【沖擊高考】年高考物理二輪專項復習 (考點預測要點歸納熱點重點難點)專題七 原子物理

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1、 2013年高考二輪復習專題七 原 子 物 理 知識網(wǎng)絡 考點預測 近代物理部分相對獨立,主干知識是原子的量子化結(jié)構(gòu)和核能,復習時要圍繞玻爾理論、衰變規(guī)律和愛因斯坦質(zhì)能方程等重點知識進行.模塊內(nèi)的綜合主要是近代物理知識與動量守恒定律的綜合.利用碰撞探究微觀粒子的規(guī)律是高能物理常用的研究手段,如α粒子散射實驗.α粒子與氮、鈹、鋁的碰撞分別發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子、中子和放射性同位素,加速器、對撞機等都是研究核物理的常用工具. 近年近代物理試題中出現(xiàn)不少中學教材中沒有的新知識背景,如“超重元素”、“雙電荷交換反應”、俄歇效應、原子內(nèi)層空位產(chǎn)生的內(nèi)轉(zhuǎn)換機制、μ氫原子等.在訓練學生讀題時,要引導他們

2、盡力將新情境中的問題與已學過的知識聯(lián)系起來,在學習心理學中,就是“圖式”的“同化”與“順應”的過程,這類問題其實是“新瓶裝舊酒”,還是考查課本上的知識點,只是對學生的能力要求提高了,要真正理解才能變通. “聯(lián)系實際,聯(lián)系生活,聯(lián)系高科技”已成為高考命題的趨勢,考查內(nèi)容體現(xiàn)時代氣息,用新名詞包裝的試題增加.試題越來越重視知識的聯(lián)系,體現(xiàn)學科的綜合性. 要點歸納 一、原子的核式結(jié)構(gòu) 盧瑟福根據(jù)α粒子散射實驗觀察到的實驗現(xiàn)象推斷出了原子的核式結(jié)構(gòu).α粒子散射實驗的現(xiàn)象是:①絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后基本上仍沿原來的方向前進;②極少數(shù)α粒子則發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)甚至返回.注意,核式結(jié)構(gòu)并沒有指出原子

3、核的組成. 二、波爾原子模型 玻爾理論的主要內(nèi)容: 1.“定態(tài)假設”:原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中,在這些狀態(tài)中,電子雖做變速運動,但并不向外輻射電磁波,這樣的相對穩(wěn)定的狀態(tài)稱為定態(tài). 定態(tài)假設實際上只是給經(jīng)典的電磁理論限制了適用范圍:原子中的電子繞核轉(zhuǎn)動處于定態(tài)時不受該理論的制約. 2.“躍遷假設”:電子繞核轉(zhuǎn)動處于定態(tài)時不輻射電磁波,但電子在兩個不同定態(tài)間發(fā)生躍遷時,卻要輻射(吸收)電磁波(光子),其頻率由兩個定態(tài)的能量差值決定hν=Em-En. 3.“能量量子化假設”和“軌道量子化假設”:由于能量狀態(tài)的不連續(xù),因此電子繞核轉(zhuǎn)動的軌道半徑也不能任意取值. 三、原子核的

4、衰變及三種射線的性質(zhì) 1.α衰變與β衰變方程 α衰變:→+ β衰變:→+ 2.α和β衰變次數(shù)的確定方法 先由質(zhì)量數(shù)確定α衰變的次數(shù),再由核電荷數(shù)守恒確定β衰變的次數(shù). 3.半衰期(T):放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間. 4.特征:只由核本身的因素所決定,而與原子所處的物理狀態(tài)或化學狀態(tài)無關. 5.規(guī)律:N=N0. 6.三種射線 射線 α射線 β射線 γ射線 物質(zhì)微粒 氦核 電子 光子γ 帶電情況 帶正電(2e) 帶負電(-e) 不帶電 速度 約為c 接近c c 貫穿本領 小(空氣中飛行幾厘米) 中(穿透幾毫米厚的鋁板) 大

