第十六 近代物理
本知識大部分內(nèi)容是高考考試說明中要求初步了解的內(nèi)容.由于近代物理在現(xiàn)代科學技術中應用日益廣泛，聯(lián)系實際問題增加，因此本知識幾乎是高考年年必考內(nèi)容之一．本內(nèi)容分為兩部分，即量子論初步與原子核．
量子論初步主要圍繞“光”這一主題，研究光的本質(zhì)及產(chǎn)生過程中表現(xiàn)出的量子化問題；原子核的研究則是通過對一些發(fā)現(xiàn)及實驗的分析，闡明原子核的組成及其變化規(guī)律．在學習近代物理的過程中，我們不僅要學習本所闡明的物里知識及規(guī)律，更重要的是還要學習本在研究問題過程中所表現(xiàn)出的物理思想和物理方法，對提高分析綜合能力有很大幫助的．
本相關內(nèi)容及知識網(wǎng)絡
專題一 光電效應
［考點透析］
一、本專題考點 光電效應、光子和愛因斯坦光電效應方程是Ⅱ類要求。
二、理解和掌握內(nèi)容
１．光電效應：在光（包括不可見光）的照射下從物體表面發(fā)射電子的現(xiàn)象叫做光電效應，發(fā)射出的電子叫光電子．光電效應的規(guī)律如下：
①任何一種金屬，都有一個極限頻率，入射光的頻率必須大于這個極限頻率，才能發(fā)生光電效應。
②發(fā)出的光電子的最大初動能與入射光的強度無關，只隨著入射光頻率的增大而增大．
③當入射光照射到金屬上時，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時的，一般不超過10-9S．
④當入射光的頻率一定且大于極限頻率時，單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)與入射光的強度成正比．
上述規(guī)律與波爾理論的矛盾可概括為兩點：
①電子吸收光的能量是瞬時完成的，而不象波爾理論預計的那樣有積累過程．
②光的能量與頻率有關，而不象波爾理論預計的那樣是由振幅決定．
２．愛因斯坦對光電效應的解釋：
①空間傳播的光是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個光子．一個光子的能量可寫成：Ｅ＝hγ（ 式中h 稱為普朗克常數(shù)，其值為h＝6.63×10-34J•s）．
②當光照射到物體表面時，光子的能量可被某個電子吸收，吸收了光子的電子如果具備足夠的能量，就可掙脫周圍原子核的束縛而物體表面飛出從而形成光電子．
③光電子的最大初動能與入射光的頻率之間滿足下列關系式：

