【精品推荐】2019-2020学年粤教版高中物理选修3-5配套课件：第4章 原子核 第4节
• A．钋210 B】α、β、γ三种射线中γ射线的穿透能 力最强，题中要求在较长时间内有相对稳定 的辐射强度，半衰期应较长，故应选钴60， C正确．
• 一、核力及其性质
• 1．核力的定义：组成原子核的核子之间有很 强的相互作用力，使核子能够克服库仑斥力 而紧密地结合在一起，这种力称为核力．
• (3)当平均结合能较小的原子核转化成平均结 合能较大的原子核时就可释放核能．
•
例1 关于原子核的结合能与平均结合
能，下列说法中不正确的是( )
• A．原子核的结合能等于核子与核子之间结 合成原子核时，核力做的功
• B．原子核的结合能等于核子从原子核中分 离，外力克服核力做的功
• C．平均结合能是核子与核子结合成原子核 时平均每个核子放出的能量
例 2 用速度几乎为零的慢中子轰击静止的硼核(150 B)，产生锂核(73Li)和 α 粒子．已知中子质量 mn＝1.008 665 u， 硼核质量 mB＝10.016 77 u，锂核质量 mLi＝7.018 22 u，α 粒子 质量 mα＝4.001 509 u．涉及动量问题时，质量亏损不计．
(1)写出该反应的核反应方程； (2)求出该反应放出的能量 ΔE； (3)若该反应中放出的能量全部变成生成物的动能，则锂核 和 α 粒子的动能各是多少？(1 u 相当于 931.5 MeV 能量)
【解析】(1)根据核反应方程质量数和核电荷数守恒，则有 聚变反应的核反应方程为
x－01e＋y11H→42He＋γ 即有 0＋y＝4，－x＋y＝2 解得 x＝2，y＝4. (2)对于核反应方程 2－01e＋411H→42He＋γ 根据质量亏损和质能关系，可知每发生一次该核反应释放 的核能为 ΔE＝(4mp＋2me－m0)c2.
质量亏损与结合能的计算
• 1．对质量亏损和质能方程的理解：在核反应 中仍遵守质量守恒和能量守恒的规律．核反 应中的质量亏损，并不是这部分质量消失或 质量转变为能量．物体的质量应包括静止质 量和运动质量，质量亏损是静止质量的减少， 减少的静止质量转化为和辐射能量相联系的 运动质量．另外，质量亏损也不是核子个数 的减少，核反应中核子个数是不变的．
对结合能的理解
1．结合能 原子核是核子结合在一起构成的，要把核子分开，就需要 能量，这就是原子核的结合能． 例如，用光子照射氘核(21H)，只有当光子的能量等于或大 于 2.2 MeV 时，才能使它分解为质子和中子．核反应方程为： γ＋21H→11H＋10n.反过来，使一个质子和一个中子结合成氘核， 会放出 2.2 MeV 的能量．因此，氘核的结合能为 2.2 MeV.
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• 【题后反思】根据质量数和电荷数守恒写出 核反应方程，由质量亏损及爱因斯坦质能方 程求出核能，再由动量守恒和能量守恒求出 锂核和α粒子的动能．
2．(2019 年长沙模拟)太阳能来自于太阳中一系列的核聚 变，其结果可表示为 x－01e＋y11H→42He＋释放的核能．
(1)求式中 x 和 y 的值． (2)已知质子(11H)的质量为 mp，氦核(42He)的质量为 m0，电 子(0－1e)的质量为 me，光速为 c.求每发生一次这样的核聚变反应 所释放的核能． 【答案】(1)2 4 (2)(4mp＋2me－m0)c2
• 答案：D
• 【题后反思】由于核力的存在，核子结合成 原子核时要放出一定的能量，原子核分解成 核子时，要吸收同样多的能量．核反应中放 出或吸收的能量称为核结合能．
• 平均结合能：原子核的结合能与核子数之 比．平均结合能越大，表示原子核中核子结 合得越牢固，原子核越稳定．
1．如果要把168O 分成 8 个质子和 8 个中子，要给它多少能 量？要把它分成 4 个42He，要给它多少能量？已知168O 的核子平 均结合能是 7.98 MeV，42He 的核子平均结合能是 7.07 MeV.
解析：(1)核反应方程为105B＋10n→73Li＋42He. (2)核反应过程中的质量亏损为： Δm＝(mB＋mn)－(mLi＋mα) ＝(10.016 77 u＋1.008 665 u)－(7.018 22 u＋4.001 509 u) ＝0.005 706 u. 释放出的能量为 ΔE＝0.005 706×931.5 MeV≈5.32 MeV.
创新·综合·提高
•
例3 一个运动的α粒子撞击一个静止
的14N核，它们暂时形成一个复合核，随即复
合核迅速转化成一个质子和另一个原子
核．已知复合核发生转化需要能量1.19 MeV，
那能解么 至析要少：设想要α发多粒生大子与上 ？1述4N 核的质反量应分，别为入m射1、的m2α，粒且子α 粒的子动撞
击前、后速度分别为 v0、v.α 粒子撞击 14N 核形成复合核，应
• 2．平均结合能
• 原子核的结合能与其核子数之比，称做平均 结合能．
• (1)平均结合能的大小能够反映核的稳定程度， 平均结合能越大，原子核就越难拆开，表示 该核就越稳定．
• (2)核子数较小的轻核与核子数较大的重核， 平均结合能都比较小，中等核子数的原子核， 平均结合能较大，表示这些原子核较稳定．
2．32He 可以作为核聚变材料(核聚变是利用轻核聚合为较 重核释放出巨大能量为人类提供能源)，下列关于32He 的叙述正 确的是( )
A．32He 与31H 互为同位素 B．32He 原子核内中子数为 2 C．32He 原子核外电子数为 2 D．32He 代表原子核内有 2 个质子和 3 个中子的氦原子
【答案】127.68 MeV 14.56 MeV
【解析】把168O 分成质子和中子需提供的能量为： ΔE1＝16×7.98 MeV＝127.68 MeV. 将质子和中子结合成一个42He 所放出的能量为： ΔE2＝4×7.07 MeV＝28.28 MeV. 则将168 O 分成 4 个42He 需提供的能量为： ΔE′＝ΔE1－4ΔE2＝127.68 MeV－4×28.28 MeV＝14.56 MeV.
• D．不同原子核的平均结合能不同，重核的 平均结合能比轻核的平均结合能大
• 解析：原子核中，核子与核子之间存在核力， 要将核子从原子核中分离，需要外力克服核 力做功．当自由核子结合成原子核时，核力 将做功，释放能量．对某种原子核，平均每 个核子的结合能称为平均结合能．不同原子 核的平均结合能不同．重核的平均结合能比 中等质量核的平均结合能要小，轻核的平均 结合能比稍重的核的平均结合能要小．
A．7 个中子、6 个质子、1 个正电子 B．6 个中子、7 个质子 C．13 个中子、7 个正电子 D．13 个质子、6 个电子 【答案】B 【解析】元素符号左下角为质子数，左上角为质量数，而 核内质子数等于核外电子数，所以该原子核内有 7 个质子、6 个中子，核外有 7 个电子，所以选 B.
• 4．下表给出了四种放射性同位素的辐射线和 半衰期．在医疗技术中，常用放射线治疗肿 瘤，其放射线必须满足：①具有较强的穿透 能力，以辐射到体内的肿瘤处；②在较长时 间的内 放具射同辐有源位射素线相应对为钋稳(α21定0 的) 辐锝γ9射9 强度钴γ6，0 为锶此β90所选择
•第四节 核力与结合能
• 1．医学界通过14C标记的C60发现一种C60的羧 酸衍生物，在特定条件下可以通过断裂DNA 抑制艾滋病病毒的繁殖，则14C的用途是 ()
• A．示踪原子 B．电离作用 • C．催化作用 D．贯穿作用 • 【答案】A
• 【解析】用14C标记C40来查明元素的行踪， 发现可以通过断裂DNA抑制艾滋病病毒的繁 殖，因此14C的作用是作示踪原子，故A正 确．
遵循动量守恒定律，即 m1v0＝(m1＋m2)v.
