高三物理專題復(fù)習(xí)(原子核物理)

高三專題復(fù)習(xí)（原子核物理部分）第頁(yè)高三物理專題復(fù)習(xí)《原子結(jié)構(gòu)與原子核》粒子散射實(shí)驗(yàn)（1）粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置粒子散射實(shí)驗(yàn)的裝置，主要由放射源、金箔、熒光屏、望遠(yuǎn)鏡和轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤幾部分組成。（2）實(shí)驗(yàn)的觀察結(jié)果α粒子散射實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)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(jìn)，但有少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90°.盧瑟福的原子的核式結(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)．【復(fù)習(xí)鞏固題】1、(多選題)關(guān)于α粒子散射實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是()A．α粒子穿過原子時(shí)，由于α粒子的質(zhì)量比電子大得多，電子不可能使α粒子的運(yùn)動(dòng)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(jìn)，所以使α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的原因是在原子中極小的區(qū)域內(nèi)集中著對(duì)α粒子產(chǎn)生庫(kù)侖力的正電荷C．α粒子穿過原子時(shí)，只有少數(shù)粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的原因是原子核很小，α粒子接近原子核的機(jī)會(huì)很小D．使α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的原因是α粒子穿過原子時(shí)，原子內(nèi)部?jī)蓚?cè)的正電荷對(duì)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(shí)驗(yàn)中，金箔中的原子核可以看作靜止不動(dòng)，下列各圖畫出的是其中兩個(gè)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(shí)驗(yàn)中，某一α粒子經(jīng)過某一原子核附近時(shí)的軌跡如圖中實(shí)線所示．圖中P、Q為軌跡上的點(diǎn)，虛線是過P、Q兩點(diǎn)并與軌跡相切的直線，兩虛線和軌跡將平面分為四個(gè)區(qū)域．不考慮其他原子核對(duì)該α粒子的作用，那么關(guān)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(zhì)和確定的化學(xué)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(jié)構(gòu)的不連續(xù)性，所以光譜分析也可以用于探索原子的結(jié)構(gòu)。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(zhǎng)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(zhǎng)的光被物質(zhì)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(shí)，見到連續(xù)光譜背景上出現(xiàn)一些暗線（與特征譜線相對(duì)應(yīng)）（2）氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)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(diǎn)：在氫原子光譜圖中的可見光區(qū)內(nèi)，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(duì)氫原子光譜的譜線進(jìn)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(zhǎng)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(guān)系式．【復(fù)習(xí)鞏固題】1、關(guān)于太陽(yáng)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(cè)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(jí)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(yīng)，則下列說法正確的是()A．不能使金屬A產(chǎn)生光電效應(yīng)的光子一定是從n＝3激發(fā)態(tài)直接躍遷到基態(tài)時(shí)放出的B．不能使金屬A產(chǎn)生光電效應(yīng)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(shí)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(yīng)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(yīng)5、紫外線照射一些物質(zhì)時(shí)，會(huì)發(fā)生熒光效應(yīng)，即物質(zhì)發(fā)生可見光，這些物質(zhì)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(guān)于原子這兩次躍遷的說法中正確的是()A．兩次均向高能級(jí)躍遷，且|ΔE1|>|ΔE2|B．兩次均向低能級(jí)躍遷，且|ΔE1|＜|ΔE2|C．先向高能級(jí)躍遷，再向低能級(jí)躍遷，且|ΔE1|＜|ΔE2|D．先向高能級(jí)躍遷，再向低能級(jí)躍遷，且|ΔE1|＞|ΔE2|6、原子從一個(gè)能級(jí)躍遷一個(gè)較低能級(jí)時(shí)，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(jí)上的電子躍遷到n=1能級(jí)上時(shí)并不發(fā)射光子，而是將相應(yīng)的能量轉(zhuǎn)交給n=4能級(jí)上的電子，使之脫離原子，這一現(xiàn)象叫做俄歇效應(yīng)．