1、(三)原 子 物 理知识网络考点预测近代物理部分相对独立，主干知识是原子的量子化结构和核能，复习时要围绕玻尔理论、衰变规律和爱因斯坦质能方程等重点知识进行模块内的综合主要是近代物理知识与动量守恒定律的综合利用碰撞探究微观粒子的规律是高能物理常用的研究手段，如 粒子散射实验 粒子与氮、铍、铝的碰撞分别发现了质子、中子和放射性同位素，加速器、对撞机等都是研究核物理的常用工具近年近代物理试题中出现不少中学教材中没有的新知识背景，如“超重元素” 、 “双电荷交换反应” 、俄歇效应、原子内层空位产生的内转换机制、 氢原子等在训练学生读题时，要引导他们尽力将新情境中的问题与已学过的知识联系起来，在学习心理
2、学中，就是“图式”的“同化”与“顺应”的过程，这类问题其实是“新瓶装旧酒” ，还是考查课本上的知识点，只是对学生的能力要求提高了，要真正理解才能变通“联系实际，联系生活，联系高科技”已成为高考命题的趋势，考查内容体现时代气息，用新名词包装的试题增加试题越来越重视知识的联系，体现学科的综合性要点归纳一、原子的核式结构卢瑟福根据 粒子散射实验观察到的实验现象推断出了原子的核式结构 粒子散射实验的现象是：绝大多数 粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进；极少数 粒子则发生了较大的偏转甚至返回注意，核式结构并没有指出原子核的组成二、波尔原子模型玻尔理论的主要内容：1 “定态假设”：原子只能处于一系列不
3、连续的能量状态中，在这些状态中，电子虽做变速运动，但并不向外辐射电磁波，这样的相对稳定的状态称为定态定态假设实际上只是给经典的电磁理论限制了适用范围：原子中的电子绕核转动处于定态时不受该理论的制约2 “跃迁假设”：电子绕核转动处于定态时不辐射电磁波，但电子在两个不同定态间发生跃迁时，却要辐射(吸收 )电磁波(光子) ，其频率由两个定态的能量差值决定hE m En3 “能量量子化假设”和“轨道量子化假设”：由于能量状态的不连续，因此电子绕核转动的轨道半径也不能任意取值三、原子核的衰变及三种射线的性质1 衰变与 衰变方程衰变： XAZ42YHe衰变： 102 和 衰变次数的确定方法先由质量数确定
4、衰变的次数，再由核电荷数守恒确定 衰变的次数3半衰期(T) ：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间4特征：只由核本身的因素所决定，而与原子所处的物理状态或化学状态无关5规律：NN 0 1()2tT6三种射线射线 射线 射线 射线物质微粒 氦核 42He电子 01e光子 带电情况 带正电(2e) 带负电 (e ) 不带电速度 约为 c110接近 c c贯穿本领 小(空气中飞行几厘米) 中(穿透几毫米厚的铝板) 大(穿透几厘米厚的铅板)电离作用 强 次 弱四、核能1爱因斯坦质能方程：Emc 22核能的计算(1)若 m 以千克为单位，则：Emc 2(2)若 m 以原子的质量单位 u 为单位，则
5、：Em931.5 MeV3核能的获取途径(1)重核裂变：例如 102359U10n3654Xe9038Sr10n(2)轻核聚变：例如 1H21聚变的条件：物质应达到超高温(几百万度以上) 状态，故聚变反应亦称热核反应热点、重点、难点一、玻尔模型能级概念例 1 氢原子的能级如图 610 所示，已知可见光的光子能量范围约为 1.62 eV3.11 eV，下列说法错误的是( )图 610A处于 n3 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 n3 能级跃迁时，发出的光具有显著的热效应C大量处于 n4 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 n
6、4 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【解析】处于 n3 能级的氢原子吸收光子而发生电离的最小能量是 1.51 eV，又因紫外线的频率大于可见光的频率，所以紫外 线的光子能量 E3.11 eV，故 A 正确由能级跃迁理论知，氢原子由高能 级向 n3 能级跃迁时，发出光子的能量 E1.51 eV，所以发出光子能量小于可见光的光子能量由 Eh 知，发出光子频率小于可见光的光子频率，发出光子为红外线，具有较强的热效应，故 B 正确由能级跃迁理论知，n4 能级 的氢原子向低能级跃迁时，最多可发出 6 种频率的光子，故 C 正确由能级跃迁理论知，大量处于 n4 能级的氢原子向低
7、能级跃 迁时， 发出光子的能量分别为：0.66 eV(43)，2.55 eV(42),12.75 eV(41),1.89 eV(32),12.09 eV(31)，10.2 eV(21)，所以只有 32 和 42 跃迁时发出的 2 种频率的光子属于可 见光，故 D 错误答案 D【点评】原子由定态 n(n 2)向低能级跃迁时可能辐射的光子 频率的种类为 (n 1)n2原子跃迁时，所吸收或释放的光子能量只能等于两能 级 之间的能量差原子电离时，所吸收的能量可以大于或等于某一能级能量的 绝对值计算时应注意：因一般取 远处为零电势参考面，故各能级的能量值均为负值；能量单位 1 eV 1.61019 J二