由能量守恒定律可知，系统损失的动能变成复合核发生转 化所需的能量，即
12m1v20－12(m1＋m2)v2＝1.19 MeV. 联立两式解得入射 α 粒子的动能 Ekα＝12m1v20＝1.53 MeV. 答案：1.53 MeV 【题后反思】核反应过程依然遵从动量守恒定律和能量守 恒定律等自然规律，故可以根据能量的来龙去脉寻找守恒方 程．
• 三、结合能
• 需1要．结合能：克服核力束缚，使原子核分解为 单个核子时________的能量；或若干个核子 失在去核力作用下结合成原子核时________的能 量．
• 2．平均结合能：原子核的结合核能子数与________ 之比称为该原子核的平均结合能．平均结合 能越大牢固，表示原子核中稳定核子结中合等大得小越 ________，原子核越________，___________ 的核的平均结合能最大、最稳定．
• 2．结合能的计算：在计算核能时，可用通过 先计算质量亏损Δm，再由ΔE＝Δmc2计算求 得核能．
• (1)核反应中释放或吸收的能量，可以根据反 应物和生成物的质量差用质能方程计算．
• (2)核反应中能量的吸收，与核力的作用有 关．当核子结合成原子核时，核力要做功， 所以放出能量．原子核分裂为核子时，要克 服核力做功，所以要从外界吸收能量．
• 3．质量亏损
E＝mc2
• (1)爱因斯坦质能方程____小_于_______．
• (2)质量亏损：原子核的质量________组成它 的所有核子的质量之和，它们的差值称为质 量亏损．
• 有人认为质量亏损就是核子的个数变少了， 这种认识对不对？
• 【答案】不对．在核反应中质量数守恒即核 子的个数不变，只是核子组成原子核时，仿 佛变“轻”了一些，原子核的质量总是小于 其全部核子质量之和，即发生了质量亏损， 核子的个数并没有变化．
【答案】C
【解析】32He 核内质子数为 2，31H 核内质子数为 1.两者质 子数不等，不是同位素，A 错误；32He 核内中子数为 1，B 错误； C 正确；32He 代表原子核内有 2 个质子和 1 个中子的氦原子， D 错误．
3．氮核173N 具有放射性，能自发放射出正电子，该原子核 内含有( )
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• 一、反应堆
• 1．核反应堆是人们控制链式反应的装置．它 主要由以下几部分组成：
• (1)燃料：_铀_棒______；
• (2)减速剂：铀235容易捕获慢中子发生反应， 石采墨 用__重_水___、_普__通_水____和________作减速剂；
• (3)控制棒：为了控制能量释放的速度，就要 想办法减少中子的数目，采用在反应堆中插 吸入收中镉子棒强 的方法，利用镉______________的特 性，就可以容易地控制链式反应的速度．
【题后反思】(1)此裂变方程式满足质量数、电荷数守恒． (2)核电站向外输送的能量是一个个核反应释放核能累加 的结果，故 n＝ΔEE，m＝nmu 得 m＝ΔEE·mu.
2．1964 年 10 月 16 日，我国在新疆罗布泊沙漠成功地进 行了第一颗原子弹试验，结束了中国无核时代．
(1)原子弹爆炸实际上是利用铀核裂变时释放出很大能量， 由于裂变物质的体积超过临界体积而爆炸．
(2)核反应堆外面需要修建很厚的水泥防护层，用来屏蔽射
【答案】C
【解析】核反应中有 4 种不同类型的核反应，它们分别是 衰变、人工转变、重核裂变、轻核聚变，其中衰变有 α 衰变、 β 衰变等，选项 A 为 α 衰变，选项 B 为 β 衰变，选项 C 为铀核 裂变，选项 D 为人工转变，故 C 正确．
• 4．(多选)关于铀核裂变，下列说法中正确的 是( )
防护层
金属套和钢筋混凝土
防止射线对人体及其他生 物体的侵害
例 1 在可控核反应堆中需要给快中子减速，轻水、 重水和石墨等常用作减速剂．中子在重水中可与21H 核碰撞减 速，在石墨中与162C 核碰撞减速．上述碰撞可简化为弹性碰撞 模型．某反应堆中快中子与静止的靶核发生对心正碰，通过计 算说明，仅从一次碰撞考虑，用重水和石墨作减速剂，哪种减 速效果更好？
粤教版高中物理选修3-5课件第四章章末整合
是( A )
A．α粒子和电子
B．α粒子和正电子
C．电子和α粒子
D．质子和正电
解析：写出核反应方程：2173Al＋10n→2114Na＋X 和2114Na→2142Mg ＋Y，显然 X 是 α 粒子，Y 是电子．A 正确．
专题四 核力与核能 1．核力：组成原子核的核子之间有很强的相互作用力，使 核子能够克服库仑斥力而紧密地结合在一起，这种力称为核力． 核力有着完全不同于静电力和万有引力的一些性质． 2．结合能：由于核子之间存在着强大的核力，要把原子核 拆成核子，需要克服核力做功，也就是说需要提供一定的能量． 反过来，根据能量守恒，核子结合成原子核时，也会放出一定 能量．我们把这个能量叫做结合能．结合能越大，将原子核拆 散需要的能量越多，说明原子核稳定．核反应过程中往往伴随 着能量关系．
5．(2010 年北京卷)太阳因核聚变释放出巨大的能量，同时
其质量不断减少．太阳每秒钟辐射出的能量约为 4×1026J，根
据爱因斯坦质能方程，太阳每秒钟减少的质量最接近( D )
A．1036kg
B．1018kg
C．1013kg
D．109kg
解析：根据爱因斯坦的质能方程，Δm＝ΔcE2 ＝49× ×11002166 kg＝
答案：29322U→29208Th＋42He 5.5 MeV 规律总结：用 ΔE＝Δmc2 计算核能时有两种方法 1.在公式 ΔE＝Δmc2 中均取国际单位. 2.在公式 ΔE＝Δm×931.5 中 Δm 的单位是 u，ΔE 的单位是 MeV， 1 u 相当于 931.5MeV.
