原子物理例题汇总

1、原子及原子核物理知识总结：一光的本性：光既是一种电磁波，同时又具有粒子性。光具有波粒二象性。光的干涉和衍射现象能充分证明光是一种电磁波。而光电效应和康普顿效应能充分证明光具有粒子性。光电效应证明了光子具有能量，E= h。康普顿效应证明了光子具有动量，P=h/。康普顿效应：康普顿研究了X射线被较轻物质(石墨、石蜡等)散射后光的成分，发现散射谱线中除了有波长与原波长相同的成分外，还有波长较长的成分。这种散射现象称为康普顿散射或康普顿效应。光的波动性只有在研究大量光子时才能展现出来，可见光这种波是一种概率波。德布罗意指出：实物粒子也具有波粒二象性，实物粒子在运动时对应的波叫物质波，又叫德布罗意波，=

2、h/p。物质波也是概率波。1927年戴维孙和汤姆孙分别用晶体做了电子束衍射的实验，证实了电子的波动性。二原子的核式结构：英国物理学家汤姆孙研究了阴极射线的性质，证明了阴极射线的本质是高速运动的带负电的粒子流，他把这种带电粒子叫做电子。美国物理学家密立根用油滴实验准确地测出了电子的电量和质量。e=1.6×10-19C。汤姆孙通过实验证实，电子是所以物质的共有组成部分。电子带负电，而原子是电中性的，所以原子中一定有带正电的物质，对于原子的组成，汤姆孙提出了枣糕模型：原子是一个球体，里面充满了均匀分布的带正电的流体，电子镶嵌在正电荷液体中，就象枣点缀在一块蛋糕里一样。英国物理学家卢瑟福根据

3、著名的粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型。右图为粒子散射实验装置图。用粒子轰击金箔（非常薄的金片，约有3000层金原子的厚度）其实验结果如下：1绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进，2少数粒子（约占8000分之一）发生了较大的偏转，3极少数粒子的偏转超过了90°，有的甚至几乎被撞了回来。粒子大角散射现象，尤其是有极少数粒子偏转角度几乎达到了1800的现象让卢瑟福感到非常震惊。它好比你对一张纸发射炮弹，结果炮弹被反弹回来而打到自己身上。粒子好比炮弹，金箔好比一张纸。卢瑟福根据他的导师汤姆生提出的枣糕模型计算的结果：电子质量很小，对粒子的运动方向不会发生明显影响；由于正电荷均匀分布

4、，粒子所受库仑力也很小，散射角不超过零点几度，发生大角度偏转的几率几乎是零。实验结果却是有八千分之一的粒子发生了大角度偏转 ！卢瑟福为了解释粒子大角度的散射现象，提出了原子的核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核，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绕着核旋转对粒子散射实验现象解释：粒子穿过原子时，电子对粒子运动的影响很小，影响粒子运动的主要是带正电的原子核。而绝大多数的粒子穿过原子时离核较远，受到的库仑斥力很小，运动方向几乎没有改变，只有极少数粒子可能与核十分接近，受到较大的库仑斥力，才会发生大角度的偏转 。根据卢瑟福的原子核式模型和粒子散射的实验

5、数据，可以推算出各种元素原子核的电荷数，还可以估计出原子核的大小。原子的半径约为10-10m、原子核半径约是10-15m，原子核的体积只占原子的体积的万亿分之一。这个比例好比：如果原子是一个标准大操场，原子核就是操场中心一颗小草上的一滴露珠。可见原子内部是十分空旷的。三天然放射现象：1896年法国物理学家贝克勒尔首先发现。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天然放射现象。放射性元素发出的射线有三种成分：射线，射线，射线。三种射线的本质及性质：1射线：高速粒子流，带正电，粒子是氦的原子核。速度到达光速的1/10，穿透能力较弱，用一张纸就能

6、把它挡住。但是它的电离能力较强。2射线：高速电子流。速度达到光速的99%。穿透能力较强，能穿透几毫米厚的铝板，但是电离能力较弱。3射线：电磁波，又称光，不带电。穿透能力很强，能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土。电离能力最弱。实验发现，如图一种元素具有放射性，那么，无论它是以单质存在，还是以化合物行驶存在，都具有放射性。放射性的强度也不收温度、外界压强的影响。由于元素的化学性质决定于原子的核外电子，这就说明射线与这些电子无关，也就是说，射线来自原子核。这说明原子核内部是有结构的。四原子核的组成：1919年，卢瑟福用高速粒子轰击氮原子核，从而首次发现了质子。1932年卢瑟福的学生查德威克在实

