原子時，由于α粒子的質量比電子大得多，電子不可能使α粒子的運動方向發(fā)生明顯的改變B．由于絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍按原來方向前進，所以使α粒子發(fā)生大角度偏轉的原因是在原子中極小的區(qū)域內集中著對α粒子產(chǎn)生庫侖力的正電荷C．α粒子穿過原子時，只有少數(shù)粒子發(fā)生大角度偏轉的原因是原子核很小，α粒子接近原子核的機會很小D．使α粒子發(fā)生大角度偏轉的原因是α粒子穿過原子時，原子內部兩側的正電荷對α粒子的斥力不相等2、(2013·福建高考)在盧瑟福α粒子散射實驗中，金箔中的原子核可以看作靜止不動，下列各圖畫出的是其中兩個α粒子經(jīng)歷金箔散射過程的徑跡，其中正確的是()3、在盧瑟福的α粒子散射實驗中，某一α粒子經(jīng)過某一原子核附近時的軌跡如圖中實線所示．圖中P、Q為軌跡上的點，虛線是過P、Q兩點并與軌跡相切的直線，兩虛線和軌跡將平面分為四個區(qū)域．不考慮其他原子核對該α粒子的作用，那么關于該原子核的位置，下列說法中正確的是()A．可能在①區(qū)域 B．可能在②區(qū)域C．可能在③區(qū)域 D．可能在④區(qū)域氫原子光譜（1）光譜與光譜分析由于每種原子都有自己的特征譜線，因此可以根據(jù)光譜來鑒別物質和確定的化學組成。這種方法叫做光譜分析。原子光譜的不連續(xù)性反映出原子結構的不連續(xù)性，所以光譜分析也可以用于探索原子的結構。光譜光譜定義：由發(fā)光體直接產(chǎn)生的光譜連續(xù)光譜產(chǎn)生條件：熾熱的固體、液體和高壓氣體發(fā)光形成的光譜的形式：連續(xù)分布，一切波長的光都有發(fā)射光譜光譜形式：一些不連續(xù)的明線組成，不同元素的明線光譜不同（又叫特征光譜）吸收光譜線狀譜產(chǎn)生條件：稀薄氣體發(fā)光形成的光譜或金屬蒸汽定義：連續(xù)光譜中某些波長的光被物質吸收后產(chǎn)生的光譜產(chǎn)生條件：熾熱的白光通過溫度較白光低的氣體后，再色散形成的光譜形式：用分光鏡觀察時，見到連續(xù)光譜背景上出現(xiàn)一些暗線（與特征譜線相對應）（2）氫原子光譜的實驗規(guī)律（1）氫原子的光譜：從氫氣放電管可以獲得氫原子光譜，如圖所示．（2）氫原子光譜的特點：在氫原子光譜圖中的可見光區(qū)內，由右向左，相鄰譜線間的距離越來越小，表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性．（3）巴耳末公式：(1)巴耳末對氫原子光譜的譜線進行研究得到了下面的公式：eq\f(1,λ)＝R(eq\f(1,22)－eq\f(1,n2))n＝3，4，5…該公式稱為巴耳末公式．(2)公式中只能取n≥3的整數(shù)，不能連續(xù)取值，波長是分立的值．（4）其他譜線：除了巴耳末系，氫原子光譜在紅外和紫外光區(qū)的其他譜線，也都滿足與巴耳末公式類似的關系式．【復習鞏固題】1、關于太陽光譜，下列說法正確的是()h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，E′等于()A．E－h(huán)eq\f(λ,c)B．E＋heq\f(λ,c)C．E－h(huán)eq\f(c,λ)D．E＋heq\f(c,λ)3、用頻率為ν0的光照射大量處于基態(tài)的氫原子，在所發(fā)射的光譜中僅能觀測到頻率分別為ν1、ν2、ν3的三條譜線，且ν3＞ν2＞ν1，則()A．ν0＜ν1B．ν3＝ν2＋ν1C．ν0＝ν1＋ν2＋ν3D.eq\f(1,ν1)＝eq\f(1,ν2)＋eq\f(1,ν3)4、氫原子從n＝3激發(fā)態(tài)向低能級狀態(tài)躍遷可能放出的光子中，只有一種光子不能使金屬A產(chǎn)生光電效應，則下列說法正確的是()A．不能使金屬A產(chǎn)生光電效應的光子一定是從n＝3激發(fā)態(tài)直接躍遷到基態(tài)時放出的B．不能使金屬A產(chǎn)生光電效應的光子一定是從n＝3激發(fā)態(tài)直接躍遷到n＝2激發(fā)態(tài)時放出的C．從n＝4激發(fā)態(tài)躍遷到n＝3激發(fā)態(tài)，所放出的光子一定不能使金屬A產(chǎn)生光電效應D．