8、、考查衰变、裂变、聚变以及人工转变概念例 2 现有三个核反应： _； 41Na41Mg _； _3592U0n56B9236Kr21H342e完成上述核反应方程，并判断下列说法正确的是( )A是裂变，是 衰变，是聚变B是聚变，是裂变， 是 衰变C是 衰变，是裂变，是聚变D是 衰变，是聚变，是裂变答案 3 C01e10n10【点评】原子核自发地放出某种粒子成为新的原子核，叫做衰变；原子序数较大的重核分裂成原子序数较小的原子核，叫做重核裂 变；原子序数很小的原子核聚合成原子序数 较大的原子核，叫做轻核聚变所有核反应都遵循质量数和电荷数守恒的规律，情况复杂时可列方程组求解三、核能和质量亏损例 3 某
9、科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为 Q 1 X Q 21H26C137NH157N26C方程中 Q1、Q 2 表示释放的能量，相关的原子核质量见下表：原子核 1H32e42H 126C 137N 157质量/u 1.0078 3.0160 4.0026 12.0000 13.0057 15.0001下列判断正确的是2009 年高考 重庆理综卷( )AX 是 ，Q 2Q132eBX 是 ，Q 2Q14CX 是 ，Q 2Q132DX 是 ，Q 2Q14He【解析】核反应方程： 中的质量亏损为：126C37Nm11.0078 u12.0000 u 13.0057 u0.0
10、021 u根据电荷数守恒、质量数守恒可知： 37N1264e其质量亏损为：m 21.0078 u15.0001 u12.0000 u4.0026 u0.0053 u根据爱因斯坦质能方程得：Q 1 m1c2，Q2m 2c2故 Q1Q 2答案 B【点评】要注意 u 为质量单位，并不是能量 单位，其中 1 u1.660610 27 kg,1 uc2931.5 MeV四、近代物理中的前沿科技问题近几年来，高考试题中 STS(科学 技术社会)问题( 如反物质、中微子、介子、夸克、弗兰克赫兹实验等)占有较大的比例，出现了以科技前沿为背景的信息题解决这类试题的关键在于：认真阅读题目、理解题意，捕获有效信息、
11、删除干扰信息；仔细分析问题所描述的物理状态或物理过程，并从中建立起相应的物理模型；最后运用相关的物理规律求解例 4 K 介子的衰变方程为 K 0，其中 K 介子和 介子所带电荷量为元电荷 e， 0 介子不带电如图 611 所示，两匀强磁场方向相同，以虚线 MN 为理想边界，磁感应强度分别为 B1、B 2今有一个 K 介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场 B1 中，其轨迹为圆弧 AP，P 在 MN 上， K 在 P 点时的速度为 v，方向与 MN 垂直在 P 点该介子发生了上述衰变，衰变后产生的 介子沿速度 v 的反方向射出，其运动轨迹如“心”形图线所示则以下说法正确的是( )图 611A 介子的
12、运行轨迹为 PENCMDPB 介子运行一周回到 P 用的时间 T2mB2eCB 14B 2D 0 介子做匀速直线运动【解析】由题意可知，K 介子衰变为 介子和 0 介子后， 介子沿速度 v 的反方向射出，而 介子 带负电，根据左手定 则可以判断， 介子的运行轨迹为 PDMCNEP，则选项A 错误；设 介子在左右两侧磁场中做匀速圆周运动的半径分别为 R1 和 R2，运动周期分别为 T1 和 T2，由图可知： ，又 R1 、R2 ，则 B12B 2，即选项 C 错误；而R1R2 12 mveB1 mveB2T1 ，T2 ，则 介子运行一周回到 P 所用的时间 T T1 2meB1 2meB2 T1
13、2 T22 T12 T22，即 选项 B 正确； 0 介子由于不 带电而不受洛伦兹力作用，它将做匀速直线运动，即选2meB2项 D 正确综上所述，选项 B、D 正确答案 BD【点评】本题涉及匀速圆周运动、线速度、角速度、周期、向心力、洛伦兹力、左手定则、牛顿第二定律等知识点，考查 学生对上述知识的理解和掌握程度，以及分析、推理的能力和信息处理的能力解决本题的关 键在于：先利用左手定则判断 介子的运行轨迹，再运用洛伦兹力、牛顿第二定律等知识 分析求解同类拓展 2006 年 3 月 24 日，由中国自行研究、设计的世界上第一个全超导非圆截面托卡马克 EAST 核聚变实验装置(又称“人造太阳”)，如
14、图 612 所示，已成功完成首次工作调试由于它和太阳产生能量的原理相同，都是热核聚变反应，所以被外界称为“人造太阳” “人造太阳”的原理就是在这台装置的真空室内加入少量氢的同位素氘和氚，使其在一定条件下发生聚变反应，反应过程中会产生巨大的能量核聚变的主要原料是氘和氚，在海水中含量极其丰富则下列说法中错误的是( )图 612A “人造太阳”的核反应方程是 21H342e10nB “人造太阳”的核反应方程是 359U1056Ba926Kr10C “人造太阳”释放的能量大小的计算公式是 Emc 2D与这种热核聚变比较，核裂变反应堆产生的废物具有放射性【解析】 “人造太阳”中的核反应为轻核的聚变，故 A 正确、B 错误核反应释放的能量都遵循质能方程 Emc 2，C 正确聚 变方程产生的 不具有放射性，而裂 变反应产生42e的废物会衰变放出 或 射线， D 正确答案 B
