著名机构高二物理春季班讲义第9讲原子和原子核

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1、第9讲 原子和原子核教师版说明：原子原子核部分高考要求的基础知识，寒假已经讲的比较全了，所以本讲补充了一些比较难的题，老师可以根据实际情况安排。如果不想讲这些题，可以讲上一讲比较难的光压等问题，或者直接讲下一讲图象的问题。温故知新基础训练1. 卢瑟福的粒子散射实验结果表明了A原子核是由质子和中子组成的，质子带正电，中子不带电B某些原子核容易发生衰变，自身变成另一种元素的原子核C原子的正电部分和几乎全部质量都集中在体积很小的核上，整个原子很空旷D电子是原子的组成部分，原子不可再分的观念被打破【答案】 C2. 如图所示为氢原子的四个能级，其中为基态，若氢原子处于激发态，氢原子处于激发态，则下列说法

2、正确的是A. 原子可能辐射出3种频率的光子B. 原子可能辐射出3种频率的光子C. 原子能够吸收原子发出的光子并跃迁到能级D. 原子能够吸收原子发出的光子并跃迁到能级【答案】 B3. 在轧制钢板时需要动态地监测钢板厚度，其检测装置由放射源、探测器等构成，如图所示。该装置中探测器接收到的是A射线 B射线C射线D射线【答案】 D4. 经过次衰变和次衰变，则A，B，C，D，【答案】 B5. 以下是物理学史上3个著名的核反应方程、和是三种不同的粒子，其中是A粒子 B质子 C中子 D电子【答案】 C6. 某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为：，。方程式中、表示释放的能量，相关的

3、原子核质量见下表。原子核质量/下列四个选项正确的是A是， B是，C是， D是，【答案】 B9.1 玻尔模型拓展知识点睛玻尔原子模型我们在寒假已经学习过，这节课我们主要对细节做几点拓展和总结，帮助大家更深刻的理解知识。1氢原子的能级原子电离后的能量比原子其他状态的能量都高。我们把原子电离后的能量记为0，则其他状态下的能量值就是负的。原子各能级的计算公式为：对应的轨道关系为：对于氢原子而言，基态能量，2光谱线数的确定方法 单个氢原子，因为核外只有一个电子，因此在跃迁时辐射（吸收）的光子只有一种可能，光子只有一种频率。 大量光子跃迁时，如果一群氢原子处于高能级，对应的量子数为，就有可能向量子数为，诸

4、能级跃迁，共可形成条谱线，而跃迁至量子数为的氢原子又可向，诸能级跃迁。将以上结果求和，可得：从量子数为的能级向低能级跃迁，形成的谱线总数为条。数学表示为。3光子激发与碰撞激发（教师版说明：这个问题有一定难度，老师可以根据课堂情况选讲） 光子和原子作用使原子在定态之间跃迁时，则要求光子的能量必须等于原子的某两个能级差，。 当光子与原子作用而使原子电离，产生离子和自由电子时，原子结构被破坏，因而不遵循有关原子结构的理论。如基态氢原子的电离能为，只要大于或等于的光子都可能被处于基态的氢原子吸收而发生电离。氢原子电离所产生的自由电子的动能等于入射光子的能量减去电离能。 电子与原子作用而使原子激发或电离

5、，是通过电子和原子的碰撞来实现的。在碰撞过程中，电子的动能可以全部或部分的被原子吸收，所以只要入射电子的动能大于或等于原子某两个能级的差值，就可以使原子受激发而跃迁到较高的能级，当入射电子的动能大于原子在某能级的电离能时，也可以使原子电离。 若是在其他粒子如质子的碰撞下而引起跃迁，则要求质子的能量必须大于某两个能级差值，这时需要考虑碰撞中的动量守恒，质子的能量不能全部被吸收用来引起能级的跃迁。例题精讲例题说明：例1考察光子电离及能量关系；例2考察光谱线条数及能级问题。难题突破部分的例10是一道较难的问题，涉及能级较多，考察光谱线条数及电子碰撞激发的问题。【例1】 按照玻尔原子理论，氢原子中的电