1．(2011 年重庆卷)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β射线；铯 137 是铯 133 的同位素，半衰期约为 30 年，发生衰变时会辐射γ射线． 下列说法正确的是( D )
2020高中物理 第四章 原子核 第四节 核力与结合能分层训练 粤教版选修3-5
第四节 核力与结合能A 级 抓基础1．氦原子核由两个质子与两个中子组成，这两个质子之间存在着万有引力、库仑力和核力，则三种力从大到小的顺序是( )A ．核力、万有引力、库仑力B ．万有引力、库仑力、核力C ．库仑力、核力、万有引力D ．核力、库仑力、万有引力解析：核力是核子之间的一种强相互作用，其相互作用力巨大，远超过两个质子之间的库仑力，两质子之间的万有引力远小于库仑力，故选项D 正确．答案：D2．质子与中子发生核反应，生成氘核，放出的能量为E ，则( ) A ．氘核的平均结合能是E B ．氘核的结合能是EC ．氘核中质子与中子间没有相互作用力D ．质子与中子的总质量小于氘核的质量解析：质子与中子发生核反应，生成氘核，放出的能量为E ，从而得知氘核的结合能为E ，氘核的平均结合能为12E ，故A 错误，B 正确；氘核中质子与中子间存在核力作用，故C 错误；因为有能量放出，根据爱因斯坦质能方程知，有质量亏损，所以中子和质子的总质量大于氘核的质量，故D 错误．答案：B3．如图，原子核的平均核子质量A 与原子序数Z 的关系图象，下列说法正确的是( )A ．若D 、E 能结合成F ，结合过程一定要释放能量B ．若D 、E 能结合成F ，结合过程一定要吸收能量C ．若C 、B 能结合成G ，结合过程一定要释放能量D ．若F 、C 能结合成B ，结合过程一定要释放能量解析：由平均核子质量A 与原子序数Z 的关系图象可知，D 与E 的平均质量大于F 的平均质量，所以D 、E 结合成F ，平均质量减小，有质量亏损，根据爱因斯坦质能方程，有能量释放，故A 正确，B 错误；由平均核子质量A 与原子序数Z 的关系图象可知，B 与C 的平均质量小于 G 的平均质量，所以若C 、B 能结合成G ，则质量增加，根据爱因斯坦质能方程，要吸收能量，故C 错误；由平均核子质量A 与原子序数Z 的关系图象可知，F 与C 的平均质量小于B 的平均质量，所以若C 、F 能结合成B ，则质量增加，根据爱因斯坦质能方程，要吸收能量，故D 错误．答案：A4．太阳因核聚变释放出巨大能量，同时其质量不断减少. 太阳每秒钟辐射出的能量约为4×1026J ，根据爱因斯坦质能方程，太阳每秒钟减少的质量最接近( )A ．1036kg B ．1018kg C ．1013 kgD ．109kg解析：根据ΔE ＝Δmc 2得： Δm ＝ΔE c2＝4×1026()3×1082kg ＝4.4×109kg ，故D 正确． 答案：D5．氘核、氚核、中子、氦核的质量分别是m 1、m 2、m 3、m 4，氘核与氚核结合成一个氦核并释放一个中子： 21H ＋31H →42He ＋10n.对于这个反应，以下看法正确的是( )A ．氘核和氚核的平均结合能比氦核大，所以该反应会释放核能B ．氘核和氚核的核子的平均质量比氦核大，所以该反应会吸收一定的能量C ．对应的质量亏损是Δm ＝m 1＋m 2－()m 3＋m 4D ．反应中释放的核能为()m 3＋m 4－m 1－m 2c 2解析：根据平均结合能与核子数目的关系可以知道，氘核和氚核的平均结合能比氦核的平均结合能小，所以该反应会释放核能，故A 错误；氘核和氚核的核子的平均质量比氦核大，所以该反应的过程中由质量亏损，会释放一定的能量，故B 错误；根据质量之间的关系可以知道对应的质量亏损是Δm ＝m 1＋m 2－()m 3＋m 4，故C 正确；该反应是轻核的聚变，根据质能方程可以知道，反应中释放的核能为(m 1＋m 2－m 3－m 4)c 2，故D 错误．答案：CB 级 提能力6．(多选)光子的能量为h ν，动量的大小为h νc.如果一个静止的放射性元素的原子核在发生γ衰变时只发出一个γ光子，则下列说法错误的是( )A ．衰变后的原子核仍然静止B ．衰变后的原子核沿着与光子运动方向相反的方向运动C ．该过程中质量亏损为h νc 2D ．该过程中质量亏损大于h νc 2解析：由动量守恒知，衰变后的原子核沿着与光子运动方向相反的方向运动，故A 错误、B 正确；h νc 2仅仅是光子对应的质量亏损，而原子核具有动能，还对应部分质量亏损，故C 错误、D 正确．答案：AC7．放射性物质碘131的衰变方程为131 53I →131 54Xe ＋Y ，若131 53I 的质量为m 1，13154Xe 的质量为m 2，Y 粒子的质量为m 3.真空中的光速为c，则下列说法中正确的是( )A．Y粒子具有很强的电离本领B．Y粒子具有很强的穿透本领C．核反应中释放出的核能为(m1－m2－m3)c2D．核反应中释放出的核能为(m1－m2－m3)c解析：根据核电荷数守恒可知，Y的核电荷数为53－54＝－1，质量数为 131－131＝0，则Y是 0－1e，即为β粒子，而α射线具有很强的电离本领，γ射线具有很强的穿透本领，故A、B错误；核反应过程中的质量亏损Δm ＝m1－m2－m3，根据质能方程，那么这个核反应中释放的核能ΔE＝Δmc2＝( m1－m2－m3)c2，故C正确，D错误．答案：C8．原子质量单位为u，1 u相当于931.5 MeV的能量，真空中光速为c，当质量分别为m1 kg和m2 kg的原子核结合为质量为M kg的原子核时释放出的能量是( )A．(M－m1－m2)u·c2B．(m1＋m2－M)u×931.5 JC．(m1＋m2－M)c2D．(m1＋m2－M)×931.5 eV解析：在核能计算时，如果质量的单位是kg，则用ΔE＝Δmc2进行计算，如果质量的单位是u，则利用1 u 相当于931.5 MeV的能量计算，即ΔE＝Δm×931.5 MeV进行计算，故C正确，A、B、D错误．答案：C9．当两个中子和两个质子结合成一个α粒子时，放出28.30 MeV的能量，当三个α粒子结合成一个碳(C)核时，放出7.26 MeV能量，则当6个中子和6个质子结合成一个碳(C)核时，释放的能量约为( ) A．21.04 MeV B．35.56 MeVC．77.64 MeV D．92.16 MeV解析：6个中子和6个质子可结合成3个α粒子，放出能量3×28.30 MeV＝84.9 MeV，3个α粒子再结合成一个碳核，放出7.26 MeV能量，故6个中子和6个质子结合成一个碳核时，释放能量为84.9 MeV＋7.26 MeV ＝92.16 MeV.故选D.答案：D10．原来静止的原子核a b X发生α衰变时，放出α粒子的动能为E0.假设衰变时产生的能量全部以动能的形式释放出来，则在此衰变过程中的质量亏损是( )A.E0c2B.E0（a－4）c2C.（a－4）E0c2D.aE0（a－4）c2解析：α粒子与新核质量比为4a－4，衰变过程满足动量守恒，即mαvα＝m新·v新，根据动量和动能的关系p2＝2m·E k可知，新核动能为4a－4E0.由ΔE＝Δmc2，得Δm＝E0＋4a－4E0c2＝aE0（a－4）c2，故D选项正确．答案：D11．三个α粒子结合成一个碳12，已知碳原子的质量为12.000 0 u，氦原子的质量为4.002 6 u(1 u＝1.66×10－27 kg)．(1)写出核反应方程．(2)这个核反应放出的能量是多少焦耳？(3)这个能量合多少MeV?解析：(1)342He→126C＋ΔE.(2)Δm＝3×4.002 6 u－12.000 0 u＝0.007 8 u＝12.948×10－30kg，ΔE＝Δmc2＝1.165×10－12 J.(3)ΔE＝1.165×10－12 J＝7.28 MeV.答案：(1)342He→12 6C＋ΔE(2)1.165×10－12 J(3)7.28 MeV。
【精品推荐】2019-2020学年粤教版高中物理选修3-5配套课件：第4章 原子核 第1、2节
原子核的组成
• 原子核是由质子和中子组成的．质子和中子 统称为核子，质子带一个单位的正电荷，中 子不带电．质子和中子质量几乎相等，都等 于一个质量单位．
• 1．原子核中的两个整数 • (1)质量数A：等于质子数和中子数之和，即
(3)88
113 (4)114
• 【题后反思】核电荷数与原子核的电荷量是 不同的，组成原子核的质子的电荷量都是相 同的，所以原子核的电荷量一定是质子电荷 量的整数倍，我们把核内的质子数叫核电荷 数，而这些质子所带电荷量的总和才是原子 核的电荷量．
1．(2019 年株洲名校期中)一个29314Pa 原子核内的质子数、 中子数、核子数分别为( )
(3)核外电子数等于核电荷数，故核外电子数为 88.
(4)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的向心力由洛 伦兹力提供，故有 qvB＝mvr2，则 r＝mqBv，两种同位素具有相
同的核电荷数，但质量数不同，故rr222268＝222268＝111134.
