原子核物理

《原子核物理》专题讲练

一、 考纲要求

内 容 102．α粒子散射实验．原子的核式结构 103．氢原子的能级结构．光子的发射和吸收 104．氢原子的电子云 105．原子核的组成．天然放射现象．α射线、β射线、γ射线．衰变．半衰期 106．原子核的人工转变． 核反应方程，放射性同位素及其应用 107．放射性污染和防护 108．核能．质量亏损．受因斯坦的质能方程 109．重核的裂变．链式反应．核反应堆 110．轻核的聚变．可控热核反应 111．人类对物质结构的认识 要求 说明 Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅰ Ⅰ 原子核物理部分在高考理综中以选择题的形式进行考察，分值：6分。主要考察内容为：能级、玻尔氢原子理论、衰变规律、核反应和核反应方程、核能计算、重核裂变和轻核聚变。

二、典例分类评析

1、α粒子散射实验和原子的核式结构

（1）α粒子散射实验（1909-1911年英国物理学家卢瑟福和他的助手盖革，学生马斯登等做了用α粒子轰击薄金箔的实验）

①绝大数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了较大的偏转。

0

②散射的α粒子的数目随着θ角的增大而很快地减少。有极少数α粒子的偏转角θ超过了90，有

0

的甚至几乎达到180，象是被金箔弹回来。 （2）原子的核式结构

①汤姆生原子模型不能解释α粒子的散射实验结果中的大角度散射现象，因而被否定。

②为了解释α粒子的散射实验结果，卢瑟福在1911年提出了原子的核式结构学说：在原子的中心有一个很的核，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转。

例1、（2001夏季高考物理上海卷）卢瑟福原子核式结构理论的主要内容有 （ ）

A．原子的中心有个核，叫做原子核 B．原子的正电荷均匀分布在整个原子中

C．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里 D．带负电的电子在校外绕着核旋转

例2、下图为在α粒子散射实验中，一束α粒子在穿越金箔内一个金原子的轨迹示意图，正确的是

( )

例3、在α粒子散射实验中，如果只考虑α粒子与金原子核的相互作用.则一个α粒子在穿越金原子的过程中，以下说法正确的是 （ ） A.α粒子的动能逐渐减小 B.α粒子的势能逐渐增大

C.α粒子与金原子核组成的系统能量逐渐减小 D.α粒子的加速度大小先增大后减小 2、玻尔氢原子理论与能级

（1）玻尔氢原子理论主要包括三方面内容

①定态假设：原子只能处于一系列不连续的能量状态之中，在这些状态中能量是稳定的，电子虽然做加速运动，但并不向外辐射能量。这些状态叫定态。

②跃迁假设：原子从一种定态（设能量为E2）跃迁到另一种假定态（设能量为E1）时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，即

hν=E2-E1

③轨道假设：原子的不同能量状态对应于电子的不同运行轨道，由于原子的能量状态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的，即电子不能在任意半径的轨道上运行。 （2）能级与能级图

①原子在各个定态时的能量值En称为原子的能级。它对应电子在各条可能轨道上运动时的能量En（包括动能和势能）

En=E1/n2 n=1,2,3,······

E1代表电子在第一条可能轨道上运动时的能量 ②基态和激发态

基态：在正常状态下，原子处于最低能级，这时电子在离核最近的轨道上运动，这种定态，叫基态

激发态：原子处于较高能级时，电子在离核较远的轨道上运动，这种定态，叫激发态

③原子发光：原子从基态向激发态跃迁的过程是吸收能量的过程。原子从较高的激发态向较低的激发态或基态跃迁的过程，是辐射能量的过程，这个能量以光子的形式辐射出去，吸收或辐射的能量恰等于发生跃迁的两能级之差。 ④能级图