6、子离原子核越远，氢原子的能量 （选填“越大”或“越小”）。已知氢原子的基态能量为（），电子质量为，基态氢原子中的电子吸收一频率为的光子被电离后，电子速度大小为 。（普朗克常量为）【答案】 越大，【例2】 用具有一定动能的电子轰击大量处于基态的氢原子，使这些氢原子被激发到量子数为（）的激发态。此时出现的氢光谱中有条谱线，其中波长的最大值为。现逐渐提高入射电子的动能，当动能达到某一值时，氢光谱中谱线条数增加到条，其中波长的最大值变为。下列各式中可能正确的是ABCD【答案】 AC9.2 半衰期复习知识点睛1定义放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，叫做这种元素的半衰期。注意：放射性元素的半衰期

7、是对大量原子核的行为而言的，对单个的少量原子是无意义的。2公式；式中、分别表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，、分别表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，表示衰变时间，表示半衰期。3图象以未衰变的质量与初始质量之比为纵坐标，以经历的时间为横坐标，衰变过程的图象如图所示，图中表示放射性元素的半衰期。例题精讲例题说明：例3、例4考察半衰期公式，难度不大。【例3】 某放射性元素经过天有的原子核发生了衰变，该元素的半衰期为A天 B天 C天 D天【答案】 D【例4】 已知、两种放射性元素的半衰期分别为和，时间后测得这两种放射性元素的质量相等，那么它们原来的质量之比 。【答案】9.3 核反应

8、综合问题知识点睛1核反应类型的判断核反应方程的常见类型有：衰变、人工转变、裂变和聚变。判断核反应方程是哪种类型的核反应时，应紧抓该类型核反应的定义。 重核俘获一个中子后分裂为个中等质量核的反应过程，称为裂变。裂变方程的重要特征是“”前有一个中子和一个重核，“”后有两个或两个以上的中等质量的核。 把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应，称为聚变，又称为热核反应。聚变方程的特征是“”前有两个或两个以上的质量很小的核，“”后是一个质量稍大些的核，有的聚变中可能还会放出一个质子或一个中子、正电子等。 人工转变通常是指某原子核在粒子（或其他粒子）的轰击下，转变为一个新核的核反应。人工转变方程的特征是

9、“”前有一个粒子（或其他粒子）和一个原子核，“”后一个新核，通常还伴随一个质子或中子。 放射性元素的原子核放出一个粒子或粒子而转变成新核的过程称为衰变。衰变方程的重要特征是“”前只有一个原子核，“”后粒子或粒子与一个新核。2轨迹相切问题的处理原来静止的原子核衰变发出射线，同时生成新核，若它们处在同一个匀强磁场中，就会出现内切圆和外切圆的物理图景。若原子核衰变放出的射线带正电，则新核与粒子在磁场中的两圆外切；若原子核衰变放出的射线带负电，则内切。两圆半径大小由确定。因为、相同，故电荷量多的为小圆，即新核必定是小圆。衰变衰变匀强磁场中的轨迹3核能的综合计算参加核反应的粒子所组成的系统，在核反应的过

10、程中有时涉及动量、能量等问题，如果处于磁场中还会与圆周运动相结合，处理这些问题的主要依据是： 爱因斯坦的质能方程：或 动量守恒定律 能量守恒：反应前后系统的能量形式可能发生变化，但总能量是不变的 带电粒子在匀强磁场中的运动公式例题精讲例题说明：例5考察衰变后磁场中轨迹圆半径，难题突破部分例11是一道涉及同一问题的难度较大的题目，例5可以作为铺垫；例6、例7考察磁场中轨迹圆问题；例8与动量能量双守恒结合，难题突破部分例12涉及相同问题，例8可以作为铺垫；例9与电场中的偏转相结合。【例5】 在匀强磁场中，某个处于静止状态的放射性原子核发生衰变，从核中放出一个粒子。已知粒子的速度方向垂直于磁感线，并

