【沖擊高考】年高考物理二輪專項復(fù)習(xí) （考點預(yù)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(fù)習(xí)專題七 原 子 物 理 知識網(wǎng)絡(luò) 考點預(yù)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(fù)習(xí)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(jìn)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(jī)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(xué)教材中沒有的新知識背景，如“超重元素”、“雙電荷交換反應(yīng)”、俄歇效應(yīng)、原子內(nèi)層空位產(chǎn)生的內(nèi)轉(zhuǎn)換機(jī)制、μ氫原子等．在訓(xùn)練學(xué)生讀題時，要引導(dǎo)他們

2、盡力將新情境中的問題與已學(xué)過的知識聯(lián)系起來，在學(xué)習(xí)心理學(xué)中，就是“圖式”的“同化”與“順應(yīng)”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(xué)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(xué)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(jìn)；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(shè)”：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(shè)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(shè)”：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(shè)”和“軌道量子化假設(shè)”：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(xué)狀態(tài)無關(guān)． 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(fù)電(－e) 不帶電 速度 約為c 接近c c 貫穿本領(lǐng) 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(qiáng) 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(yīng)達(dá)到超高溫(幾百萬度以上)狀態(tài)，故聚變反應(yīng)亦稱熱核反應(yīng)． 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(yīng) 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(qiáng)的熱效應(yīng)，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(yīng)注意：因一般取 ∞ 遠(yuǎn)處為零電勢參考面，故各能級的能量值均為負(fù)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(yīng)： ①→＋____；?、冢玙___；③＋→＋____． 完成上述核反應(yīng)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(yīng)都遵循質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒的規(guī)律，情況復(fù)雜時可列方程組求解． 三、核能和質(zhì)量虧損 ●例3　某科學(xué)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(yīng)方程為 ＋→＋Q1　?。玐＋Q2 方程中Q1、Q2表示釋放的能量，相關(guān)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(xué)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(guān)鍵在于：認(rèn)真閱讀題目、理解題意，捕獲有效信息、刪除干擾信息；仔細(xì)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(yīng)的物理模型；最后運用相關(guān)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(qiáng)磁場方向相同，以虛線MN為理

12、想邊界，磁感應(yīng)強(qiáng)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(qiáng)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(fù)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(shè)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(xué)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(guān)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(shè)計的世界上第一個全超導(dǎo)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(yīng)，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(yīng)，反應(yīng)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(yīng)方程是＋→＋ B．“人造太陽”的核反應(yīng)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(yīng)堆產(chǎn)生的廢物具有放射性 【解析】“人造太陽”中的核反應(yīng)為輕核的聚變，故A正確、B錯誤．核反應(yīng)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(yīng)產(chǎn)生的廢物會衰變放出α或β射線，D正確． [答案]　B - 5 -