從n＝4激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)，所放出的光子一定不能使金屬A產(chǎn)生光電效應5、紫外線照射一些物質時，會發(fā)生熒光效應，即物質發(fā)生可見光，這些物質中的原子先后發(fā)生兩次躍遷，其能量變化分別為ΔE1和ΔE2，下列關于原子這兩次躍遷的說法中正確的是()A．兩次均向高能級躍遷，且|ΔE1|>|ΔE2|B．兩次均向低能級躍遷，且|ΔE1|＜|ΔE2|C．先向高能級躍遷，再向低能級躍遷，且|ΔE1|＜|ΔE2|D．先向高能級躍遷，再向低能級躍遷，且|ΔE1|＞|ΔE2|6、原子從一個能級躍遷一個較低能級時，有可能不發(fā)射光子．例如在某種條件下，鉻原子的n=2能級上的電子躍遷到n=1能級上時并不發(fā)射光子，而是將相應的能量轉交給n=4能級上的電子，使之脫離原子，這一現(xiàn)象叫做俄歇效應．以這種方式脫離了原子的電子叫俄歇電子.已知鉻原子的能級公式可簡化表示為，式中n=1，2，3……表示不同的能級，A是正的已知常數(shù).上述俄歇電子的動能是（）A．B．C． D．四、天然放射現(xiàn)象（1）物質發(fā)射射線的性質稱為放射性(radioactivity)。元素這種自發(fā)的放出射線的現(xiàn)象叫做天然放射現(xiàn)象．具有放射性的元素稱為放射性元素．（2）放射性不是少數(shù)幾種元素才有的，研究發(fā)現(xiàn)，原子序數(shù)大于82的所有元素，都能自發(fā)的放出射線，原子序數(shù)小于83的元素，有的也具有放射性．1．三種射線的本質(1)α射線：α射線是高速α粒子流，實際就是氦原子核，電荷數(shù)是2，質量數(shù)是4.(2)β射線：β射線是高速電子流．(3)γ射線：γ射線是能量很高的電磁波．(4)如圖1所示中1是β射線，2是γ射線，3是α射線．2．三種射線的特點(1)α射線：α粒子容易使空氣電離，但穿透本領很弱．(2)β射線：β粒子穿透能力較強，但電離作用較弱．(3)γ射線：γ粒子電離作用很弱，但穿透能力很強．3、α衰變：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)He(新核的質量數(shù)減少4，電荷數(shù)減少2.)舉例：eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He.β衰變：eq\o\al(A,Z)X→AZ＋1Y＋eq\o\al(0,－1)e(新核的質量數(shù)不變，電荷數(shù)增加1.)實質是核內的一個中子轉化成一個質子和一個電子，其轉化方程為：eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(0,－1)e.舉例：eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e.γ射線是在α或β衰變過程中伴隨而生的，且γ粒子是不帶電的粒子，因此γ射線并不影響原子核的電荷數(shù)，故γ射線不會改變元素在周期表中的位置．4、半衰期：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間．不同的放射性元素，半衰期不同．注意以下兩點：(1)對于同一種元素，其半衰期是一定的，無論是加溫、加壓，或是處于單質、化合物狀態(tài)均不影響元素的半衰期，但不同元素的半衰期不同，有的差別很大．(2)半衰期是一種統(tǒng)計規(guī)律．對于大量的原子核發(fā)生衰變才具有實際意義，而對于少量的原子核發(fā)生衰變，該統(tǒng)計規(guī)律不再適用．5．半衰期公式【復習鞏固題】1、原子核eq\o\al(238,)92U經(jīng)放射性衰變①變?yōu)樵雍薳q\o\al(234,)90Th，繼而經(jīng)放射性衰變②變?yōu)樵雍薳q\o\al(234,)91Pa，再經(jīng)放射性衰變③變?yōu)樵雍薳q\o\al(234,)92U.放射性衰變①、②和③依次為()A．α衰變、β衰變和β衰變B．β衰變、α衰變和β衰變C．β衰變、β衰變和α衰變D．