⑤一群氢原子从量子数为n能级跃迁发出的谱线频率数为：n（n-1）/2

例1、根据玻尔理论，某原子的电子从能量为E的轨道跃迁到能量为E?的轨道，辐射出波长为?的

光．以h表示普朗克常量，C表示真空中的光速，则E?等于 （ ） A．E?h C．E?h?cc

B．E?hD．E?h?cc

??例2、原子从一个能级跃迁到一个较低的能级时，有可能不发射光子，例如在某种条件下，铬原子

的n＝2能级上的电子跃迁到n＝1能级上时并不发射光子，而是将相应的能量转交给n＝4能级上的电子，使之能脱离原子，这一现象叫做俄歇效应，以这种方式脱离了原子的电子叫做俄歇电子，已知铬原子的能级公式可简化表示为En＝?A，式中n＝1，2，3……表示不同能级，2nA是正的已知常数，上述俄歇电子的动能是 （ ） A．

371113A B．A C．A D．A 16161616例3、图中画出了氢原子的4个能级，并注明了相应的能量E。处在n=4的能级的一群氢原子向低

能级跃迁时，能够发出若干种不同频率的不波。已知金属钾的逸出功为2.22eV。在这些光波中，能够从金属钾的表面打出光电子的总共有（ ）

A．二种

B．三种 C．四种 D．五种

例4、氢原子的能级是氢原子处于各个定态时的能量值，它包括氢原

子系统的电势能和电子在轨道上运动的动能，氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道时 （ ）

A．氢原子的能量减小，电子的动能增加 B．氢原子的能量增加，电子的动能增加 C．氢原子的能量减小，电子的动能减小 D．氢原子的能量增加，电子的动能减小 例5、处于基态的一群氢原子受某种单色光的照射时，只发射波长为λ１、λ２、λ３的三种，单色光，且λ１＞λ２＞λ３，则照射光的波长为 ( ) A．λ１

B．λ１＋λ２＋λ３ D．λ１λ２／λ１＋λ２

C．λ２λ３／λ２＋λ３

3、天然放射性现象

①天然放射现象：物质放射出α射线、β射线、γ射线的性质，叫做放射性，具有放射性的元素叫放射性元素。

②三种射线的本质及特性：

α射线：氦核流速度约为光速的 1/10。贯穿本领最小，但有很强的电离作用，很容易使空气电离，使照相底片感光的作用也很强； β射线:高速运动的电子流。速度接近光速，贯穿本领很强。很容易穿透黑纸，甚至能穿透几毫米厚的铝板，但它的电离作用比较弱。

γ射线：为波长极短的电磁波。性质非常象Ｘ射线，只是它的贯穿本领比Ｘ射线大的多，甚至能穿透几厘米厚的铅板，但它的电离作用却很小。

③衰变规律： α衰变：

MZ?44X?MZ?2Y?2He

β衰变：

MZ0X?ZM?1Y??1e

④衰变内因：α射线、β射线、γ射线是由原子核中放射出来的。

在放射性元素的原子核中，由于两个中子和两个质子结合的比较紧密，往往会作为一个整体从较大的原子核中被放射出来而形成α衰变.

原子核内虽然没有电子，但核内的的质子和中子是可以相互转化的.当核内的中子转化为质子时同时要产生一个电子，这个电子从核内释放出来，就形成了β衰变.

α衰变或β衰变后产生的新核往往处于高能级，不稳定，要向低能级跃迁．放出γ光子．γ射线是伴随着α射线和β射线产生的．放射性物质发生衰变时，有的发生α衰，有的发生β衰变，同时伴随γ射线．这时三种射线都有．

⑤放射性元素的原子核衰变掉一半所用时间，叫放射性元素的半衰期.半衰期是对大量放射性原子核的统计规律，对单个或少量原子核无意义，元素的半衰期由原子核内部的因素决定，只与元素的种类有关，跟元素所处的物理或化学状态无关. tt11 n余?n原()Tm余?m原()T22

⑥放射性同位素的应用：利用放射线的贯穿本领或电离作用；作为示踪原子。

例1、下列说法正确的是 （ ）

A. B. C. D.

衰变为衰变为衰变为衰变为

要经过1次a衰变和1次β衰变 要经过1次a衰变和1次β衰变 要经过6次a衰变和4次β衰变 要经过4次a衰变和4次β衰变

例2、本题中用大写字母代表原子核。E经?衰变成为F，再经?衰变成为G，再经?衰变成为H。

上述系列衰变可记为下式：