高中物理 第四章 从原子核到夸克 4.1 原子核结构探秘教案1 沪科版选修3-5.doc

4.1 原子核结构探秘_1.理解原子的结构、衰变及质能方程等知识。 2.学会运用原子知识及力学分析和动量知识界解决相关问题。 原子核1. 原子核的组成（1）天然放射现象. 物质发射射线的性质称为放射性，具有放射性的元素称为放射性元素，放射性元素自发地发出射线的现象，叫做天然放射现象.（2）三种射线 射线是速度约为十分之一光速的氦核流，穿透本领很弱，电离作用很强. 射线是高速运动的电子流，穿透本领很强，电离作用较弱. 射线是能量很高的电磁波，波长很短，它的穿透本领极强，电离作用很弱.（3）原子核的组成：原子核由质子和中子组成，质子和中子统称核子，原子核常用符号表示，为元素符号，表示核的质量数，表示核的电荷数.2. 放射性元素的衰变（1）衰变：原子核放出粒子或粒子，核电荷数发生改变，变成另外一种原子核，这种变化叫衰变. （2）种类 衰变：原子核放出由两个质子和两个中子组成的粒子（即氦核）， 衰变：原子核内的一个中子变为一个质子并放射出一个电子， 衰变：放射性原子核在发生衰变或衰变时，产生的某些新核由于具有过多的能量（核处于激发态）而辐射出光子（3）衰变规律：电荷数和质量数都守恒由此可确定衰变次数.（4）半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间 ，其中表示衰变前放射性元素的原子核的个数，表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子核的个数，表示衰变时间表示半衰期 半衰期只适用于大量的原子核，对数量较少的原子核不适用，如10个原子核经过一个半衰期并不一定恰好有5个发生衰变 半衰期由核内部本身的因素决定，跟原子所处的物理或化学状态无关3. 核力和结合能（1）核力：核力将核子紧紧束缚在核内，形成稳定的原子核. 核力是强相互作用的一种表现；核力是短程力；每个核子只与相邻的核子发生核力作用，即核力具有饱和性.（2）结合能：原子核由核子结合在一起构成，要将它们分开需要能量，这个能量就是原子核的结合能. 结合能不是由于核子结合成原子核而具有的能量，而是为把核子分开而需要的能量.（3）质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫质量亏损.4. 核反应（1）原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应.（2）常见的核反应有人工转变、重核裂变、轻核聚变可用核反应方程来表示核反应过程.（3）核反应遵循的规律：质量数守恒、电荷数守恒5. 核能（1）爱因斯坦质能方程，若核反应中的质量亏损（参加核反应的原子核总质量与生成新原子核的总质量之差）为，释放的核能.（2）重核裂变和轻核聚变过程中都释放出核能（3）在无光子辐射的情况下，核反应中释放的核能转化为生成的新核和新粒子的动能因而在此情况下可应用动量守恒和能量守恒来计算核能类型一：射线问题例1.一置于铅盒中的放射源发射的、和射线，由铅盒的小孔射出，在小孔外放一铝箔后，铝箔后的空间有一匀强电场进入电场后，射线变为a、b两束，射线a沿原来方向行进，射线b发生了偏转，如图所示，则图中的射线a为_射线，射线b为_射线因粒子无法穿透铝箔，故打在底片上的只有和两种射线，因光子不带电，故在电场中不会偏转，故a为射线；射线带负电，故在电场中会向正极偏转，故b为射线；答案: ，类型二:核反应方程例2下列说法正确的是 ara衰变为ru要经过1次衰变和1次衰变 bu衰变为pa要经过1次衰变和1次衰变 cth衰变为b要经过6次衰变和4次衰变 du衰变为ru要经过4次衰变和4次衰变解析： 先根据质量数的变化规律确定衰变的次数，然后再确定衰变的次数答案： bc类型三：综合应用质量方程及有关的力学规律分析例3.已知氘核质量为2.0136 u，中子质量为1.0087 u， he核的质量为3.0150 u（1）写出两个氘核聚变成he的核反应方程（2）计算上述核反应中释放的核能（3）若两氘核以相等的动能0.35 mev做对心碰撞即可发生上述核反应，且释放的核能全部转化为机械能，则反应中生成的he核和中子的动能各是多少?