上式稱為愛因斯坦光電效應方程，式中Ｗ稱為逸出功，其值等于電子為掙脫周圍原子的束縛形成光電子所需的最小能量．
如果入射光子的能量小于Ｗ，電子即使俘獲了光子，也不能掙脫周圍原子的束縛形成光電子，這就是極限頻率的存在的原因；否則如果入射光的頻率較高，一個光子的能量能被一個電子完全吸收而不需要能量的積累過程即可形成光電子，這就解釋了光電效應的瞬時性；在入射光的頻率一定時，入射光的強度越大，單位時間內(nèi)射入的光子數(shù)就越多，因而被電子俘獲的機會也就越大，這樣就解釋了單位時間內(nèi)逸出的光子數(shù)與入射光的強度成正比；至于光電子的最大初動能決定于入射光的頻率從光電方程中即可看出這點．
［例題精析］
例題１ 下列關于光電效應規(guī)律說法中正確的是（ ）
Ａ．入射光的頻率加倍，光電子的最大初動能也加倍
Ｂ．增大入射光的波長，一定可增大單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)
Ｃ．提高光電管兩端的電壓，可增大逸出光電子的最大初動能
Ｄ．保持入射光的強度不變而增大其頻率，則單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)將減少
解析：本題主要考查對愛因斯坦光子說及光電方程的理解．光電效應方程表明：光電子的最大初動能隨著入射光頻率的增大而增大，但不是成正比，所以Ａ選項錯．波長增大，頻率降低，可能不發(fā)生光電效應，況且單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)與入射光的波長并沒有直接關系，所以Ｂ選項錯．光電管兩端的電壓對光電效應中光電子的逸出沒有影響，它只能改變光電子逸出后的動能而不能影響光電子剛逸出時的初動能，所以Ｃ選項也是錯的．表面上看，根據(jù)光電效應規(guī)律中的“當入射光的頻率大于極限頻率時，單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)與入射光的強度成正比”判斷，Ｄ選項也不對，但實際上，上述規(guī)律應是在頻率一定的條下結(jié)論才能成立，在該條下，入射光的強度增大，也就增大了單位時間內(nèi)入射的光子數(shù)，這樣才能導致光電子數(shù)的增加．也就是說單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)正比于單位時間內(nèi)射入的光子數(shù)，而該題Ｄ選項是在保持強度不變的情況下增大入射光的頻率，這樣就會使得單位時間內(nèi)射入的光子數(shù)減少，因而必將導致單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)減少，所以本題正確選項為Ｄ．
思考與拓寬：如果某種金屬的極限頻率在紅外區(qū)，現(xiàn)在分別用相同功率的綠光燈和紫光燈在相同的距離下照射該金屬，試分析兩種情況下單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)是否相同？
例題2 一般情況下，植物的葉在進行光合作用的過程中，最不易吸收下列哪種顏色的光的光子？（ ）
Ａ．紅色光 Ｂ．綠色光 Ｃ．藍色光 Ｄ．紫色光
解析：本題主要考查知識的遷移能力及推理能力．初看題目，給人的感覺似乎是一道生物題，但仔細分析一下，該題實際上是一道物理題．我們都知道：物體在接收光的照射時往往表現(xiàn)出兩個方面的反應，即反射和吸收，物體的顏色往往取決于其反射光的顏色，植物的葉一般都呈綠色說明植物的葉對綠光的反射較強烈，因而對綠色光的吸收也就較差，因此本題的正確選項應為Ｂ．
［能力提升］
Ⅰ知識與技能
１．三種不同的入射光Ａ、Ｂ、Ｃ分別照射在三種不同的金屬ａ、ｂ、ｃ的表面，均恰可使金屬中逸出光電子，若三種入射光的波長滿足下列關系λA＞λB＞λC，則： （ ）
Ａ．用入射光Ａ照射金屬ｂ或ｃ，則金屬ｂ和ｃ均可發(fā)生光電效應
Ｂ．用入射光Ａ和Ｂ同時照射金屬ｃ，則金屬ｃ可發(fā)生光電效應
Ｃ．用入射光Ｃ照射金屬ａ或ｂ，則金屬ａ和ｂ均不能發(fā)生光電效應
Ｄ．用入射光Ｂ和Ｃ照射金屬ａ，則均可使金屬ａ可發(fā)生光電效應
２．光電效應的四條規(guī)律中，波動說僅能解釋的一條是（ ）
Ａ．入射光的頻率大于極限頻率才能產(chǎn)生光電效應
Ｂ．單位時間內(nèi)逸出的光子數(shù)與入射光強度成正比
Ｃ．光電子最大初動能只與入射光的頻率有關
Ｄ．當入射光照射到金屬上時，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時的
３．關于光電效應下列說法正確的是（ ）
A．金屬的逸出功與入射光的頻率成正比
B．單位時間內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)與入射光的強度無關
C．用不可見光照射金屬一定比用可見光照射同種金屬產(chǎn)生的光電子的最大初動能大
Ｄ．對任何金屬都存在一個“最大波長”，入射光的波長大于此波長時，就不能產(chǎn)生光電效應
４．對愛因斯坦光子說的理解，下列說法正確的是( )
Ａ．光子能量能被電子吸收一部分，使光子頻率降低
Ｂ. 光子能量不能被吸收一部分, 被吸收時，要么全部被吸收，要么不被吸收
Ｃ．在光電效應中，金屬板表面的電子可吸收多個光子，然后逸出
Ｄ. 原子吸收光子，只能一次性全部吸收一個光子的能量，且任何光子都被吸收
５．有關光的波粒二象性，下列說法中正確的是（ ）
Ａ．光子能量越大，光的波動性越顯著
Ｂ．光的波長越長，光的粒子性越顯著
C．少數(shù)光子行為表現(xiàn)光的粒子性，大量光子行為表現(xiàn)光的波動性
D．光的粒子性表明光是由一些小顆粒組成的
６．入射光照到某金屬表面并發(fā)生光電效應，若把光強度減弱而頻率不變，則（ ）
Ａ．從光照到金屬上到發(fā)射出電子的時間間隔將增長
Ｂ．光電子最大初動能會減小
Ｃ．單位時間內(nèi)逸出的電子數(shù)將減少
Ｄ．可能不發(fā)生光電效應
Ⅱ能力與素質(zhì)
７．用紅色光照射光電管陰極發(fā)生光電效應時，光電子的最大初動能為Ｅ1，光電流為
Ｉ1，若改用強度相同的紫光照射同一光電管，產(chǎn)生光電子的最大初動能和光電流分別為Ｅ2和Ｉ2，則下列關系正確的是：（ ）
Ａ．Ｅ1＞Ｅ２ Ｉ1＝Ｉ2 Ｂ．Ｅ1＜Ｅ２ Ｉ1＝Ｉ2
Ｃ．Ｅ1＜Ｅ２ Ｉ1＞Ｉ2 Ｄ．Ｅ1＞Ｅ２ Ｉ1＞Ｉ2
８．在研究光的波動性所做的雙縫干涉實驗中，如果無限減弱入射光的強度，以至于可認為光子只能一個一個地通過狹縫，并將光屏換上感光底片，則將出現(xiàn)下列結(jié)果：
①短時間曝光，底片上將出現(xiàn)一些不規(guī)律排列的點子，這些點子是光子打到底片上形成的；
②短時間曝光，底片上將出現(xiàn)干涉條紋，只不過條紋不是很清晰；
③如果長時間曝光，底片上將出現(xiàn)干涉條紋，表現(xiàn)出光的波動性；
④不論曝光時間長短，底片上都將出現(xiàn)清晰的干涉條紋．
上述判斷中正確的是：（ ）
Ａ．只有①② Ｂ．只有②③ Ｃ．只有①③ Ｄ．只有④
９．一個功率為100W的正在工作的電燈主要向外輻射紅外線和可見光，兩者的比例大約為4∶1，如果可見光的平均波長按500nm計算，試估算每秒鐘一個該燈泡輻射出的可見光光子數(shù)目為_____________．(結(jié)果取一位有效數(shù)字，普朗克常數(shù)ｈ＝6.63×10－34J•s）
10．在綠色植物的光合作用中，每放出一個氧分子需吸收８個波長為688nm的光子的能量．晚上用“220Ｖ、100Ｗ”的白熾燈照射蔬菜大棚內(nèi)的蔬菜，如果該燈的發(fā)光效率為20％，且其中50%的光能被蔬菜吸收，則一晚（12小時）可放出氧氣__________升．（普朗克常數(shù)ｈ＝6.63×10－34J•s．阿伏伽德羅常數(shù)N0＝6.02×1023mol－１）
專題二 原子能級 物質(zhì)波
［考點透析］
一、本專題考點 氫原子的能級是Ⅱ類要求，物質(zhì)波是Ⅰ類要求。
二、理解和掌握內(nèi)容
1897年，湯姆生發(fā)現(xiàn)了電子，從而提出了原子結(jié)構(gòu)的問題．湯姆生認為：原子是一個球體，正電荷均勻分布在整個球體內(nèi)，電子像棗糕里的棗子那樣鑲嵌在原子里．為了探究原子的組成，英國物理學家盧瑟福于1911年做了α粒子散射實驗（將在后面分析）．通過分析試驗結(jié)果，盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型：在原子的中心有一個很小的核，叫做原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負電的電子在核外空間里繞著核旋轉(zhuǎn)，原子核內(nèi)所帶的正電荷數(shù)等于核外電子數(shù)，所以整個原子是電中性的，電子繞核旋轉(zhuǎn)所需的向心力就是核對它的庫侖力．盧瑟福還通過實驗數(shù)據(jù)估算出了原子核半徑的大小和原子半徑的大小，其數(shù)量級分別是10-15～10-14ｍ和10-10ｍ．
盧瑟福的原子模型雖然能很好的解釋α粒子散射結(jié)果，但卻與經(jīng)典的電磁理論（19世紀以前的物理學通常稱為經(jīng)典物理學）發(fā)生了矛盾．主要表現(xiàn)在兩個方面：
①按照經(jīng)典電磁理論，繞核高速圓周運動的電子是要向外輻射電磁波的，隨著能量的釋放，電子的旋轉(zhuǎn)半徑就會越越小，最終會落到原子核里，這樣原子應當是極不穩(wěn)定的，但實際情況并非如此．
②隨著電子繞核旋轉(zhuǎn)半徑的連續(xù)變化，電子繞核旋轉(zhuǎn)的頻率也會連續(xù)改變，這樣原子光譜應當是連續(xù)譜而不是線狀譜，這也與實際情況不符．
為了解決上述矛盾，玻爾提出了原子的軌道量子化模型．
１．玻爾模型：圍繞原子核運動的電子軌道半徑只能是某些分立的數(shù)值，這種現(xiàn)象叫軌道的量子化；不同的軌道對應著不同的狀態(tài)，在這些狀態(tài)中，盡管電子做變速運動，卻不輻射能量，因此這些狀態(tài)是穩(wěn)定的；原子在不同的狀態(tài)中具有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的，這些能量值叫能級．能量最低的狀態(tài)叫基態(tài)，其他的狀態(tài)叫激發(fā)態(tài)．圖18-1是氫原子的能級圖．
２．光子的發(fā)射和吸收：原子處于基態(tài)時最穩(wěn)定，處于較高能級時會自發(fā)地向較低能級躍遷，經(jīng)過一次或幾次躍遷到基態(tài)，躍遷時以輻射光子的形式放出能量．原子在始、末兩個能級Ｅm和Ｅn發(fā)生躍遷時輻射光子的能量可由下式?jīng)Q定：(ｍ＞ｎ)

