高中物理知识点

pc蛋蛋幸运28吊号技巧:原子核

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一. 教学内容:

 

 

 

 

 

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(2)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里绕着核旋转. 原子核所带的单位正电荷数等于核外的电子数,所以整个原子是呈电中性的. 电子绕着核旋转所需的向心力就是核对它的库仑引力.

(3)从α粒子散射实验的数据估算出原子核大小的数量级为1015-1014 m,原子大小的数量级为 10?D10 m。

(二)天然放射性现象

1. 放射性现象:贝克勒耳发现天然放射现象,使人们认识到原子核也有复杂的结构,揭开了人类研究原子核结构的序幕. 通过对天然放射现象的研究,人们发现原子序数大于83的所有天然存在的元素都有放射性,原子序数小于83的天然存在的元素有些也具有放射性,它们放射出来的射线共有三种:α射线、β射线、γ射线.

2. 三种射线的本质和特性

(1)α射线:速度约为光速1/10的氦核流,贯穿作用很弱,电离作用很强.

(2)β射线:速度约为光速十分之几的电子流,贯穿作用很强,电离作用较弱.

(3)γ射线:波长极短的电磁波,贯穿作用最强,电离作用最弱.

种 类

本 质

质 量(u)

电 荷(

速 度(

电 离 性

贯 穿 性

α射线

氦核

4

2

0.1

最强

最弱,纸能挡住

β射线

电子

1/1840

-1

0.99

较强

较强,穿几mm铝板

γ射线

光子

0

0

1

最弱

最强,穿几cm铅版

三种射线在匀强磁场、匀强电场、正交电场和磁场中的偏转情况比较:

3. 原子核的衰变规律

(1)α衰变的一般方程为 He?每发生一次α衰变,新元素与原元素相比较,核电荷数减小2,质量数减少4. α衰变的实质是某元素的原子核同时放出由两个质子和两个中子组成的粒子(即氦核). (核内

(3)γ射线是伴随α衰变或β衰变同时产生的、γ射线不改变原子核的电荷数和质量数. 其实质是放射性原子核在发生α衰变或β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.

(4)半衰期

A. 意义:放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间. 用希腊字母τ表示

公式: 。

式中 为入射粒子的符号, 是新生核符号, 是放射出的粒子的符号。

① 卢瑟福发现质子的核反应方程为: 。

③ 约里奥?居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程为:

其中, P是放射性同位素, e为正电子.

3. 放射性同位素的应用

⑴利用其射线:α射线电离性强,用于使空气电离,将静电泄出,从而消除有害静电。γ射线贯穿性强,可用于金属探伤,也可用于治疗恶性肿瘤。各种射线均可使DNA发生突变,可用于生物工程,基因工程。

⑵作为示踪原子。用于研究农作物化肥需求情况,诊断甲状腺疾病的类型,研究生物大分子结构及其功能。

⑶进行考古研究。利用放射性同位素碳14,判定出土木质文物的产生年代。

一般都使用人工制造的放射性同位素(种类齐全,半衰期短,可制成各种形状,强度容易控制)。

(四)核力与核能

1. 核力:原子核的半径很小,其中的质子之间的库仑力很大,受到这么大的库仑斥力却处于稳定状态,一定还有另外一种力把各核子紧紧地拉在一起. 这种力叫做核力

①核力是很强的力

②核力作用范围小,只在2. 0×1015 m短距离内起作用

③每个核子只跟它相邻的核子间才有核力作用

2. 核能

(1)结合能:核子结合成原子核时放出一定的能量,原子核分解成核子时吸收一定的能量,这种能量叫结合能.

(2)质量亏损:核子结合生成原子核,所生成的原子核的质量比生成它的核子的总质量要小些,这种现象叫做质量亏损。

也可以认为,在核反应中,参加核反应的总质量m和核反应后生成的核总质量m/之差: Δm=m-m/

(3)爱因斯坦质能方程:爱因斯坦的相对论指出:物体的能量和质量之间存在着密切的联系,它们的关系是:ΔΔ

铀235核裂变时,同时放出2?D3个中子,如果这些中子再引起其他铀235核裂变,就可使裂变反应不断地进行下去,这种反应叫链式反应. 铀235核能够发生链式反应的铀块的最小体积叫做它的临界体积.

③核反应堆的构造:

A.核燃料?D?D用铀棒(含 只吸收慢中子)。

C. 控制棒?D?D用镉做成(镉吸收中子的能力很强)。

D. 冷却剂?D?D用水或液态钠(把反应堆内的热量传递出去)

2. 轻核的聚变

①所谓轻核是指质量数很小的原子核,如氢核、氘核等.

②某些轻核结合成质量数较大的原子核的反应过程叫做轻核的聚变,同时放出大量的能量.