解析： 应用质量数守恒和核电荷数守恒不难写出核反应方程为： hhhen由题给条件可求出质量亏损为：m2.0136 u2（3.01501.0087）u0.0035 u所以释放的核能为em c2931.50.0035 mev3.26 mev因为该反应中释放的核能全部转化为机械能即转化为he核和中子的动能若设he核和中子的质量分别为m1、m2，速度分别为v1、v2，则由动量守恒及能的转化和守恒定律，得m1v1m2v20ek1ek22ek0e解方程组，可得：ek1（2ek0e）（20.353.26）mev0.99 mev，ek2（2ek0e）（20.353.26）mev2.97 mev类型四：氢原子能及问题例4欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行的是 用10.2 ev的光子照射 用11 ev的光子照射 用14 ev的光子照射 用11 ev的电子碰撞 abcd解析: 由原子的跃迁条件知对，基本氢原子的电离能为13.6 ev，只要大于或等于13.6 ev的光子都能被氢原子吸收而发生电离，只不过入射光子能量越大，原子电离后的自由电子的动能越大，故对对于入射粒子和原子碰撞情况，只要入射粒子的动能大于或等于原子某两定态能量之差，也可以使原子受激发而向较高能级跃迁，故对，应选c答案: c基础演练1下面列出的是一些核反应方程psixbehbyheheliz其中ax是质子，y是中子，z是正电子 bx是正电子，y是质子，z是中子cx是中子，y是正电子，z是质子 dx是正电子，y是中子，z是质子答案： d2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带负电的电子在核外绕着核旋转答案： acd3下列说法中正确的是 a卢瑟福粒子散射实验的结果证明了原子核是由质子和中子组成的 b射线比射线的电离本领强 c四个核子聚变为一个氦核的过程释放的核能等于四个核子的质量之和与光速平方（c2）的乘积 d质量为m的铀238经过2个半衰期的时间，铀238衰变了的质量为m答案：b4按照玻尔理论，下列关于氢原子的论述正确的是 a第m个定态和第n个定态的轨道半径rm和rn之比为rmrnm2n2 b第m个定态和第n个定态的能量em和en之比为emenn2m2 c电子沿某一轨道绕核运动，若其圆周运动的频率是，则其发光频率也是 d若氢原子处于能量为e的定态，则其发光频率为答案： ab5目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u夸克和d夸克的两类夸克组成u夸克带电量为e，d夸克带电量为e，e为基元电荷下列论断可能正确的是 a质子由1个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成 b质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成 c质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成 d质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和1个d夸克组成答案： b6如图中p为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线在电场的作用下分成 a、b、c三束，以下判断正确的是 aa为射线，b为射线 ba为射线，b为射线 cb为射线，c为射线 db为射线，c为射线答案： bc7下列核反应过程中正确的是 authh b beheu cthpae dsie答案： b8下面是一核反应方程hhhex用c表示光速，则 ax是质子，核反应放出的能量等于质子质量乘c2 bx是中子，核反应放出的能量等于中子质量乘c2 cx是质子，核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与质子的质量和，再乘c2 dx是中子，核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与中子的质量和，再乘c2答案： d9秦山核电站是我国第一座自主研究、设计和建造的核电站，它为中国核电事业的发展奠定了基础。