原子物理例題匯總

1、原子及原子核物理知識(shí)總結(jié)：一光的本性：光既是一種電磁波，同時(shí)又具有粒子性。光具有波粒二象性。光的干涉和衍射現(xiàn)象能充分證明光是一種電磁波。而光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)能充分證明光具有粒子性。光電效應(yīng)證明了光子具有能量，E= h。康普頓效應(yīng)證明了光子具有動(dòng)量，P=h/?？灯疹D效應(yīng)：康普頓研究了X射線被較輕物質(zhì)(石墨、石蠟等)散射后光的成分，發(fā)現(xiàn)散射譜線中除了有波長(zhǎng)與原波長(zhǎng)相同的成分外，還有波長(zhǎng)較長(zhǎng)的成分。這種散射現(xiàn)象稱為康普頓散射或康普頓效應(yīng)。光的波動(dòng)性只有在研究大量光子時(shí)才能展現(xiàn)出來(lái)，可見(jiàn)光這種波是一種概率波。德布羅意指出：實(shí)物粒子也具有波粒二象性，實(shí)物粒子在運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)應(yīng)的波叫物質(zhì)波，又叫德布羅意波，=

2、h/p。物質(zhì)波也是概率波。1927年戴維孫和湯姆孫分別用晶體做了電子束衍射的實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了電子的波動(dòng)性。二原子的核式結(jié)構(gòu)：英國(guó)物理學(xué)家湯姆孫研究了陰極射線的性質(zhì)，證明了陰極射線的本質(zhì)是高速運(yùn)動(dòng)的帶負(fù)電的粒子流，他把這種帶電粒子叫做電子。美國(guó)物理學(xué)家密立根用油滴實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確地測(cè)出了電子的電量和質(zhì)量。e=1.6×10-19C。湯姆孫通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，電子是所以物質(zhì)的共有組成部分。電子帶負(fù)電，而原子是電中性的，所以原子中一定有帶正電的物質(zhì)，對(duì)于原子的組成，湯姆孫提出了棗糕模型：原子是一個(gè)球體，里面充滿了均勻分布的帶正電的流體，電子鑲嵌在正電荷液體中，就象棗點(diǎn)綴在一塊蛋糕里一樣。英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福根據(jù)

3、著名的粒子散射實(shí)驗(yàn)，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型。右圖為粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置圖。用粒子轟擊金箔（非常薄的金片，約有3000層金原子的厚度）其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：1絕大多數(shù)粒子穿過(guò)金箔后仍沿原來(lái)方向前進(jìn)，2少數(shù)粒子（約占8000分之一）發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)，3極少數(shù)粒子的偏轉(zhuǎn)超過(guò)了90°，有的甚至幾乎被撞了回來(lái)。粒子大角散射現(xiàn)象，尤其是有極少數(shù)粒子偏轉(zhuǎn)角度幾乎達(dá)到了1800的現(xiàn)象讓盧瑟福感到非常震驚。它好比你對(duì)一張紙發(fā)射炮彈，結(jié)果炮彈被反彈回來(lái)而打到自己身上。粒子好比炮彈，金箔好比一張紙。盧瑟福根據(jù)他的導(dǎo)師湯姆生提出的棗糕模型計(jì)算的結(jié)果：電子質(zhì)量很小，對(duì)粒子的運(yùn)動(dòng)方向不會(huì)發(fā)生明顯影響；由于正電荷均勻分布

4、，粒子所受庫(kù)侖力也很小，散射角不超過(guò)零點(diǎn)幾度，發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的幾率幾乎是零。實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻是有八千分之一的粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn) ！盧瑟福為了解釋粒子大角度的散射現(xiàn)象，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型：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)電的電子在核外空間繞著核旋轉(zhuǎn)對(duì)粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象解釋：粒子穿過(guò)原子時(shí)，電子對(duì)粒子運(yùn)動(dòng)的影響很小，影響粒子運(yùn)動(dòng)的主要是帶正電的原子核。而絕大多數(shù)的粒子穿過(guò)原子時(shí)離核較遠(yuǎn)，受到的庫(kù)侖斥力很小，運(yùn)動(dòng)方向幾乎沒(méi)有改變，只有極少數(shù)粒子可能與核十分接近，受到較大的庫(kù)侖斥力，才會(huì)發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn) 。根據(jù)盧瑟福的原子核式模型和粒子散射的實(shí)驗(yàn)

