广东省汕头市潮阳一中高二物理竞赛专题10.原子物理

原子物理一、考点内容1．氢原子的能级结构,氢原子的电子云,光子的发射和吸收。

2．天然放射现象,α射线、β射线、γ射线,半衰期。

3．质子的发现,中子的发现,原子核的组成。

4．核能,爱因斯坦的质能方程。

5．重核的裂变,链式反应;轻核的聚变。

6．核反应堆，放射性污染和防护二、复习思路原子、原子核的内容以人类认识微观世界的过程为线索，介绍有关原子、原子核著名实验和实验结论的初步知识。

“联系实际、联系生活、联系高科技”已成为高考命题的趋势，所以同学应特别注意。

本单元的内容多而杂，学习要求是识记和理解，而许多同学又记不住。

下面介绍一种行之有效的方法：以科学家的姓名为线索，以其发现为主要内容，通过读书或阅读科普读物归纳“十大人物，九大发现，四大核变”形成知识体系，这样非常便于记忆和理解。

由于本单元理论的形成都是以事实发现为依据，故在每一理论复习时，应按如下知识链进行：事实、发现→发现的意义→模型→成功之处、不足之处→新的发现事实→意义。

（一）：十大人物，九大发现1、汤姆孙（又译作“汤姆生”）→电子的发现（第一大发现）→原子可分2、卢瑟福→α粒子散射实验（第二大发现）→原子的核式结构模型→与经典的电磁场理论矛盾卢瑟福→α粒子轰击氮原子核→发现质子（第三大发现）3、玻尔→原子的能级（第四大发现）→成功解释氢光谱的规律，不能解释比较复杂的原子。

4、贝克勒耳→天然放射现象（第五大发现）→原子核有复杂结构⎪⎩⎪⎨⎧→→→→→→→高穿透本领高能量光子射线粒子弱电离本领较高速电子流射线高电离本领氮原子核粒子流射线三种射线γβa a a5、玛丽.居里，皮埃尔.居里→天然放射现象研究发现放射性元素钋和镭（第六大发现）→放射性元素的衰变→⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧==→→-半衰期衰变时间；）粒子（衰变）粒子（衰变n N N e He a a n )21(00142ββ 6、查德威克→α粒子轰击铍原子核→发现中子（第七大发现）→原子核由质子和中子组成。

7、约里奥.居里，伊丽芙.居里→α粒子轰击铝箔→发现放射性同位素（第八大发现）→应用（利用它的射线；作为示踪原子）8、爱因斯坦→质能方程：（2mc E ∆=∆）（第九大发现） （二）：四大核变1、放射性元素的衰变⎪⎩⎪⎨⎧+→+→-e Pa Th He Th U a 012349123490422349023892衰变：衰变：β 2、原子核的人工转变⎪⎩⎪⎨⎧+→++→++→+n P He Al nC He Be H O He N 1030154227131012642941117842147放射性同位素发现：中子的发现：质子的发现： 3、重核的裂变:n Xe Sr n U 10136549038102359210++→+→链式反应→核能的应用（发电、原子弹）4、轻核的聚变:n He H H 10423121+→+→热核反应（氢弹）三、重点难点解析1．原子核式结构：通过对卢瑟福α粒子散射实验现象的分析：粒子穿过金箔后，绝大多数没有发生偏转，仍沿原来方向前进，只有少数发生较大的偏转，极少数偏转角度超过90︒，甚至达到180︒，这是汤姆逊的枣糕模型所不能解释的，说明原子具有核式结构。

2．氢原子的能级结构： n 越大，n E 越大，能量越高，原子越不稳定； 处于激发态的氢原子会自发的向低能级跃迁，以光子的形式释放能量，释放的能量等于两个能级的能量差，原子能量的释放和吸收均满足均满足这一关系，是不连续的。

●原子吸收能量的原则是吸收能量恰好等于两个能级差，或者吸收能量大于或等于其电离能，使电子成为自由电子。

当原子吸收光子时，由于光子不可分，故其必须选择能量满足上述原则的光子；当原子吸收实物粒子（如电子）能量时，原子可以根据需要吸收其中的一部分能量，即对实物粒子的能量没有条件限制。

3、β 衰变的实质：β 衰变放出电子，并不表示原子核中有电子，而是原子核中的一个中子转化质子时伴随着放出一个电子，即e H n 011110-+→4、质量亏损及核能：并不是指质量的消失，只是在核反应的过程中以辐射能量的形式体现了相应部分的质量；2mc E =不能理解为质量为m 的物质可以转化为2mc 的能量，这只是反应了质量与能量间的密切联系，在计算核能时应用2mc E ∆=∆来计算。

四．例题精讲例1、（2003年全国）铀核裂变的产物之一Kr 9036是不稳定的，它经过一系列衰变最终成为稳定的锆90（Zr 9040）这些衰变是：A 、1次α衰变，6次β衰变B 、4次β衰变C 、2次α衰变D 、2次α衰变，2次β衰变例2、欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行的是：A 、用10.2ev 的光子照射B 、用11ev 的光子照射C 、用14ev 的光子照射D 、用11ev 的电子碰撞例3、（04江苏卷）若原子的某内层电子被电离形成空位，其它层的电子跃迁到该空位上时，会将多余的能量以电磁辐射的形式释放出来，此电磁辐射就是原子的特征X 射线。

内层空位的产生有多种机制，其中一种称为内转换，即原子中处于激发态的核跃迁回基态时，将跃迁时释放的能量交给某一内层电子，使此内层电子电离而形成空位（被电离的电子成为内转换电子）。

