高考物理二轮复习专题七原子物理中学教育高考_中学教育-高考.pdf

学习好资料 欢迎下载 2013年高考二轮复习专题七 原 子 物 理 知识网络 考点预测 近代物理部分相对独立，主干知识是原子的量子化结构和核能，复习时要围绕玻尔理论、衰变规律和爱因斯坦质能方程等重点知识进行模块内的综合主要是近代物理知识与动量守恒定律的综合利用碰撞探究微观粒子的规律是高能物理常用的研究手段，如 粒子散射实验 粒子与氮、铍、铝的碰撞分别发现了质子、中子和放射性同位素，加速器、对撞机等都是研究核物理的常用工具 近年近代物理试题中出现不少中学教材中没有的新知识背景，如“超重元素”、“双电荷交换反应”、俄歇效应、原子内层空位产生的内转换机制、氢原子等在训练学生读题时，要引导他们尽力将新情境中的问题与已学过的知识联系起来，在学习心理学中，就是“图式”的“同化”与“顺应”的过程，这类问题其实是“新瓶装旧酒”，还是考查课本上的知识点，只是对学生的能力要求提高了，要真正理解才能变通“联系实际，联系生活，联系高科技”已成为高考命题的趋势，考查内容体现时代气息，用新名词包装的试题增加试题越来越重视知识的联系，体现学科的综合性 要点归纳 一、原子的核式结构 卢瑟福根据 粒子散射实验观察到的实验现象推断出了原子的核式结构 粒子散射实学习好资料 欢迎下载 验的现象是：绝大多数 粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进；极少数 粒子则发生了较大的偏转甚至返回注意，核式结构并没有指出原子核的组成 二、波尔原子模型 玻尔理论的主要内容：1“定态假设”：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中，电子虽做变速运动，但并不向外辐射电磁波，这样的相对稳定的状态称为定态 定态假设实际上只是给经典的电磁理论限制了适用范围：原子中的电子绕核转动处于定态时不受该理论的制约 2“跃迁假设”：电子绕核转动处于定态时不辐射电磁波，但电子在两个不同定态间发生跃迁时，却要辐射(吸收)电磁波(光子)，其频率由两个定态的能量差值决定hEmEn 3“能量量子化假设”和“轨道量子化假设”：由于能量状态的不连续，因此电子绕核转动的轨道半径也不能任意取值 三、原子核的衰变及三种射线的性质 1 衰变与 衰变方程 衰变：XAZ42YAZ42He 衰变：XAZ1YAZ01e 2 和 衰变次数的确定方法 先由质量数确定 衰变的次数，再由核电荷数守恒确定 衰变的次数 3半衰期(T)：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间 4特征：只由核本身的因素所决定，而与原子所处的物理状态或化学状态无关 5规律：NN01()2tT 6三种射线 射线 射线 射线 射线 物质微粒 氦核 42He 电子01e 光子 带电情况 带正电(2e)带负电(e)不带电 速度 约为110c 接近c c 贯穿本领 小(空气中飞行几厘米)中(穿透几毫米厚的铝板)大(穿透几厘米厚的铅板)电离作用 强 次 弱 四、核能 1爱因斯坦质能方程：Emc2 2核能的计算(1)若 m以千克为单位，则：Emc2(2)若 m以原子的质量单位 u 为单位，则：Em931.5 MeV 3核能的获取途径(1)重核裂变：例如 23592U10n13654Xe9038Sr1010n(2)轻核聚变：例如 21H31H42He10n 聚变的条件：物质应达到超高温(几百万度以上)状态，故聚变反应亦称热核反应 热点、重点、难点 一、玻尔模型能级概念 例 1 氢原子的能级如图 610 所示，已知可见光的光子能量范围约为 1.62 eV3.11 量子化结构和核能复习时要围绕玻尔理论衰变规律和爱因斯坦质能方程等重点知识进行模块内的综合主要是近代物理知识与动量守恒定律的综合利用碰撞探究微观粒子的规律是高能物理常用的研究手段如粒子散射实验粒子与氮铍铝不少中学教材中没有的新知识背景如超重元素双电荷交换反应俄歇效应原子内层空位产生的内转换机制氢原子等在训练学生读题时要引导他们尽力将新情境中的问题与已学过的知识联系起来在学习心理学中就是图式的同化与顺应的实际联系生活联系高科技已成为高考命题的趋势考查内容体现时代气息用新名词包装的试题增加试题越来越重视知识的联系体现学科的综合性要点归纳一原子的核式结构卢瑟福根据粒子散射实验观察到的实验现象推断出了原子的核学习好资料 欢迎下载 eV，下列说法错误的是()图 610 A处于n3 能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离 