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近代物理初步练习本讲稿第一页，共二十页思考与研讨思考与研讨1.1.下面哪些事实证明了原子核具有复杂结构下面哪些事实证明了原子核具有复杂结构()()A.A.粒子的散射实验粒子的散射实验 B.B.天然放射现象天然放射现象C.C.阴极射线的发现阴极射线的发现 D.D.伦琴射线的发现伦琴射线的发现B2.2.射线的本质是射线的本质是()()A.A.电子流电子流 B.B.高速电子流高速电子流C.C.光子流光子流 D.D.高速氦核流高速氦核流D本讲稿第二页，共二十页3.3.放射性元素的半衰期是放射性元素的半衰期是()()A.A.质量减小一半需要的时间质量减小一半需要的时间B.B.原子量减少一半需要的时间原子量减少一半需要的时间C.C.原子核全部衰变所需时间的一半原子核全部衰变所需时间的一半D.D.原子核有半数发生衰变需要的时间原子核有半数发生衰变需要的时间D 4.4.有关科学家和涉及的事实，正确的说法是（有关科学家和涉及的事实，正确的说法是（）A.A.居里夫妇用粒子轰击铝箔时发现了正电子居里夫妇用粒子轰击铝箔时发现了正电子B.B.卢瑟福的原子结构学说成功地解释了氢原子的发光现卢瑟福的原子结构学说成功地解释了氢原子的发光现象象C.C.麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在，赫兹用实验方麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在，赫兹用实验方法给予了证实法给予了证实D.D.玻尔建立了量子理论，解释了各种原子发光现象玻尔建立了量子理论，解释了各种原子发光现象AC本讲稿第三页，共二十页5 5 对光电效应做出合理解释的物理学家是对光电效应做出合理解释的物理学家是()A.A.爱因斯坦爱因斯坦 B.B.玻尔玻尔C.C.查德威克查德威克 D.D.德布罗意德布罗意A6 6红、橙、黄、绿红、橙、黄、绿4 4种单色光中，光子能量最小的种单色光中，光子能量最小的是是()A.A.红光红光B.B.橙光橙光 C.C.黄光黄光 D.D.绿光绿光A思考与研讨思考与研讨本讲稿第四页，共二十页能力能力思维思维方方法法【例例1 1】经过经过 次次 衰变和衰变和 次次 衰变，转变成衰变，转变成 .【解析解析】对于对于 衰变和衰变和 衰变来说，衰变来说，衰变不改衰变不改变质量数，所以应当先以质量数的变化来计算变质量数，所以应当先以质量数的变化来计算 衰变次数衰变次数.原子每发生一次原子每发生一次 衰变时质量就减少衰变时质量就减少4 4个单位，电荷数减少个单位，电荷数减少2 2个单位，而每发生一次个单位，而每发生一次 衰衰变，则质量数不变，电荷数增加一个单位变，则质量数不变，电荷数增加一个单位.本讲稿第五页，共二十页质量数由质量数由232232减少到减少到208208共发生共发生衰变的次数为：衰变的次数为：N Na a=(232-208)/4=6;=(232-208)/4=6;再结合电荷数的变化确定再结合电荷数的变化确定衰变的次数：衰变的次数：N N=【解题回顾解题回顾】解决核反应方程类问题时，一定要抓解决核反应方程类问题时，一定要抓住核反应中质量数和电荷数守恒这个规律，本例还住核反应中质量数和电荷数守恒这个规律，本例还要注意要注意衰变的特点衰变的特点质量数不变质量数不变.能力能力思维思维方方法法本讲稿第六页，共二十页【例例2 2】将天然放射性物质放入顶端开将天然放射性物质放入顶端开有小孔的铅盒有小孔的铅盒S S里，放射线便从小孔里，放射线便从小孔中射出，沿带电平行金属板中射出，沿带电平行金属板A A、B B之之间的中线垂直于电场方向进入电场，间的中线垂直于电场方向进入电场，轨道如图所示，则轨迹轨道如图所示，则轨迹 是是 射线，射线，轨迹轨迹 是是 射线，轨迹射线，轨迹 是是 射射线线.板带正电，板带正电，板带负电板带负电.能力能力思维思维方方法法本讲稿第七页，共二十页【解析解析】由于由于 射线不带电，进入电场后不会改变射线不带电，进入电场后不会改变方向，所以轨迹方向，所以轨迹为为 射线射线.带电粒子垂直进入匀强电场，则在匀强电场带电粒子垂直进入匀强电场，则在匀强电场中做类平抛运动，竖直方向的位移为中做类平抛运动，竖直方向的位移为s=vs=v0 0t,t,设两设两板间的距离为板间的距离为d d，则，则1/2d=1/2at1/2d=1/2at2 2，a=qE/m=qU/dm,a=qE/m=qU/dm,则则 s=s=，能力能力思维思维方方法法本讲稿第八页，共二十页 由此式可知由此式可知s s与粒子进入电场的初速度与粒子进入电场的初速度v v0 0成正比，成正比，与粒子的荷质比与粒子的荷质比q/mq/m的平方根成反比的平方根成反比.