Po 214的原子核从某一激发态回到基态时，可将能量E 0=1.416Mev 交给内层电子（如K 、L 、M层电子，K 、L 、M 标记原子中最靠近核的三个电子层）使其电离，实验测得从Po 214原子的K 、L 、M 层电离出的电子的动能分别为E K =1.323Mev 、E L =1.399Mev 、E M =1.412Mev 。

则可能发射的特征X 射线的能量为：A 、0．013MevB 、0．017MevC 、0．076MevD 、0．093Mev例4、（02广东卷）如下一系列核反应是在恒星内部发生的：N C p 137126→+ v e C N ++→+136137 N C p 147136→+ O N p 158147→+ v e N O ++→+157158 α+→+C N p 126157 其中p 为质子，α为α粒子，+e 为正电子，v 为一种中微子。

已知质子的质量为kg m p 2710672648.1-⨯=，α粒子的质量为kg m 2710644929.6-⨯=α，正电子的质量为kg m e 311011.9-⨯=，中微子的质量可忽略不计，真空中的光速s m c /1000.38⨯=，试计算该系列核反应完成后释放的能量。

.例5。

(2005广东高考)如图所示,氢原子从n>2的某一能级跃迁到n=2的能级,辐射出能量为2.55 eV 的光子.问最少要给基态的氢原子提供多少电子伏的能量,才能使它辐射上述能量的光子?请在图中画出获得该能量后的氢原子可能的辐射跃迁图.例6．一个静止的放射性原子核处于垂直纸面向里的匀强磁场中，由于发生了衰变而形成如图所示的两个圆形径迹，两圆半径之比为1∶16( )A.该原子核发生了α衰变B.反冲核沿小圆作逆时针方向运动C.原来静止的原子核的原子序数为15D.沿大圆和沿小圆运动的粒子运动周期相同例7．已知氘核质量为2.013 6 u ，中子质量为1.008 7 u,32He 核的质量为3.015 0 u ；(1)写出两个氘核聚变成32He 核反应方程；(2)计算上述核反应中释放的核能；(3)若两个氘核以相等的动能0.35 MeV 作对心碰撞即可发生上述核反应，其释放的核能全部转化为机械能，则反应中生成的32He 核和中子的动能各是多少?五、配套练习1．下列说法中正确的是：A 、原子由电子和带正电的物质组成是卢瑟福α粒子散射实验得出的B 、玻尔理论认为原子只能处于能量不连续的一系列状态C 、从目前观点看，媒介子、轻子和强子是没有内部结构的“点状”粒子D 、强子是参与强相互作用的粒子，中子是最早发现的强子2．下列衰变中，属于α衰变的是：A 、e Pa Th 012349123490-+→B 、e Mg Na 0124122411-+→C 、He Th U 422349023892+→D 、e Si P 0130143015+→3．下列说法中不正确的是：A 、激光的主要特点是：方向性好、单色性好、亮度高B 、天然放射性现象说明原子核内部具有复杂结构C 、人工合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素，它们的物质结构相同D 、目前的核电站中采用核反应堆使轻核聚变，将释放出巨大能量转移成电能4．用人工的方法可以得到放射性同位素，放射性同位素的原子核可以发生衰变。

则下列描述不正确的是：A 、放射性同位素放出的射线可以穿透黑纸使照相底片感光B 、用α粒子轰击铝原子核得到磷的同位素P 3015的核反应方程为：n P He Al 103015422713+→+ C 、Th 23290经过6次α衰变和4次β衰变变成一种稳定的元素，该元素的原子序数为82。

D 、β射线的贯穿能力很强，可以用来检查金属内部是否有裂纹，还可以用来治疗肿瘤。

5．如右图所示，P 为匀强电场中的天然放射源，其放出的射线在电场的作用下分成c b a ,,三束，以下判断正确的是：A 、a 为α射线，b 为β射线B 、a 为β射线，b 为γ射线C 、b 为γ射线，c 为β射线D 、b 为α射线，c 为γ射线6．1994年3月，中国科技大学研制成功了比较先进的HT —7型超导托卡马克， 托卡马克(Tokamak)是研究受控核聚变的一种装置，这个词是toroidal(环行的)，kamera(真空室)，magnet(磁)的头两个字母以及katushka(线圈)的第一个字母组成的缩写词。

根据以上的信息下列说法不正确的是：A 、 种核反应原理是轻核的聚变，同时释放出大量的能量，与太阳发光的原理类似B 、这种装置同我国秦山核电站、大压湾核电站所使用的核装置原理相同C 、这种装置可以控制热核反应速度，使聚变能缓慢而稳定释放D 、这种装置产生的核聚变对环境的污染比核裂变要轻得的多7．Th 23290（钍）经过一系列α和β衰变，成为Pb 20882（铅）。

对此，下列说法正确的是： A 、钍核比铅核多10个质子 B 、铅核比钍核多8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8．下列说法正确的是：A 、原子核分解为核子时，要释放出大量的核能B 、α粒子散射实验的结果表明原子核内有复杂结构C 、发现中子的核反应方程式为n C He Be 101264294+→+D 、秦山核电站是利用核聚变释放的原子能来发电的9．E 经α衰变成为F ，再经β衰变成为G ，再经α衰变成为H 。

上述系列衰变可记为下式：E －－α→ F － － β→ G －－α→H 另一系列衰变如下：P － β→ Q － － β→ R －－α→S 已知P 是F 的同位素。