B大量氢原子从高能级向n3 能级跃迁时，发出的光具有显著的热效应 C大量处于n4 能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出 6 种不同频率的光 D大量处于n4 能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出 3 种不同频率的可见光【解析】处于n3 能级的氢原子吸收光子而发生电离的最小能量是 1.51 eV，又因紫外线的频率大于可见光的频率，所以紫外线的光子能量E3.11 eV，故 A正确 由能级跃迁理论知，氢原子由高能级向n3 能级跃迁时，发出光子的能量E1.51 eV，所以发出光子能量小于可见光的光子能量由Eh知，发出光子频率小于可见光的光子频率，发出光子为红外线，具有较强的热效应，故 B正确 由能级跃迁理论知，n4 能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可发出 6 种频率的光子，故 C正确 由能级跃迁理论知，大量处于n4 能级的氢原子向低能级跃迁时，发出光子的能量分别为：0.66 eV(43)，2.55 eV(42),12.75 eV(41),1.89 eV(32),12.09 eV(31)，10.2 eV(21)，所以只有 32 和 42 跃迁时发出的 2 种频率的光子属于可见光，故 D错误 答案 D【点评】原子由定态n(n2)向低能级跃迁时可能辐射的光子频率的种类为(n1)n2 原子跃迁时，所吸收或释放的光子能量只能等于两能级之间的能量差 原子电离时，所吸收的能量可以大于或等于某一能级能量的绝对值 计算时应注意：因一般取 远处为零电势参考面，故各能级的能量值均为负值；能量单位 1 eV 1.61019 J 二、考查衰变、裂变、聚变以及人工转变概念 例 2 现有三个核反应：2411Na2412Mg_；23592U10n14156Ba9236Kr_；21H31H42He_ 完成上述核反应方程，并判断下列说法正确的是()A是裂变，是 衰变，是聚变 B是聚变，是裂变，是 衰变 C是 衰变，是裂变，是聚变 D是 衰变，是聚变，是裂变 答案 01e 310n 10n C【点评】原子核自发地放出某种粒子成为新的原子核，叫做衰变；原子序数较大的重核分裂成原子序数较小的原子核，叫做重核裂变；原子序数很小的原子核聚合成原子序数较大的原子核，叫做轻核聚变 所有核反应都遵循质量数和电荷数守恒的规律，情况复杂时可列方程组求解 三、核能和质量亏损 例 3 某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为 11H126C137NQ111H157N126CXQ2 方程中Q1、Q2表示释放的能量，相关的原子核质量见下表：原子核 11H 32He 42He 126C 137N 157N 量子化结构和核能复习时要围绕玻尔理论衰变规律和爱因斯坦质能方程等重点知识进行模块内的综合主要是近代物理知识与动量守恒定律的综合利用碰撞探究微观粒子的规律是高能物理常用的研究手段如粒子散射实验粒子与氮铍铝不少中学教材中没有的新知识背景如超重元素双电荷交换反应俄歇效应原子内层空位产生的内转换机制氢原子等在训练学生读题时要引导他们尽力将新情境中的问题与已学过的知识联系起来在学习心理学中就是图式的同化与顺应的实际联系生活联系高科技已成为高考命题的趋势考查内容体现时代气息用新名词包装的试题增加试题越来越重视知识的联系体现学科的综合性要点归纳一原子的核式结构卢瑟福根据粒子散射实验观察到的实验现象推断出了原子的核学习好资料 欢迎下载 质量/u 1.0078 3.0160 4.0026 12.0000 13.0057 15.0001 下列判断正确的是2009 年高考重庆理综卷()AX是32He，Q2Q1 BX是42He，Q2Q1 CX是32He，Q2Q1 DX是42He，Q2Q1【解析】核反应方程：11H126C137N中的质量亏损为：m11.0078 u 12.0000 u 13.0057 u 0.0021 u 根据电荷数守恒、质量数守恒可知：11H137N126C42He 其质量亏损为：m21.0078 u 15.0001 u 12.0000 u 4.0026 u 0.0053 u 根据爱因斯坦质能方程得：Q1m1c2，Q2m2c2 故Q1Q2 答案 B【点评】要注意 u 为质量单位，并不是能量单位，其中 1 u 1.66061027 kg,1 uc2931.5 MeV 四、近代物理中的前沿科技问题 近几年来，高考试题中 