物理选修3-5 全本超详细总结

动量守恒定律动量守恒定律 重难点知识归纳与讲解重难点知识归纳与讲解 1 动量守恒定律 内容及表达式 a 内容 一个系统不受外力或者所受外力之和为零 这个系统的总动量保持不 变 这个结论叫做动量守恒定律 b 动量守恒定律的公式为 p p 或 m1v2 m2v2 m1v1 m2v2 动量守恒定律的研究对象是相互作用的物体组成的系统 系统 总动量保持不变 不是仅指系统的初 末两个时刻的总动量相等 而是 指系统在整个过程中任意两个时刻的总动量都相等 但决不能认为系统内的每一个物 体的动量都保持不变 定律适用条件 系统不受外力或系统所受外力之和为零 动量守恒定律的五 性 a 表达式的矢量性 对一维情况 先选定某一方向为正方向 速度方向与正方向 相同的速度取正 反之取负 把矢量运算简化为代数运算 b 速度的相对性 v1 v2 v1 v2 必须是相对同一惯性参照系 c 速度的同时性 表达式中 v1 v2必须是相互作用前同一时刻的瞬时速度 v1 v2 必须是相互作用后同一时刻的瞬时速度 d 定律的整体性 所谓整体性是把所有研究对象看成一个系统 在列动量守恒方程式时 对整体列 方程 这样系统中物体间的相互作用力可当作内力处理 只考虑系统始末状态的总动 量 这样处理有利于简化运算过程 方便准确 e 定律的广泛性 动量守恒定律具有广泛的适用范围 不论物体间的相互作用力 性质如何 不论系统内部物体的个数 不论它们是否互相接触 不论相互作用后物体 间是粘合还是分裂 只要系统所受外力之和为零 动量守恒定律都适用 动量守恒定 律既适用于低速运动的宏观物体 也适用于高速运动的微观粒子间的相互作用 大到 天体 小到基本粒子间的相互作用动量守恒定律都适用 2 定义比较法区分 外力之和 与 合外力 定义比较法是根据物理量的定义来进行比较的一种学习方法 主要用于区分两个 或几个相近的或易相混的物理量的情况 外力之和 与 合外力 区分的学习用定义比较法 动量守恒定律的表述 一个系统不受外力或者所受外力之和为零 这个系统的总 动量保持不变 这里所说的 外力之和 与 合外力 不是一个概念 合外力 是指 作用在某个物体 质点 上的外力的矢量和 而 外力之和 是指把作用在系统上的 所有外力平移到某点后算出的矢量和 尽管两概念都是外力的矢量和 但各外力的受 力物体有相同和不同之分 合外力 针对的是同一个物体而言的 外力之和 是针 对一个系统 多个物体的组合体 而言的 这一点一定要区分 典型分析典型分析 例1 如图所示 A B 两物体质量之比 mA mB 3 2 原来静止在平板小车 C 上 A B 间有一根被压缩的弹簧 地面光滑 当弹簧突然释放后 则 A 若 A B 与平板车上表面间的动摩擦因数相同 A B 组成系统的动量守恒 B 若 A B 与平板车上表面间的动摩擦因数相同 A B C 组成系统的动量守恒 C 若 A B 所受的摩擦力大小相等 A B 组成系统的动量守恒 D 若 A B 所受的摩擦力大小相等 A B C 组成系统的动量守恒 解析 如果 A B 与平板车上表面间的动摩擦因数相同 弹簧释放后 A B 分别相对小车 向左 向右滑动 它们所受的滑动摩擦力 FA向右 FB向左 由于 mA mB 3 2 所以 FA FB 3 2 则 A B 组成系统所受的外力之和不为零 故其动量不守恒 A 选项 错 对 A B C 组成的系统 A B 与 C 间的摩擦力为内力 该系统所受的外力为竖直 方向的重力和支持力 它们的合力为零 故该系统的动量守恒 和 A B 与平板车间的 摩擦因数或摩擦力是否相等无关 故 B D 选项对 若 A B 所受的摩擦力大小相等 则 A B 组成系统的外力之和为零 故其动量守 恒 C 选项正确 说明 1 