hν＝Ｅm－Ｅn．

原子在吸收了光子后則從較低能級向較高能級躍遷．
３．原子光譜：稀薄氣體通電后能夠發(fā)光（稀薄氣體放電）．利用分光鏡可看到稀薄氣體放電產(chǎn)生的光譜只有幾條分立的亮線，理論和實驗均表明，不同氣體產(chǎn)生的光譜的亮線位置不同，因此這些亮線稱為原子的特征譜線，又叫做原子光譜．實際中利用光譜分析可判明物質(zhì)的組成．
４．物質(zhì)波：自然界中的事物往往都是正反兩方面的．例如電可生磁，反過磁也可生電．既然光（電磁波）具有粒子性（量子化），反過，電子、質(zhì)子，以至原子、分子等實物粒子是否會在一定條下表現(xiàn)出波動性呢？1924年法國物理學家德布羅意做了肯定的回答：任何一個運動著的物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽，都有一種波與之相對應，波長為：
上式中Ｐ是運動物體的動量，ｈ是普朗克常量．這種波叫物質(zhì)波，也叫德布羅意波．德布羅意波的這一理論于1927年被美國的物理學家（戴維孫和革末等人）所做的電子衍射實驗所證實．
［例題精析］
例題１ 已知氫原子光譜在可見光范圍內(nèi)有四條譜線，一條紅色，一條藍色，另外兩條是紫色，它們分別是從ｎ＝3、4、5、6能級向ｎ＝２能級躍遷時產(chǎn)生的．則（ ）
Ａ．紅色光譜線是氫原子從ｎ＝６能級向ｎ＝２能級躍遷時產(chǎn)生的
Ｂ．藍色光譜線是氫原子從ｎ＝５能級向ｎ＝２能級躍遷時產(chǎn)生的
Ｃ．紫色光譜線是氫原子從ｎ＝４能級向ｎ＝２能級躍遷時產(chǎn)生的
Ｄ．如果氫原子從ｎ＝６能級向ｎ＝３能級躍遷，將輻射紅外線
解析：本題主要考查理三個方面的理解能力：①對玻爾理論的理解；②對光子說的理解；③對光譜的理解．由玻爾理論可知,當氫原子從高能級向某一低能級躍遷時,要向外輻射一定頻率的光子,且初態(tài)能級越高,輻射光子的能量就越大,輻射的光子能量等于兩能級的差.又根據(jù)愛因斯坦的光子說,光子的能量越大,頻率就越高.從對光譜的研究中獲知:光的顏色決定于光的頻率,在可見光范圍內(nèi),從紅光到紫光頻率依次升高.將上述三點綜合起且考慮題中所給信息不難判斷:氫原子從ｎ＝3躍遷到ｎ＝2的能級時應輻射紅光；氫原子從ｎ＝４躍遷到ｎ＝2的能級時應輻射藍光；氫原子從ｎ＝５、６躍遷到ｎ＝2的能級時應輻射紫光.這樣就排除了Ａ、Ｂ、Ｃ選項.由于氫光譜中只有上述四條譜線屬于可見光范圍,則其它譜線不是紅外線即是紫外線(思考:可能是ｘ射線或無線電波嗎?).從玻爾理論中獲知: 氫原子從ｎ＝6躍遷到ｎ＝3能級時輻射光子的能量小于ｎ＝3躍遷到ｎ＝2能級時輻射光子的能量.所以上述輻射應為紅外線.故本題正確答案為Ｄ．
思考與拓寬：用下述那種射線照射氫原子可使氫原子從基態(tài)躍遷到ｎ＝2的激發(fā)態(tài).
Ａ．γ射線 Ｂ．紫外線 Ｃ．可見光 Ｄ．紅外線
答案：Ｂ
例題２ 一個氫原子中的電子從一半徑為ra的圓軌道直接躍遷到另一半徑為rb（ra＜rb）的圓軌道上，則在此過程中（ ）
Ａ．原子要發(fā)出某一頻率的光子，電子動能減小，原子的電勢能減小
Ｂ．原子要發(fā)出某一頻率的光子，電子動能增大，原子的電勢能減小
Ｃ．原子要吸收某一頻率的光子，電子動能減小，原子的電勢能增大
Ｄ．原子要吸收某一頻率的光子，電子動能增大，原子的電勢能增大
解析：本題主要考查對玻爾理論的理解及應用牛頓定律和庫侖定律解決圓周運動的問題．根據(jù)玻爾理論，一個氫原子中的電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時要吸收某一頻率的光子，這樣就排除了Ａ、Ｂ選項．由于電子躍遷時原子核對它的引力做負功，所以原子的電勢能增大．又根據(jù)庫侖定律和牛頓定律有：
整理后可得：
從上式即可看出，隨著半徑增大，電子動能減�。�故本題正確選項為Ｃ．
例題３ 若某光子的能量為10ev，則其波長是多少？ 若某電子的動能也是10ev，則其德布羅意波長是多少？
解析：根據(jù) 得：
所以，光子的波長為：
因為電子的動能也是10ev，則其動量為：
所以其德布羅意波長是 ：

