20172018學年同步備課套餐物理滬科版選修35講義第4章從原子核到庫克章末總結

章末總結一、識記物理學史近代核物理的探究和發(fā)現(xiàn)從根本上把人們對物質世界的認識推動到了微觀領域．所以對物理學史的觀察也常從這里開始，如電子的發(fā)現(xiàn)、核式結構模型的建立、質子、中子的發(fā)現(xiàn)，是高考觀察的要點和熱門．現(xiàn)總結以下：1．湯姆生電子的發(fā)現(xiàn)[第一大發(fā)現(xiàn)]→原子可以再分→湯姆生→“棗糕”式原子模型．2．盧瑟福(1)α粒子散射實驗[第二大發(fā)現(xiàn)]→否定了湯姆生原子模型→盧瑟福原子模型(核式結構)→打開原子物理大門，初步建立了原子結構的正確圖景，跟經典的電磁理論發(fā)生了矛盾．(2)α粒子轟擊氮原子核→發(fā)現(xiàn)了質子[第三大發(fā)現(xiàn)]．3．玻爾(1)核外電子繞核運動．(2)原子光譜不連續(xù)→玻爾原子模型(能量量子化，能級躍遷假設，軌道量子化)[第四大發(fā)現(xiàn)]→成功解說了氫光譜的規(guī)律，不可以解說比較復雜的原子．4．貝可勒爾天然放射現(xiàn)象[第五大發(fā)現(xiàn)]→原子核有復雜結構．α射線→α粒子流→氦原子核→高電離本事β射線→高速電子流→電離本事較α粒子弱γ射線→高能量光子→高穿透本事例1(多項選擇)以下說法中正確的選項是()A．瑪麗·居里第一提出原子的核式結構模型B．盧瑟福在α粒子散射實驗中發(fā)現(xiàn)了質子C．查德威克在原子核人工轉變的實驗中發(fā)現(xiàn)了中子D．貝可勒爾發(fā)現(xiàn)原子核有復雜結構答案CD分析盧瑟福在α粒子散射實驗中提出原子的核式結構模型，所以A、B錯．據(jù)物理學史可知C、D正確．二、半衰期及衰變次數(shù)的計算1．半衰期：放射性元素的原子核有多數(shù)發(fā)生衰變需要的時間．計算公式：N＝N0(12)n或m＝m0(12)n，此中n＝t，T為半衰期．T2．確立衰變次數(shù)的方法A′40(1)ZX→Z′Y＋n2He＋m－1e依據(jù)質量數(shù)、電荷數(shù)守恒得Z＝Z′＋2n－mA＝A′＋4n二式聯(lián)立求解得α衰變次數(shù)n，β衰變次數(shù)m.(2)依據(jù)α衰變和β衰變(β衰變質量數(shù)不變)直接求解．例2(多項選擇)關于原子核的有關知識，以下說法正確的選項是()A．天然放射性射線中β射線實質就是電子流，它來自原子核內B．放射性原子經過α、β衰變以致新的原子核處于較高能級，所以不穩(wěn)固從而產生γ射線C．氡222經過衰變變?yōu)獒?18的半衰期為3.8天，一個氡222原子核四天后必定衰變?yōu)獒?18D．當放射性元素的原子核外電子擁有較高能量時，將發(fā)生β衰變答案分析