射线射线速度约为射线的速度约为射线的1/101/10，而，而 粒子的荷质比比粒子的荷质比比 粒粒子的荷质比要小的多，所以子的荷质比要小的多，所以 粒子的竖直方向位粒子的竖直方向位移要大，所以移要大，所以是是 射线的轨迹，射线的轨迹，是是 射线的射线的轨迹轨迹.粒子带正电，而向粒子带正电，而向A A板偏移，因此板偏移，因此A A板带负板带负电，电，B B板带正电板带正电.能力能力思维思维方方法法本讲稿第九页，共二十页【例例3 3】100 W100 W的单色光源的单色光源,发光效率为发光效率为5%,5%,发射的光波发射的光波波长为波长为5.9105.910-7-7 m,m,求它每秒发射出的光子数求它每秒发射出的光子数.解：设光源每秒消耗的总能量解：设光源每秒消耗的总能量E E，每秒转化成光能的，每秒转化成光能的能量能量E E1 1，每个光子的能量为，每个光子的能量为又有又有E E1 1=nEnE0 0，E E1 1=5%=5%E E，E E=PtPt则则 能力能力思维思维方方法法本讲稿第十页，共二十页【例例】如图给出氢原如图给出氢原子最低的四个能级，氢原子最低的四个能级，氢原子在这些能级之间跃迁所子在这些能级之间跃迁所辐射的光子的频率最多有辐射的光子的频率最多有_种，其中最小的频率种，其中最小的频率等于等于 Hz.(Hz.(保留两位有效数字保留两位有效数字)6 61.6101.6101414能力能力思维思维方方法法本讲稿第十一页，共二十页【例例】按照玻尔理论，氢原子处在量子数为按照玻尔理论，氢原子处在量子数为n n2 2和和n n3 3的定态时，其相应的原子能量的绝对值之比的定态时，其相应的原子能量的绝对值之比E E2 2EE3 3_._.9494【例例】欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行的是的是()A.A.用用10.2eV10.2eV的光子照射的光子照射B.B.用用11eV11eV的光子照射的光子照射C.C.用用14eV14eV的光子照射的光子照射D.D.用用11eV11eV的电子碰撞的电子碰撞ACDACD能力能力思维思维方方法法本讲稿第十二页，共二十页延伸延伸拓展拓展【例例】静止在匀强磁场中的某放射性元素的核，放出静止在匀强磁场中的某放射性元素的核，放出一个一个 粒子，其速度方向与磁场方向垂直，测得粒子，其速度方向与磁场方向垂直，测得 粒子和反粒子和反冲核轨道半径之比冲核轨道半径之比Rr=301Rr=301，如图，如图1 1所示，所示，则（则（）A.A.粒子与反冲核的动量大小相等，粒子与反冲核的动量大小相等，方向相反方向相反B.B.反冲核的原子序数为反冲核的原子序数为6262C.C.原来放射性元素的原子序数为原来放射性元素的原子序数为6262D.D.反冲核与反冲核与粒子的速度之比为粒子的速度之比为162162本讲稿第十三页，共二十页【解析解析】本题结合动量守恒、衰变方程、带电粒子在磁场中本题结合动量守恒、衰变方程、带电粒子在磁场中的圆周运动等几个知识点综合运用；由动量守恒得：的圆周运动等几个知识点综合运用；由动量守恒得：MV+mv=0MV+mv=0，其中，其中MVMV为反冲核动量，为反冲核动量，mvmv为为 粒子的动量粒子的动量.Q Q为原来放射性元素的原子核电荷数，则反冲核的电荷为原来放射性元素的原子核电荷数，则反冲核的电荷数为数为Q-2Q-2，粒子电荷数为粒子电荷数为2.2.反冲核的轨迹半径反冲核的轨迹半径R=MV/BR=MV/B（Q-2Q-2）；粒子的轨粒子的轨道半径道半径r=mv/(2B)r=mv/(2B)；综合以上公式可得；综合以上公式可得Q=62.Q=62.【解题回顾解题回顾】把原子核知识与电磁场及力学知识结合起来，把原子核知识与电磁场及力学知识结合起来，考查学生综合分析也是每年高考中的热点之一。本例中要注考查学生综合分析也是每年高考中的热点之一。本例中要注意反冲核与意反冲核与粒子的动量关系及电磁性质，体会外切圆的由粒子的动量关系及电磁性质，体会外切圆的由来来.本讲稿第十四页，共二十页【例例】根据玻尔理论，某原子的电子从能量为根据玻尔理论，某原子的电子从能量为E E的轨的轨道跃迁到能量为道跃迁到能量为E E的轨道，辐射出波长为的轨道，辐射出波长为的光的光.以以h h表示普朗克常量，表示普朗克常量，c c表示真空中的光速，则表示真空中的光速，则E E等于等于()C延伸延伸拓展拓展本讲稿第十五页，共二十页【例例】氦原子被电离一个核外电子，形成类氢结构氦原子被电离一个核外电子，形成类氢结构的氦离子。