5、數(shù)據(jù)，可以推算出各種元素原子核的電荷數(shù)，還可以估計(jì)出原子核的大小。原子的半徑約為10-10m、原子核半徑約是10-15m，原子核的體積只占原子的體積的萬(wàn)億分之一。這個(gè)比例好比：如果原子是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大操場(chǎng)，原子核就是操場(chǎng)中心一顆小草上的一滴露珠?？梢?jiàn)原子內(nèi)部是十分空曠的。三天然放射現(xiàn)象：1896年法國(guó)物理學(xué)家貝克勒爾首先發(fā)現(xiàn)。物質(zhì)發(fā)射射線的性質(zhì)稱為放射性，具有放射性的元素稱為放射性元素。放射性元素自發(fā)地發(fā)出射線的現(xiàn)象叫天然放射現(xiàn)象。放射性元素發(fā)出的射線有三種成分：射線，射線，射線。三種射線的本質(zhì)及性質(zhì)：1射線：高速粒子流，帶正電，粒子是氦的原子核。速度到達(dá)光速的1/10，穿透能力較弱，用一張紙就能

6、把它擋住。但是它的電離能力較強(qiáng)。2射線：高速電子流。速度達(dá)到光速的99%。穿透能力較強(qiáng)，能穿透幾毫米厚的鋁板，但是電離能力較弱。3射線：電磁波，又稱光，不帶電。穿透能力很強(qiáng)，能穿透幾厘米厚的鉛板和幾十厘米厚的混凝土。電離能力最弱。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如圖一種元素具有放射性，那么，無(wú)論它是以單質(zhì)存在，還是以化合物行駛存在，都具有放射性。放射性的強(qiáng)度也不收溫度、外界壓強(qiáng)的影響。由于元素的化學(xué)性質(zhì)決定于原子的核外電子，這就說(shuō)明射線與這些電子無(wú)關(guān)，也就是說(shuō)，射線來(lái)自原子核。這說(shuō)明原子核內(nèi)部是有結(jié)構(gòu)的。四原子核的組成：1919年，盧瑟福用高速粒子轟擊氮原子核，從而首次發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子。1932年盧瑟福的學(xué)生查德威克在實(shí)

7、驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了中子。原子核由質(zhì)子和中子組成。質(zhì)子帶正電，電量與電子相等，中子不帶電。質(zhì)子與中子的質(zhì)量非常接近。中子的質(zhì)量比質(zhì)子大千分之一。質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子。原子核中的質(zhì)子數(shù)又叫原子核的電荷數(shù)，用Z表示，原子核內(nèi)質(zhì)子與中子的總數(shù)叫質(zhì)量數(shù)，用A表示。電子的質(zhì)量數(shù)為0。電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都是正整數(shù)。但是電荷數(shù)不是電量，質(zhì)量數(shù)也不是質(zhì)量。同位素：原子核內(nèi)電荷數(shù)相等而質(zhì)量數(shù)不等的元素叫做同位素。如氕、氘、氚。五放射性元素的衰變：1衰變：原子核內(nèi)發(fā)射出一個(gè)粒子，變成了另外一種元素，叫衰變，衰變方程2衰變：原子核內(nèi)發(fā)射出一個(gè)粒子，變成了另外一種元素，叫衰變，衰變方程原子核里沒(méi)有電子，衰變中的電子來(lái)自于一個(gè)中子的

8、分裂。衰變時(shí)中子轉(zhuǎn)化成了一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子。其轉(zhuǎn)化方程如下：。 射線經(jīng)常是伴隨著衰變和衰變產(chǎn)生的。衰變和衰變都滿足電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒。衰變和衰變都是自發(fā)產(chǎn)生的。3半衰期：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需要的時(shí)間，叫做這種元素的半衰期。不同的元素半衰期也不同。如氡222的半衰期為3.8天，也就是說(shuō)，100克的氡222經(jīng)過(guò)3.8天后，還有50克的氡222，再過(guò)3.8天，還剩25克氡222。半衰期是對(duì)大量原子核的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，不適用于有限數(shù)量的原子核。如某種元素的半衰期是10天，5000個(gè)該元素的原子核，10天后還剩2500個(gè)，是錯(cuò)誤的說(shuō)法。半衰期是由原子核內(nèi)部自身因素決定的，與外界物理環(huán)境、化