ABβ衰變的實質是原子核中的一此中子轉變?yōu)橐粋€質子，產生一個電子，這個電子以

β射線的形成開釋出去，衰變后的新核處于較高能級，不穩(wěn)固，向低能級躍遷時放出

γ射線，A、B

正確，

D錯誤．因為半衰期是統(tǒng)計規(guī)律，對單個原子核沒有意義，所以

C項錯．圖1針對訓練放射性元素23821021092U衰變有多種可能門路，此中一種門路是先變?yōu)?3Bi，而83Bi可以經一次衰變變?yōu)?10aX(X代表某種元素)，也可以經一次衰變變?yōu)?1bTl，210aX和81bTl最后都變?yōu)?0682Pb，衰變路徑如圖1所示．則()A．a＝82，b＝211210210X是β衰變，210bB.83Bi→a83Bi→81Tl是α衰變210210X是α衰變，210bC.83Bi→a83Bi→81Tl是β衰變D.81bTl經過一次α衰變變?yōu)?0682Pb答案B分析210210210b由83Bi→aX，質量數(shù)不變，說明發(fā)生的是β衰變，同時知a＝84.由83Bi→81Tl，核電荷數(shù)減2，說明發(fā)生的是206206α衰變，同時知b＝206，由81Tl→82Pb發(fā)生了一次β衰變，應選B.三、原子核物理與動量、能量相聯(lián)合的綜合問題1．核反應過程中滿足四個守恒：質量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒、動量守恒、能量守恒．2．核反應過程若在磁場中發(fā)生，粒子在勻強磁場中可能做勻速圓周運動，衰變后的新核和放出的粒子(α粒子、β粒子)形成外切圓或內切圓．例3足夠強的勻強磁場中有一個本來靜止的氡核222α粒子后變?yōu)镻o86Rn，它放射出一個核．假設放出的α粒子運動方向與磁場方向垂直，求：(1)α粒子與Po核在勻強磁場中的軌跡圓的半徑之比，并定性畫出它們在磁場中運動軌跡的示企圖．(2)α粒子與Po核兩次相遇的時間間隔與α粒子運動周期的關系；(設質子和中子質量相等)(3)若某種放射性元素在勻強磁場中垂直磁場方向發(fā)生β衰變，則β粒子和反沖核在磁場中運動軌跡的表示圖與上述α衰變運動軌跡表示圖有何不一樣？答案(1)42∶1見分析圖(2)t＝109Tα(3)見分析圖分析(1)氡核經α衰變的核反應方程為22221884Po＋24He，8686Rn→84衰變的過程極短，故系統(tǒng)動量守恒．設α粒子速度方向為正，則由動量守恒定律得：0＝mαvαmPovPo，即mαvα＝mPovPo2vα粒子與反沖核在勻強磁場中，洛倫茲力供給其做勻速圓周運動的向心力，即qvB＝mr，rmv1＝qB∝q，rαqPo8442故rPo＝qα＝2＝1，表示圖如圖甲所示．(2)它們在磁場中運動的周期T＝2πr＝2πm∝m，它們的周期之比為TαmαqPo484＝vqBq＝·＝·TPomPoqα218284109，即109Tα＝84TPo，這樣，α粒子轉109圈，Po核轉84圈，二者才相遇．所以α粒子與Po核兩次相遇的時間間隔t＝109Tα.(3)若放射性元素在勻強磁場中垂直磁場方向發(fā)生β衰變，則β粒子和反沖衰變過程仍吻合動量守恒定律，它們也在洛倫茲力作用下做勻速圓周運動，但因為β粒子帶負電，反沖核帶正電，衰變時它們兩個運動方向相反，但受的洛倫茲力方向同樣，所以它們的軌跡圓是內切的，且β粒子的軌跡半徑大于反沖核的軌跡半徑，其運動軌跡的表示圖如圖乙所示．90901．氪90(36Kr)是不穩(wěn)固的，它經過一系列衰變最后成為穩(wěn)固的鋯90(40Zr)，這些衰變是()A．1次α衰變，6次β衰變B．4次β衰變C．2次α衰變D．2次α衰變，2次β衰變答案B分析解法一推理計算法依據(jù)衰變規(guī)律，β衰變不影響核的質量數(shù)，發(fā)生一次β衰變，核電荷數(shù)增添1；發(fā)生一次α衰變，質量數(shù)減少4，核電荷數(shù)減少90902，3640Zr，質量數(shù)不變，故未發(fā)生α衰變；核Kr衰變?yōu)殡姾蓴?shù)增添4，必定是發(fā)生了4次β衰變．解法二列方程求解90設36Kr

衰變?yōu)?/p>

9040Zr，經過了

x次α衰變，y次β衰變，則有

90904036Kr→40Zr＋x2He＋y－1e由質量數(shù)守恒得90＝90＋4x由電荷數(shù)守恒得36＝40＋2x－y解得x＝0，y＝4，即只經過了4次β衰變，選項B正確．2．一塊含鈾的礦石質量為M，此中鈾元素的質量為m.那么以下說法中正確的選項是()．經過兩個半衰期后，這塊礦石中基本不再含有鈾了B．經過兩個半衰期后，本來所含的鈾元素的原子核有m發(fā)生了衰變4C．經過三個半衰期后，此中鈾元素的質量還剩m8D．經過一個半衰期后，該礦石的質量剩下M2答案C分析經過兩個半衰期后，鈾元素的質量還剩m4，A、B項均錯誤；經過三個半衰期后，鈾元m素還剩8，C項正確；鈾衰變后，鈾核變?yōu)榱诵碌脑雍?，故D項錯誤．3．(多項選擇)天然放射性物質的放射線包含三種成分，以下說法正確的選項是()A．一張厚的黑紙能擋住α射線，但不可以擋住β射線和γ射線B．某原子核在放出

γ射線后會變?yōu)榱硪环N元素的原子核C．三種射線中對氣體電離作用最強的是

α射線D．β粒子是電子，但不是本來繞核旋轉的核外電子答案

ACD4．在勻強磁場中，一個本來靜止的原子核，因為放出一個

α粒子，結果獲得一張兩個相切圓的徑跡照片(如圖2所示)，今測得兩個相切圓半徑之比是多少？(已知新核電荷量大于α粒子電荷量)．

r1∶r2＝1∶44.求：反沖核的電荷數(shù)圖2答案88分析原子核放出α粒子的過程動量守恒，因為初始動量為零，所以末態(tài)動量也為零，α粒子和反沖核的動量大小相等、方向相反，即p1＝p2＝pv2m