答案：(1)质子数为 88 中子数为 138
(2)1.41×10－17 C
•第一节 走进原子核 •第二节 放射性元素的衰变
• 1．大量氢原子从n＝5的激发态向低能级跃迁 时，产生的光谱线条数是( )
• A．4条 B．6条 • C．8条 D．10条 • 【答案】D
【解析】N＝nn2－1＝5×25－1＝10 条．
• 2．一个氢原子处于第3能级时，外面射来一 个波长为6.63×10－7 m的光子，下列说法中 正确的是( )
答案：AD 【题后反思】明确 α 射线、β 射线及 γ 射线的本质特征， 并能准确判断它们在电场和磁场中的受力情况．
4.4 核力与结合能 学案(2020年粤教版高中物理选修3-5)
4.4 核力与结合能学案（2020年粤教版高中物理选修3-5）第四节第四节核力与结合能核力与结合能学科素养与目标要求物理观念1.知道核力及其性质.2.知道重核与轻核中中子数与质子数的数量多少关系.3.掌握结合能和平均结合能的概念.4.知道质量亏损，理解爱因斯坦质能方程，并能进行有关核能的计算.科学思维1.会利用平均结合能比较原子核的稳定性.2.会应用质能方程进行相关的计算.一.核力及其性质1.组成原子核的核子之间有很强的相互作用力，使核子能够克服库仑斥力而紧密地结合在一起，这种力称为核力.2.核力是一种很强的力.3.核力是一种短程力.在约0.5101521015m的距离内主要表现为引力；大于21015m的距离时核力就迅速减小为零；在小于0.51015m的距离内，核力又转变为强大的斥力而使核子不融合在一起.二.重核与轻核自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等，但较重的原子核，中子数大于质子数，越重的原子核，两者相差越多.三.结合能1.结合能根据能量守恒，核子结合成原子核时也会放出一定的能量，这个能量叫做原子核的结合能.2.用高能量的光子照射氘核，可以使它分解为质子和中子，核反应方程是21H11H10n.光子的能量大于或等于2.22MeV.相反的过程，一个中子和一个质子结合成氘核会释放出2.22MeV的能量，这个能量以光子的形式辐射出去，核反应方程是10n11H21H.3.平均结合能原子核的结合能与核子数之比称为该原子核的平均结合能.它反映了一个原子核结合的紧密程度，平均结合能越大，核越稳定.4.对质能方程和质量亏损的理解1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，其关系是Emc2.2质量亏损质量亏损，并不是质量消失，减少的质量在核子结合成核的过程中以能量的形式辐射出去了.物体质量增加，则总能量随之增加；质量减少，总能量也随之减少，这时质能方程也写作Emc2.1.判断下列说法的正误.1原子核中的质子是靠自身的万有引力聚在一起的.2核力是一种短程力，只有在小于厘米级的距离才有核力表现.3一切原子核均具有结合能.4组成原子核的核子越多，它的结合能就越高.5结合能越大，核子结合得越牢固，原子越稳定.2.已知粒子42He是由2个质子.2个中子组成的，取质子的质量mp1.67261027kg，中子的质量mn1.67491027kg，粒子的质量m6.64671027kg，光速c3.0108m/s.则粒子的结合能为________.结果保留两位有效数字答案4.31012J解析组成粒子的核子与粒子的质量差m2mp2mnm粒子的结合能Emc2代入数据得E4.31012J.一.结合能.质量亏损.质能方程的理解1.结合能和平均结合能的理解1结合能是指核子结合成原子核放出的能量，也等于将原子核的核子分开时需要的能量.2平均结合能相对于结合能更有意义，它反映了原子核结合的稳定程度或分裂的难易程度，平均结合能越大，核越稳定.2.质量亏损m的理解所谓质量亏损，并不是质量消失，而是减少的质量在核子结合成核的过程中以能量的形式辐射出去了.反过来，把原子核分裂成核子，总质量要增加，总能量也要增加，增加的能量要由外部供给.3.质能方程Emc2的理解1根据质能方程，物体的总能量与其质量成正比.物体质量增加，则总能量随之增加；质量减少，总能量也随之减少，这时质能方程也写作Emc2.2运用质能方程时应注意单位.一般情况下，公式中各量都应取国际制单位.但在微观领域，用国际制单位往往比较麻烦，习惯上常用“原子质量单位”和“电子伏特”作为质量和能量的单位，1u对应于931.5MeV.例1下列关于结合能和平均结合能的说法中，正确的是A.核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为结合能B.平均结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大C.重核与中等质量原子核相比较，重核的结合能和平均结合能都大D.中等质量原子核的结合能和平均结合能均比轻核的要大答案D解析核子结合成原子核放出能量，原子核拆解成核子吸收能量，A选项错误；平均结合能越大的原子核越稳定，但其结合能不一定大，例如中等质量原子核的平均结合能比重核大，但由于核子数比重核少，其结合能比重核小，B.C选项错误；中等质量原子核的平均结合能比轻核的大，核子数又比轻核多，因此它的结合能也比轻核大，D选项正确.1.核子结合成原子核时一定释放能量，原子核分开成核子时一定吸收能量，吸收或释放的能量越大，表明原子核的结合能越大.2.平均结合能越大表明原子核越稳定.一般情况下，中等质量的原子核比轻核和重核的平均结合能大.针对训练1多选对结合能.平均结合能的认识，下列说法正确的是A.自然界中一切原子核均具有结合能B.自由核子结合为原子核时，可能吸收能量C.结合能越大的原子核越稳定D.平均结合能越大的原子核越稳定答案AD解析由自由核子结合成原子核的过程中，释放出能量，反之，将原子核分开变为自由核子需要吸收能量，该能量即为结合能，故A正确，B错误；核子较多的原子核的结合能大，但它的平均结合能不一定大，平均结合能的大小反映了原子核的稳定性，故C错误，D正确.例2下列有关质能方程的说法中，正确的是A.爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量，它们之间可以相互转化B.由Emc2可知，能量与质量之间存在着正比关系，可以用物体的质量作为它所蕴藏的能量的量度C.核反应中发生的“质量亏损”是消失的质量转变为能量D.因为在核反应中产生能量，有质量的转化，所以系统只有质量数守恒.系统的总能量和总质量并不守恒答案B解析Emc2说明能量和质量之间存在着联系，即能量与质量之间存在着正比关系，但并不说明能量和质量之间存在相互转化的关系，故A项错误，B项正确；核反应中发生的“质量亏损”并不是质量消失，实际上是由静止的质量变成运动的质量，并不是质量转变成能量，故C项错误；在核反应中，质量守恒，能量也守恒，在核反应前后只是能量的存在方式不同，总能量不变，只是物质由静质量变成动质量，故D项错误.爱因斯坦质能方程反映的是质量亏损和释放出核能这两种现象之间的联系，并不表示质量和能量之间的转变关系.以下几点要明确1物体的质量包括静止质量和运动质量，质量亏损指的是静止质量的减少，减少的静止质量转化为和辐射能量有关的运动质量.2质量亏损并不是这部分质量消失或转变为能量，只是静止质量的减少.3在核反应中仍然遵守质量守恒和能量守恒定律.4质量只是物体具有能量多少及能量转变多少的一种量度.二.核能的计算方法1.根据质量亏损计算1根据核反应过程，计算核反应前和核反应后的质量亏损m.2根据爱因斯坦质能方程Emc2计算核能.其中m的单位是千克，E的单位是焦耳.2.利用原子质量单位u和电子伏特计算1明确原子质量单位u 和电子伏特之间的关系1u1.66051027kg,1eV1.6021771019J由Emc2得E1.660510272.99810821.6021771019eV931.5MeV2根据1原子质量单位u相当于931.5MeV的能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5MeV，即Em931.5MeV.