判断系统的动量是否守恒时 要注意动量守恒的条件是系统不受外力或 所受外力之和为零 因此 要区分清系统中的物体所受的力哪些是内力 哪些是外 力 2 在同一物理过程中 系统的动量是否守恒 与系统的选取密切相关 如本例中 第一种情况 A B 组成的系统的动量不守恒 而 A B C 组成的系统的动量却是守恒 的 因此 在利用动量守恒定律解决问题时 一定要明确在哪一过程中哪些物体组成 的系统的动量是守恒的 即要明确研究对象和过程 碰撞碰撞 反冲运动反冲运动 重难点知识归纳与讲解重难点知识归纳与讲解 1 碰撞模型 1 碰撞问题 碰撞是指相对运动的物体相遇时 在极短的时间内它们的运动状态发生了显著变 化的过程 在碰撞现象中 一般内力都远大于外力 所以可以认为碰撞时系统的总动量 守恒 两物体相碰撞通常有两种情形 碰撞过程无能量 动能 损失 称为完全弹性 碰撞 碰撞过程有部分能量 动能 损失 称为非弹性碰撞 其中若碰后两物体合 为一个整体 以共同的速度运动 此类碰撞能量 动能 损失最多 称为完全非弹性 碰撞 注意 注意 相互作用的两个物体在很多情况下皆可当作碰撞处理 那么对相互作用中 两物体相距恰 最近 相距恰 最远 或恰上升到 最高点 等一类临界问题 求解 的关键都是 速度相等 具体分析如下 甲 乙 丙 在图甲中 光滑水平面上的 A 物体以速度 去撞击静止的 B 物体 A B 两物体 相距最近时 两物体速度必定相等 此时弹簧最短 其压缩量最大 在图乙中 物体 A 以速度 0滑上静止在光滑水平面上的小车 B 当 A 在 B 上滑 行的距离最远时 A B 相对静止 A B 两物体的速度必定相等 如图丙所示 质量为 M 的滑块静止在光滑水平面上 滑块的光滑弧面底部与桌 面相切 一个质量为 m 的小球以速度 0向滑块滚来 设小球不能越过滑块 则小球到 达滑块上的最高点时 即小球的竖直速度为零时 两物体的速度肯定相等 方向为水 平向右 2 对心碰撞和非对心碰撞 1 对心碰撞 碰撞前后物体的速度都在同一条直线上的碰撞 又称正碰 2 非对心碰撞 碰撞前后物体的速度不在同一条直线上的碰撞 3 散射 指微观粒子的碰撞 2 反冲运动 1 反冲运动 两个物体相互作用 由于一个物体的运动 而引起另一个物体的 反退运动 如原来静止的大炮 向前发射炮弹后 炮身要后退 炮身的后退就是反冲 运动 再如 发射火箭时 火箭向下高速喷射气体 使火箭获得向上的速度 这也是 反冲运动 2 反冲运动遵循的规律 反冲运动是系统内力作用的结果 虽然有时系统所受 的合外力不为零 但由于系统内力远远大于外力 所以系统的总动量守恒 此外 如 系统所受外力的合力不为零 但在某一方向上不受外力或在该方向上所受外力的合力 为零 则在该方向上的动量 即总动量在该方向上的分量 是守恒的 这种某方向上 的动量守恒应用很广泛 3 火箭原理 火箭是反冲运动的重要应用 它是靠喷出气流的反冲作用而获得巨大速度的 现 代火箭主要由壳体和燃料两大部分组成 壳体是圆筒形的 前端是封闭的尖端 后端 有尾喷管 燃料燃烧时产生的高温高压气体以很大的速度从尾部向后喷出 火箭就向 前飞去 火箭向前飞行所能达到的最大速度 也就是燃料烧尽时火箭获得的最终速度 它 跟什么因素有关呢 根据动量守恒定律 理论上的计算表明 最终速度主要取决于两 个条件 一是喷气速度 二是质量比 即火箭开始飞行时的质量与燃料烧尽时的质量 之比 喷气速度越大 质量比越大 火箭的最终速度也越大 为了提高喷气速度 需 要使用高质量的燃料 目前常用的液体燃料是液氢 用液氧做氧化剂 质量比与火箭 的结构和材料有关 现代火箭能达到的质量比不超过10 在现代技术条件下 一级火箭 的最终速度还达不到发射人造卫星所需要的速度 所以 要发射卫星 必须采用多级 火箭 典例分析典例分析 