α衰變、β衰變和α衰變2、放射性元素氡(eq\o\al(222,86)Rn)經(jīng)α衰變成為釙(eq\o\al(218,84)Po)，半衰期約為3.8天，但勘測表明，經(jīng)過漫長的地質年代后，目前地殼中仍存在天然的含有放射性元素eq\o\al(222,86)Rn的礦石，其原因是()A．目前地殼中的eq\o\al(222,86)Rn主要來自于其他放射性元素的衰變B．在地球形成的初期，地殼中元素eq\o\al(222,86)Rn的含量足夠高C．當衰變產(chǎn)物eq\o\al(218,84)Po積累到一定量以后，eq\o\al(218,84)Po的增加會減慢eq\o\al(222,86)Rn的衰變進程D.eq\o\al(222,86)Rn主要存在于地球深處的礦石中，溫度和壓力改變了它的半衰期3、如圖所示為查德威克實驗示意圖，用天然放射性元素釙(Po)放射的α射線轟擊鈹時會產(chǎn)生粒子流A，用粒子流A轟擊石蠟時，會打出粒子流B，經(jīng)研究知道()A．A為中子，B為質子B．A為質子，B為中子C．A為γ射線，B為中子D．A為中子，B為γ射線4、（2010福建卷）（1）測年法是利用衰變規(guī)律對古生物進行年代測定的方法。若以橫坐標t表示時間，縱坐標m表示任意時刻的質量，為t＝0時的質量。下面四幅圖中能正確反映衰變規(guī)律的是。（填選項前的字母）5、靜止在勻強磁場中的某放射性元素的原子核，當它放出一個α粒子后，其速度方向與磁場方向垂直，測得α粒子和反沖核的軌道半徑之比為44∶1，如圖所示，則()A．α粒子與反沖核的動量大小相等、方向相反B．原來放射性元素的核電荷數(shù)為90C．反沖核的核電荷數(shù)為88D．α粒子和反沖核的速度之比為1∶88核力與結合能1．比結合能曲線：不同原子核的比結合能隨質量數(shù)變化圖線如圖所示．從圖中可看出，中等質量原子核的比結合能最大，輕核和重核的比結合能都比中等質量的原子核要?。?．當比結合能較小的原子核轉化為比結合能較大的原子核時會釋放核能．3．比結合能越大，表示原子核中核子結合得越牢固，原子核越穩(wěn)定，中等核子數(shù)的原子核，比結合能較大，原子核較穩(wěn)定．4．質量虧損（1）質量虧損科學家研究證明在核反應中原子核的總質量與組成原子的核子的質量之和并不相等，例如精確計算表明：氘核的質量比一個中子和一個質子的質量之和要小一些，這種現(xiàn)象叫做質量虧損，質量虧損只有在核反應中才能明顯的表現(xiàn)出來.（2）愛因斯坦質能方程：E＝mc2相對論指出，物體的能量（E）和質量（m）之間存在著密切的關系，即E＝mc2式中，c為真空中的光速。愛因斯坦質能方程表明：物體所具有的能量跟它的質量成正比。由于c2這個數(shù)值十分巨大，因而物體的能量是十分可觀的。（3）核反應中由于質量虧損而釋放的能量：△E=△mc2物體貯藏著巨大的能量是不容置疑的，但是如何使這樣巨大的能量釋放出來？從愛因斯坦質能方程同樣可以得出，物體的能量變化△E與物體的質量變化△m的關系：△E=Δmc2.單個的質子、中子的質量已經(jīng)精確測定。用質譜儀或其他儀器測定某種原子核的質量，與同等數(shù)量的質子、中子的質量之和相比較，看一看兩條途徑得到的質量之差，就能推知原子核的結合能?！緩土曥柟填}】1、(2014·北京卷)質子、中子和氘核的質量分別為m1、m2和m3.當一個質子和一個中子結合成氘核時，釋放的能量是(c表示真空中的光速)()A．(m1＋m2－m3)cB．(m1－m2－m3)cC．(m1＋m2－m3)c2D．(m1－m2－m3)c22、為紀念愛因斯坦對物理學的巨大貢獻，聯(lián)合國將2005年定為“國際物理年”．對于愛因斯坦提出的質能方程E＝mc2，下列說法中不正確的是()A．E＝mc2表明物體具有的能量與其質量成正比B．根據(jù)ΔE＝Δmc2可以計算核反應中釋放的核能C．一個中子和一個質子結合成氘核時，釋放出核能，表明此過程中出現(xiàn)了質量虧損D．E＝mc2中的E是發(fā)生核反應中釋放的核能3、(2013·新課標全國卷Ⅱ)關于原子核的結合能，下列說法正確的是()A．原子核的結合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量B．一重原子核衰變成α粒子和另一原子核，衰變產(chǎn)物的結合能之和一定大于原來重核的結合能C．銫原子核(eq\o\al(133,55)Cs)的結合能小于鉛原子核(eq\o\al(208,82)Pb)的結合能D．