比較以上兩結(jié)果可以看出：電子的德布羅意波長比可見光的波長在數(shù)量級上小很多，這也就是為什么電子的波動性長期未被發(fā)現(xiàn)的原因．
思考與拓寬：用做光的雙縫干涉實驗的裝置能否研究電子的干涉現(xiàn)象？
［能力提升］
Ⅰ知識與技能
１．盧瑟福根據(jù)下列哪個實驗或事提出了原子核式結(jié)構(gòu)學說（ ）
Ａ．光電效應實驗 Ｂ．Ｘ射線使氣體電離
Ｃ．α粒子散射實驗 Ｄ．電子的發(fā)現(xiàn)
２．氫原子發(fā)生下列能級躍遷時，輻射光子波長最短的是（ ）
Ａ．從ｎ＝６躍遷到ｎ＝４ Ｂ．從ｎ＝５躍遷到ｎ＝３
Ｃ．從ｎ＝４躍遷到ｎ＝２ Ｄ．從ｎ＝３躍遷到ｎ＝１
３．下列哪個發(fā)現(xiàn)使人類開始認識道原子是由帶正電的物質(zhì)和帶負電的電子組成的（ ）
Ａ．湯姆生發(fā)現(xiàn)電子 Ｂ．放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)
Ｃ．中子的發(fā)現(xiàn) Ｄ．質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)
４．一群氫原子處于同一能級值較高的激發(fā)態(tài)，當它們向能級值較低的激發(fā)態(tài)或基態(tài)躍遷時，下列說法正確的是（ ）
Ａ．可能吸收一系列頻率不同的光子，形成光譜中若干條暗線
Ｂ．可能輻射一系列頻率不同的光子，形成光譜中若干條明線
Ｃ．只能吸收某一頻率的光子，形成光譜中的一條暗線
Ｄ．只能輻射某一頻率的光子，形成光譜中的一條明線
5．如圖18-２所示是氫原子處于量子數(shù)ｎ＝４的狀態(tài)時的能級圖,當它向低能級躍遷時，輻射的光子的能量可能有( )
Ａ．0.85eＶ Ｂ．2.55eＶ
Ｃ．3.4eＶ Ｄ．13.6eＶ
6．速度相同的質(zhì)子和α粒子的德布羅意波長之比為 ；動能相同的質(zhì)子和α粒子的德布羅意波長之比為 ；從靜止開始經(jīng)過相同的電壓加速以后的質(zhì)子和α粒子的德布羅意波長之比為 .
Ⅱ能力與素質(zhì)
7．已知氫原子從ｎ＝４的激發(fā)態(tài)直接躍遷到ｎ＝２的激發(fā)態(tài)時輻射藍光，則當氫原子從ｎ＝５直接躍遷到ｎ＝２的激發(fā)態(tài)時，可能輻射的是（ ）
Ａ．紅外線 Ｂ．紅色光 Ｃ．紫色光 Ｄ．倫琴射線
8．如果某金屬的極限頻率剛好等于氫原子從n=3能級躍遷到n=2能級所發(fā)出的光子的頻率, 則處于n=2能級的氫原子輻射出的光子是否能使這種金屬發(fā)生光電效應？答_______________．
9．氫原子從能級Ａ躍遷到能級Ｂ時,輻射頻率為 的光子；從能級Ｂ躍遷到能級Ｃ時,吸收頻率為 的光子.若 ，則氫原子從能級Ｃ躍遷到能級Ａ時（ ）
Ａ．吸收頻率為 的光子 Ｂ．吸收頻率為 的光子
Ｃ．輻射頻率為 的光子 Ｄ．輻射頻率為 的光子
10．光具有波粒二象性，光子的能量 ，其中頻率 表征波的特性．在愛因斯坦提出光子說之后，法國物理學家德布羅意提出了光子動量p與光波波長λ的關系式： ．若某激光管以ＰW＝60W的功率發(fā)射波長為λ=6.63×10-7m的光束，試根據(jù)上述理論計算：（普朗克常數(shù)ｈ＝6.63×10－34J•s）
（1）該激光管在1秒內(nèi)發(fā)射出多少光子？
（2）該光束全部被某黑體(不會使光發(fā)生反射的物體)表面吸收，那么該黑體表面受到光束對它的作用力F為多大？
專題三 原子的核式結(jié)構(gòu) 原子核
［考點透析］
一、本專題考點 α粒子散射實驗、原子的核式結(jié)構(gòu)、天然放射現(xiàn)象、半衰期、α射線、β射線、γ射線、原子核的人工轉(zhuǎn)變、核反應方程均為Ⅰ類要求。
二、理解和掌握內(nèi)容
１．α粒子散射實驗：1911年英國物理學家盧瑟福用α粒子轟擊金箔做α粒子散射實驗，盧瑟福發(fā)現(xiàn)：α粒子通過金箔時，絕大多數(shù)不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，仍沿原方向前進，少數(shù)發(fā)生較大的偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)偏轉(zhuǎn)角超過90o，有的甚至被彈回，偏轉(zhuǎn)角幾乎達到180o．據(jù)此盧瑟福提出了原子核式結(jié)構(gòu)學說．盧瑟福還通過實驗數(shù)據(jù)估算出了原子核半徑的大小和原子半徑的大小，其數(shù)量級分別是10-15～10-14ｍ和10-10ｍ．
２．天然放射現(xiàn)象：貝克勒爾天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)揭示出原子核是具有復雜結(jié)構(gòu)的．原子序數(shù)大于83所有天然存在的元素都具有放射性．原子序數(shù)小于83的元素有些也具有放射性．放射線有三種：
α射線：速度約為光速十分之一的氦核，貫穿本領很小，電離能力很強.
β射線：高速運動的電子流，貫穿本領很強，電離作用較弱．
γ射線：波長極短的光子流（電磁波），貫穿本領最強，電離作用最弱.
３．α衰變和β衰變：原子核由于放出某種粒子而轉(zhuǎn)變?yōu)樾潞说淖兓�叫做原子核的衰變．放出α粒子衰變叫α衰�?放出β粒子的衰變叫β衰變.γ射線是伴隨兩種衰變產(chǎn)生的.
①衰變規(guī)律:衰變前后質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)均相等,其衰變方程模式為:
α衰變方程模式:
β衰變方程模式:
②半衰期:放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所用的時間叫半衰期.半衰期由原子核內(nèi)部本身的因素決定,與原子所處的物理狀態(tài)和化學狀態(tài)無關；半衰期是對大量原子核衰變過程的統(tǒng)計規(guī)律，對少數(shù)原子核衰變無意義．
4．原子核的人工轉(zhuǎn)變：科學家們用放射性元素放出的α射線轟擊元素的原子核,從而探究原子核的組成.
①質(zhì)子的發(fā)現(xiàn):盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子．其核反應方程為:
②中子的發(fā)現(xiàn):查德威克用α粒子轟擊鈹原子核發(fā)現(xiàn)了中子．其核反應方程為:
③放射性同位素：居里夫婦首先用人工方法得到放射性同位素 ，核方程為:
④放射性同位素的應用：利用它的射線進行探傷、育種、殺菌等；作為示蹤原子.
４．原子核的組成：質(zhì)子和中子組成原子核．質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子．原子核的電荷數(shù)等于質(zhì)子數(shù)，質(zhì)量數(shù)等于核子數(shù)，中子數(shù)等于質(zhì)量數(shù)與質(zhì)子數(shù)之差.
［例題精析］
例題１ 盧瑟福α粒子散射實驗結(jié)果，證明了下列哪些結(jié)論（ ）
Ａ．原子是由電子和帶正電的部分組成的，原子本身是電中性的
Ｂ．原子核是由帶正電的質(zhì)子和不帶電的中子組成的
Ｃ．原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在一個很小的核上
Ｄ．原子中的電子只能在某些不連續(xù)的軌道上繞核做圓周運動
解析:本題主要考查兩個方面的內(nèi)容:①對α粒子散射實驗的理解；②散射實驗現(xiàn)象與結(jié)論的因果關系的分析推理．本題的四個選項具有很大的迷惑性，如果撇開與盧瑟福α粒子散射實驗的聯(lián)系而將題干改成“下列說法正確的是”，則上述四個選項無一不是正確的．但題目中提出的問題是α粒子散射結(jié)果說明了什么？這就要求對α粒子散射實驗結(jié)果有深刻的理解：絕大多數(shù)α粒子仍沿原方向前進，只有極少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，只能說明原子內(nèi)部大部分區(qū)域是空闊的．我們可以這樣設想:如果原子內(nèi)部有一個極小的核，它集中了原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量，α粒子接近這個核時由于受到強大的庫侖斥力，運動方向就會發(fā)生明顯改變，但由于這個核很小, α粒子接近核的機會就會很少，因此只有少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)明顯而大多數(shù)α粒子能從原子內(nèi)部穿過而不改變運動方向，這樣就與實驗結(jié)果完全吻合．盧瑟福正是據(jù)此提出原子核式結(jié)構(gòu)學說的，故而本題選項應為Ｃ.
思考與拓寬：盧瑟福在研究α粒子散射實驗時，為什么沒有考慮電子對α粒子的影響呢？（ ）
Ａ．電子體積很小，α粒子根本就碰不到
Ｂ．電子電量很小，α粒子所受電子的庫侖力可以忽略
Ｃ．電子帶負電，α粒子所受電子的庫侖力為引力
Ｄ．電子質(zhì)量很小，對α粒子運動的影響很小
提示：電子質(zhì)量約為α粒子質(zhì)量的１/7200左右, α粒子即便碰到電子，也就像飛行的子彈碰到一粒塵埃一樣，運動方向不會明顯改變，Ａ選項錯．對于Ｂ選項，電子的電量并不是很小，等于α粒子電量的1/2，況且原子內(nèi)的電子并非一個，也就是說電子對α粒子庫侖力并不小，關鍵是電子的質(zhì)量很小，因而運動狀態(tài)發(fā)生明顯變化的應是電子而不應是α粒子，Ｂ選項錯．至于Ｃ選項，不論是斥力還是引力，都能改變α粒子的運動方向，因此也不是忽略電子對α粒子影響的原因．因此本體正確選項為Ｄ．
例題２ 如圖18-3所示，在垂直紙面向外的勻強磁場中，一個靜止的鐳核發(fā)生α衰變而成為氡核，那么氡核和α粒子在磁場中運動的徑跡分別是( )
