2012高二物理 竞赛专题系列专题9 原子物理

原子物理

一、考点内容

1．氢原子的能级结构,氢原子的电子云,光子的发射和吸收。

2．天然放射现象,?射线、?射线、?射线,半衰期。

3．质子的发现,中子的发现,原子核的组成。 4．核能,爱因斯坦的质能方程。 5．重核的裂变,链式反应;轻核的聚变。 6．核反应堆，放射性污染和防护 二、复习思路

原子、原子核的内容以人类认识微观世界的过程为线索，介绍有关原子、原子核著名实验和实验结论的初步知识。“联系实际、联系生活、联系高科技”已成为高考命题的趋势，所以同学应特别注意。

本单元的内容多而杂，学习要求是识记和理解，而许多同学又记不住。下面介绍一种行之有效的方法：以科学家的姓名为线索，以其发现为主要内容，通过读书或阅读科普读物归纳“十大人物，九大发现，四大核变”形成知识体系，这样非常便于记忆和理解。由于本单元理论的形成都是以事实发现为依据，故在每一理论复习时，应按如下知识链进行：事实、发现?发现的意义?模型?成功之处、不足之处?新的发现事实?意义。 （一）：十大人物，九大发现

1、汤姆孙（又译作“汤姆生”）?电子的发现（第一大发现）?原子可分

2、卢瑟福??粒子散射实验（第二大发现）?原子的核式结构模型?与经典的电磁场理论矛盾

卢瑟福??粒子轰击氮原子核?发现质子（第三大发现）

3、玻尔?原子的能级（第四大发现）?成功解释氢光谱的规律，不能解释比较复杂的原子。 4、贝克勒耳?天然放射现象（第五大发现）?原子核有复杂结构

?a射线?a粒子流?氮原子核?高电离本领?三种射线??射线?高速电子流?电离本领较a粒子弱???射线?高能量光子?高穿透本领

5、玛丽.居里，皮埃尔.居里?天然放射现象研究发现放射性元素钋和镭（第六大发现）?放

?4?a衰变?a粒子（2He）?0射性元素的衰变????衰变??粒子（?1e）?1衰变时间?N?N0()n；n??2半衰期?

?原子核由质子和中子组成。6、查德威克??粒子轰击铍原子核?发现中子（第七大发现）

7、约里奥.居里，伊丽芙.居里??粒子轰击铝箔?发现放射性同位素（第八大发现）?应

用（利用它的射线；作为示踪原子）

8、爱因斯坦?质能方程：（?E??mc）（第九大发现） （二）：四大核变

2382344??a衰变：92U?90Th?2He1、放射性元素的衰变?

2342340???衰变：90Th?91Pa??1e2 - 1 -

4171?质子的发现：14N?2He?8O?1H7?941212、原子核的人工转变?中子的发现：4Be?2He?6C?0n

?274301放射性同位素发现：Al?He?P?n132150?19013613、重核的裂变:235U?0n?38Sr?54Xe?100n?链式反应?核能的应用（发电、原子弹） 9223414、轻核的聚变:1H?1H?2He?0n?热核反应（氢弹）

三、重点难点解析

1．原子核式结构：通过对卢瑟福?粒子散射实验现象的分析：粒子穿过金箔后，绝大多数没有发生偏转，仍沿原来方向前进，只有少数发生较大的偏转，极少数偏转角度超过90?，甚至达到180?，这是汤姆逊的枣糕模型所不能解释的，说明原子具有核式结构。

2．氢原子的能级结构：?n越大，En越大，能量越高，原子越不稳定；?处于激发态的氢原子会自发的向低能级跃迁，以光子的形式释放能量，释放的能量等于两个能级的能量差，原子能量的释放和吸收均满足均满足这一关系，是不连续的。?原子吸收能量的原则是吸收能量恰好等于两个能级差，或者吸收能量大于或等于其电离能，使电子成为自由电子。当原子吸收光子时，由于光子不可分，故其必须选择能量满足上述原则的光子；当原子吸收实物粒子（如电子）能量时，原子可以根据需要吸收其中的一部分能量，即对实物粒子的能量没有条件限制。

3、? 衰变的实质：? 衰变放出电子，并不表示原子核中有电子，而是原子核中的一个中子

110转化质子时伴随着放出一个电子，即0n?1H??1e

4、质量亏损及核能：并不是指质量的消失，只是在核反应的过程中以辐射能量的形式体现了相应部分的质量；E?mc2不能理解为质量为m的物质可以转化为mc2的能量，这只是反应了质量与能量间的密切联系，在计算核能时应用?E??mc2来计算。

四．例题精讲

90例1、（2003年全国）铀核裂变的产物之一36Kr是不稳定的，它经过一系列衰变最终成为稳定

90的锆90（40Zr）这些衰变是：

A、1次?衰变，6次?衰变 B、4次?衰变

C、2次?衰变 D、2次?衰变，2次?衰变

例2、欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行的是：

A、用10.2ev的光子照射 B、用11ev的光子照射 C、用14ev的光子照射 D、用11ev的电子碰撞

例3、（04江苏卷）若原子的某内层电子被电离形成空位，其它层的电子跃迁到该空位上时，会将多余的能量以电磁辐射的形式释放出来，此电磁辐射就是原子的特征X射线。内层空位的产生有多种机制，其中一种称为内转换，即原子中处于激发态的核跃迁回基态时，将跃迁时释放的能量交给某一内层电子，使此内层电子电离而形成空位（被电离的电子成为内转换电子）。