比結合能越大，原子核越不穩(wěn)定E．自由核子組成原子核時，其質量虧損所對應的能量大于該原子核的結合能4、中子和質子結合成氘核時，質量虧損為Δm，相應的能量ΔE＝Δmc2＝2.2MeV是氘核的結合能．下列說法正確的是()A．用能量小于2.2MeV的光子照射靜止氘核時，氘核不能分解為一個質子和一個中子B．用能量等于2.2MeV的光子照射靜止氘核時，氘核可能分解為一個質子和一個中子，它們的動能之和為零C．用能量大于2.2MeV的光子照射靜止氘核時，氘核可能分解為一個質子和一個中子，它們的動能之和為零D．用能量大于2.2MeV的光子照射靜止氘核時，氘核可能分解為一個質子和一個中子，它們的動能之和不為零5、一個電子(質量為m、電荷量為－e)和一個正電子(質量為m、電荷量為e)，以相等的初動能Ek相向運動，并撞到一起，發(fā)生“湮滅”，產(chǎn)生兩個頻率相同的光子，設產(chǎn)生光子的頻率為ν，若這兩個光子的能量都為hν，動量分別為p和p′，下面關系中正確的是()A．hν＝mc2，p＝p′B．hν＝eq\f(1,2)mc2，p＝p′C．hν＝mc2＋Ek，p＝－p′D．hν＝eq\f(1,2)(mc2＋Ek)，p＝－p′重核裂變與輕核聚變1．核裂變重核分裂成質量較小的核，釋放出核能的反應，稱為裂變。不是所有的核反應都能放出核能，有的核反應，反應后生成物的質量比反應前的質量大，這樣的核反應不放出能量，反而在反應過程中要吸收大量的能量。只有重核裂變和輕核聚變能放出大量的能量。2、鈾核的裂變（1）鈾核的裂變的一種典型反應。（2）鏈式反應：由重核裂變產(chǎn)生的中子使裂變反應一代接一代繼續(xù)下去的過程，叫做核裂變的鏈式反應。鏈式反應的條件(1)鈾塊的體積大于臨界體積或鈾塊的質量大于臨界質量．通常把裂變物質能夠發(fā)生鏈式反應的最小體積叫做它的臨界體積，相應的質量叫做臨界質量。(2)有足夠數(shù)量的慢中子．3、．聚變及其條件（1）兩個輕核結合成質量較大的核，這樣的反應叫做聚變。例：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋17.6MeV（2）氫的聚變反應：21H+21H→31He+11H+4MeV、21H+31H→42He+10n+17.6MeV（3）釋放能量：ΔE＝Δmc2＝17.6MeV，平均每個核子釋放能量3MeV以上，約為裂變反應釋放能量的3～4倍（4）核聚變發(fā)生的條件微觀上：參與反應的原子核必須接近到原子核大小的尺寸范圍，即10-15m，要使原子核接近到這種程度，必須使它們具有很大的動能以克服原子核之間巨大的庫侖斥力。宏觀上：要使原子核具有如此大的動能，就要把它加熱到幾百萬攝氏度的高溫。聚變反應一旦發(fā)生，就不再需要外界給它能量，靠自身產(chǎn)生的熱就可以維持反應持續(xù)進行下去，在短時間釋放巨大的能量，這就是聚變引起的核爆炸?！緩土曥柟填}】1、一個鈾235吸收一個中子后發(fā)生的一種核反應方程是23592U＋eq\o\al(1,0)n→13654Xe＋eq\o\al(90,38)Sr＋10eq\o\al(1,0)n，放出的能量為E，鈾235核的質量為M，中子的質量為m，氙136核的質量為m1，鍶90核的質量為m2，真空中光速為c，則釋放的能量E等于()A．(M－m1－m2)c2B．(M＋m－m1－m2)c2C．(M－m1－m2－9m)c2D．(m1＋m2＋9m－M)c22、1個鈾235核吸收1個中子發(fā)生核反應時，大約放出196MeV的能量，則1g純鈾235完全發(fā)生核反應放出的能量為(NA為阿伏伽德羅常數(shù))()A．NA×196MeV B．235NA×196MeVC．235×196MeV D．eq\f(NA,235)×196MeV3、某科學家提出年輕熱星體中核聚變的一種理論，其中的兩個核反應方程為eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(12,6)C→eq\o\al(13,7)N＋Q1，eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(15,7)N→eq\o\al(12,6)C＋X＋Q2.方程中Q1、Q2表示釋放的能量，相關的原子核質量見下表：原子核eq\o\al(1,1)Heq\o