其中m的单位是u，E的单位是MeV.3.根据能量守恒和动量守恒来计算核能参与核反应的粒子所组成的系统，在核反应过程中的动量和能量是守恒的，因此，利用动量和能量守恒可以计算出核能的变化.例3一个锂核73Li受到一个质子的轰击，变成两个粒子.已知质子的质量是1.67261027kg，锂核的质量是11.65051027kg，氦核的质量是6.64661027kg，光速c3108m/s.1写出上述核反应的方程；2计算上述核反应释放出的能量.答案173Li11H242He22.6911012J解析1该核反应方程为73Li11H242He2核反应的质量亏损mmLimp2m11.650510271.6726102726.64661027kg2.991029kg释放的能量Emc22.99102931082J2.6911012J.计算核能的一般步骤1根据核反应方程求出核反应过程中的质量亏损m.2由质能方程Emc2，计算出释放的核能.针对训练2一个氘核21H和一个氚核31H结合成一个氦核并放出一个中子时，质量亏损为m，已知阿伏加德罗常数为NA，真空中的光速为c，若1mol氘和1mol氚完全发生上述核反应，则在核反应中释放的能量为A.NAmc2B.2NAmc2C.12NAmc2D.5NAmc2答案A解析根据爱因斯坦的质能方程，一个氘核和一个氚核结合成一个氦核并放出一个中子释放的能量为mc2，1mol 氘和1mol氚完全发生上述核反应，释放的能量为上述反应的NA 倍，即NAmc2，故A正确，B.C.D错误.1.核力的特点多选关于核力，下列说法中正确的是A.核力是一种特殊的万有引力B.原子核内只有质子和质子间有核力作用，而中子和中子之间.质子和中子之间则没有核力作用C.核力是原子核稳定存在的原因D.核力是一种短程强力作用答案CD解析核力与万有引力.库仑力的性质不同，核力是短程力，是核子间的强相互作用，作用范围在1.51015m，原子核的半径数量级在1015m，所以核力只存在于相邻的核子之间，核力是原子核稳定存在的原因，故选C.D.2.对结合能和平均结合能的理解多选关于原子核的结合能，下列说法正确的是A.原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量B.一重原子核衰变成粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能C.铯原子核13355Cs的结合能小于铅原子核20882Pb的结合能D.平均结合能越大，原子核越不稳定答案ABC解析结合能是把核子分开所需的最小能量，选项A正确；一重原子核衰变成粒子和另一原子核，存在质量亏损，核子平均结合能增大，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，选项B正确；核子数越多，结合能越大，选项C正确；平均结合能越大，分开核子所需的能量越大，原子核越稳定，选项D错误.3.质量亏损和核能的计算31H的质量是3.016050u，质子的质量是1.007277u，中子的质量为1.008665u.求质量亏损1u相当于释放931.5MeV的能量，普朗克常量h6.631034Js，结果保留三位有效数字1一个质子和两个中子结合为氚核时，是吸收能量还是放出能量该能量为多少2氚核的结合能和平均结合能各是多少3如果这些能量是以光子形式放出，则光子的频率是多少答案见解析解析1一个质子和两个中子结合成氚核的核反应方程式是11H210n31H，反应前各核子总质量为mp2mn1.00727721.008665u3.024607u，反应后新核的质量为mH3.016050u，质量亏损为m3.0246073.016050u0.008557u.因反应前的总质量大于反应后的总质量，故此核反应放出能量.释放的核能为E0.008557931.5MeV7.97MeV.2氚核的结合能即为E7.97MeV，它的平均结合能为E32.66MeV.3放出光子的频率为Eh7.971061.610196.631034Hz1.921021Hz.第 11 页共 11 页。
高中物理选修3-5配套课件第四章 4-5
4 实物粒子的波粒二象性5 不确定关系[学习目标] 1.了解德布罗意物质波假说的内容，知道德布罗意波的波长和粒子动量的关系.2.知道粒子和光一样具有波粒二象性，了解电子波动性的实验验证.3.初步了解不确定关系的内容，感受数学工具在物理学发展过程中的作用．一、实物粒子的波动性1．德布罗意波(1)定义：任何运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与它相对应，这种波叫物质波，又叫德布罗意波．(2)德布罗意波的波长、频率的计算公式为λ＝h p ，ν＝E h. (3)我们之所以看不到宏观物体的波动性，是因为宏观物体的动量太大，德布罗意波的波长太小．2．电子波动性的实验验证(1)实验探究思路：干涉、衍射是波特有的现象，如果实物粒子具有波动性，则在一定条件下，也应该发生干涉或衍射现象．(2)实验验证：1926年戴维孙观察到了电子衍射图样，证实了电子的波动性．(3)汤姆孙做电子束穿过多晶薄膜的衍射实验，也证实了电子的波动性．二、氢原子中的电子云1．定义：用点的多少表示的电子出现的概率分布．2．电子的分布：某一空间范围内电子出现概率大的地方点多，电子出现概率小的地方点少．电子云反映了原子核外的电子位置的不确定性，说明电子对应的波也是一种概率波．三、不确定关系1．定义：在经典物理学中，一个质点的位置和动量是可以同时测定的，在微观物理学中，要同时测出微观粒子的位置和动量是不太可能的，这种关系叫不确定关系．2．表达式：Δx·Δp x≥h4π.其中以Δx表示粒子位置的不确定量，以Δp x表示粒子在x方向上的动量的不确定量，h是普朗克常量．3．不确定关系在微观世界与宏观世界中的不同作用在微观世界里，由于粒子的波动性比较显著，粒子的不确定关系表现比较明显，但在宏观世界里，由于其德布罗意波的波长非常小，宏观粒子的波动性根本无法察觉，所以宏观物体的不确定关系不需要考虑．[即学即用]1．判断下列说法的正误．(1)一切宏观物体都伴随一种波，即德布罗意波．(×)(2)湖面上的水波就是德布罗意波．(×)(3)电子的衍射现象证实了实物粒子具有波动性．(√)(4)微观粒子的动量和位置不可同时确定．(√)(5)微观粒子同时具有确定的位置和动量在将来可以用实验验证．(×)(6)不确定关系不仅适用于电子和光子等微观粒子，也适用于宏观物体．(√)2．质量为1 000 kg的小汽车以v＝40 m/s的速度在高速公路上行驶，则估算小汽车的德布罗意波的波长为______．(h＝6.63×10－34 J·s)答案 1.66×10－38 m解析小汽车的动量p＝m v＝4×104 kg·m/s小汽车的德布罗意波的波长λ＝h－38 m.p≈1.66×10一、对物质波的理解[导学探究]1．如图1是电子束通过铝箔后的衍射图样，结合图样及课本内容回答下列问题：图1(1)德布罗意提出“实物粒子也具有波动性”假设的理论基础是什么？(2)电子束穿过铝箔的衍射图样说明了什么？答案(1)普朗克能量子假说和爱因斯坦光子理论．(2)电子束具有波动性．2．德布罗意认为任何运动着的物体均具有波动性，可是我们观察运动着的汽车，并未感觉到它的波动性，你如何理解该问题？谈谈自己的认识．答案波粒二象性是微观粒子的特殊规律，一切微观粒子都存在波动性，宏观物体(汽车)也存在波动性，只是因为宏观物体质量大，动量大，波长短，难以观测．[知识深化]1．任何物体，小到电子、质子，大到行星、太阳都存在波动性，我们之所以观察不到宏观物体的波动性，是因为宏观物体对应的物质波的波长太小．2．物质波是一种概率波，粒子在空间各处出现的概率受波动规律支配，不能以宏观观点中的波来理解德布罗意波．3．德布罗意假说是光子的波粒二象性的一种推广，使之包括了所有的物质粒子，即光子与实物粒子都具有粒子性，又都具有波动性，与光子对应的波是电磁波，与实物粒子对应的波是物质波．