高中物理原子核部分讲义

一、原子的核式结构 1.α粒子散射现象绝大多数α粒子穿过金箔后仍能沿原来方向前进，少数α粒子发生了较大的偏转，并且有极少数α粒子偏转角超过了90°，有的甚至被弹回，偏转角几乎达到180 °.2.原子的核式结构卢瑟福对α粒子散射实验结果进行了分析，于1911年提出了原子的核式结构学说： 在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎所有的质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转.原子核所带的单位正电荷数等于核外的电子数.原子的半径大约是10-10 m ，原子核的大小约为10-15m ～10-14 m. 二、玻尔的原子模型1.玻尔假说提出的背景：经典电磁理论在解释原子结构时碰上了无法克服的困难，原子为什么是稳定的？原子光谱为什么不是连续光谱？玻尔假说的贡献，就是成功解释了经典理论无法解释的这些问题.玻尔假说的核心，是引入了量子化理论，从而找到了描绘微观世界的一条重要规律.2.玻尔假说的内容：(1)轨道量子化：原子核外电子的可能轨道是某些分立的数值.(2)能量状态量子化；原子只能处于与轨道量子化对应的不连续的能量状态中，在这些状态中，原子是稳定的，不辐射能量.(3)跃迁假说：原子从一种能级向另一种能级跃迁时，吸收（或辐射）一定频率的光子，光子能量E=hν=E 2-E 1.三、氢原子能级氢原子在各个能量状态下的能量值，叫做它的能级.最低的能级状态，即电子在离原子核最近的轨道上运动的状态叫做基态，处于基态的原子最稳定.其他能级叫激发态.四、原子光谱及应用1.原子光谱：元素在稀薄气体状态下的光谱是分立的线状谱，由一些特定频率的波组成，又叫原子光谱.2.原子光谱的应用：每种元素的原子光谱都有自己的一组特定谱线，应用光谱分析可以确定物质成分.五、电子云玻尔模型引入了量子化观点，但不完善.在量子力学中，核外电子并没有确定的轨道，玻尔的电子轨道，只不过是电子出现概率最大的地方.把电子的概率分布用图象表示时，用小黑点的稠密程度代表概率的大小，其结果如同电子在原子核周围形成云雾，称为“电子云”.●疑难辨析1.氢原子各定态的能量值，为电子绕核运动的动能E k 和电势能E p 的代数和.由E n ＝21n E 和E 1＝-13.6 eV 可知，氢原子各定态的能量值均为负值.因此，不能根据氢原子的能级公式E n ＝21n E 得出氢原子各定态能量与n 2成反比的错误结论.2.原子的跃迁条件：h ν＝E 初－E 终只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况，对于光子和原子作用而使原子电离，则不受此条件的限制.如基态氢原子的电离能为13.6 eV ，只要大于或等于13.6 eV 的光子都能被基态的氢原子吸收而发生电离，只不过入射光子的能量越大，原子电离后产生的自由电子的动能越大.3.原子处于激发态是不稳定的，会自发地向基态或其他较低能级跃迁.由于这种自发跃迁的随机性，一个原子会有多种可能的跃迁.若是一群原子处于激发态，则各种可能跃迁都会发生，所以我们会同时得到该种原子的全部光谱线.●典例剖析［例1］在α粒子穿过金箔发生大角度散射的过程中，下列的哪些说法是正确的 A.α粒子一直受到金原子核的斥力作用 B.α粒子的动能不断减小 C.α粒子的电势能不断增大 D.α粒子发生散射，是与电子碰撞的结果【解析】 α粒子一直受到原子核的斥力作用，动能先减小后增大，电势能先增大后减小.α粒子的质量M 远大于电子质量m ｅ（M ＝4×1837m e )，与电子相碰后运动状态基本保持不变.所以，应选答案A.【思考】 (1)只有很少的一部分α粒子发生大角度散射的事实，说明了原子具有什么样的结构? (2)图15—1—1为该实验中金原子核和两个α粒子的径迹，哪幅图是正确的?