9、學(xué)環(huán)境無(wú)關(guān)。比如，半衰期與壓力、溫度、或與其它元素化合等無(wú)關(guān)。六核反應(yīng)：原子核在其它粒子的轟擊下產(chǎn)生新的原子核的過(guò)程，成為核反應(yīng)。核反應(yīng)是在人工干涉下進(jìn)行的。但是核反應(yīng)也遵循電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒。首例核反應(yīng)是盧瑟福實(shí)現(xiàn)的，方程：。七結(jié)合能與比結(jié)合能：1原子核內(nèi)的核子是憑借核力結(jié)合在一起構(gòu)成的，要把核子分開(kāi)，也需要能量，這就是原子核的結(jié)合能。結(jié)合能并不是由于核子結(jié)合成原子核而具有的能量，而是為了把核子分開(kāi)而需要的能量。2組成原子核的核子越多，它的結(jié)合能越高。因此，有意義的是結(jié)合能與核子數(shù)的比值，叫做比結(jié)合能，也叫平均結(jié)合能。比結(jié)合能越大，要把原子核拆開(kāi)就越困難，因此，比結(jié)合能越大原子核中核子結(jié)

10、合的越牢固，原子核越穩(wěn)定。八質(zhì)量虧損與核能的利用：研究表明，單個(gè)的質(zhì)子和中子的質(zhì)量比原子核中質(zhì)子和中子質(zhì)量略大，也就是說(shuō)，核子結(jié)合成原子核時(shí)要發(fā)生質(zhì)量虧損，發(fā)生質(zhì)量虧損就會(huì)釋放核能。釋放的核能E=m C2，(愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程：E=m C2，C為光速)科學(xué)家經(jīng)過(guò)精確的實(shí)驗(yàn)研究，得出核子平均質(zhì)量與原子序數(shù)之間的關(guān)系有如圖示曲線所示：從曲線可知：原子序數(shù)較小的的輕核和原子序數(shù)較大的重核其核子平均質(zhì)量都較大，而原子序數(shù)處于中間的中等質(zhì)量的核，其平均核子質(zhì)量較小。從曲線可知，輕核聚變和重核裂變都很發(fā)生質(zhì)量虧損，釋放核能。重核裂變：電荷數(shù)較大的，核子數(shù)較大的原子核分裂成兩個(gè)中等大小的原子核。如右圖，原子核

11、A分裂成原子核B和C。應(yīng)用：原子彈、核電站內(nèi)的核反應(yīng)堆。鈾核裂變的產(chǎn)物是多種多樣的，一種典型的鈾核裂變反應(yīng)方程如下：輕核聚變：兩個(gè)輕核結(jié)合成一個(gè)較大的原子核，發(fā)生的條件是幾百萬(wàn)度的高溫，所以輕核聚變又叫熱核反應(yīng)。輕核聚變的應(yīng)用：氫彈。太陽(yáng)內(nèi)部發(fā)生的是輕核聚變。輕核聚變目前還不能用于實(shí)際生產(chǎn)中，處在研究探索階段，但是前景無(wú)限美好。一個(gè)典型的輕核聚變反應(yīng)：。附：不是所有的核反應(yīng)都能放出核能，有的核反應(yīng)，反應(yīng)后生成物的質(zhì)量比反應(yīng)前的質(zhì)量大，這樣的核反應(yīng)不放出能量，反而在反應(yīng)過(guò)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。裂變過(guò)程：重核被中子轟擊后，與中子復(fù)合成一個(gè)處在高激發(fā)態(tài)的同位素