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(jí)公式可簡(jiǎn)化表示為，式中n=1，2，3……表示不同的能級(jí)，A是正的已知常數(shù).上述俄歇電子的動(dòng)能是（）A．B．C． D．四、天然放射現(xiàn)象（1）物質(zhì)發(fā)射射線的性質(zhì)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(zhì)(1)α射線：α射線是高速α粒子流，實(shí)際就是氦原子核，電荷數(shù)是2，質(zhì)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(diǎn)(1)α射線：α粒子容易使空氣電離，但穿透本領(lǐng)很弱．(2)β射線：β粒子穿透能力較強(qiáng)，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(qiáng)．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(zhì)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(zhì)量數(shù)不變，電荷數(shù)增加1.)實(shí)質(zhì)是核內(nèi)的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化成一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，其轉(zhuǎn)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(huì)改變?cè)卦谥芷诒碇械奈恢茫?、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(shí)間．不同的放射性元素，半衰期不同．注意以下兩點(diǎn)：(1)對(duì)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(zhì)、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(jì)規(guī)律．對(duì)于大量的原子核發(fā)生衰變才具有實(shí)際意義，而對(duì)于少量的原子核發(fā)生衰變，該統(tǒng)計(jì)規(guī)律不再適用．5．半衰期公式【復(fù)習(xí)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(cè)表明，經(jīng)過漫長(zhǎng)的地質(zhì)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(dāng)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(huì)減慢eq\o\al(222,86)Rn的衰變進(jìn)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(shí)驗(yàn)示意圖，用天然放射性元素釙(Po)放射的α射線轟擊鈹時(shí)會(huì)產(chǎn)生粒子流A，用粒子流A轟擊石蠟時(shí)，會(huì)打出粒子流B，經(jīng)研究知道()A．A為中子，B為質(zhì)子B．A為質(zhì)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(cè)年法是利用衰變規(guī)律對(duì)古生物進(jìn)行年代測(cè)定的方法。若以橫坐標(biāo)t表示時(shí)間，縱坐標(biāo)m表示任意時(shí)刻的質(zhì)量，為t＝0時(shí)的質(zhì)量。下面四幅圖中能正確反映衰變規(guī)律的是。（填選項(xiàng)前的字母）5、靜止在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的某放射性元素的原子核，當(dāng)它放出一個(gè)α粒子后，其速度方向與磁場(chǎng)方向垂直，測(cè)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(dòng)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(jié)合能1．比結(jié)合能曲線：不同原子核的比結(jié)合能隨質(zhì)量數(shù)變化圖線如圖所示．從圖中可看出，中等質(zhì)量原子核的比結(jié)合能最大，輕核和重核的比結(jié)合能都比中等質(zhì)量的原子核要?。?．當(dāng)比結(jié)合能較小的原子核轉(zhuǎn)化為比結(jié)合能較大的原子核時(shí)會(huì)釋放核能．3．比結(jié)合能越大，表示原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定，中等核子數(shù)的原子核，比結(jié)合能較大，原子核較穩(wěn)定．4．質(zhì)量虧損（1）質(zhì)量虧損科學(xué)家研究證明在核反應(yīng)中原子核的總質(zhì)量與組成原子的核子的質(zhì)量之和并不相等，例如精確計(jì)算表明：氘核的質(zhì)量比一個(gè)中子和一個(gè)質(zhì)子的質(zhì)量之和要小一些，這種現(xiàn)象叫做質(zhì)量虧損，質(zhì)量虧損只有在核反應(yīng)中才能明顯的表現(xiàn)出來.（2）愛因斯坦質(zhì)能方程：E＝mc2相對(duì)論指出，物體的能量（E）和質(zhì)量（m）之間存在著密切的關(guān)系，即E＝mc2式中，c為真空中的光速。愛因斯坦質(zhì)能方程表明：物體所具有的能量跟它的質(zhì)量成正比。由于c2這個(gè)數(shù)值十分巨大，因而物體的能量是十分可觀的。（3）核反應(yīng)中由于質(zhì)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(zhì)能方程同樣可以得出，物體的能量變化△E與物體的質(zhì)量變化△m的關(guān)系：△E=Δmc2.單個(gè)的質(zhì)子、中子的質(zhì)量已經(jīng)精確測(cè)定。用質(zhì)譜儀或其他儀器測(cè)定某種原子核的質(zhì)量，與同等數(shù)量的質(zhì)子、中子的質(zhì)量之和相比較，看一看兩條途徑得到的質(zhì)量之差，就能推知原子核的結(jié)合能。