请教高中物理竞赛的原子物理学知识点(越详细越好,不要习题)
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时间:2024-08-17 09:51:20
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请教高中物理竞赛的原子物理学知识点(越详细越好,不要习题)【专家解说】:考点65 原子核式结构 原子核 △考纲要求△
α粒子散射实验、原子核式结构、衰变、以及原子核的人工转变、
【专家解说】:考点65 原子核式结构 原子核
△考纲要求△
α粒子散射实验、原子核式结构、衰变、以及原子核的人工转变、裂变、聚变都属于Ⅰ类要求;
核能、质量亏损、质能方程属于Ⅱ类要求.
☆考点透视☆
1.卢瑟福的原子模型——核式结构
⑴α粒子散射实验
①α粒子散射实验的结果:卢瑟福在α粒子轰击金箔的实验中,绝大多数α粒子不偏转;极少数发生较大偏转;极个别的甚至反弹回来.
②α粒子散射实验的启示:绝大多数α粒子直线穿过,反映原子内部存在很大的空隙;少数α粒子较大偏转,反映原子内部集中存在着对α粒子有斥力的正电荷;极个别α粒子反弹,反映个别粒子正对着质量比α粒子大很多的物体运动时,受到该物体很大的斥力作用.
⑵原子的核式结构
卢瑟福依据α粒子的散射实验的结果,提出了原子的核式结构:在原子中心有一个很小的核,叫原子核,原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在核里,带负电的电子在核外空间绕核旋转.
2.天然放射现象
⑴元素自发地放出射线的现象叫做天然放射现象,首先由贝克勒耳发现,天然放射现象的发现,说明原子核还有内部结构.
⑵具有放射性的元素叫放射性元素.
3.衰变
⑴不稳定的原子核自发放出α粒子或β粒子后,转变为新核的变化称为原子核的衰变.γ射线是伴随着α衰变或β衰变产生的,也叫γ辐射.天然放射现象就是原子核的衰变现象.
⑵三种射线的性质
种类 α射线 β射线 γ射线
组成
高速氦核流 高速电子流 光子流
(高频电磁波)
带电量 2e -e 0
质量 4
( =1.67× kg)
静止质量为零
在电磁场中 偏转 与α射线反向偏转 不偏转
穿透本领 最弱 较强 最强
对空气的电离作用 很强 较弱 很弱
在空气中的径迹 粗、短、直 细、较长、 曲折 最长
通过胶片 感光 感光 感光
⑶半衰期:放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间.半衰期由核内部本身的因素决定,跟原子所处的物理或化学状态无关。半衰期是大量原子核衰变时的统计规律,个别原子核经多长时间衰变无法预测。
⑷衰变规律
衰变规律 α衰变
(新核的核电荷数少2,质量数少4)
β衰变
(核电荷数加l,质量数不变,中子变质子)
半衰期T
一半原子核发生衰变需要的时间
4.原子核的人工转变
⑴原子核的人工转变是用高速运动的粒子轰击原子核,产生另一种新核的方法.
⑵质子的发现.
①卢瑟福发现质子的实验:用α粒子轰击氮原子核.
②核反应方程:
③质子的成因:
即α粒子进入氮核,形成复核 ,复核不稳定,衰变时放出质子.
⑶中子的发现
①卢瑟福预见中子的存在,后英国物理学家查德威克发现了中子.
②核反应方程式
③中子是一种不带电,穿透力很强的粒子,其质量与质子质量差不多.
5.原子核的组成
原子核是由质子和中子组成,质子和中子统称核子.
注意:原子核是由质子和中子组成的,质子和中子可以相互转化,如 ,
原子序数=核电荷数=原子核外电子数;中子数=质量数一质子数。
6.人工放射性同位素的发现
⑴1934年,居里夫妇用α粒子轰击铝箔时,发现了放射性同位素和正电子,核反应方程式为
,
⑵放射性同位素:具有放射性的同位素叫放射性同位素,如上式中的 就是磷的一种同位素,具有放射性.
⑶正电子:质量与电子相同带一个单位正电荷的粒子,其产生的实质是质子衰变成中子时产生的,方程为
⑷放射性同位素的应用:
①利用它的射线;②作为示踪原子.
7.核能
⑴核能
核子结合成原子核需要放出能量,这叫原子的结合能,称为核能.
⑵质量亏损:
组成原子核的核子的质量与原子核的质量之差(或者参加核反应的原子核总质量与生成新原子核的总质量之差)叫质量亏损
⑶爱因斯坦质能方程
凡具有质量的物体都具有能量,物体的质量和能量间的关系为:
若原子核质量亏损△m.对应释放的能量为 .
说明:⑴质量亏损并不是质量损失(消失)也不是与质量守恒定律相矛盾,而是亏损的质量以能量的形式辐射出去了。
⑵在核能的计算中c的单位取国际单位制,此时若△m的单位为kg,能量的单位为J,当△m的单位为u(原子质量单位)时,记住1u相当于931.5 MeV的能量关系,然后据此进行计算。
8.重核的裂变与轻核的聚变
⑴重核的裂变
①裂变:重核分裂成两个质量较小的原子核的核反应叫裂变.
②链式反应:裂变要在一定的条件下才能进行,比如铀235核受到中子轰击时会发生裂变,而裂变时又要放出一些中子,这些中子又可引起其它的轴235核裂变,而使裂变反应不断进行下去,这种反应叫做链式反应.
③核反应堆:使原子核裂变的链式反应能够有控制地持续进行的装置,是核电站应用核能发电的核心设施.
⑵轻核的聚变
①聚变:轻核结合成质量较大的原子核的核反应称为聚变.
②热核反应:聚变必须在轻核间的距离十分接近,即达到10-15m时才能进行.在极高温度下,原子核可以获得足够的动能克服库仑斥力而发生聚变,这种聚变反应叫做热核反应.
③目前已实现的人工热核反应是氢弹的爆炸.
●难点释疑●
1.爱因斯坦的质能方程E=mC 2指出了物体的能量E 与质量m 的密切关系,当物体的质量增加Δm时,
它的能量会相应的增加ΔE;质量减少Δm时,能量会相应的减少ΔE,关系是ΔE=Δm C 2。
2.在无光子辐射的情况下,核反应中释放的核能转化为新核和新粒子的动能,因而在此情况下可用动量守恒和能量守恒来解决问题。
◎命题趋势◎
本考点介绍了在研究原子核过程中的重要实验,如原子核的人工转变,质子、中子的发现,重点是爱因斯坦的质能方程.前几年高考本节难度不大,题型多为选择和填空,但近年来高考与高科技前沿知识相结合导致本节内容难度增大,主要是通过情景的设置考查学生的阅读理解能力及知识综合能力.
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