5、(穿透幾厘米厚的鉛板) 電離作用 強 次 弱 四、核能 1.愛因斯坦質(zhì)能方程:E=mc2. 2.核能的計算 (1)若Δm以千克為單位,則: ΔE=Δmc2. (2)若Δm以原子的質(zhì)量單位u為單位,則: ΔE=Δm931.5 MeV. 3.核能的獲取途徑 (1)重核裂變:例如 +→++10 (2)輕核聚變:例如 +→+ 聚變的條件:物質(zhì)應達到超高溫(幾百萬度以上)狀態(tài),故聚變反應亦稱熱核反應. 熱點、重點、難點 一、玻爾模型能級概念 ●例1 氫原子的能級如圖6-10 所示,已知可見光的光子能量范圍約為1.62 eV~3.11 eV,下列說法錯誤的是(  )

6、 圖6-10 A.處于n=3能級的氫原子可以吸收任意頻率的紫外線,并發(fā)生電離 B.大量氫原子從高能級向n=3能級躍遷時,發(fā)出的光具有顯著的熱效應 C.大量處于n=4能級的氫原子向低能級躍遷時,可能發(fā)出6種不同頻率的光 D.大量處于n=4能級的氫原子向低能級躍遷時,可能發(fā)出3種不同頻率的可見光 【解析】處于n=3能級的氫原子吸收光子而發(fā)生電離的最小能量是1.51 eV,又因紫外線的頻率大于可見光的頻率,所以紫外線的光子能量E≥3.11 eV,故A正確. 由能級躍遷理論知,氫原子由高能級向n=3能級躍遷時,發(fā)出光子的能量E≤1.51 eV,所以發(fā)出光子能量小于可見光的光子能量.由E

7、=hν知,發(fā)出光子頻率小于可見光的光子頻率,發(fā)出光子為紅外線,具有較強的熱效應,故B正確. 由能級躍遷理論知,n=4能級的氫原子向低能級躍遷時,最多可發(fā)出6種頻率的光子,故C正確. 由能級躍遷理論知,大量處于n=4能級的氫原子向低能級躍遷時,發(fā)出光子的能量分別為:0.66 eV(4→3),2.55 eV(4→2),12.75 eV(4→1),1.89 eV(3→2),12.09 eV(3→1),10.2 eV(2→1),所以只有3→2和4→2躍遷時發(fā)出的2種頻率的光子屬于可見光,故D錯誤. [答案] D 【點評】①原子由定態(tài)n(n≥2)向低能級躍遷時可能輻射的光子頻率的種類為. ②原

8、子躍遷時,所吸收或釋放的光子能量只能等于兩能級之間的能量差. ③原子電離時,所吸收的能量可以大于或等于某一能級能量的絕對值. ④計算時應注意:因一般取 ∞ 遠處為零電勢參考面,故各能級的能量值均為負值;能量單位 1 eV=1.610-19 J. 二、考查衰變、裂變、聚變以及人工轉(zhuǎn)變概念 ●例2 現(xiàn)有三個核反應: ①→+____;?、冢玙___;③+→+____. 完成上述核反應方程,并判斷下列說法正確的是(  ) A.①是裂變,②是β衰變,③是聚變 B.①是聚變,②是裂變,③是β衰變 C.①是β衰變,②是裂變,③是聚變 D.①是β衰變,②是聚變,③是裂變 [答案] 

9、①?、??、邸 【點評】①原子核自發(fā)地放出某種粒子成為新的原子核,叫做衰變;原子序數(shù)較大的重核分裂成原子序數(shù)較小的原子核,叫做重核裂變;原子序數(shù)很小的原子核聚合成原子序數(shù)較大的原子核,叫做輕核聚變. ②所有核反應都遵循質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒的規(guī)律,情況復雜時可列方程組求解. 三、核能和質(zhì)量虧損 ●例3 某科學家提出年輕熱星體中核聚變的一種理論,其中的兩個核反應方程為 +→+Q1  +→+X+Q2 方程中Q1、Q2表示釋放的能量,相關的原子核質(zhì)量見下表: 原子核 質(zhì)量/u 1.0078 3.0160 4.0026 12.0000 13.005

