1、第4章 從原子核到夸克章末總結(jié)一、識(shí)記物理學(xué)史近代核物理的探索和發(fā)現(xiàn)從根本上把人們對(duì)物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)推進(jìn)到了微觀領(lǐng)域因此對(duì)物理學(xué)史的考查也常從這里開(kāi)始，如電子的發(fā)現(xiàn)、核式結(jié)構(gòu)模型的建立、質(zhì)子、中子的發(fā)現(xiàn)，是高考考查的重點(diǎn)和熱點(diǎn)現(xiàn)總結(jié)如下：1湯姆生電子的發(fā)現(xiàn)第一大發(fā)現(xiàn)原子可以再分湯姆生“棗糕”式原子模型2盧瑟福(1)粒子散射實(shí)驗(yàn)第二大發(fā)現(xiàn)否定了湯姆生原子模型盧瑟福原子模型(核式結(jié)構(gòu))打開(kāi)原子物理大門(mén)，初步建立了原子結(jié)構(gòu)的正確圖景，跟經(jīng)典的電磁理論發(fā)生了矛盾(2)粒子轟擊氮原子核發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子第三大發(fā)現(xiàn)3玻爾(1)核外電子繞核運(yùn)動(dòng)(2)原子光譜不連續(xù)玻爾原子模型(能量量子化，能級(jí)躍遷假設(shè)，軌道量子化)第

2、四大發(fā)現(xiàn)成功解釋了氫光譜的規(guī)律，不能解釋比較復(fù)雜的原子4貝可勒爾天然放射現(xiàn)象第五大發(fā)現(xiàn)原子核有復(fù)雜結(jié)構(gòu)例1(多選)下列說(shuō)法中正確的是()A瑪麗居里首先提出原子的核式結(jié)構(gòu)模型B盧瑟福在粒子散射實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子C查德威克在原子核人工轉(zhuǎn)變的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了中子D貝可勒爾發(fā)現(xiàn)原子核有復(fù)雜結(jié)構(gòu)答案CD解析盧瑟福在粒子散射實(shí)驗(yàn)中提出原子的核式結(jié)構(gòu)模型，所以A、B錯(cuò)據(jù)物理學(xué)史可知C、D正確二、半衰期及衰變次數(shù)的計(jì)算1半衰期：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變需要的時(shí)間計(jì)算公式：NN0()n或mm0()n，其中n，T為半衰期2確定衰變次數(shù)的方法(1)XYnHeme根據(jù)質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒得ZZ2nmAA4n二式聯(lián)立求

3、解得衰變次數(shù)n，衰變次數(shù)m.(2)根據(jù)衰變和衰變(衰變質(zhì)量數(shù)不變)直接求解例2(多選)關(guān)于原子核的有關(guān)知識(shí)，下列說(shuō)法正確的是()A天然放射性射線中射線實(shí)際就是電子流，它來(lái)自原子核內(nèi)B放射性原子經(jīng)過(guò)、衰變致使新的原子核處于較高能級(jí)，因此不穩(wěn)定從而產(chǎn)生射線C氡222經(jīng)過(guò)衰變變成釙218的半衰期為3.8天，一個(gè)氡222原子核四天后一定衰變?yōu)獒?18D當(dāng)放射性元素的原子核外電子具有較高能量時(shí)，將發(fā)生衰變答案AB解析衰變的實(shí)質(zhì)是原子核中的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化成一個(gè)質(zhì)子，產(chǎn)生一個(gè)電子，這個(gè)電子以射線的形成釋放出去，衰變后的新核處于較高能級(jí)，不穩(wěn)定，向低能級(jí)躍遷時(shí)放出射線，A、B正確，D錯(cuò)誤因?yàn)榘胨テ谑墙y(tǒng)計(jì)規(guī)律，對(duì)

4、單個(gè)原子核沒(méi)有意義，所以C項(xiàng)錯(cuò)圖1針對(duì)訓(xùn)練放射性元素U衰變有多種可能途徑，其中一種途徑是先變成Bi，而B(niǎo)i可以經(jīng)一次衰變變成X(X代表某種元素)，也可以經(jīng)一次衰變變成Tl，X和Tl最后都變成Pb，衰變路徑如圖1所示則()Aa82，b211B.BiX是衰變，BiTl是衰變C.BiX是衰變，BiTl是衰變D.Tl經(jīng)過(guò)一次衰變變成Pb答案B解析由BiX，質(zhì)量數(shù)不變，說(shuō)明發(fā)生的是衰變，同時(shí)知a84.由BiTl，核電荷數(shù)減2，說(shuō)明發(fā)生的是衰變，同時(shí)知b206，由TlPb發(fā)生了一次衰變，故選B.三、原子核物理與動(dòng)量、能量相結(jié)合的綜合問(wèn)題1核反應(yīng)過(guò)程中滿(mǎn)足四個(gè)守恒：質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒、動(dòng)量守恒、能量守恒