7、验中发现了中子。原子核由质子和中子组成。质子带正电，电量与电子相等，中子不带电。质子与中子的质量非常接近。中子的质量比质子大千分之一。质子和中子统称为核子。原子核中的质子数又叫原子核的电荷数，用Z表示，原子核内质子与中子的总数叫质量数，用A表示。电子的质量数为0。电荷数和质量数都是正整数。但是电荷数不是电量，质量数也不是质量。同位素：原子核内电荷数相等而质量数不等的元素叫做同位素。如氕、氘、氚。五放射性元素的衰变：1衰变：原子核内发射出一个粒子，变成了另外一种元素，叫衰变，衰变方程2衰变：原子核内发射出一个粒子，变成了另外一种元素，叫衰变，衰变方程原子核里没有电子，衰变中的电子来自于一个中子的

8、分裂。衰变时中子转化成了一个质子和一个电子。其转化方程如下：。 射线经常是伴随着衰变和衰变产生的。衰变和衰变都满足电荷数守恒和质量数守恒。衰变和衰变都是自发产生的。3半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间，叫做这种元素的半衰期。不同的元素半衰期也不同。如氡222的半衰期为3.8天，也就是说，100克的氡222经过3.8天后，还有50克的氡222，再过3.8天，还剩25克氡222。半衰期是对大量原子核的统计规律，不适用于有限数量的原子核。如某种元素的半衰期是10天，5000个该元素的原子核，10天后还剩2500个，是错误的说法。半衰期是由原子核内部自身因素决定的，与外界物理环境、化

9、学环境无关。比如，半衰期与压力、温度、或与其它元素化合等无关。六核反应：原子核在其它粒子的轰击下产生新的原子核的过程，成为核反应。核反应是在人工干涉下进行的。但是核反应也遵循电荷数守恒和质量数守恒。首例核反应是卢瑟福实现的，方程：。七结合能与比结合能：1原子核内的核子是凭借核力结合在一起构成的，要把核子分开，也需要能量，这就是原子核的结合能。结合能并不是由于核子结合成原子核而具有的能量，而是为了把核子分开而需要的能量。2组成原子核的核子越多，它的结合能越高。因此，有意义的是结合能与核子数的比值，叫做比结合能，也叫平均结合能。比结合能越大，要把原子核拆开就越困难，因此，比结合能越大原子核中核子结

10、合的越牢固，原子核越稳定。八质量亏损与核能的利用：研究表明，单个的质子和中子的质量比原子核中质子和中子质量略大，也就是说，核子结合成原子核时要发生质量亏损，发生质量亏损就会释放核能。释放的核能E=m C2，(爱因斯坦质能方程：E=m C2，C为光速)科学家经过精确的实验研究，得出核子平均质量与原子序数之间的关系有如图示曲线所示：从曲线可知：原子序数较小的的轻核和原子序数较大的重核其核子平均质量都较大，而原子序数处于中间的中等质量的核，其平均核子质量较小。从曲线可知，轻核聚变和重核裂变都很发生质量亏损，释放核能。重核裂变：电荷数较大的，核子数较大的原子核分裂成两个中等大小的原子核。如右图，原子核

11、A分裂成原子核B和C。应用：原子弹、核电站内的核反应堆。铀核裂变的产物是多种多样的，一种典型的铀核裂变反应方程如下：轻核聚变：两个轻核结合成一个较大的原子核，发生的条件是几百万度的高温，所以轻核聚变又叫热核反应。轻核聚变的应用：氢弹。太阳内部发生的是轻核聚变。轻核聚变目前还不能用于实际生产中，处在研究探索阶段，但是前景无限美好。一个典型的轻核聚变反应：。附：不是所有的核反应都能放出核能，有的核反应，反应后生成物的质量比反应前的质量大，这样的核反应不放出能量，反而在反应过程中要吸收大量的能量。只有重核裂变和轻核聚变能放出大量的能量。裂变过程：重核被中子轰击后，与中子复合成一个处在高激发态的同位素

12、，这种重核的同位素要发生形变，从一个接近球形的核变为一个拉长的椭球形的核，最后分裂成两部分，同时放出中子。裂变的特点：(1)裂变过程中能放出巨大的能量(2)裂变的同时能放出23个(或更多个)中子(3)裂变的产物不是唯一的注意：裂变反应的依据是实验事实，不能仅凭反应前后质量数守恒，电荷数守恒，杜撰各裂变反应二、铀核的裂变的一种典型反应。的裂变是很常见的一种重核裂变，它裂变的反应物和生成物有多种，其中有两种很典型的反应是：那么裂变过程为什么能放出能量呢？请以铀核裂变为例，计算一个铀核在上述第二种裂变过程放出的能量。裂变前的质量：kg， kg裂变后的质量：kg，kg，kg，学生计算：质量亏损：kg，

13、J=201MeV链式反应：1939年12月，德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼发现，用中子轰击铀核时，铀核发生了裂变，释放出的中子又引起了其他铀核的裂变，这样不断继续下去，中子会不断增加，裂变反应就会不断加强，形成了裂变的链式反应这种由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程，叫做核裂变的链式反应。临界体积（临界质量）：链式反应的条件：(1)要有足够浓度的铀235(浓缩铀)因为铀235可以俘获各种能量的中子(2)要保持足够数量的慢中子因为铀235俘获慢中子的概率大(3)要有足够大的铀块，即铀块体积不小于临界体积(发生链式反应的最小体积)可不使中子还未碰到铀核就逸出铀块把裂变物质能