STS(科学技术社会)问题(如反物质、中微子、介子、夸克、弗兰克赫兹实验等)占有较大的比例，出现了以科技前沿为背景的信息题解决这类试题的关键在于：认真阅读题目、理解题意，捕获有效信息、删除干扰信息；仔细分析问题所描述的物理状态或物理过程，并从中建立起相应的物理模型；最后运用相关的物理规律求解 例 4 K介子的衰变方程为 K0，其中 K介子和 介子所带电荷量为元电荷e，0介子不带电如图 611 所示，两匀强磁场方向相同，以虚线MN为理想边界，磁感应强度分别为B1、B2今有一个 K介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场B1中，其轨迹为圆弧AP，P在MN上，K在P点时的速度为v，方向与MN垂直在P点该介子发生了上述衰变，衰变后产生的 介子沿速度v的反方向射出，其运动轨迹如“心”形图线所示则以下说法正确的是()图 611 A介子的运行轨迹为PENCMDP B介子运行一周回到P用的时间T2mB2e CB14B2 D0介子做匀速直线运动【解析】由题意可知，K介子衰变为 介子和 0介子后，介子沿速度v的反方向射出，而 介子带负电，根据左手定则可以判断，介子的运行轨迹为PDMCNEP，则选项 A错误；设 介子在左右两侧磁场中做匀速圆周运动的半径分别为R1和R2，运动周期分别为T1和T2，由图可知：R1R212，又R1mveB1、R2mveB2，则B12B2，即选项 C错误；而T12meB1，T22meB2，则 介子运行一周回到P所用的时间T T12T22T12 T1T222meB2，即选项 B正确；0介子由于不带电而不受洛伦兹力作用，它将做匀速直线运动，即选项 D正确综上所述，选项 B、D正确 答案 BD 量子化结构和核能复习时要围绕玻尔理论衰变规律和爱因斯坦质能方程等重点知识进行模块内的综合主要是近代物理知识与动量守恒定律的综合利用碰撞探究微观粒子的规律是高能物理常用的研究手段如粒子散射实验粒子与氮铍铝不少中学教材中没有的新知识背景如超重元素双电荷交换反应俄歇效应原子内层空位产生的内转换机制氢原子等在训练学生读题时要引导他们尽力将新情境中的问题与已学过的知识联系起来在学习心理学中就是图式的同化与顺应的实际联系生活联系高科技已成为高考命题的趋势考查内容体现时代气息用新名词包装的试题增加试题越来越重视知识的联系体现学科的综合性要点归纳一原子的核式结构卢瑟福根据粒子散射实验观察到的实验现象推断出了原子的核学习好资料 欢迎下载【点评】本题涉及匀速圆周运动、线速度、角速度、周期、向心力、洛伦兹力、左手定则、牛顿第二定律等知识点，考查学生对上述知识的理解和掌握程度，以及分析、推理的能力和信息处理的能力解决本题的关键在于：先利用左手定则判断 介子的运行轨迹，再运用洛伦兹力、牛顿第二定律等知识分析求解 同类拓展 2006 年 3 月 24 日，由中国自行研究、设计的世界上第一个全超导非圆截面托卡马克 EAST核聚变实验装置(又称“人造太阳”)，如图 612 所示，已成功完成首次工作调试由于它和太阳产生能量的原理相同，都是热核聚变反应，所以被外界称为“人造太阳”“人造太阳”的原理就是在这台装置的真空室内加入少量氢的同位素氘和氚，使其在一定条件下发生聚变反应，反应过程中会产生巨大的能量核聚变的主要原料是氘和氚，在海水中含量极其丰富则下列说法中错误的是()图 612 A“人造太阳”的核反应方程是21H31H42He10n B“人造太阳”的核反应方程是23592U10n14156Ba9236Kr310n C“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是 Emc2 D与这种热核聚变比较，核裂变反应堆产生的废物具有放射性【解析】“人造太阳”中的核反应为轻核的聚变，故 A正确、B错误核反应释放的能量都遵循质能方程 Emc2，C正确聚变方程产生的42He不具有放射性，而裂变反应产生的废物会衰变放出 或 射线，D正确 答案 B 量子化结构和核能复习时要围绕玻尔理论衰变规律和爱因斯坦质能方程等重点知识进行模块内的综合主要是近代物理知识与动量守恒定律的综合利用碰撞探究微观粒子的规律是高能物理常用的研究手段如粒子散射实验粒子与氮铍铝不少中学教材中没有的新知识背景如超重元素双电荷交换反应俄歇效应原子内层空位产生的内转换机制氢原子等在训练学生读题时要引导他们尽力将新情境中的问题与已学过的知识联系起来在学习心理学中就是图式的同化与顺应的实际联系生活联系高科技已成为高考命题的趋势考查内容体现时代气息用新名词包装的试题增加试题越来越重视知识的联系体现学科的综合性要点归纳一原子的核式结构卢瑟福根据粒子散射实验观察到的实验现象推断出了原子的核