Ａ．Ⅰ為氡核，Ⅱ為α粒子
Ｂ．Ⅱ為氡核，Ⅰ為α粒子
Ｃ．Ⅲ為氡核，Ⅳ為α粒子
Ｄ．Ⅳ為氡核，Ⅲ為α粒子
解析：本題的功能是考查原子核的衰變、動量守恒定律及帶電粒子在勻強磁場中的勻速圓周運動等知識的綜合運用．由于鐳核原處于靜止狀態(tài)，根據(jù)動量守恒定律，衰變后的氡核和α粒子將獲得大小相等、方向相反的動量,因此兩者所受洛侖茲力方向相反．結(jié)合帶電粒子在磁場中的運動規(guī)律可判斷出氡核和α粒子的運動軌跡應為外切圓，這樣就排除了Ａ、Ｂ兩選項．又根據(jù)洛侖茲力的計算式和牛頓定律可得到:
由于氡核和α粒子動量大小相等,但氡核的電量大于α粒子,故氡核的半徑應小于α粒子的半徑,所以本題的正確答案應為Ｄ．
思考與拓寬：①在一個勻強磁場中，一個原靜止的原子核Ｕ238由于放出一個α粒子而轉(zhuǎn)變成另一原子核Ａ，已知核Ａ和α粒子在磁場中均做勻速圓周運動，求Ａ核和α粒子做圓周運動的半徑之比.
答案：45∶1
②在一個勻強磁場中，一個原靜止碳14原子核釋放一粒子在磁場中形成兩個相內(nèi)切的圓,圓的直徑之比為7∶1，那么碳14的衰變方程應為下列核方程中的哪一個( )
Ａ． Ｂ．
Ｃ． Ｄ．
答案：Ｄ
例題３ 1920年盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子后曾預言：可能有一種質(zhì)量與質(zhì)子相近的不帶電的中性粒子存在，他把它叫做中子．1930年發(fā)現(xiàn),在真空條下用α射線轟擊鈹( )時，會產(chǎn)生一種看不見的、貫穿能力極強的不知名的射線．經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)這種不知名射線具有如下特點：①在任意方向的磁場中均不發(fā)生偏轉(zhuǎn)；②這種射線的速度小于光速的十分之一；③用它轟擊含有氫核的物質(zhì)，可以把氫核打出；用它轟擊含有氮核的物質(zhì)，可以把氮核打出，并且被打出的氫核的最大速度ＶH和被打出的氮核的最大速度ＶN之比近似等于15∶2．若該射線中的粒子均具有相同的能量，與氫核和氮核碰前氫核和氮核均可看成靜止且碰撞沒有機械能損失，氫核與氮核質(zhì)量之比為ＭH∶ＭN＝1∶14．試根據(jù)上面給出的信息，通過分析計算說明上述不知名的射線即為盧瑟福所預言的中子.
解析：本題主要考查兩種能力：①分析推理能力；②靈活運用經(jīng)典力學規(guī)律解決微觀領域中的碰撞問題的能力．根據(jù)信息①可作出判斷：該射線不帶電；利用信息②可排除該射線為電磁波的可能性，這樣就得出該射線應是由中性粒子組成的粒子流的結(jié)論．下面只須證明組成該射線的粒子的質(zhì)量與質(zhì)子的質(zhì)量相等即可證實盧瑟福的預言.
設該粒子的質(zhì)量為ｍ，與氫核碰撞前速度為Ｖo,與氫核碰撞后速度為Ｖ1，根據(jù)題目中的假設，當該粒子與氫核碰撞時，可列出下列方程:
ｍＶ0＝ｍＶ1＋ＭHＶH ………………………………（1）
………………………（2）
聯(lián)立（1）和（2）可解得：
設該粒子與氮核碰撞后速度為Ｖ2,則有:
ｍＶ0＝ｍＶ2＋ＭNＶN ………………………………………………（3）
……………………………………… (4)
聯(lián)立(3)和(4)可解得:
利用題目中給出條: ＶH∶ＶN＝15∶2和ＭH∶ＭN＝14∶1可解得:
ｍ＝ＭH．
思考與拓寬：核電站的核反應堆中,在核反應時會產(chǎn)生速度大的快中子,為了使核反應持續(xù)下去,要將快中子變成慢中子,為此常用石墨作減速劑.設中子與碳12 原子核相碰時系統(tǒng)不損失機械能,試討論一個中子每次與一個靜止的碳12核相碰過程中，中子損失的動能是其碰前動能的百分之幾.
提示:碳核質(zhì)量約為中子質(zhì)量的12倍.答案為28.4%.
［能力提升］
Ⅰ知識與技能
１．下列關于元素半衰期的說法中正確的是：（ ）
Ａ．放射性元素的半衰期越短，有半數(shù)原子核發(fā)生衰變所需的時間就越短，衰變速度因而也就越小
Ｂ．隨著放射性元素的不斷衰變，元素的半衰期也會逐漸變短
Ｃ．將放射性元素放置在密封的鉛盒里，可以減緩放射性元素的衰變速度
Ｄ．半衰期是由放射性元素本身所決定的，與所處的物理及化學狀態(tài)無關
２．關于放射性元素放出的α、β、γ三種射線,下列說法中正確的是( )
Ａ．α射線是原子核內(nèi)自發(fā)放射出質(zhì)子流，它的電離本領最強，貫穿能力最弱
Ｂ．β射線是原子核外電子電離后形成的高速運動的電子流，電離本領較α粒子差，但貫穿本領較α粒子強
Ｃ．γ射線往往伴隨著α或β射線產(chǎn)生，它的貫穿能力最強
Ｄ．γ射線是電磁波，速度等于光速，它是由原子的內(nèi)層電子受到激發(fā)后可產(chǎn)的
３．盧瑟福是根據(jù)下列哪個實驗或事實，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)學說的？（ ）
Ａ．用α粒子轟擊 的實驗 Ｂ．用α粒子轟擊 的實驗
Ｃ．用α粒子轟擊 的實驗 Ｄ．用α粒子轟擊 的實驗
４．某原子核內(nèi)有Ｎ個核子，其中有ｎ個中子，當該原子核俘獲一個中子后，放出一個α粒子和一個β粒子而轉(zhuǎn)變成一個新核．則這個新核（ ）
Ａ．有（ｎ－１）個中子 Ｂ．有（ｎ－１）個質(zhì)子
Ｃ．核子數(shù)是（Ｎ－３）個 Ｄ．原子序數(shù)是（Ｎ－ｎ－２）個
５．某原子核Ａ的衰變過程如下：由Ａ放射出一個β粒子變?yōu)椋�，由Ｂ放射出一個α粒子變?yōu)椋�，則以下說法中正確的是（ ）
Ａ．核Ａ的中于數(shù)減核Ｃ的中子數(shù)等于２
Ｂ．核Ａ的質(zhì)子數(shù)減核Ｃ的質(zhì)子數(shù)等于５
Ｃ．原子核Ａ的中性原子中的電子數(shù)比原子核Ｂ的中性原子中的電子數(shù)多１
Ｄ．核Ｃ的質(zhì)子數(shù)比核Ａ的質(zhì)子數(shù)少１
６．圖18-4是盧瑟福研究原子核的組成實驗裝置示意圖,其中Ａ是放射性物質(zhì),Ｆ是鋁箔,Ｓ是熒光屏.開始時將容器抽成真空,調(diào)節(jié)Ｆ的厚度使得在Ｓ屏上恰好看不到閃光.在容器中充入氮氣后,屏Ｓ上出現(xiàn)了閃光,該閃光是( )
Ａ．α粒子穿過Ｆ后射到屏上產(chǎn)生的
Ｂ．α粒子從Ｆ中打出的粒子射到屏上產(chǎn)生的
Ｃ．α粒子擊中氮核后產(chǎn)生的新粒子射到屏上產(chǎn)生的
Ｄ．放射性物質(zhì)放出的γ射線射到屏上產(chǎn)生的
７．中子是由¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬_________于______年發(fā)現(xiàn)的，發(fā)現(xiàn)中子的核反應方程是________________,質(zhì)子是由________發(fā)現(xiàn)的，發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應方程是______________________.
Ⅱ能力與素質(zhì)
８． 經(jīng)過４次α衰變和２次β衰變而變?yōu)殡焙�，氡核�?jīng)過１次β衰變和ｎ次α衰變而變?yōu)殂G214，由此可判定ｎ＝_____，鉍214中的中子個數(shù)是_________.
９．在下列給出的４中射線中，都能直接對人形成傷害，即所謂放射性傷害．你認為其中能直接對人造成傷害可能性最小的是：（ ）
Ａ．α射線 Ｂ．β射線 Ｃ．γ射線 Ｄ．高速運動的中子流
10．在勻強磁場中,一個原處于靜止狀態(tài)的原子核由于放出一個α粒子，留下一張如圖18-5所示的軌跡照片，圖中兩個相切的圓半徑之比ｒ1:ｒ2＝1:44，則下述說法正確的是:（ ）
Ａ．原放射性元素原子核的質(zhì)子數(shù)是90
Ｂ．新原子核和α粒子所受洛侖茲力之比為1:44
Ｃ．新原子核的軌道半徑是ｒ2，電荷數(shù)是88
Ｄ．若新原子核做逆時針的圓周運動,則α粒子作順時針的圓周運動
11．一個靜止的氮核 俘獲一個速度為2.3×107m/s的中子后生成一個復核Ａ，Ａ又衰變成Ｂ、Ｃ兩個新核，設Ｂ、Ｃ的速度方向與中子的速度方向相同，Ｂ的質(zhì)量是中子的11倍，速度為106m/s，Ｂ、Ｃ在同一磁場中做圓周運動的半徑之比ＲB∶ＲC＝11∶30，求：⑴Ｃ核的速度大��； ⑵根據(jù)計算判斷Ｃ核什么？ ⑶寫出核反應方程式．
專題四 核能 核的裂變和聚變
［考點透析］
一、本專題考點 核能、質(zhì)量虧損、愛因斯坦質(zhì)能方程、重核裂變、輕核聚變、可控熱核反應均為Ⅰ類要求。
二、理解和掌握內(nèi)容
１.核能
①核力：質(zhì)子與質(zhì)子之間、中子與中子之間、中子與質(zhì)子之間的一種強相互作用．核力發(fā)生作用的距離很短，范圍約為2×10-15ｍ，所以每個核子幾乎只跟它相鄰的核子發(fā)生相互作用．
②核能：由于核子間存在強大的核力，所以要把原子核拆成一個個核子要提供巨大的能量，同樣，當由核子結(jié)合成原子核時也要釋放巨大的能量．核子結(jié)合成原子核時釋放的能量或原子核分解成核子時吸收的能量稱為原子核的結(jié)合能，簡稱核能．
③質(zhì)量虧損：組成原子核的核子的質(zhì)量與原子核的質(zhì)量之差叫做核的質(zhì)量虧損．但需注意：核反應中質(zhì)量數(shù)是守恒的，要區(qū)分原子核的質(zhì)量與質(zhì)量數(shù)．
④質(zhì)能方程：Ｅ＝ｍＣ2 物體的能量與它的質(zhì)量成正比,當核反應發(fā)生質(zhì)量虧損時要釋放能量,上式可寫成:ΔＥ＝ΔｍＣ2. （或?qū)懗?μ＝931.5ＭeV ）
２.重核的裂變：重核俘獲一個中子后分裂為兩個(或幾個)中等質(zhì)量的核的反應過程稱為重核的裂變．核裂變發(fā)生時，往往是伴隨釋放大量能量的同時放出幾個中子，而這些中子又會引起其它重核的裂變，這樣就會形成鏈式反應．例如Ｕ235的一種裂變反應方程為:

原子核非常小，如果鈾塊的體積不夠大，中子從鈾塊中通過時，可能還沒碰到鈾核時就跑到鈾塊外面去了．能夠發(fā)生鏈式反應的鈾塊的最小體積叫做它的臨界體積．
３.輕核的聚變：某些輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的反應叫輕核的聚變．例如氫核的一種聚變反應方程為:

聚變反應往往會比裂變反應釋放更多的核能，但反應條卻很苛刻，一般要在幾百萬度的高溫下進行，所以聚變反應也稱為熱核反應.正因為如此，和平利用聚變反應釋放的核能還處于研究試驗階段．到目前為止，世界上所有的核電站利用的全是裂變反應釋放的核能.
［例題精析］
例題1 云室處在磁感應強度為Ｂ的勻強磁場中，一靜止的原子核Ａ在云室中發(fā)生一次α衰變而變成一質(zhì)量為Ｍ的新核，同時輻射出一頻率為 的γ光子．已知α粒子的質(zhì)量為ｍ，電量為ｑ，其運動軌跡在與磁場垂直的平面內(nèi)．現(xiàn)測得α粒子運動的軌道半徑為Ｒ，試求衰變前原子核Ａ的質(zhì)量．（已知普朗克常數(shù)為ｈ，不計光子的動量）
解析：本題主要考查綜合運用力學規(guī)律解決微觀粒子問題的能力．考查的知識點有：①帶電粒子在磁場中的圓周運動問題；②動量守恒定律的應用；③愛因斯坦質(zhì)能方程．根據(jù)題意，Ａ核在衰變過程中釋放的核能表現(xiàn)在兩個方面：新核及α粒子的動能；另外同時輻射出一個γ光子，這樣就會導致衰變過程中發(fā)生質(zhì)量虧損Δｍ．如果算出了Δｍ，問題也就迎刃而解了，為此我們可先計算α粒子和新核的動能．
用 表示衰變后α粒子的速度，根據(jù)題意：
⑴ 用 表示α粒子的動能，則有： ⑵
由以上兩式可解得： ⑶
用 表示剩余核的速度，用 表示新核的動能，在考慮衰變過程中系統(tǒng)的動量守恒時，因γ光子的動量很小可不予考慮，由動量守恒和動能的定義式可知：
⑷ ⑸
由⑶ ⑷ ⑸三式可解得： ⑹
用 表示衰變過程中的質(zhì)量虧損，利用愛因斯坦質(zhì)能方程可得：

如果用 表示衰變前Ａ核的質(zhì)量，所以有

例題２ 太陽現(xiàn)在正處于主序星演化階段，它主要是由電子和氫核、氦核等原子核組成，維持太陽輻射的是它內(nèi)部的核聚變反應，核反應方程是 核能，這些核能最后轉(zhuǎn)化為輻射能．根據(jù)目前關于恒星演化理論，若由于聚變反應使太陽中氫核數(shù)目從現(xiàn)有數(shù)減少10％，太陽將離開主序星階段而轉(zhuǎn)入紅巨星階段，為了簡化，假定目前太陽全部由電子和氫核組成．
⑴為了研究太陽的演化進程，需知道目前太陽的質(zhì)量Ｍ，已知地球半徑Ｒ＝6.4×106ｍ，地球質(zhì)量ｍ＝6.0×1024kg，日地中心的距離ｒ＝1.5×1011ｍ，地球表面處的重力加速度ｇ＝10ｍ/ｓ2，１年約為3.2×107秒，試估算目前太陽的質(zhì)量．
⑵已知質(zhì)子質(zhì)量ｍp＝1.6726×10-27kg， 核的質(zhì)量ｍα＝6.6458×10-27kg，電子質(zhì)量ｍe＝0.9×10-30kg，光速ｃ＝３×10８ｍ/ｓ，求每發(fā)生一次題中所述的核聚變反應所釋放的核能．
⑶又已知地球上與太陽光垂直的每平方米截面上，每秒鐘通過的太陽輻射能ω＝1.35×10８Ｗ/ｍ２，試估算太陽繼續(xù)保持在主序星階段還有多少年的壽命．（估算結(jié)果只要求一位有效數(shù)字）
解析：本題的功能主要考查對物理思想、物理方法的掌握程度，同時也考查了分析能力、運算能力等各方面的素質(zhì)，涉及到的知識點有：“牛頓運動定律”、“萬有引力定律”、“圓周運動”及愛因斯坦“質(zhì)能方程”等，是一道學科內(nèi)綜合題．
⑴估算太陽的質(zhì)量Ｍ
設Ｔ為地球繞太陽運動的周期，則有萬有引力定律和牛頓運動定律可知：