214Po的原子核从某一激发态回到基态时，可将能量E0=1.416Mev交给内层电子（如K、L、M

214层电子，K、L、M标记原子中最靠近核的三个电子层）使其电离，实验测得从Po原子的K、L、M层电离出的电子的动能分别为EK=1.323Mev、EL=1.399Mev、EM=1.412Mev。

- 2 -

则可能发射的特征X射线的能量为：

A、0．013Mev B、0．017Mev C、0．076Mev D、0．093Mev

例4、（02广东卷）如下一系列核反应是在恒星内部发生的：

p?6C?7N 7N?6C?e15812131313??v p?6C?7N p?7N?8O

?13141415O?7N?e15??v p?7N?6C?? 其中p为质子，?为?粒子，e为正电子，v为

?271512一种中微子。已知质子的质量为mp?1.672648?10m??6.644929?10?27kg，?粒子的质量为

正电子的质量为me?9.11?10kg，

?31中微子的质量可忽略不计，kg，

真空中的光速c?3.00?108m/s，试计算该系列核反应完成后释放的能量。

.

例5。(2005广东高考)如图所示,氢原子从n>2的某一能级迁到n=2的能级,辐射出能量为2.55 eV的光子.问最少要给态的氢原子提供多少电子伏的能量,才能使它辐射上述能量光子?请在图中画出获得该能量后的氢原子可能的辐射跃迁

例6．一个静止的放射性原子核处于垂直纸面向里的匀强磁场中，由于发生了衰变而形成如图所示的两个圆形径迹，两圆半径之比为1∶16( ) A.该原子核发生了α衰变

B.反冲核沿小圆作逆时针方向运动

C.原来静止的原子核的原子序数为15

D.沿大圆和沿小圆运动的粒子运动周期相同

例7．已知氘核质量为2.013 6 u，中子质量为1.008 7 u,2He核的质量为3.015 0 u； (1)写出两个氘核聚变成2He核反应方程；

(2)计算上述核反应中释放的核能；

(3)若两个氘核以相等的动能0.35 MeV作对心碰撞即可发生上述核反应，其释放的核能全部转化为机械能，则反应中生成的2He核和中子的动能各是多少?

333跃基的图.

- 3 -

五、配套练习

1．下列说法中正确的是：

A、原子由电子和带正电的物质组成是卢瑟福α粒子散射实验得出的 B、玻尔理论认为原子只能处于能量不连续的一系列状态

C、从目前观点看，媒介子、轻子和强子是没有内部结构的“点状”粒子 D、强子是参与强相互作用的粒子，中子是最早发现的强子 2．下列衰变中，属于α衰变的是：

234023823443030024240A、234Th?91Pa??1e B、11Na?12Mg??1e C、92U?90Th?2He D、15P?14Si?1e 903．下列说法中不正确的是：

A、激光的主要特点是：方向性好、单色性好、亮度高 B、天然放射性现象说明原子核内部具有复杂结构

C、人工合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素，它们的物质结构相同

D、目前的核电站中采用核反应堆使轻核聚变，将释放出巨大能量转移成电能

4．用人工的方法可以得到放射性同位素，放射性同位素的原子核可以发生衰变。则下列描述不正确的是：

A、放射性同位素放出的射线可以穿透黑纸使照相底片感光

30274301B、用?粒子轰击铝原子核得到磷的同位素15P的核反应方程为：13Al?2He?15P?0n

C、

23290Th经过6次?衰变和4次?衰变变成一种稳定的元素，该元素的原子序数为82。D、?射

线的贯穿能力很强，可以用来检查金属内部是否有裂纹，还可以用来治疗肿瘤。 5．如右图所示，P为匀强电场中的天然放射源，其放出的射线在电场的作分成a,b,c三束，以下判断正确的是：

A、a为?射线，b为?射线 B、a为?射线，b为?射线 C、b为?射线，c为?射线 D、b为?射线，c为?射线

用下

6．1994年3月，中国科技大学研制成功了比较先进的HT—7型超导托卡马克， 托卡马克(Tokamak)是研究受控核聚变的一种装置，这个词是toroidal(环行的)，kamera(真空室)，magnet(磁)的头两个字母以及katushka(线圈)的第一个字母组成的缩写词。根据以上的信息下列说法不正确的是： A、 种核反应原理是轻核的聚变，同时释放出大量的能量，与太阳发光的原理类似 B、这种装置同我国秦山核电站、大压湾核电站所使用的核装置原理相同 C、这种装置可以控制热核反应速度，使聚变能缓慢而稳定释放 D、这种装置产生的核聚变对环境的污染比核裂变要轻得的多

2087．232。对此，下列说法正确的是： 90Th（钍）经过一系列α和β衰变，成为82Pb（铅）

- 4 -