12、，這種重核的同位素要發(fā)生形變，從一個(gè)接近球形的核變?yōu)橐粋€(gè)拉長(zhǎng)的橢球形的核，最后分裂成兩部分，同時(shí)放出中子。裂變的特點(diǎn)：(1)裂變過(guò)程中能放出巨大的能量(2)裂變的同時(shí)能放出23個(gè)(或更多個(gè))中子(3)裂變的產(chǎn)物不是唯一的注意：裂變反應(yīng)的依據(jù)是實(shí)驗(yàn)事實(shí)，不能僅憑反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒，杜撰各裂變反應(yīng)二、鈾核的裂變的一種典型反應(yīng)。的裂變是很常見(jiàn)的一種重核裂變，它裂變的反應(yīng)物和生成物有多種，其中有兩種很典型的反應(yīng)是：那么裂變過(guò)程為什么能放出能量呢？請(qǐng)以鈾核裂變?yōu)槔?，?jì)算一個(gè)鈾核在上述第二種裂變過(guò)程放出的能量。裂變前的質(zhì)量：kg， kg裂變后的質(zhì)量：kg，kg，kg，學(xué)生計(jì)算：質(zhì)量虧損：kg，

13、J=201MeV鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：1939年12月，德國(guó)物理學(xué)家哈恩和他的助手斯特拉斯曼發(fā)現(xiàn)，用中子轟擊鈾核時(shí)，鈾核發(fā)生了裂變，釋放出的中子又引起了其他鈾核的裂變，這樣不斷繼續(xù)下去，中子會(huì)不斷增加，裂變反應(yīng)就會(huì)不斷加強(qiáng)，形成了裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)這種由重核裂變產(chǎn)生的中子使裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去的過(guò)程，叫做核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。臨界體積（臨界質(zhì)量）：鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件：(1)要有足夠濃度的鈾235(濃縮鈾)因?yàn)殁?35可以俘獲各種能量的中子(2)要保持足夠數(shù)量的慢中子因?yàn)殁?35俘獲慢中子的概率大(3)要有足夠大的鈾塊，即鈾塊體積不小于臨界體積(發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積)可不使中子還未碰到鈾核就逸出鈾塊把裂變物質(zhì)能

14、夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積叫做它的臨界體積，相應(yīng)的質(zhì)量叫做臨界質(zhì)量。原子彈就是根據(jù)這個(gè)原理制成的。 三、核電站(核反應(yīng)堆)原子彈爆炸時(shí)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度是無(wú)法控制的，為了用人工方法控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度，使核能比較平緩地釋放出來(lái)，人們制成了核反應(yīng)堆（核電站的核心設(shè)施）。核反應(yīng)堆是人工控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的裝置。核反應(yīng)堆的類型很多，慢中子核反應(yīng)堆中，核反應(yīng)堆的主要組成是：核燃料。鈾棒由濃縮鈾制成，作為核燃料。濃縮鈾（能吸收慢中子的鈾235約占3%）。減速劑。由石墨、重水或普通水（有時(shí)叫輕水）做成，用來(lái)跟快中子碰撞，使快中子能量減少，變成慢中子，以便讓U235俘獲。控制棒。用鎘做成（鎘吸收中子的能力很強(qiáng)）。用來(lái)控制

15、反應(yīng)速度。冷卻劑。由水或液態(tài)的金屬鈉等流體做成，在反應(yīng)堆內(nèi)外循環(huán)流動(dòng)，把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出，把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出去用于發(fā)電，同時(shí)使反應(yīng)堆冷卻，保證安全。水泥防護(hù)層。用來(lái)屏蔽裂變產(chǎn)物放出的各種射線。（對(duì)放射性的廢料，也要裝入特制的容器，埋入深地層來(lái)處理 ）核燃料、減速劑、冷卻劑組成了核反應(yīng)堆的堆芯。核能發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：污染??；可采儲(chǔ)量大；比較經(jīng)濟(jì)。缺點(diǎn)：一旦核泄漏會(huì)造成嚴(yán)重的核污染；核廢料處理困難。常用裂變反應(yīng)堆的類型：秦山二期、大亞灣二期是壓水堆，秦山三期是沸水堆。例1當(dāng)粒子被重核散射時(shí)，如圖所示的運(yùn)動(dòng)軌跡哪些是不可能存在的（ ）2在粒子散射實(shí)驗(yàn)中，沒(méi)有考慮粒子跟電子的碰撞，其原因是