例1(多选)关于物质波，下列认识中正确的是()A．任何运动的物体(质点)都伴随一种波，这种波叫物质波B．X射线的衍射实验，证实了物质波假设是正确的C．电子的衍射实验，证实了物质波假设是正确的D．宏观物体尽管可以看做物质波，但它们不具有干涉、衍射等现象答案AC解析据德布罗意物质波理论知，任何一个运动的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与之相对应，这种波就叫物质波，A选项正确；由于X射线本身就是一种波，而不是实物粒子，故X射线的衍射现象并不能证实物质波理论的正确性，即B选项错误；电子是一种实物粒子，电子的衍射现象表明运动着的实物粒子具有波动性，故C选项正确；由电子穿过铝箔的衍射实验知，少量电子穿过铝箔后所落位置是散乱的，无规律的，但大量电子穿过铝箔后所落的位置则呈现出衍射图样，即大量电子的行为表现出电子的波动性，干涉、衍射是波的特有现象，只要是波，都会发生干涉、衍射现象，故选项D 错误．例2 任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与之对应，波长λ＝h p，式中p 是运动物体的动量，h 是普朗克常量，人们把这种波叫做德布罗意波．现有一个德布罗意波的波长为λ1的物体1和一个德布罗意波的波长为λ2的物体2，二者相向碰撞后粘在一起，已知|p 1|<|p 2|，则粘在一起的物体的德布罗意波的波长为多少？答案 λ1λ2λ1－λ2解析 以物体2碰前速度的方向为正方向，由动量守恒定律p 2－p 1＝(m 1＋m 2)v 及p ＝h λ，得h λ2－h λ1＝h λ，所以λ＝λ1λ2λ1－λ2.物体德布罗意波的波长的计算1．首先计算物体的速度，再计算其动量．如果知道物体动能也可以直接用p ＝2mE k 计算其动量．2．再根据λ＝h p计算德布罗意波的波长． 3．需要注意：德布罗意波的波长一般都很短，比一般的光波波长还要短，可以根据结果的数量级大致判断计算结果是否合理．二、不确定关系[导学探究]1．如果光子是经典的粒子，它在从光源飞出后应该做匀速直线运动，它在屏上的落点应该在缝的投影之内，即屏上亮条纹宽度与缝宽相同．但是实际上，它到达屏上的位置超出了单缝投影的范围，形成了中间宽、两侧窄、明暗相间的衍射条纹，如图2所示．微观粒子的运动是否遵循牛顿运动定律？能否用经典物理学的方法准确确定粒子到达屏上的位置和动量？图2答案按照牛顿运动定律，如果光子是经典的粒子，它在运动过程中不受力，光子应该做匀速直线运动．而由光的衍射可知，光子运动并不遵从牛顿运动定律，即对于微观粒子的运动，不能用经典物理学的方法确定其位置及动量．2．单缝衍射时，屏上各点的亮度反映了粒子到达这点的概率．图3是粒子到达屏上的概率在坐标系中的表示．图3(1)如果狭缝变窄，粒子的衍射图样中，中央亮条纹变宽．这说明当粒子的位置不确定量减小时，动量的不确定量如何变化？(2)通过狭缝后，单个粒子的运动情况能否预知？粒子出现在屏上的位置遵循什么规律？(3)粒子位置的不确定量Δx与动量的不确定量Δp x有什么关系？答案(1)变大(2)不能粒子出现在屏上的位置遵循统计规律(3)遵循不确定关系：ΔxΔp x≥h 4π[知识深化]1．粒子位置的不确定：单缝衍射现象中，入射的粒子有确定的动量，但它们经过狭缝后可以处于任何位置，也就是说，粒子的位置是完全不确定的．2．粒子动量的不确定(1)微观粒子具有波动性，会发生衍射．大部分粒子到达狭缝之前沿水平方向运动，而在经过狭缝之后，有些粒子跑到投影位置以外．这些粒子具有与其原来运动方向垂直的动量．(2)由于哪个粒子到达屏上的哪个位置是随机的，所以粒子在垂直方向上的动量也具有不确定性，不确定量的大小可以由中央亮条纹的宽度来衡量．3．位置和动量的不确定关系：Δx·Δp x≥h4π.由Δx·Δp x≥h4π可以知道，在微观领域，要准确地确定粒子的位置，动量的不确定性就更大；反之，要准确地确定粒子的动量，那么位置的不确定性就更大．4．微观粒子的位置和动量是不能同时被确定的，这也就决定了不能用“轨迹”的观点来描述粒子的运动．例3(多选)根据不确定关系Δx·Δp x≥h4π，判断下列说法正确的是()A．采取办法提高测量Δx精度时，Δp x的精度下降B．采取办法提高测量Δx精度时，Δp x的精度上升C．Δx与Δp x的测量精度与测量仪器及测量方法是否完备有关D．Δx与Δp x的测量精度与测量仪器及测量方法是否完备无关答案AD解析不确定关系表明，无论采用什么方法试图确定位置坐标和相应动量中的一个，必然引起另一个较大的不确定性，这样的结果与测量仪器及测量方法是否完备无关，无论怎样改善测量仪器和测量方法，都不可能逾越不确定关系所给出的限度．故A、D正确．例4已知h4π＝5.3×10－35 J·s，试求下列情况中速度测定的不确定量，并根据计算结果，讨论在宏观和微观世界中进行测量的不同情况．(1)一个球的质量m＝1.0 kg，测定其位置的不确定量为10－6 m.(2)电子的质量m e＝9.0×10－31 kg，测定其位置的不确定量为10－10 m.答案见解析解析(1)m＝1.0 kg，Δx1＝10－6 m，由ΔxΔp x≥h4π，Δp x＝mΔv知Δv1＝h4πΔx1m＝5.3×10－3510－6×1.0m/s＝5.3×10－29 m/s这个速度不确定量在宏观世界中微不足道，可认为球的速度是确定的，其运动遵从经典的物理学理论．(2)m e＝9.0×10－31 kg，Δx2＝10－10 mΔv2＝h4πΔx2m e＝5.3×10－3510－10×9.0×10－31m/s≈5.89×105 m/s.这个速度不确定量不可忽略，不能认为原子中的电子具有确定的速度，其运动不能用经典物理学理论处理．理解不确定关系时应注意的问题1．对球这样的宏观物体，不确定量是微不足道的，对测量准确性没有任何限制，但对微观粒子却是不可忽略的．2．在微观世界中，粒子质量较小，不能同时精确地测出粒子的位置和动量，也就不能准确地把握粒子的运动状态．1．(对物质波的理解)下列说法中正确的是()A．物质波属于机械波B．只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才具有波动性C．德布罗意认为任何一个运动的物体，小到电子、质子、中子，大到行星、太阳都有一种波与之相对应，这种波叫物质波D．宏观物体运动时，看不到它的衍射和干涉现象，所以宏观物体运动时不具有波动性答案 C解析 任何一个运动的物体都具有波动性，但因为宏观物体的德布罗意波的波长很短，所以很难看到它的衍射和干涉现象，所以C 项对，B 、D 项错；物质波不同于宏观意义上的波，故A 项错．2．(物质波公式的应用)如果一个电子的德布罗意波的波长和一个中子的相等，则下列物理量中相等的是( )A ．速度B ．动能C ．动量D ．总能量 答案 C解析 根据德布罗意波的波长公式λ＝hp，可得其动量相等，故选C.3．(对不确定关系的理解)(多选)关于不确定关系Δx ·Δp x ≥h4π有以下几种理解，正确的是( )A ．微观粒子的动量不可确定B ．微观粒子的位置坐标不可确定C ．微观粒子的动量和位置不可能同时确定D ．不确定性关系不仅适用于电子和光子等微观粒子，也适用于其他宏观粒子 答案 CD4．(不确定关系式的计算)质量为10 g 的子弹与电子的速率相同，均为500 m/s ，测量准确度为0.01%，若位置和速率在同一实验中同时测量，试问它们位置的最小不确定量各为多少？(普朗克常量h ＝6.63×10－34J·s ，电子质量为m ＝9.1×10－31kg ，结果保留三位有效数字)答案 1.06×10－31m 1.15×10－3 m解析 由题意知，子弹、电子的速度不确定量为Δv ＝0.05 m /s ，子弹的动量的不确定量Δp x 1＝5×10－4 kg·m /s ，电子动量的不确定量Δp x 2≈4.6×10－32 kg·m/s ，由Δx ≥h4πΔp x ，子弹位置的最小不确定量Δx 1＝ 6.63×10－344×3.14×5×10－4 m ≈1.06×10－31 m ，电子位置的最小不确定量Δx 2＝6.63×10－344×3.14×4.6×10－32m ≈1.15×10－3 m.