5、2核反應(yīng)過(guò)程若在磁場(chǎng)中發(fā)生，粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中可能做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，衰變后的新核和放出的粒子(粒子、粒子)形成外切圓或內(nèi)切圓例3足夠強(qiáng)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一個(gè)原來(lái)靜止的氡核Rn，它放射出一個(gè)粒子后變?yōu)镻o核假設(shè)放出的粒子運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向垂直，求：(1)粒子與Po核在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的軌跡圓的半徑之比，并定性畫(huà)出它們?cè)诖艌?chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡的示意圖(2)粒子與Po核兩次相遇的時(shí)間間隔與粒子運(yùn)動(dòng)周期的關(guān)系；(設(shè)質(zhì)子和中子質(zhì)量相等)(3)若某種放射性元素在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中垂直磁場(chǎng)方向發(fā)生衰變，則粒子和反沖核在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡的示意圖與上述衰變運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖有何不同？答案(1)421見(jiàn)解析圖(2)t109T(3)見(jiàn)解析圖解析(1)

6、氡核經(jīng)衰變的核反應(yīng)方程為86Rn84PoHe，衰變的過(guò)程極短，故系統(tǒng)動(dòng)量守恒設(shè)粒子速度方向?yàn)檎瑒t由動(dòng)量守恒定律得：0mvmPovPo，即mvmPovPo粒子與反沖核在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，洛倫茲力提供其做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，即qvBm，r，故，示意圖如圖甲所示(2)它們?cè)诖艌?chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期T，它們的周期之比為，即109T84TPo，這樣，粒子轉(zhuǎn)109圈，Po核轉(zhuǎn)84圈，兩者才相遇所以粒子與Po核兩次相遇的時(shí)間間隔t109T.(3)若放射性元素在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中垂直磁場(chǎng)方向發(fā)生衰變，則粒子和反沖衰變過(guò)程仍符合動(dòng)量守恒定律，它們也在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，但由于粒子帶負(fù)電，反沖核帶正電，衰變時(shí)它們兩個(gè)運(yùn)動(dòng)

7、方向相反，但受的洛倫茲力方向相同，所以它們的軌跡圓是內(nèi)切的，且粒子的軌跡半徑大于反沖核的軌跡半徑，其運(yùn)動(dòng)軌跡的示意圖如圖乙所示1氪90(Kr)是不穩(wěn)定的，它經(jīng)過(guò)一系列衰變最終成為穩(wěn)定的鋯90(Zr)，這些衰變是()A1次衰變，6次衰變B4次衰變C2次衰變D2次衰變，2次衰變答案B解析解法一推理計(jì)算法根據(jù)衰變規(guī)律，衰變不影響核的質(zhì)量數(shù)，發(fā)生一次衰變，核電荷數(shù)增加1；發(fā)生一次衰變，質(zhì)量數(shù)減少4，核電荷數(shù)減少2，Kr衰變?yōu)閆r，質(zhì)量數(shù)不變，故未發(fā)生衰變；核電荷數(shù)增加4，一定是發(fā)生了4次衰變解法二列方程求解設(shè)Kr衰變?yōu)閆r，經(jīng)過(guò)了x次衰變，y次衰變，則有KrZrxHeye由質(zhì)量數(shù)守恒得90904x由電

8、荷數(shù)守恒得36402xy解得x0，y4，即只經(jīng)過(guò)了4次衰變，選項(xiàng)B正確2一塊含鈾的礦石質(zhì)量為M，其中鈾元素的質(zhì)量為m.那么下列說(shuō)法中正確的是()A經(jīng)過(guò)兩個(gè)半衰期后，這塊礦石中基本不再含有鈾了B經(jīng)過(guò)兩個(gè)半衰期后，原來(lái)所含的鈾元素的原子核有發(fā)生了衰變C經(jīng)過(guò)三個(gè)半衰期后，其中鈾元素的質(zhì)量還剩D經(jīng)過(guò)一個(gè)半衰期后，該礦石的質(zhì)量剩下答案C解析經(jīng)過(guò)兩個(gè)半衰期后，鈾元素的質(zhì)量還剩，A、B項(xiàng)均錯(cuò)誤；經(jīng)過(guò)三個(gè)半衰期后，鈾元素還剩，C項(xiàng)正確；鈾衰變后，鈾核變成了新的原子核，故D項(xiàng)錯(cuò)誤3(多選)天然放射性物質(zhì)的放射線包括三種成分，下列說(shuō)法正確的是()A一張厚的黑紙能擋住射線，但不能擋住射線和射線B某原子核在放出射線后會(huì)變成另一種元素的原子核C三種射線中對(duì)氣體電離作用最強(qiáng)的是射線D粒子是電子，但不是原來(lái)繞核旋轉(zhuǎn)的核外電子答案ACD4在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一個(gè)原來(lái)靜止的原子核，由于放出一個(gè)粒子，結(jié)果得到一張兩個(gè)相切圓的徑跡照片(如圖2所示)，今測(cè)得兩個(gè)相切圓半徑之比r1r2144.求：反沖核的電荷數(shù)是多少？(已知新核電荷量大于粒子電荷量)圖2答案88解析原子核放出粒子的過(guò)程動(dòng)量守恒，由于初始動(dòng)量為零，所以末態(tài)動(dòng)量也為零，粒子和反沖核的動(dòng)量大小相等、方向相反，即p1