16、（ ）A粒子不跟電子發(fā)生相互作用B粒子跟電子相碰時(shí)，損失的能量極少，可忽略C電子的體積很小，粒子不會(huì)跟電子相碰D由于電子是均勻分布的，粒子所受電子作用的合力為零3在用粒子轟擊金箔的實(shí)驗(yàn)中，盧瑟福觀察到的粒子的運(yùn)動(dòng)情況是（ ）A、全部粒子穿過(guò)金屬箔后仍按原來(lái)的方向前進(jìn)B、絕大多數(shù)粒子穿過(guò)金屬箔后仍按原來(lái)的方向前進(jìn)，少數(shù)發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)甚至被彈回C、少數(shù)粒子穿過(guò)金屬箔后仍按原來(lái)的方向前進(jìn)，絕大多數(shù)發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，甚至被彈回D、全部粒子都發(fā)生很大偏轉(zhuǎn)4如圖所示為盧瑟福和他的同事們做粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖，熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中的A、B、C、D四個(gè)位置時(shí)，觀察到的現(xiàn)象，下述說(shuō)法中正確的是（

17、    ）A. 放在A位置時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)最多B. 放在B 位置時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)只比A位置時(shí)稍少些C. 放在C、D 位置時(shí)，屏上觀察不到閃光D. 放在D 位置時(shí)，屏上仍能觀察一些閃光，但次數(shù)極少5在存放放射性元素時(shí)，若把放射性元素置于大量水中；密封于鉛盒中；與輕核元素結(jié)合成化合物則（ ）(A)措施可減緩放射性元素衰變 (B)措施可減緩放射性元素衰變(C)措施可減緩放射性元素衰變 (D)上述措施均無(wú)法減緩放射性元素衰變6核電站核泄漏的污染物中含有碘131和銫137碘131的半衰期約為8天，會(huì)釋放射線；銫137是銫133的同位素，半

18、衰期約為30年，發(fā)生衰變時(shí)會(huì)輻射射線。下列說(shuō)法正確的是（ ）A碘131釋放的射線由氦核組成 B銫137衰變時(shí)輻射出的光子能量小于可見(jiàn)光光子能量C與銫137相比，碘131衰變更慢 D與銫133和銫137含有相同的質(zhì)子數(shù)7原子核經(jīng)放射性衰變變?yōu)樵雍?，繼而經(jīng)放射性衰變變?yōu)樵雍?，再?jīng)放射性衰變變?yōu)樵雍薱。放射性衰變 、和依次為（ ）A衰變、衰變和衰變 B衰變、衰變和衰變C衰變、衰變和衰變 D衰變、衰變和衰變8下列關(guān)于原子和原子核的說(shuō)法正確的是（ ）A衰變現(xiàn)象說(shuō)明電子是原子核的組成部分 B波爾理論的假設(shè)之一是原子能量的量子化C放射性元素的半衰期隨溫度的升高而變短 D比結(jié)合能越小表示原子核

19、中的核子結(jié)合得越牢固9.關(guān)于核衰變和核反應(yīng)的類型，下列表述正確的有（ ）A. 是衰變 B. 是衰變C. 是輕核聚變 D . 是重核裂變 10.科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在月球上含有豐富的（氦3）。它是一種高效、清潔、安全的核聚變?nèi)剂?，其參與的一種核聚變反應(yīng)的方程式為。關(guān)于聚變下列表述正確的是（ ）A聚變反應(yīng)不會(huì)釋放能量 B.聚變反應(yīng)產(chǎn)生了新的原子核C聚變反應(yīng)沒(méi)有質(zhì)量虧損 D.目前核電站都采用聚變反應(yīng)發(fā)電11.下列說(shuō)法正確的是（ ）A、太陽(yáng)輻射的能量主要來(lái)自太陽(yáng)內(nèi)部的核裂變反應(yīng)B、湯姆生發(fā)現(xiàn)電子，表明原子具有核式結(jié)構(gòu)C、一束光照射到某種金屬上不能發(fā)生光電效應(yīng)，是因?yàn)樵撌獾牟ㄩL(zhǎng)太短D、按照波爾理論，氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時(shí)，電子的動(dòng)能減小，原子總能量增加12.下列說(shuō)法正確的是（ ） A.是衰變方程 B.是核聚變反應(yīng)方程 C.是核裂變反應(yīng)方程 D.是原子核的人工轉(zhuǎn)變方程13下列說(shuō)法正確的是（ ） A射線在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中都不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn) B射線比射線更容易使氣體電離 C太陽(yáng)輻射的能量主要來(lái)源于重核裂變 D核反應(yīng)堆