考点一 物质波1．关于物质波，下列说法正确的是( ) A ．速度相等的电子和质子，电子的波长长 B ．动能相等的电子和质子，电子的波长短 C ．动量相等的电子和中子，中子的波长短D ．如果甲、乙两电子的速度都远小于光速，甲电子速度是乙电子的3倍，则甲电子的波长也是乙电子的3倍 答案 A解析 由λ＝hp 可知，动量大的波长短．电子与质子的速度相等时，电子动量小，波长长．电子与质子动能相等时，由动量与动能的关系式p ＝ 2mE k 可知，电子的动量小，波长长．动量相等的电子和中子，其波长应相等．如果甲、乙两电子的速度远都小于光速，甲的速度是乙的三倍，甲的动量也是乙的三倍，则甲的波长应是乙的13.2．(多选)频率为ν的光子，德布罗意波的波长为λ＝hp ，能量为E ，则光的速度为( )A.Eλh B ．pE C.E p D.h 2Ep 答案 AC解析 根据c ＝λν，E ＝hν，λ＝h p ，即可解得光的速度为Eλh 或E p .3．(多选)为了观察晶体的原子排列，可以采用下列方法：①用分辨率比光学显微镜更高的电子显微镜成像(由于电子的物质波的波长很短，能防止发生明显衍射现象，因此电子显微镜的分辨率高)；②利用X 射线或中子束得到晶体的衍射图样，进而分析出晶体的原子排列． 则下列分析中正确的是( )A ．电子显微镜所利用的是电子的物质波的波长比原子尺寸小得多B ．电子显微镜中电子束运动的速度应很小C ．要获得晶体的X 射线衍射图样，X 射线波长要远小于原子的尺寸D ．中子的物质波的波长可以与原子尺寸相当 答案 AD解析 由题目所给信息“电子的物质波的波长很短，能防止发生明显衍射现象”及发生明显衍射现象的条件可知，电子的物质波的波长比原子尺寸小得多，它的动量应很大，即速度应很大，A 正确，B 错误；由信息“利用X 射线或中子束得到晶体的衍射图样”及发生明显衍射现象的条件可知，中子的物质波或X 射线的波长与原子尺寸相当，C 错误，D 正确． 4．2002年诺贝尔物理学奖中的一项是奖励美国科学家贾科尼和日本科学家小柴昌俊发现了宇宙X 射线源．X 射线是一种高频电磁波，若X 射线在真空中的波长为λ，以h 表示普朗克常量，c 表示真空中的光速，以ε和p 分别表示X 射线每个光子的能量和动量，则( ) A ．ε＝hλc ，p ＝0B ．ε＝hλc ，p ＝hλc 2C ．ε＝hcλ，p ＝0D ．ε＝hc λ，p ＝hλ答案 D解析 根据ε＝hν，λ＝h p ，c ＝λν可得X 射线每个光子的能量为ε＝hcλ，每个光子的动量为p＝hλ. 5．利用金属晶格(大小约10－10m)作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是使电子通过电场加速后，让电子束照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样．已知电子质量为m ，电荷量的绝对值为e，初速度为0，加速电压为U，普朗克常量为h，则下列说法中不正确的是() A．该实验说明了电子具有波动性B．实验中电子束的德布罗意波的波长为λ＝h2meUC．加速电压U越大，电子的衍射现象越不明显D．若用相同动能的质子替代电子，衍射现象将更加明显答案 D解析实验得到了电子的衍射图样，说明电子这种实物粒子发生了衍射，即电子具有波动性，故A正确；由动能定理可得，eU＝12m v2－0，电子加速后的速度v＝2eU m，电子德布罗意波的波长λ＝hp ＝hm v＝hm2eUm＝h2meU，故B正确；由电子的德布罗意波的波长公式λ＝h2meU可知，加速电压U越大，电子德布罗意波的波长越短，衍射现象越不明显，故C正确；物体动能与动量的关系是p＝2mE k，由于质子的质量远大于电子的质量，所以动能相同的质子的动量远大于电子的动量，由λ＝hp可知，相同动能的质子的德布罗意波的波长远小于电子德布罗意波的波长，波长越小，衍射现象越不明显，因此用相同动能的质子代替电子，衍射现象将更不明显，故D错误．考点二氢原子中的电子云6．(多选)电子的运动受波动性的支配，对于氢原子的核外电子，下列说法正确的是() A．氢原子的核外电子可以用确定的坐标描述它们在原子中的位置B．电子绕核运动时，可以运用牛顿运动定律确定它的轨道C．电子绕核运动的“轨道”其实是没有意义的D．电子轨道只不过是电子出现的概率比较大的位置答案CD解析微观粒子的波动性是一种概率波，对于微观粒子的运动，牛顿运动定律已经不适用了，所以氢原子的核外电子不能用确定的坐标描述它们在原子中的位置，电子的“轨道”其实是没有意义的，电子轨道只不过是电子出现的概率比较大的位置，综上所述，C、D正确．7．关于电子的运动规律，以下说法正确的是()A．电子如果不表现波动性，则无法用轨迹来描述它们的运动，其规律遵循牛顿运动定律B．电子如果不表现波动性，则可以用轨迹来描述它们的运动，其规律遵循波动规律C．电子如果表现波动性，则无法用轨迹来描述它们的运动，空间分布的概率遵循波动规律D．电子如果表现波动性，则可以用轨迹来描述它们的运动，其规律遵循牛顿运动定律答案 C解析电子的波动性属于概率波，少量电子表现出粒子性，不遵循牛顿运动定律，无法用轨迹描述其运动，A、B错．大量电子表现出波动性，无法用轨迹描述其运动，可确定电子在某点附近出现的概率，且其遵循波动规律，C对，D错．考点三不确定关系的理解8．(多选)下列各种说法中正确的有()A．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说B．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的照射时间太短C．在光的单缝衍射实验中，狭缝越窄，光子动量的不确定量越大D．任何一个运动物体，大到太阳、地球，小到电子、质子，都与一种波相对应，这就是物质波．物质波是概率波答案ACD解析普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说，故A正确；一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的频率小于截止频率，故B错误；光的单缝衍射实验中，狭缝越窄，光子动量的不确定量越大，故C正确；任何一个运动物体，大到太阳、地球，小到电子、质子，都与一种波相对应，这就是物质波，物质波是概率波，故D正确．9．(多选)以下说法正确的是()A．微观粒子不能用“轨道”观点来描述粒子的运动B．微观粒子能用“轨道”观点来描述粒子的运动C．微观粒子位置不能精确确定D．微观粒子位置能精确确定答案AC解析微观粒子的动量和位置是不能同时精确确定的，这也就决定不能用“轨道”的观点来描述粒子的运动(轨道上运动的粒子在某时刻具有确定的位置和动量)，故A正确，B错误．由微观粒子的波粒二象性可知微观粒子位置不能精确确定，故C正确，D错误．10．从衍射的规律可以知道，狭缝越窄，屏上中央亮条纹就越宽，由不确定关系ΔxΔp x≥h4π，判断下列说法正确的是()A．入射的粒子有确定的动量，射到屏上粒子就有准确的位置B．狭缝的宽度变小了，因此粒子的动量的不确定量也变小了C．更窄的狭缝可以更准确地测得粒子的位置，但粒子动量的不确定量却更大了D．可以同时确定粒子的位置和动量答案 C解析由ΔxΔp x≥h4π知，狭缝变窄了，即Δx减小了，Δp x变大，即动量的不确定量变大，故C正确，A、B、D错误．。
2019_2020学年高中物理第4章第1节走进原子核课件粤教版选修3_5
二、原子核的组成 1．质子的发现
质子
质子
二、原子核的组成 2．中子的发现
中子
中子
原子核
二、原子核的组成 3．原子核的组成 由 质子 和 中子 组成，它们统称为 核子． 4．原子核的符号是：AZX.其中 X 是 元素符号 ，A 表示 质量数 ， Z 表示 电荷数 ，中子数等于 A－Z .