10、7 15.0001 下列判斷正確的是[2009年高考重慶理綜卷](  ) A.X是,Q2>Q1 B.X是,Q2>Q1 C.X是,Q2

11、能量單位,其中1 u=1.660610-27 kg,1 uc2=931.5 MeV. 四、近代物理中的前沿科技問題 近幾年來,高考試題中STS(科學技術(shù)社會)問題(如反物質(zhì)、中微子、介子、夸克、弗蘭克-赫茲實驗等)占有較大的比例,出現(xiàn)了以科技前沿為背景的信息題.解決這類試題的關鍵在于:認真閱讀題目、理解題意,捕獲有效信息、刪除干擾信息;仔細分析問題所描述的物理狀態(tài)或物理過程,并從中建立起相應的物理模型;最后運用相關的物理規(guī)律求解. ●例4 K-介子的衰變方程為K-→π-+π0,其中K-介子和π-介子所帶電荷量為元電荷e,π0介子不帶電.如圖6-11所示,兩勻強磁場方向相同,以虛線MN為理

12、想邊界,磁感應強度分別為B1、B2.今有一個K-介子沿垂直于磁場的方向射入勻強磁場B1中,其軌跡為圓弧AP,P在MN上,K-在P點時的速度為v,方向與MN垂直.在P點該介子發(fā)生了上述衰變,衰變后產(chǎn)生的π-介子沿速度v的反方向射出,其運動軌跡如“心”形圖線所示.則以下說法正確的是(  ) 圖6-11 A.π-介子的運行軌跡為PENCMDP B.π-介子運行一周回到P用的時間T= C.B1=4B2 D.π0介子做勻速直線運動 【解析】由題意可知,K-介子衰變?yōu)棣校樽雍挺?介子后,π-介子沿速度v的反方向射出,而π-介子帶負電,根據(jù)左手定則可以判斷,π-介子的運行軌跡為PDMCNE

13、P,則選項A錯誤;設π-介子在左右兩側(cè)磁場中做勻速圓周運動的半徑分別為R1和R2,運動周期分別為T1和T2,由圖可知:=,又R1=、R2=,則B1=2B2,即選項C錯誤;而T1=,T2=,則π-介子運行一周回到P所用的時間T= ++= T1+=,即選項B正確;π0介子由于不帶電而不受洛倫茲力作用,它將做勻速直線運動,即選項D正確.綜上所述,選項B、D正確. [答案] BD 【點評】本題涉及勻速圓周運動、線速度、角速度、周期、向心力、洛倫茲力、左手定則、牛頓第二定律等知識點,考查學生對上述知識的理解和掌握程度,以及分析、推理的能力和信息處理的能力.解決本題的關鍵在于:先利用左手定則判斷π-介

14、子的運行軌跡,再運用洛倫茲力、牛頓第二定律等知識分析求解. ★同類拓展 2006年3月24日,由中國自行研究、設計的世界上第一個全超導非圓截面托卡馬克EAST核聚變實驗裝置(又稱“人造太陽”),如圖6-12所示,已成功完成首次工作調(diào)試.由于它和太陽產(chǎn)生能量的原理相同,都是熱核聚變反應,所以被外界稱為“人造太陽”.“人造太陽”的原理就是在這臺裝置的真空室內(nèi)加入少量氫的同位素氘和氚,使其在一定條件下發(fā)生聚變反應,反應過程中會產(chǎn)生巨大的能量.核聚變的主要原料是氘和氚,在海水中含量極其豐富.則下列說法中錯誤的是(  ) 圖6-12 A.“人造太陽”的核反應方程是+→+ B.“人造太陽”的核反應方程是 +→++3 C.“人造太陽”釋放的能量大小的計算公式是ΔE=Δmc2 D.與這種熱核聚變比較,核裂變反應堆產(chǎn)生的廢物具有放射性 【解析】“人造太陽”中的核反應為輕核的聚變,故A正確、B錯誤.核反應釋放的能量都遵循質(zhì)能方程ΔE=Δmc2,C正確.聚變方程產(chǎn)生的不具有放射性,而裂變反應產(chǎn)生的廢物會衰變放出α或β射線,D正確. [答案] B - 5 -

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