地球表面處的重力加速度

由以上兩式聯(lián)立解得：
將題中給出數(shù)據(jù)代入上式得：Ｍ＝２×1030g
⑵根據(jù)質(zhì)量虧損和質(zhì)能公式，該核反應每發(fā)生一次釋放的核能為：
ΔＥ＝(4ｍP＋２ｍe－ｍα)c2
代入數(shù)值解得：ΔＥ＝4.2×10-12Ｊ
⑶據(jù)題中給出的假定，在太陽繼續(xù)保持在主序星階段的時間內(nèi)，發(fā)生題中所述的核反 應的次數(shù)為：
因此太陽在轉(zhuǎn)入紅巨星階段之前總共能輻射出的能量為: Ｅ＝ＮΔＥ
設太陽輻射是各向同性的，則每秒內(nèi)太陽向外輻射的總能量為:Ｅ0＝4πr2ω
所以，太陽繼續(xù)保持在主序星的時間為：
由以上各式解得：
將題中所給數(shù)據(jù)代入，并以年為單位，可得ｔ＝１×1010年＝100億年．
例題３ 原靜止的質(zhì)量為m0的原子核Ａ，放出一個粒子后轉(zhuǎn)變成質(zhì)量為m1的原子核Ｂ，該原子核在運動方向上又放出粒子，而衰變成靜止的另一原子核Ｃ．已知α粒子的質(zhì)量為m，且假設在全部核反應過程中，沒有輻射射線，求兩個α粒子的動能及最后新核的質(zhì)量ｍ2．
解析：本題的考點主要表現(xiàn)在兩個方面，動量守恒定律在微觀粒子中的應用；愛因斯坦質(zhì)能方程．因為原子核Ａ原處于靜止狀態(tài)，且發(fā)生兩次α衰變后新核仍處于靜止，因此根據(jù)動量守恒定律可判斷出，先后發(fā)生衰變的兩個α粒子應具有大小相同、方向相反的動量，因而具有相等的動能．所以只需計算第一個α粒子的動能即可．
⑴設發(fā)生第一次α衰變后α粒子的速度為 ，Ｂ核的反沖速度為 ，根據(jù)動量守恒有：

用 表示α粒子的動能，用 表示Ｂ核的動能，則有：

根據(jù)題意及愛因斯坦質(zhì)能方程可得：
由以上各式可解得：
⑵設兩次衰變質(zhì)量總虧損為Δｍ，則根據(jù)質(zhì)能方程有：
所以：
思考與拓寬：上題中先后兩次α衰變過程中質(zhì)量虧損相同嗎？如果不相同，哪次衰變質(zhì)量虧損更多一些？
［能力提升］
Ⅰ知識與技能
１．關于原子核能及其變化，下列說法中正確的是（ ）
Ａ．核能是原子的核外電子從高能級態(tài)向低能級態(tài)躍遷時放出的能量
Ｂ．使原子核分解為單個核子時一定從外界吸收能量，核子的總質(zhì)量將增加
Ｃ．使原子核分解為單個核子時一定向外釋放核能，核子的總質(zhì)量將減少
Ｄ．以上說法均不對
２．關于原子核能及其應用，下列說法中錯誤的是（ ）
Ａ．原子彈是利用聚變反應制造的核武器
Ｂ．氫彈是利用熱核反應制造的一種核武器
Ｃ．實現(xiàn)鈾235的鏈式反應必須使其達到足夠的純度和臨界體積
Ｄ．太陽內(nèi)部的進行的核反應是核聚變反應
3.我國已經(jīng)建成的秦川和大亞灣兩座核電站利用的是（ ）
Ａ．放射性元素衰變放出的能量 Ｂ．人工放射性同位素衰變放出的能量
Ｃ．重核裂變放出的核能 Ｄ．輕核的聚變放出的核能
４．關于原子核及核反應，以下說法中正確的是：（ ）
Ａ．在原子核中，任意兩個核子之間都有核力的作用
Ｂ．核聚變時核力表現(xiàn)為引力，核裂變時核力表現(xiàn)為斥力
Ｃ．由于核力的作用，使得核子在組成原子核時一定釋放能量
Ｄ．所有的核變化，都將向外釋放核能
５．關于重核的裂變和氫核的聚變，下面說法正確的是（ ）
Ａ．裂變和聚變過程都有質(zhì)量虧損，因而都能釋放大量核能
Ｂ．裂變過程有質(zhì)量虧損，聚變過程質(zhì)量有所增加
Ｃ．裂變和聚變都需要在極高的溫度下進行
Ｄ．裂變釋放大量核能，聚變需從外界吸收能量
６．下面的四個核反應方程中，都有中子釋放出，其中查德威克研究中子的核反應方程是：（ ）
Ａ． Ｂ．
Ｃ． Ｄ．
７．一個鋰核 受到一個質(zhì)子的轟擊，變成兩個α粒子，這一過程的和反應方程式是¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬______________________，已知一個氫原子的質(zhì)量是1.6736×10-27g，一個鋰原子的質(zhì)量是11.6505×10-27g，一個氦原子的質(zhì)量是6.6466×10-27g, 則上述核反應釋放的能量為_____________Ｊ（最后結(jié)果取兩位有效數(shù)字）．
Ⅱ能力與素質(zhì)
８．靜止的鐳 發(fā)生α衰變，釋放出的α粒子的動能為Ｅ0，假定衰變時能量全部以動能形式釋放出去，則衰變過程中總的質(zhì)量虧損是（ ）
Ａ． Ｂ． Ｃ． Ｄ．
9．1956年李政道和揚振寧提出在弱相互作用中宇稱不守恒，并由吳健雄用 放射進行了實驗驗證．次年李、楊二人為此獲得諾貝爾物理獎， 的衰變方程是：