秦山核电站的能量来自于 a天然放射性元素衰变放出的能量 b人工放射性同位素衰变放出的能量 c重核裂变放出的能量 d轻核聚变放出的能量答案：c10完成核反应方程：thpa_th衰变为pa的半衰期是1.2 min，则64 g90th经过6 min还有_g 尚未衰变答案： e；2 巩固提高1.下列现象中，与原子核内部变化有关的是（ ） a粒子散射现象 b天然放射现象 c光电效应现象 d原子发光现象答案：b2.下列说法正确的是（ ） a太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应 b汤姆生发现电子，表明原子具有核式结构 c一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的波长太短 d按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，原子总能量增大答案：d3.一置于铅盒中的放射源发射的和射线，由铅盒的小孔射出，在小孔外放一铝箔，铝箔右侧的空间有一匀强电场. 射线进入电场后，变为两束，射线沿原来方向行进，射线发生了偏转，如图所示，则图中的（ ） a射线为射线，射线为射线 b射线为射线，射线为射线 c射线为射线，射线为射线 d射线为射线，射线为射线答案：d4.有关氢原子光谱的说法正确的是（ ） a氢原子的发射光谱是连续谱 b氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光 c氢原子光谱说明氢原子能级是连续的 d氢原子光谱的频率与氢原子能级的能量差无关答案：bc5.原子核聚变有望给人类未来提供丰富的洁净能源当氘等离子体被加热到适当高温时，氘核参与的几种聚变反应可能发生，放出能量这几种反应的总效果可以表示为，由平衡条件可知（ ） a，b， c，d答案：b6.在下列4个核反应方程中，表示质子的是（ ） a. b. c. d. 答案：c7.用中子轰击硼核发生的核反应是：其中的x粒子应是（ ） a粒子b粒子c质子d中子答案：a8在下列四个方程中，x1、x2、x3和x4各代表某种粒子 usrxe3x1 hx2heu uthx3 mghealx4 以下判断中正确的是 ax1是中子bx2是质子 cx3是粒子dx4是氘核答案： ac9最近几年，原子核科学家在超重元素岛的探测方面取得重大进展1996年科学家们在研究某两个重离子结合成超重元素的反应时，发现生成的超重元素的核经过6次衰变后的产物是fm由此，可以判定生成的超重元素的原子序数和质量数分别是 a124、259b124、265 c112、265d112、277答案： d10裂变反应是目前核能利用中常用的反应以原子核u为燃料的反应堆中，当u俘获一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方式，其中一种可表示为unxesr3n235.04391.0087138.917893.9154反应方程下方的数字是中子及有关原子的静止质量（以原子质量单位u为单位）已知1 的质量对应的能量为9.3102mev，此裂变反应释放出的能量是_mev答案： 1.81021.下列对粒子散射实验装置的叙述,正确的是() a.实验器材有放射源、金箔、荧光屏、显微镜. b.金箔的厚度对实验结果无影响. c.如果不用金箔而用铅箔,就不能发生散射现象. d.实验装置放在空气中和真空中都可以.答案：a2.关于卢瑟福原子核式结构的内容,下列说法中正确的是() a.原子是一个质量均匀分布的球体. b.原子质量几乎全部集中在原于核内. c.原子的正电荷全部集中在一个很小的核内. d.原子核的半径约为10-10m.答案：bc3.下列关于粒子的蜕法中,正确的是() a.它是原子核放射出来的. b.它和电子具有相同的性质. c.当它通过空气时,电离作用很强. d.它能贯穿厚纸板.答案：abd4.有三个核反应方稗,分别是：411h42he+201e,22688ra22286rn+42he,23592u+10n9034se+13658sr+1010n它们的核反应类型分别是() a.裂变、裂变、衰变 b.衰变、衰变、人工转变 c.人工转变、裂变、裂变 d.聚变、衰变、裂变答案：d5.太阳辐射能量住要来自太阳内部的() a.化学反应b.放射性衰变c.裂变反应d热核反应答案：d6.623290th(钍)经过一系列和衰变,成为20882pb(铅),则() a.铅比钍少了8个质子. b.