11、测得粒子的运动轨迹半径为，则反冲核的运动半径是A B C D【答案】 C【例6】 在匀强磁场中有一个静止的氡原子核，由于衰变它放射出一个粒子，此粒子的径迹与反冲核的径迹是两个相外切的圆，大圆与小圆的直径之比为，如图所示。那么氡核的衰变方程应是下列方程的哪一个A B C D 【答案】 B【例7】 在匀强磁场中有一个原来静止的原子核，发生了某种衰变，已知放射出的粒子速度方向及反冲核的速度方向均与磁场方向垂直，它们在磁场中运动的轨迹是两个相内切的圆，如图所示。由此可知衰变生成的新核和反应放出的粒子分别是A B C D【答案】 C【例8】 一个静止的（原子质量为），放出一个粒子（原子质量为）后，衰变成

12、（原子质量为）。假设放出的核能完全变成核和粒子的动能，试计算粒子的动能。（）【答案】【例9】 某学习小组到大学的近代物理实验室参观，实验室的老师给他们提供了一张经过放射线照射的底片，底片上面记录了在同一直线上的三个曝光的痕迹，如图所示。老师告诉他们，实验时底片水平放置，第2号痕迹位置的正下方为储有放射源的铅盒的开口，放射源可放射出、三种射线。然后又提供了、三种射线的一些信息如下表。已知铅盒上的开口很小，故射线离开铅盒时的初速度方向均可视为竖直向上，射线中的粒子所受重力、空气阻力及它们之间的相互作用力均可忽略不计，不考虑粒子高速运动时的相对论效应。原子质量单位，元电荷，光速。射线类型射线性质组成

13、质量速度电离作用穿透性射线强弱射线约为较弱较强射线光子0弱强 学习过程中老师告诉同学们，可以利用三种射线在电场或磁场中的偏转情况对它们加以辨别。如果在铅盒与底片之间加有磁感应强度的水平匀强磁场，请你计算一下放射源射出射线在此磁场中形成的圆弧轨迹的半径为多大？（保留2位有效数字） 老师对如图所示的“三个曝光的痕迹”解释说，底片上三个曝光的痕迹是铅盒与底片处在同一平行于三个痕迹连线的水平匀强电场中所形成的。 试分析说明，第2号痕迹是什么射线照射形成的； 请说明粒子从铅盒中出来后做怎样的运动；并通过计算说明第几号曝光痕迹是由射线照射形成的。【答案】 第2号痕迹是射线照射形成的；略。难题突破例题说明：

14、例10考察光谱线条数及电子碰撞激发的问题，涉及能级较多；例11与磁场中的轨迹相结合；例12与动量能量双守恒相结合。这3道题有一定难度，老师可根据需要选择。【例10】 用大量具有一定能量的电子轰击大量处于基态的氢原子，观测到了一定数目的光谱线。调高电子的能量再次进行观测，发现光谱线的数目比原来增加了5条。用表示两次观测中最高激发态的量子数之差，表示调高后电子的能量。根据氢原子的能级图可以判断，和的可能值为A，B，C，D，【答案】AD【例11】 一个静止的俘获一个速度的中子（）后生成、两个新核，两新核的速度方向相同，核的质量数，速度。两核在同一磁场中做匀速圆周运动时，其半径之比。试回答以下问题：核

15、是什么？速度是多大？写出核反应方程。【答案】 核是，该核反应方程为：，【例12】 用放射源钋（Po）发射的粒子打在铍核（）上，产生一种新的粒子和另一生成物，这些新粒子组成的粒子流有以下特点： 在任意方向的磁场中都不偏转； 让它与含氢物质中的静止氢核相碰撞，可把氢核击出，被击出氢核的能量为，让它与含氮物质中的静止氮核相碰撞，也可把氮核击出，被击出的氮核的能量为，碰撞可视为对心完全弹性碰撞，且已知氢核与氮核的质量比为。试根据以上数据求出新粒子质量与氢核质量之比，对此新粒子是什么粒子作出判断，并写出粒子轰击铍核（）的核反应方程式【答案】 未知粒子为中子，粒子轰击铍核（）的核反应方程式为17第四级（下）第9讲提高-尖子-目标教师版