例例1 1 甲 乙两球在光滑水平轨道上同向运动 已知它们的动量分别是 p甲 5 kg m s p乙 7 kg m s 甲追乙并发生碰撞 碰后乙球的动量变为 p 乙 10 kg m s 则两球质量 m甲与 m乙的关系可能是 A m甲 m乙 B m乙 2m甲 C m乙 4m甲 D m乙 6m甲 点拨 由碰撞中动量守恒可求得 p 甲 2kg m s 要使甲追上乙 则必有 v甲 v乙 即 碰后 p 甲 p 乙均大于零 表示同向运动 则应有 v 乙 v 甲 即 碰撞过程中 动能不增加 则 正确答案应选 C 动量定理动量定理 重 难点知识归纳及讲解重 难点知识归纳及讲解 一 冲量 I 1 物理意义 表示物体在力的作用下经过一段时间累积的物理量 2 定义 力 F 与力的作用时间 t 的乘积 叫做力 F 的冲量 3 定义式 I F t 4 冲量是矢量 方向由力的方向决定 与方向不变的力的方向相同 5 单位 牛顿 秒 N s 6 冲量与力的比较 相同点 都是矢量 服从矢量的运算法则 不同点 力具有瞬时性 其效果是产生加速度 冲量是过程量 力必须有一定的 时间积累 其作用效果是改变物体的动量 7 合力的冲量 1 t 相同 先求 F 合 再求 I 合 F 合 t 2 t 不相同 先求各分力的冲量 F1t1 F2t2 等 再求合冲量 二 动量 p 1 物理意义 动力学中描述物体运动状态的物理量 是状态量 具有相对性和瞬时性 2 定义 物体的质量 m 和速度 v 的乘积 mv 叫动量 3 公式 p mv 4 单位 千克 米 秒 kg m s 5 动量是矢量 方向与速度的方向相同 注 尽管1kg m s 1N s 但冲量的单位必须用牛顿 秒 动量的单位必须用千 克 米 秒 6 动量与速度的区别 动量是动力学中反映物体运动状态的物理量 由 m 与 v 乘积决定 速度是运动学 中反映物体运动状态的物理量 仅由 v 决定 7 动量的变化 p 1 末动量 p 与初动量 p0的矢量差叫物体动量的变化 2 在一条直线上 p mv mv 选取一个正方向 不在一条直线上 由矢量运算法则求解 如图 可由矢量三角形求 p 3 动量的变化 p 是对应一物理过程的过程量 它的大小和方向由过程初 末状态 动量的矢量差决定 不能由某一时刻的动量大小和方向决定 可比较 v 与 v 的差别 三 动量定理 1 动量定理的内容 物体所受合外力的冲量等于物体动量的变化 2 表达式 I合 p p p0 F合t mv mv0 或 F1t1 F2t2 Fntn mv mv0 3 对动量定理的理解 1 动量定理反映了合外力的冲量是物体动量变化的原因 2 动量定理是矢量方程 研究的对象一般是单个物体 3 动量定理的适用范围 可以是恒力也可以是变力 宏观低速运动的物体 或微观 现象高速运动的粒子 4 动量定理与牛顿第二定律 动量定理的表达式变形可以得到牛顿第二定律另一种表达式 牛顿第二定律反映的是力与状态变化的瞬时关系 而动量定理是冲量与状态变化 的过程关系 对于只涉及初 末状态的问题和变力问题 用动量定理这时就显露出独 到的优越性 5 用动量定理定性解释某些物理现象 用动量定理定性解释某些物理现象一般可分为两大类 1 物体的动量变化量 p 是一定的 由可知 作用时间越短 力就越大 反 之作用力越小 2 作用力不变 由 p Ft 可知 作用力时间越长 动量变化越大 例4 据报道 1980年一架英国战斗机在威尔士上空与一只秃鹰相撞 飞机坠毁 小小 的飞鸟撞坏庞大 坚实的飞机 真难以想象 试通过估计 说明鸟类对飞机的飞行的 威胁 设飞鸟的质量 m 1kg 飞机的飞行速度为 v 800m s 若两者相撞 试估算鸟对 飞机的撞击力 解析 可认为碰撞前后飞机的速度不变 一直以800m s 