其中 是反中微子，它的電荷數(shù)為零，靜止質(zhì)量可認為是零．
⑴ 的核外電子數(shù)為_____，上述衰變方程中，衰變產(chǎn)物 的質(zhì)量數(shù)A等于______，核電荷數(shù)Z是________．
⑵在衰變前 核靜止，根據(jù)云室照片可以看出，衰變產(chǎn)物 和 的運動徑跡不在一條直線上．如果認為衰變產(chǎn)物只有 和 ，那么衰變過程將違背_______守恒定律．
10．同學們根據(jù)中學物理知識討論“隨著歲月的流逝，地球繞太陽公轉(zhuǎn)的周期、日地間的平均距離、地球表面的溫度變化趨勢”的問題中，有下列結(jié)論：
①太陽內(nèi)部進行著劇烈的熱核反應，輻射大量光子，根據(jù) 可知太陽質(zhì)量Ｍ在不斷減少
②根據(jù) 和 可知日、地之間距離ｒ?qū)⒉粩嘣龃螅�地球環(huán)繞速度將減小，環(huán)繞周期將增大
③根據(jù) 和 可知日、地之間距離ｒ?qū)⒉粩鄿p小，地球環(huán)繞速度將增大，環(huán)繞周期將減小
④由于太陽質(zhì)量Ｍ不斷減小，輻射光子的功率將不斷減小，輻射到地球表面的熱功率也將減小，地球表面的溫度將逐漸降低
上述結(jié)論中正確的是：
Ａ．只有① Ｂ．只有 ③ Ｃ．只有①②④ Ｄ．只有③④
11．某沿海核電站原子反應堆的功率為104ＫＷ，１ｈ消耗核燃料為8.75ｇ，已知每個鈾235裂變時釋放出的核能為2×108eＶ，煤的燃燒熱為3.3×107Ｊ／ｇ．計算核燃料中鈾235所占的百分比，并分析1ｇ鈾235全部裂變時釋放的能量約等于多少千克煤燃燒所釋放的熱能．（阿伏伽德羅常數(shù)Ｎ0＝6.02×1023個/摩爾）
效果驗收
一
1.用α粒子轟擊鈹核 ，生成一個碳核 和一個粒子，則有關該粒子的一些性質(zhì)，下列說法錯誤的是（ ）
Ａ．帶正電，能在磁場中發(fā)生偏轉(zhuǎn)
Ｂ．在任意方向的磁場中都不會發(fā)生偏轉(zhuǎn)
Ｃ．電離本領很弱但貫穿本領很強，是原子核的組成部分之一
Ｄ．用轟擊鈾235可引起鈾核的裂變
２．對光電效應的發(fā)生和理解，下列說法中正確的是：（ ）
Ａ．當入射光的頻率低于極限頻率時，金屬中的電子不吸收光子
Ｂ．金屬內(nèi)層電子成為光電子的逸出功較大
Ｃ．吸收了光子的電子都能成為光電子
Ｄ．金屬表面的電子吸收了光子后也不一定能成為光電子
３．在盧瑟福的α粒子散射實驗中，有少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，其原因是：（ ）
Ａ．原子中的正電荷和絕大部分質(zhì)量都集中在一個很小的核上
Ｂ．正電荷在原子中是均勻分布的
Ｃ．原子中存在著帶負電的電子
Ｄ．原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中
４．如圖18-6所示，一天然放射性物質(zhì)射出三種射線，經(jīng)過一個勻強電場和勻強磁場共存的區(qū)域后，發(fā)現(xiàn)在ＭＮ處的熒光屏上只出
現(xiàn)了兩個亮點，則下列判斷正確的是：（ ）
Ａ．射到ｂ點的一定是α射線
Ｂ．射到ｂ點的一定是β射線
Ｃ．射到ｂ點的一定是α射線或β射線
Ｄ．射到ｂ點的一定是γ射線
５．下面各核反應中能產(chǎn)生中子的是（ ）
①用光子轟擊 ，生成物之一為
②用 核轟擊 核，生成物之一為
③用質(zhì)子轟擊 核，生成物之一為
④用α粒子轟擊 核，生成物之一為
Ａ．①② Ｂ．②③④ Ｃ．①④ Ｄ．②④
６．最近幾年,原子物理學家在超重元素島的探測方面取得重大進展.1996年科學家們在研究某兩個重離子結(jié)合成超重元素的反應時,發(fā)現(xiàn)生成的超重元素的核 經(jīng)過6次α衰變后的產(chǎn)物是 ,由此可以判定生成的超重元素的原子序數(shù)和質(zhì)量數(shù)分別是( )
Ａ．124 259 Ｂ．124 265 Ｃ．112 265 Ｄ．112 259
７．關于天然放射現(xiàn)象，下列說法正確的是：（ ）
Ａ．天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，揭示了原子核是由質(zhì)子和中子組成的
Ｂ．α射線是高速運動的氦核，它的電離本領和貫穿本領都很強
Ｃ．β射線是高速運動的電子流，速度與光速非常接近
Ｄ．γ射線是頻率很高的電磁波，它是原子的內(nèi)層電子受激后產(chǎn)生的
８．勻強磁場中有一個靜止的氮核 ，被與磁場方向垂直的速度為v的α粒子擊中形成復合核，然后沿相反方向釋放出一個速度也為v的質(zhì)子，則（ ）
Ａ．質(zhì)子與反沖核的動能之比為25：17
Ｂ．質(zhì)子與反沖核的動能之比為17：25
Ｃ．質(zhì)子與反沖核的動量之大小比為1：1
Ｄ．質(zhì)子與反沖核的動量之大小比為5：1　
９．兩個氘核 發(fā)生核反應變?yōu)楹ず?，氘核和氦核的質(zhì)量分別記為ｍ1和ｍ2，以下認識中錯誤的是：（ ）
Ａ．這個核反應的方程是：
　�。拢�這個核反應叫核聚變，也叫熱核反應
Ｃ．這個核反應放出核能是:
Ｄ．這個核反應放出核能現(xiàn)已廣泛用于核發(fā)電
10．如圖18－7所示，兩個相切的圓，表示一個靜止的原子核發(fā)生某種核變化后，產(chǎn)生的兩種粒子在勻強電場中的運動軌跡，則從圖中判斷，下列說法可能正確的是：（ ）
Ａ．原子核發(fā)生的是α衰變
Ｂ．原子核發(fā)生的是β衰變
Ｃ．原子核放出了一個正電子
Ｄ．原子核放出了一個中子
二 題
11．一個鈾核衰變?yōu)殁Q核時放出一個α粒子,已知鈾核的質(zhì)量為3.853131×10－25kg，釷核的質(zhì)量為3.786567×10－25kg，α粒子的質(zhì)量為6.64672×10－27kg．在這個衰變過程中釋放出的能量等于___________Ｊ．（保留兩位有效數(shù)字）
12．具有5eV的能量的光子組成的光束射向某金屬板的表面后，從金屬板表面逸出的光電子的最大初動能為1.5eV，為了使這種金屬產(chǎn)生光電效應，入射光子的最低能量必須是______ eV，為使這種金屬逸出的光電子的最大初動能加倍，則入射光子的能量應為____ eV．
13．假設在NaCl蒸汽中存在由鈉離子Na+和氯離子Cl－靠靜電相互作用構(gòu)成的單個NaCl分子，取Na+和Cl－相距無限遠時其電勢能為零，一個NaCl分子的電勢能為－6.1eV，已知使一個中性鈉原子Na最外層的電子脫離鈉原子而形成鈉離子Na+所需的能量（電離能）為5.1eV，使一個中性氯原子結(jié)合一個電子形成氯離子Cl－所放出的能量（親和能）為3.8eV.由此可算出在將一個NaCl分子分解成彼此遠離的中性鈉原子Na和中性氯原子Cl的過程中，外界供給的總能量等于____________eV．
14．在演示光電效應的實驗中，把某金屬板連在驗電器上，第一次直接用弧光燈照射金屬板，驗電器就張開一個角度，第二次在弧光燈和金屬板之間插入一塊普通玻璃，再用弧光燈照射，驗電器指針不張開，已知弧光中含有紅外線、可見光、紫外線，則上述情況可以判定，使金屬板產(chǎn)生光電效應的是弧光中的 成份。
15．解讀VCD視盤的激光波長為780nm，而解讀DVD視盤的激光波長為650nm.根據(jù)愛因斯坦光子說，上述兩種激光的光子能量分別為_____________和______________.（h＝6.63×10-34J•s）
16．螢火蟲所發(fā)黃光的波長為600nm．據(jù)測定知，1000只螢火蟲所發(fā)出的光相當于一只20W電燈泡的亮度，一只螢火蟲每秒鐘可發(fā)射出 個光子．
三
17.已知兩個氘核在一定的條下，可以聚變成一個氚核. 若質(zhì)子的質(zhì)量ｍp＝1.00727μ,氘核和氚核的質(zhì)量分別為2.013553μ和3.015536μ．
⑴寫出核反應方程． ⑵求出此反應前后能量的變化
⑶計算１g的氘核完全句變成氚核，所放出的能量與多少千克煤完全燃燒所釋放的能量相當？（煤的燃燒熱為3.0×107Ｊ／ｇ）

第十六 近代物理參考答案
專題一 1．D 2．B 3．D 4．B 5．C 6．C 7．C 8．C 9． 10．6.95升
專題二1．C 2．D 3．A 4．B 5．C 6．4:1 2:1 7．C 8．能 9．A
10．⑴ n＝2×1020 ⑵［提示］設光子的動量為P，根據(jù)德布羅意公式：
根據(jù)動量定理：Ｆt＝nP 解得：Ｆ＝２×10-7N
專題三1．D 2．C 3．A 4．C 5．D 6．C 7．查德威克 1932 盧瑟福 8．2 131 9．A 10．A 11．由動量守恒定律：
⑴ ＭnＶn＝ｍBＶB＋ｍcＶc ⑵ 由 qvB＝mＶ2/Ｒ得Ｃ核是
專題四 1．B 2．A 3．C 4．C 5．A 6．B 7 2.8 ×10-12 8．D
9．⑴ 27 60 28 ⑵動量 10．C
11．［提示］⑴百分比ｎ＝(0.44/8.75)×100％＝５％ ⑵2.5×103ｇ
效果驗收1．A 2．D 3．A 4．C 5．D 6．D 7．C 8．B 9．D 10．B
11．8.7×10-13 12．3.5 6.5 13．4.8 14．紫外線 15．2.55×10-19Ｊ 3.06×10-19Ｊ 16．6×1016 17．⑴ ⑵4.0eV ⑶3.2×106g

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