1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
2．中子的发现 (1)发现背景：有人猜想原子核是由质子组成的，但人们发现除 氢元素外，所有元素的原子核的质量大体上是质子质量的整数倍， 但原子核的电荷数仅仅是质量数的一半或者更少一些． (2)猜想：原子核不仅仅是由质子组成的，卢瑟福预想原子核内 存在着质量跟质子相近的不带电的中性粒子，他将其称为中子．
CD [符号baX 中，b 为质量数，a 为核电荷数，中子数为 b－a， 故 A、B 均错；当 X 为中性状态时，核外电子数等于 a，又因核子数 等于质量数，C、D 对．]
训练角度 2：对同位素的理解 3．同位素是指( ) A．质子数相同而核子数不同的原子 B．核子数相同而中子数不同的原子 C．核子数相同而质子数不同的原子 D．中子数相同而核子数不同的原子
④结论：中子是原子核的组成部分．
【例 1】 如图所示为查德威克研究原子核内部结构的实验示意 图，由天然放射性元素钋(Po)放出 α 射线轰击铍时会产生粒子流 a， 用粒子流 a 轰击石蜡后会打出粒子流 b，下列说法正确的是( )
A．a 为质子，b 为中子 B．a 为 γ 射线，b 为中子 C．a 为中子，b 为 γ 射线 D．a 为中子，b 为质子 D [不可见的粒子轰击石蜡时打出的应是质子，因为质子就是 氢核，而石蜡中含有大量氢原子，轰击石蜡的不可见粒子应该是中 子，故 D 正确．]
2020—2021学年高中创新设计物理粤教版选修3-5课件：4-1,4-2走进原子核放射性元素的衰变
借题发挥 (1)α射线是α、β、γ三种射线中贯穿本领最弱 的一种，它穿不过白纸． (2)要知道三种射线的成分，贯穿本领和电离本领的强弱 ． (3)要知道α、β、γ三种射线的本质，α、β是实物粒子，γ 射线是电磁波谱中的一员．
针对训练2 (多选)天然放射性物质的放射线包括三种成 分，下列说法正确的是
借题发挥 衰变次数的判断方法 (1)衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒． (2)每发生一次α衰变质子数、中子数均减少2. (3)每发生一次β衰变中子数减少1，质子数增加1.
3．适用条件 半衰期是一个统计概念，是对大量的原子核衰变规律
的总结，对于一个特定的原子核，无法确定其何时发生 衰变，但可以确定各个时刻发生衰变的概率，即某时衰 变的可能性，因此，半衰期只适用于大量的原子核．
借题发挥 对核子数、电荷数、质量数的理解 (1)核子数：质子和中子的质量差别非常微小，二者统称 为核子，所以质子数和中子数之和叫核子数． (2)电荷数(Z)：原子核所带的电荷等于质子电荷的整数倍 ，通常用这个数表示原子核的电量，叫做原子核的电荷 数． (3)质量数(A)：原子核的质量等于核内质子和中子的质量 总和，而质子与中子质量几乎相等，所以原子核的质量 几乎等于单个核子质量的整数倍，这个倍数叫做原子核 的质量数．
自能发 地放出射线的元素叫做天然放射性元素．原
子序数大8于3
的所有元素，都有放射性．原子序数小
于等8于3 的元素，有的也具有放射性．
4．放射性发现的意义 放射性的发现揭示了原子核
结构的复杂性．
卢瑟福
氮核 查德威克
中子
质子 中子
质子数
质子数 中子数
电荷数
元素符号
核子 原子序数
质量数
三、放射线的本质
高中物理 第四章 原子核 本章优化总结课件 粤教版选修3-5
结束 语 同学们，你们要相信梦想是价值的源泉，相信成
功的信念比成功本身更重要，相信人生有挫折没 有失败，相信生命的质量来自决不妥协的信念， 考试加油。
概念
衰变
人工转变 重核裂变 轻核聚变
原子核自发 人工用高 重核分裂 轻核结合
地放出某种 速粒子轰 成质量较 成质量较
粒子而转变 击原子核， 小的原子 大的原子
为新核的过 产生另一 核，释放出 核，释放
程，也叫天然 种新核的 能量的过 出能量的
放射现象
Hale Waihona Puke 过程程过程
发现者 或重要 贡献者
典型 反应 方程
说 要其他粒子诱发，生成 α、β 或 γ 粒子；后三种都是原子 核的人工转变，重核裂变和轻核聚变与其他人工转变不
明 同的是有巨大能量释放，裂变最显著的特征是重核分成
中等质量的核，聚变则为轻核结合成质量较大的原子核
(多选)能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问 题的途径之一，下列释放核能的反应方程，表述正确的有( ) A．31H＋21H→42He＋10n 是核聚变反应 B．31H＋21H→42He＋10n 是 β 衰变 C．23952U＋10n→15461Ba＋9326Kr＋310n 是核裂变反应 D．23952U＋10n→15440Xe＋9348Sr＋210n 是 α 衰变
[解析] (1)铀 238 发生衰变时，由于放出 α 粒子而产生了新核， 根据动量守恒定律，它们的总动量为零，即：m1v1＋m2v2＝0. 因为它们都带正电，衰变时的速度正好相反，所以，受到的洛 伦兹力方向也相反，因而决定了它们做圆周运动的轨迹圆是外 切的．它们做匀速圆周运动的向心力由洛伦兹力提供，所以 R ＝mBqv.又因为 m1v1＝m2v2，所以RR12＝qq21，由于 q1＝2，q2＝92－ 2＝90，因而RR12＝415.如图甲所示，其中轨道 a 为 α 粒子的径迹， 轨道半径为 R1，轨道 b 为新核的径迹，其轨道半径为 R2.
2019_2020学年高中物理第4章原子核第5节裂变和聚变课件粤教版选修3_5
使核具有足够的___动__能___，轻核才能够发生聚变．
5．特点：在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核 裂变__释__放__更__多__的能量．热核反应一旦发生，就不再需要外界 给它能量，靠_自__身__产__生__的__热__就会使反应继续下去．
【答案】C 【解析】由爱因斯坦质能方程核反应前质量为 m1＋me，反
应后 m2，故释放的能量为(m1＋me－m2)c2，A、B、D 错，C 对．
一、核裂变与链式反应 1．核裂变：___重__核___分裂为两个或两个以上的较轻质量 的核的反应． 2．链式反应：一个核的裂变能够引发一个或一个以上的 核发生裂变，让核裂变的过程能___自__发___进行下去，源源不断 地将___核__能___释放出来．
【解析】根据质量数和电荷数守恒：21H＋31H―→42H＋10n， 所以 X 为中子，在该核反应中质量亏损 Δm＝(2.013 6 u＋3.018 0 u)－(4.002 6 u＋1.008 7 u)＝0.020 3 u>0，质量发生亏损，该 反应释放能量，所以 B 对．
3．原子核质量单位为u,1 u相当于931.5 MeV的能量，真空
第五节 裂变和聚变
1．(2019年启东期末)下列说法正确的是( ) A．结合能越大原子核一定越稳定 B．比结合能越大的原子核越稳定 C．核力存在于原子核内任意两个核子之间 D．比结合能越大的原子核结合或分解成比结合能小的原 子核时释放核能 【答案】B
【解析】比结合能的大小反映原子核的稳定程度，比结合 能越大，原子核越稳定，故A错误，B正确；核力是短程力， 只存在于邻近的核子之间，故C错误；比结合能小的原子核结 合或分解成比结合能大的原子核时释放核能，故D错误．