的速度飞行 以飞机为参考系 以鸟为研究对象 由于撞击的作用很大 碰撞后可认为鸟同飞机一起运动 相对于飞 机的末速度 v 0 设碰撞时鸟相对飞机的位移 L 20cm 可认为是鸟的尺寸 则撞击 的时间约为 选飞机飞行的方向为正方向 根据动量定理得 由 两式解得鸟受的平均作用力 根据牛顿第三定律知 飞机受的撞击力的大小也为3 106N 动量与能量综合动量与能量综合 重 难点知识归纳及讲解重 难点知识归纳及讲解 1 明确动量与动能的联系和区别 动量和动能都是描述物体机械运动的物理量 都与物体的某一运动状态相对应 但它们存在明显的不同 动量是矢量 动能是标量 物体动量变化时 动能不一定变化 但动能一旦发生 改变 动量必发生变化 如做匀速圆周运动的物体 动量不断变化而动能保持不变 动量是力对时间的累积效应 其变化量用所受外力冲量来量度 动能是力对空间 积累效应 其变化量用外力对物体做的功来量度 动量大小与动能大小关系为 2 正确理解两个守恒定律的条件 动量守恒定律和机械能守恒定律所研究的对象都是相 互作用的物体系统 且研究的都是某一物理过程 但两者 守恒的条件不同 系统动量是否守恒 决定于是否有外力 作用 而机械能是否守恒 则决定于是否有重力和弹力以外的力做功 所以 在利用 机械能守恒定律处理问题时要着重分析力所做的功 看除重力 弹簧弹力 做功以外 其他力是否做功 在利用动量守恒定律处理问题时着重分析系统的受力情况 不管是否 做功 看合外力是否为零 应特别注意 系统动量守恒时 机械能不一定守恒 同样 机械能守恒的系统 动量不一定守恒 3 运用动量 能量知识分析碰撞问题 1 碰撞 相对运动的物体相遇 在极短时间内 物体间发生相互作用 而使运动状态发生 显著变化的过程叫碰撞 2 分析碰撞问题的方法 碰撞时间忽略不计 碰撞过程系统动量守恒 Pl P2 P 1 P 2 碰撞后系统动能小于 或等于 碰撞前系统动能 碰撞前后速度要满足一定关系 如果碰前两物体同向运动 则后面物体速度必大于前面物体速度 否则无法实现 追击碰撞 碰后原来运动在前面的物体速度一定增大 因为此物体碰撞时受冲量与其 速度方向相同 如果碰撞后两物体同向运动 则前面物体速度必大于或等于后面物体速度 否则 碰撞尚未结束 4 运用动量 机械能知识分析动力学问题基本方法 1 认真审题 把题目中复杂力学过程分为若干阶段 2 确定各阶段研究对象 对研究对象进行受力分析和外力做功分析 3 列出各阶段研究对象满足的动力学方程 先判断是否满足守恒条件 能否用动量守恒和机械能守恒定律列方程 若不满足 守恒条件 再考虑用动量定理和动能定理列方程 4 解方程分析讨论结果 二 典型分析二 典型分析 例1 甲 乙两球在水平光滑轨道上同向运动 已知它们的动量分别是 p甲 5kg m s p乙 7kg m s 甲从后面追上乙并发生碰撞 碰后乙球动量变化为 10kg m s 则两球质量 m甲与 m乙之间的关系可能是 A m甲 m乙 B m乙 2m甲 C m乙 4 m甲 D m乙 6 m甲 解析 利用碰撞过程满足的力学规律逐项分析 由动量守恒 p甲 p乙 p 甲 p 乙 所以 p 甲 2kg m s 由能量关系 代入数据 要使甲能追上乙 v甲 v乙 所以 两球碰后 应满足 v 乙 v 甲 综合可得 5m甲 m乙 2 5 m甲 C 正确 波粒二象性波粒二象性 重 难点知识归纳及讲解重 难点知识归纳及讲解 一 黑体辐射与普朗克的量子论 1 黑体与黑体辐射 黑体 一种能全部吸收照射到它上面的各种波长的光 同时也能发射各种波长光 的物体 带有一个微孔的空心金属球 非常接近于黑体 进入金属球小孔的辐射 经 过多次吸收 反射 使射入的辐射全部被吸收 当空腔受热时 空腔壁会发出辐射 极小部分通过小孔逸出 小孔发出的辐射就相当于黑体辐射 