轻核聚变方程列举 He+ n

轻核聚变只能发生在超高温(需要几百万度高温)条件下,故轻核聚变也叫做热核反应.

(六)粒子物理学

到19世纪末,人们认识到物质由分子组成,分子由原子组成,原子由原子核和电子组成,原子核由质子和中子组成。

20世纪30年代以来,人们认识了正电子、μ子、K介子、π介子等粒子。后来又发现了各种粒子的反粒子(质量相同而电荷及其它一些物理量相反)。

现在已经发现的粒子达400多种,形成了粒子物理学。按照粒子物理理论,可以将粒子分成三大类:媒介子、轻子和强子,其中强子是由更基本的粒子?D?D夸克组成。从目前的观点看,媒介子、轻子和夸克是没有内部结构的“点状”粒子。

用粒子物理学可以较好地解释宇宙的演化。

 

【典型例题】

掌握典型的反应方程

⑴衰变: α衰变:

β衰变: (核内

γ衰变:原子核处于较高能级,辐射光子后跃迁到低能级。

⑵人工转变: (发现质子的核反应)

(发现中子的核反应)

(人工制造放射性同位素)

⑶重核的裂变: (需要几百万度高温,所以又叫热核反应)

【例1】在卢瑟福的α粒子散射实验中,有少数α粒子发生大角度偏转,其原因是( )

A. 原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上

B. 正电荷在原子中是均匀分布的

C. 原子中存在着带负电的电子

D. 原子只能处于一系列不连续的能量状态中

,这说明了这些α粒子受到很大的库仑力,施力体应是体积甚小的带电实体。根据碰撞知识,我们知道只有质量非常小的轻球与质量非常大的物体发生碰撞时,较小的球才被弹回去,这说明被反弹回去的α粒子碰上了质量比它大得多的物质实体,即集中了全部质量和正电荷的原子核.

Pb(铅),下列说法正确的是( )

A. 铅核比钍核少8个质子 B. 铅核比钍核少16个中子

C. 共经过4次α衰变和6次β衰变 D. 共经过6次α衰变和4次β衰变

=6(次)

再结合核电荷数的变化情况和衰变规律来判定β衰变的次数y应满足:

2x- y=90- 82= 8 所以y=2x?D8=4(次) 即D也是正确的.

A. 原子核发生了α衰变 B. 原子核发生了β衰变

C. 原子核放出了一个正电子 D. 原子核放出了一个中子;

点评:本题仅仅只是判断衰变的种类,而没有判断轨迹是属于哪种粒子的. 处于静止状态时的原子核发生的衰变,它们的动量大小相等,而新核的电量一般远大于粒子(α、β)的电量,又在同一磁场中,由洛仑兹力提供向心力时,其圆运动的半径R=mv/qB,此式的分子是相等的,分母中电量大的半径小,电量小的半径大,所以,一般情况下,半径小的是新核的轨迹,半径大的是粒子(α、β 或正电子)的轨迹.

 

【例4】下面是一核反应方程 表示光速,则( )

A. X是质子,核反应放出的能量等于质子质量乘C2

B. X是中子,核反应放出的能量等于质子质量乘C2

C. X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

D. X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

解:根据在核反应中,质量数和电荷数都守恒,可知核反应方程中的X为中子,根据爱因斯坦质能方程ΔE=Δmc2知,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,再乘以C2,答案为D。

 

【例5】 静止的氡核 ,α粒子动能为c,则该反应中的质量亏损为

A. B. 0 C. D.

,它们的动能之比为4∶218,因此衰变释放的总能量是 ,由质能方程得质量亏损是 。

答案:C

)经过α、β衰变形成稳定的铅(u夸克和u夸克带电量为 d夸克带电量 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u夸克和2个u夸克和1个u夸克和2个u夸克和2个u夸克和1个u夸克和1个u夸克和1个 _____

→_____ →_____

经过6次 。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

A. 124、259 B. 124、265 C. 112、265 D. 112、277

 

 

【试题答案

1. 解析:“由于原子核很小,α粒子十分接近它的机会很少,所以绝大多数α粒子基本上仍按直线方向前进,只有极少数发生大角度的偏转”。故选项A错误。

用极端法,设α粒子在向重金属核射去,如图所示,所知α粒子接近核时,克服电场力做功. 其动能减小,势能增加;当α粒子远离原子核时,电场力做功,其动能增加,势能减小,故选项B、C是错误的。

答案:D

2. 解析: ,需经过 8 次α衰变和 6次β衰变,每经过一次β衰变就会有一个中子转变为质子,同时放出一个电子,所以共有6个中子转化为质子.

答案:A

3. 解析 原子 带电量为 的带电量为 ,⑵ ,⑷ ,从而可知 ,选项D正确。

 

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