已知基态的氦离子能量为的氦离子。已知基态的氦离子能量为E E1 1=54.4eV=54.4eV，氦，氦离子能级的示意图如图所示。在具有下列能量的光离子能级的示意图如图所示。在具有下列能量的光子中，不能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是子中，不能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是A.40.8eVA.40.8eVB.43.2eVB.43.2eVC.51.0eVC.51.0eVD.54.4eVD.54.4eVB延伸延伸拓展拓展本讲稿第十六页，共二十页【例例1 1】现有现有12001200个氢原子被激发到量子数为个氢原子被激发到量子数为4 4的能级的能级上，若这些受激氢原子最后都回到基态，则在此过程中发出上，若这些受激氢原子最后都回到基态，则在此过程中发出的光子总数是的光子总数是()()假定处在量子数为假定处在量子数为n n的激发态的激发态的氢原子跃迁到各较低能级的原子数都是处在该激发态能级上的氢原子跃迁到各较低能级的原子数都是处在该激发态能级上的原子总数的的原子总数的.A A2200 B2200 B2000 C2000 C1200 D1200 D24002400A延伸延伸拓展拓展本讲稿第十七页，共二十页 例例1111、一个氢原子的质量为、一个氢原子的质量为1.6736101.673610-2727kgkg，一个锂原，一个锂原子的质量为子的质量为11.65051011.650510-2727kgkg，一个氦原子的质量为，一个氦原子的质量为6.6467106.646710-2727kgkg。一个锂核受到一个质子轰击变为。一个锂核受到一个质子轰击变为2 2个个粒粒子，子，写出核反应方程，并计算该反应释放的核能是多少写出核反应方程，并计算该反应释放的核能是多少？1mg1mg锂原子发生这样的反应共释放多少核能？锂原子发生这样的反应共释放多少核能？1mg1mg锂原子含锂原子个数为锂原子含锂原子个数为1010-6-611.65051011.650510-27-27，每，每个锂原子对应的释放能量是个锂原子对应的释放能量是=2.76102.7610-12-12J J，所以共释放，所以共释放2.37102.37108 8J J 核能。核能。解：解：反应前一个氢原子和一个锂原子共反应前一个氢原子和一个锂原子共有有8 8个核外电子，反应后两个氦原子也是共有个核外电子，反应后两个氦原子也是共有8 8个核外电个核外电子，因此只要将一个氢原子和一个锂原子的总质量减子，因此只要将一个氢原子和一个锂原子的总质量减去两个氦原子的质量，得到的恰好是反应前后核的质去两个氦原子的质量，得到的恰好是反应前后核的质量亏损，电子质量自然消掉。由质能方程量亏损，电子质量自然消掉。由质能方程E=mcE=mc2 2得得释放核能释放核能E=E=2.76102.7610-12-12J J本讲稿第十八页，共二十页例例12.12.静止在匀强磁场中的一个静止在匀强磁场中的一个 B B核俘获了一个速度为核俘获了一个速度为v v=7.310=7.3104 4m/sm/s的中子而发的中子而发生核反应，生成生核反应，生成粒子与一个新核。测得粒子与一个新核。测得粒子的粒子的速度为速度为2102104 4 m/s m/s，方向与反应前中子运动的方，方向与反应前中子运动的方向相同，且与磁感线方向垂直。求：向相同，且与磁感线方向垂直。求：写出核反应写出核反应方程。方程。画出核反应生成的两个粒子的运动轨迹及画出核反应生成的两个粒子的运动轨迹及旋转方向的示意图（磁感线方向垂直于纸面向外）旋转方向的示意图（磁感线方向垂直于纸面向外）。求求粒子与新核轨道半径之比。粒子与新核轨道半径之比。延伸延伸拓展拓展本讲稿第十九页，共二十页解：解：由质量数守恒和电荷数守恒得：由质量数守恒和电荷数守恒得：由于由于粒子和反冲核都带正电，由左手定则知，它们粒子和反冲核都带正电，由左手定则知，它们旋转方向都是顺时针方向，示意图如下。旋转方向都是顺时针方向，示意图如下。可求得它们的半径之比是可求得它们的半径之比是12071207由动量守恒可以求出反冲核的速度大小是由动量守恒可以求出反冲核的速度大小是10103 3m/sm/s方向和方向和粒子的速度方向相反，由带粒子的速度方向相反，由带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公式式延伸延伸拓展拓展本讲稿第二十页，共二十页