2 普朗克的量子论 振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值的整数倍 当带电微粒辐射或 者吸收能量时 也是以这个最小能量值为单位一份一份的辐射或吸收的 这个不可再 分的最小能量值叫做能量子 二 光电效应 1 光电效应的现象 在光的照射下物体发射电子的现象 叫做光电效应 发射出来的 电子叫做光电子 产生的电流叫光电流 2 光电效应的规律 任何一种金属都有一个极限频率 入射光频率必须大于这个极限频率 截止频 率 才能产生光电效应 低于这个频率的光不能发生光电效应 能否发生光电效应 不取决于光强 只取决于频率 使光电流减少到零的反向电压 UC 叫遏止电压 对同一 频率的光而言 遏止电压是相同的 满足 光电子最大初动能与入射光的强度无关 只随入射光频率的增大而增大 入射光照射到金属上时 光电子的发射几乎是瞬时的 一般不超过10 9s 当入射光的频率大于极限频率时 单位时间从金属表面逸出的光电子数目与入 射光的强度成正比 3 光电效应与光的电磁理论的矛盾 矛盾之一 按光的波动理论 不论光的频率如何 只要照射时间足够长或光的强 度足够大就可以产生光电效应 但实验结果表明 产生光电效应的条件却是入射光频 率大于某一极限频率 且光电效应的最大初动能与入射光频率成线性关系 均与光强 无关 根据能量的观点 电子要从物体中飞出 必须使之具有一定的能量 而这一能 量只能来源于照射光 为什么实验表明发射电子的能量与照射光的光强无关 而与光 的频率有关 这个问题曾使物理界大为困惑 使经典的光的波动理论面临挑战 矛盾之二 光电效应产生的时间极短 当一束很细的光照射到物体上时 它的能量将分布到大量的原子上 怎么可能在 极短时间内把足够的能量集中到电子上而使之从物体中飞出 三 光子说 1905年爱因斯坦在普朗克建立的量子理论的基础上利用光子说成功地解释了光电 效应现象及规律 1 光子说 光是不连续的 而是一份一份的 每一份光叫光子 光子的能量 E h 6 63 10 34J s 2 光子说对光效应规律的解释 当光子照射到金属上时 它的能量被金属中的某个电子全部吸收 电子吸收能量 后 动能增加 当它的动能足够大时 它能克服金属内部原子核对它的吸引而离开金 属表面逃逸出来 成为光电子 光电子的发射时间很短 不需要能量的积累过程 电子吸收光子的能量后 可能向各个方向运动 有的向金属内部运动 有的向外 运动 由于路程不同 电子逃逸出来时损失的能量不同 因而它们离开金属表面的初 动能不同 只有直接从金属表面飞出来的电子的初动能最大 这时光电子克服原子核 的引力所做的功叫这种金属的逸出功 W 对于某一金属而言 逸出功 W 一定 故入射光的频率越大 光电子的最大初动能 也越大 若入射光的频率比较低 使得 W 就不能产生光电效应 若 W 这 时光子的频率就是发生光电效应的极限频率 由于不同金属的逸出功不同 故它们的极限频率不同 照射光增强时 单位时间 内入射的光子数增多 自然产生的光电子也越多 四 光电效应方程 爱因斯坦认为 一个入射光子的能量只能被一个电子获得 这个电子能否从金属 中逸出 取决于两个因素 一是电子获得了多少能量 即入射光子的能量有多大 二 是金属对逸出电子的束缚导致电子逸出时消耗了多少能量 光电效应中 从金属表面 逸出的电子消耗能量最少 因而有最大初动能 爱因斯坦提出 Ek W0 其本质是能的转化和守恒的方程 五 光的波动性与粒子性的统一 1 大量光子产生的效果显示出波动性 个别光子产生的效果显示出粒子性 2 光子和电子 质子等实物粒子一样 具有能量和动量 和其他物质相互作用时 粒 子性起主导作用 在光的传播过程中 光子在空间各点出现的可能性的大小 概率 