14、够发生链式反应的最小体积叫做它的临界体积，相应的质量叫做临界质量。原子弹就是根据这个原理制成的。 三、核电站(核反应堆)原子弹爆炸时链式反应的速度是无法控制的，为了用人工方法控制链式反应的速度，使核能比较平缓地释放出来，人们制成了核反应堆（核电站的核心设施）。核反应堆是人工控制链式反应的装置。核反应堆的类型很多，慢中子核反应堆中，核反应堆的主要组成是：核燃料。铀棒由浓缩铀制成，作为核燃料。浓缩铀（能吸收慢中子的铀235约占3%）。减速剂。由石墨、重水或普通水（有时叫轻水）做成，用来跟快中子碰撞，使快中子能量减少，变成慢中子，以便让U235俘获。控制棒。用镉做成（镉吸收中子的能力很强）。用来控制

15、反应速度。冷却剂。由水或液态的金属钠等流体做成，在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出，把反应堆内的热量传输出去用于发电，同时使反应堆冷却，保证安全。水泥防护层。用来屏蔽裂变产物放出的各种射线。（对放射性的废料，也要装入特制的容器，埋入深地层来处理 ）核燃料、减速剂、冷却剂组成了核反应堆的堆芯。核能发电的优点、缺点优点：污染小；可采储量大；比较经济。缺点：一旦核泄漏会造成严重的核污染；核废料处理困难。常用裂变反应堆的类型：秦山二期、大亚湾二期是压水堆，秦山三期是沸水堆。例1当粒子被重核散射时，如图所示的运动轨迹哪些是不可能存在的（ ）2在粒子散射实验中，没有考虑粒子跟电子的碰撞，其原因是

16、（ ）A粒子不跟电子发生相互作用B粒子跟电子相碰时，损失的能量极少，可忽略C电子的体积很小，粒子不会跟电子相碰D由于电子是均匀分布的，粒子所受电子作用的合力为零3在用粒子轰击金箔的实验中，卢瑟福观察到的粒子的运动情况是（ ）A、全部粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进B、绝大多数粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进，少数发生较大偏转，极少数甚至被弹回C、少数粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进，绝大多数发生较大偏转，甚至被弹回D、全部粒子都发生很大偏转4如图所示为卢瑟福和他的同事们做粒子散射实验装置的示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，观察到的现象，下述说法中正确的是（

17、    ）A. 放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多B. 放在B 位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数只比A位置时稍少些C. 放在C、D 位置时，屏上观察不到闪光D. 放在D 位置时，屏上仍能观察一些闪光，但次数极少5在存放放射性元素时，若把放射性元素置于大量水中；密封于铅盒中；与轻核元素结合成化合物则（ ）(A)措施可减缓放射性元素衰变 (B)措施可减缓放射性元素衰变(C)措施可减缓放射性元素衰变 (D)上述措施均无法减缓放射性元素衰变6核电站核泄漏的污染物中含有碘131和铯137碘131的半衰期约为8天，会释放射线；铯137是铯133的同位素，半

18、衰期约为30年，发生衰变时会辐射射线。下列说法正确的是（ ）A碘131释放的射线由氦核组成 B铯137衰变时辐射出的光子能量小于可见光光子能量C与铯137相比，碘131衰变更慢 D与铯133和铯137含有相同的质子数7原子核经放射性衰变变为原子核，继而经放射性衰变变为原子核，再经放射性衰变变为原子核c。放射性衰变 、和依次为（ ）A衰变、衰变和衰变 B衰变、衰变和衰变C衰变、衰变和衰变 D衰变、衰变和衰变8下列关于原子和原子核的说法正确的是（ ）A衰变现象说明电子是原子核的组成部分 B波尔理论的假设之一是原子能量的量子化C放射性元素的半衰期随温度的升高而变短 D比结合能越小表示原子核

19、中的核子结合得越牢固9.关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有（ ）A. 是衰变 B. 是衰变C. 是轻核聚变 D . 是重核裂变 10.科学家发现在月球上含有丰富的（氦3）。它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为。关于聚变下列表述正确的是（ ）A聚变反应不会释放能量 B.聚变反应产生了新的原子核C聚变反应没有质量亏损 D.目前核电站都采用聚变反应发电11.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、按照波尔理论，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，原子总能量增加12.下列说法正确的是（ ） A.是衰变方程 B.是核聚变反应方程 C.是核裂变反应方程 D.是原子核的人工转变方程13下列说法正确的是（ ） A射线在电场和磁场中都不会发生偏转 B射线比射线更容易使气体电离 C太阳辐射的能量主要来源于重核裂变 D核反应堆