铅比钍少了16个中子. c.共经过4次衰变和6次衰变. d.共经过6次衰变和4次衰变.答案：abd7.镭核在衰变中放出能量为4.78mev的粒子和能量为o19mev的光子,镭核在一次衰变中的质量亏损是(1u=931.5mev)() a.等于个粒子的质量 b.等于0005335u c.等于86410-24kg d.等于66410-27kg答案：bc8关于天然放射现象，下列说法正确的是（ ） a射线是由氦原子核衰变产生 b射线是由原子核外电子电离产生 c射线是由原子核外的内层电子跃迁产生 d通过化学反应不能改变物质的放射答案：d9在科学技术研究中，关于原子定态、原子核变化的过程中，下列说法正确的是（ ） a采用物理或化学方法可以有效地改变放射性元素的半衰期 b由玻尔理论知道氢原子从激发态跃迁到基态时会放出光子 c从高空对地面进行遥感摄影是利用紫外线良好的穿透能力 d原子核所含核子单独存在时的总质量小于该原子核的质量答案：b10.一个氡核衰变成钋核并放出一个粒子，其半衰期为3.8天. 氡经过7.6天衰变掉氡的质量，以及衰变成的过程放出的粒子是（ ） a. ，粒子b. ，粒子 c. ，粒子d. ，粒子答案：b11.关于天然放射现象，以下叙述正确的是（ ） a若使放射性物质的温度升高，其半衰期将减小 b衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时所产生的 c在、这三种射线中，射线的穿透能力最强，射线的电离能力最强 d铀核衰变为铅核的过程中，要经过8次衰变和l0次衰变答案：bc_1在下列四个核反应方程中x代表粒子的是（ ）答案：a2下列关于粒子的说法正确的是（ ） a. 物理学家卢瑟福通过粒子散射实验说明了原子核内部有复杂的结构 b. 原子核放出粒子即衰变，衰变的核反应方程式为 c. 原子核放出粒子即衰变，衰变的实质是一个中子转化一个质子和电子 d. 比较、三种射线，由粒子组成的射线，电离能力最弱、穿透能力最强答案：b3.是一种半衰期为5 730年的放射性同位素若考古工作者探测到某古木中的含量为原来的，则该古树死亡的时间距今大约（ ） a22 920年 b11 460年 c5 730年d2 865年答案：b4.氦氖激光器能产生三种波长的激光，其中两种波长分别为已知波长为的激光是氖原子在能级间隔为的两个能级之间跃迁产生的用表示产生波长为的激光所对应的跃迁的能级间隔，则的近似值为（ ） a b c d答案：d5.氢原子的能级如图所示，已知可见光的光子能量范围约为.下列说法错误的是（ ） a处于能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离 b大量氢原子从高能级向能级跃迁时，发出的光具有显著的热效应 c大量处于能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出6种不同频率的光 d大量处于能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出3种不同频率的可见光答案：d6物理学家在微观领域发现了“电子偶素”这一现象。所谓“电子偶素”就是由一个负电子和一个正电子绕它们连线的中点，做匀速圆周运动形成相对稳定的系统。类比玻尔的原子量子化模型可知：两电子做圆周运动的可能轨道半径的取值是不连续的，所以“电子偶素”系统对应的能量状态（能级）也是不连续的。若规定两电子相距无限远时该系统的引力势能为零，则该系统的最低能量值为e（e0），称为“电子偶素”的基态，基态对应的电子运动的轨道半径为r。已知正、负电子的质量均为m，电荷量大小均为e，静电力常量为k，普朗克常量为h。错误！未找到引用源。则下列说法中正确的是（ ） a“电子偶素”系统处于基态时，一个电子运动的动能为 b“电子偶素”系统吸收特定频率的光子发生能级跃迁后，电子做圆周运动的动能增大 c处于激发态的“电子偶素”系统向外辐射光子的最大波长为 d处于激发态的“电子偶素”系统向外辐射光子的最小频率为答案：a7.处于基态的一群氢原子受某种单色光的照射只发射波长为的三种单色光，且，则照射光的波长为（ ） abcd答案：d8.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：b9.现有l 200个氢原子被激发到一量子数为4的能