由波动性起主导作用 因此称光波为概率波 3 光子的能量与其对应的频率成正比 而频率是波动性特征的物理量 因此 E 揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系 4 对不同频率的光 频率低 波长长的 光 波动性特性显著 而频率高 波长短的光 粒子性特征显著 综上所述 光的粒子性和波动性组成一个有机的统一体 相互间并不是独立存在 典型例题讲解典型例题讲解 有关光电效应的问题主要是两个方面 一是关于光电效应的现象的判断 另一个 就是运用光电效应方程进行简单的计算 解题的关键在于掌握光电效应规律 明确各 概念之间的决定关系 有 例例1 1 用同一束单色光 在同一条件下先后照射锌片和银片 都能产生光电效应 在这 两个过程中 对于下列四个量 一定相同的是 可能相同的是 一定不 同的是 A 光子的能量 B 光电子的逸出功 C 光电子动能 D 光电子最大初动能 解答 光子的能量由光频率决定 同一束单色光频率相同 因而光子能量相同 逸出功 等于电子脱离原子核束缚需要做的最少的功 因此只由材料决定 锌片和银片的光电 效应中 光电子的逸出功一定不相同 由于 照射光子能量相同 逸出功 W0不同 则电子最大初动能也不 同 由于光电子吸收光子后到达金属表面的路径不同 途中损失的能量也不同 因而 脱离金属时的可能动能分布在零到最大初动能之间 所以 两个不同光电效应的光电 子中 有时初动能是可能相等的 答案 A D C B 原子的结构原子的结构 重难点知识归纳和讲解重难点知识归纳和讲解 1 汤姆生的 枣糕 模型 1 1897年汤姆生发现电子 揭开了人类研究原子结构的序幕 2 枣糕 模型 原子是一个球体 正电荷均匀分布在整个球内 电子像枣糕里 的枣子那样镶嵌在原子里 2 卢瑟福的核式结构模型 1 粒子散射实验规律及卢瑟福对实验现象的分析如下表 粒子散射的实验规律卢瑟福的分析 绝大多数 粒子仍沿原来的方向前进原子中间绝大部分是空隙 少数 粒子发生了较大的偏转 极少数的偏转角超过了90 有的甚至被弹回 偏转角几乎达到180 粒子碰到了质量比自己大得多的带正 电的物质 原子的正电荷和几乎全部的 质量都集中在一个很小的范围内 2 通过对 粒子散射实验的分析 卢瑟福提出原子核式结构模型 在原子的中心有一个很小的核 叫原子核 原子的全部正电荷和几乎全部的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 3 从 粒子散射实验的数据估算出原子核大小的数量级约为10 15 10 14m 原子 的半径约为10 10m 3 玻尔的轨道量子化模型 1 卢瑟福的原子核式结构学说与经典电磁理论的矛盾 原子的稳定性 原子光谱是连续光谱还是明线光谱 2 玻尔为了解决上述矛盾 提出了原子的轨道量子化模型 这种模型的内容是以 下三条假设 原子定态假设 原子只能处于一系列不连续的能量状态中 这些状态叫做定 态 也叫能级 这条假设承认核式模型 但假定原子只能处于一系列的不连续的稳定 状态中 处于稳定状态的原子中的电子虽然作加速运动 但不对外辐射能量 跃迁假设 原子向外辐射 或吸收 光子的能量与发生跃迁的两个轨道有关 即 hv E初 E终 这就能解释原子光谱是明线光谱 电子轨道假设 原子不同能量状态对应电子的不同轨道 因而电子轨道也是 不连续的 3 玻尔模型的两个基本公式 这两个公式仅适用于氢原子 式中 n 叫做量子数 n 1 2 3 En是第 n 条轨道所对应的定态的原子的能量 能级 它等于核外电子在轨道上 运转时的动能和电势能之和 若规定无限远处为零势能点 则 E1 13 6eV rn是核外电子在第 n 条轨道上运转时的轨道半径 核外电子的最小轨道半径为 n 0 53 