【復(fù)習(xí)鞏固題】1、(2014·北京卷)質(zhì)子、中子和氘核的質(zhì)量分別為m1、m2和m3.當(dāng)一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子結(jié)合成氘核時(shí)，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(jì)念愛因斯坦對(duì)物理學(xué)的巨大貢獻(xiàn)，聯(lián)合國(guó)將2005年定為“國(guó)際物理年”．對(duì)于愛因斯坦提出的質(zhì)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(zhì)量成正比B．根據(jù)ΔE＝Δmc2可以計(jì)算核反應(yīng)中釋放的核能C．一個(gè)中子和一個(gè)質(zhì)子結(jié)合成氘核時(shí)，釋放出核能，表明此過程中出現(xiàn)了質(zhì)量虧損D．E＝mc2中的E是發(fā)生核反應(yīng)中釋放的核能3、(2013·新課標(biāo)全國(guó)卷Ⅱ)關(guān)于原子核的結(jié)合能，下列說法正確的是()A．原子核的結(jié)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(jié)合能之和一定大于原來重核的結(jié)合能C．銫原子核(eq\o\al(133,55)Cs)的結(jié)合能小于鉛原子核(eq\o\al(208,82)Pb)的結(jié)合能D．比結(jié)合能越大，原子核越不穩(wěn)定E．自由核子組成原子核時(shí)，其質(zhì)量虧損所對(duì)應(yīng)的能量大于該原子核的結(jié)合能4、中子和質(zhì)子結(jié)合成氘核時(shí)，質(zhì)量虧損為Δm，相應(yīng)的能量ΔE＝Δmc2＝2.2MeV是氘核的結(jié)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(shí)，氘核不能分解為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子B．用能量等于2.2MeV的光子照射靜止氘核時(shí)，氘核可能分解為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子，它們的動(dòng)能之和為零C．用能量大于2.2MeV的光子照射靜止氘核時(shí)，氘核可能分解為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子，它們的動(dòng)能之和為零D．用能量大于2.2MeV的光子照射靜止氘核時(shí)，氘核可能分解為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子，它們的動(dòng)能之和不為零5、一個(gè)電子(質(zhì)量為m、電荷量為－e)和一個(gè)正電子(質(zhì)量為m、電荷量為e)，以相等的初動(dòng)能Ek相向運(yùn)動(dòng)，并撞到一起，發(fā)生“湮滅”，產(chǎn)生兩個(gè)頻率相同的光子，設(shè)產(chǎn)生光子的頻率為ν，若這兩個(gè)光子的能量都為hν，動(dòng)量分別為p和p′，下面關(guān)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(zhì)量較小的核，釋放出核能的反應(yīng)，稱為裂變。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(yīng)。（2）鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：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)下去的過程，叫做核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件(1)鈾塊的體積大于臨界體積或鈾塊的質(zhì)量大于臨界質(zhì)量．通常把裂變物質(zhì)能夠發(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。(2)有足夠數(shù)量的慢中子．3、．聚變及其條件（1）兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，這樣的反應(yīng)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(yīng)：21H+21H→31He+11H+4MeV、21H+31H→42He+10n+17.6MeV（3）釋放能量：ΔE＝Δmc2＝17.6MeV，平均每個(gè)核子釋放能量3MeV以上，約為裂變反應(yīng)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(yīng)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(dòng)能以克服原子核之間巨大的庫(kù)侖斥力。宏觀上：要使原子核具有如此大的動(dòng)能，就要把它加熱到幾百萬攝氏度的高溫。聚變反應(yīng)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(yīng)持續(xù)進(jìn)行下去，在短時(shí)間釋放巨大的能量，這就是聚變引起的核爆炸?！緩?fù)習(xí)鞏固題】1、一個(gè)鈾235吸收一個(gè)中子后發(fā)生的一種核反應(yīng)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(zhì)量為M，中子的質(zhì)量為m，氙136核的質(zhì)量為m1，鍶90核的質(zhì)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(gè)鈾235核吸收1個(gè)中子發(fā)生核反應(yīng)時(shí)，大約放出196MeV的能量，則1g純鈾235完全發(fā)生核反應(yīng)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(xué)家提出年輕熱星體中核聚變的一種理論，其中的兩個(gè)核反應(yīng)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(guān)的原子核質(zhì)量見下表：原子核eq\o\al(1,1)Heq\o