10 10m 通过以上两个基本公式我们可以了解氢原子能级 轨道半径和量子数 n 的关系 4 一群氢原子处于量子数为 n 的激发态时 可能辐射的光谱条数为 5 玻尔模型的成功之处在于它引入了量子观念 失败之处在于它保留了过多的经 典理论 三 典型例题解析三 典型例题解析 例1 氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到离核较远的轨道的过程中 A 原子要吸收光子 电子的动能增大 原子的电势能增大 B 原子要放出光子 电子的动能减小 原子的电势能减小 C 原子要吸收光子 电子的动能增大 原子的电势能减小 D 原子要吸收光子 电子的动能减小 原子的电势能增大 原子核 一 原子核 一 重 难点知识归纳及讲解重 难点知识归纳及讲解 1 天然放射现象 放射性元素自发的发出射线的现象 贝克勒尔发现天然放射现象 打开了人类认识原子内部世界的窗口 三种射线的 本质和特征比较如下表 2 原子核的组成 质子和中子组成原子核 质子数 核电荷数 原子序数 质子数 中子数 质量数 核子数 3 原子核的衰变 1 定义 放射性元素的原子核在放出某种粒子后 本身变成新的原子核的变化叫 做原子核的衰变 2 衰变规律 在原子核的衰变过程中 总的电荷数和质量数都是守恒的 衰变 新核的核电荷数少2 质量数少4 衰变 新核的核电荷数增加1 质量数不变 中子变质子 衰变是随 衰变或 衰变同时发生的 衰变不改变原子核的电荷数和质 量数 其实质是放射性元素的原子核在发生 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 半衰期 定义 放射性元素的半数原子核发生衰变所需的时间 叫做半衰期 意义 表示原子核衰变快慢的一个重要概念 理解 A 表示大量原子核中有50 发生衰变所需的时间 是一种统计规律 对 个别原子核研究没有意义 B 半衰期由放射性元素的原子核内部本身的因素决定 跟原子所处的物理状态 如压强 温度等 或化学状态 如单质 化合物等 无关 公式 其中 t 为衰变时间 4 原子核的组成 原子核的人工转变 用高能粒子轰击靶核 产生另一种新核的反应过程 1 卢瑟福发现质子的核反应方程为 2 查德威克发现中子的核反应方程为 3 约里奥 居里夫妇发现放射性同位素和正电子核反应方程为 同位素 具有相同质子数和不同中子数的原子 放射性同位素的应用 利用它的射线 作为示踪原子 了解我国科学家1965年9 月首先用人工方法合成了牛胰岛素的史实 典型例题解析典型例题解析 例1 试写出经过一系列 衰变和 衰变后变成的核反应方程 解析 假设变成的过程中 发生了 x 次 衰变和 y 次 衰变 则其核反应 方程为 根据电荷数守恒和质量数守恒列出方程 92 82 2x y 238 206 4x 联立解得 x 8 y 6 则该题所求核反应方程为 小结 由上分析可以看出 确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组 仔细研究衰 变规律可以发现 由于 衰变不会引起质量数的减少 所以可以先根据质量数的减少 确定 衰变的次数为 x 238 206 4 8 再根据电荷数守恒确定 衰变的次数 例2 一小瓶含有某种放射性同位素的溶液 它每分钟衰变6000次 将它注射到一个病 人的血液中 经过15小时 从病人身上取出10cm3的血样 测得每分钟衰变2次 已知 这种同位素半衰期为5小时 试根据上述数据 计算人体血液的总体积 解析 设放射性同位素原有质量为 m0 15小时后剩余质量为 m 人体血液的总体积为 Vcm3 由每分钟衰变次数与其质量成正比可得 再由半衰期公式得 其中 联立以上几式可解得 V 3750cm3 原子核 二