图15—1—1(3)若将实验中的金箔改为铝箔，而其他条件不变，α粒子的散射角如何变化?【思考提示】 （1）原子有一个很小的核. （2）A 图正确.（3）同等情况的α粒子的散射角将变小. 【设计意图】 通过本例说明α粒子的散射规律.［例2］已知氢原子基态的电子轨道半径为r 1＝0.53×10-10 m ，基态的能级值为E 1＝-13.6 eV .(1)有一群氢原子处于量子数n =3的激发态.画一能级图，在图上用箭头标明这些氢原子能发出哪几条光谱线.(2)计算这几条光谱线中最长的波长.【解析】 (1)由于这群氢原子的自发跃迁辐射，会得到三条光谱线，如能级图15—1—2中所示.(2)三条光谱线中波长最长的光子能量最小，发生跃迁的两个能级的能量差最小，根据氢原子能级的分布规律可知，氢原子一定是从n =3的能级跃迁到n =2的能级.设波长为λ，由ｈλc ＝E 3－E2得λ＝1983423106.1)46.1396.13(1031063.6--⨯⨯+-⨯⨯⨯=-E E hcm＝6.58×10-7m【说明】 (1)原子物理中的计算问题数据较为冗繁，运算很易出错.这里的计算问题在高考题中一般是以填空题的形式出现.所以在运算中一定既要细心又要有耐心才行，不然就可能因为最后结果有误而前功尽弃.(2)注意公式中各量的单位，计算频率、波长时，能量单位“电子伏(eV)”要化成“焦(J)”.【设计意图】 通过本例说明氢原子能级及利用该能级计算氢原子从一能级跃迁到另一能级时吸收或放出光子的能量、频率、波长的方法.图15—1—2●反馈练习 ★夯实基础1.对α粒子散射实验装置的描述①主要实验器材有：放射源、金箔、荧光屏、显微镜②金箔的厚薄对实验无影响③如果改用铝箔就不能发生散射现象 ④实验装置放在真空中 以上说法正确的是 A.①② B.③④ C.①④ D.②③【解析】 α粒子散射实验是指用α粒子轰击很薄的金箔（或铝箔）物质层，通过观察α粒子穿过物质层后的偏转情况，获得原子结构的信息.为准确观察α粒子偏转情况，荧光屏和显微镜能够围绕金箔转动，且整个装置放在真空容器中.【答案】C2.在卢瑟福的α粒子散射实验中，有少数α粒子发生大角度偏转，其原因是 A.原子的绝大部分质量和全部正电荷集中在一个很小的核上 B.正电荷在原子中是均匀分布的 C.原子中存在着带负电的电子D.原子只能处在一系列不连续的能量状态中【解析】 由于原子的全部正电荷和绝大部分质量都集中在一个很小的核上，当α粒子穿过原子时，接近或正碰原子核的机会极少，所以只能有少数的α粒子发生大角度偏转.【答案】A3.氢原子辐射出一个光子后，根据玻尔理论，下列判断正确的是 A.电子绕核旋转的半径增大 B.电子的动能减少 C.氢原子的电势能增大 D.氢原子的能级减小【解析】 氢原子辐射出一个光子是由绕核运转的电子由外层轨道向内层轨道跃迁产生的，即由高能级向低能级跃迁产生的，故A 、C 错D 对.由ke 2/rn 2＝mvn 2/rn 得：E k n =21mvn 2=ke 2/2r n ，B 错. 【答案】D4.氢原子从第4能级跃迁到第2能级发出蓝光，那么，当氢原子从第5能级跃迁到第2能级应发出 A.Ｘ射线 B.红光 C.黄光 D.紫光 【解析】 由于E 5－E 2＞E 4－E 2，所以该光子的能量比蓝光的大. 【答案】D5.氢原子能级图的一部分如图15—1—3所示，a 、b 、c 分别表示氢原子在不同能级之间的三种跃迁途径，设在a 、b 、c 三种跃迁过程中，放出光子的能量和波长分别是E a 、E b 、E c 和λa 、λb 、λc ，则①λb =λa +λc②cabλλλ111+=③λb =λa ·λc ④E b =E a +Ec以上关系正确的是 A.①③ B.②④ C.只有① D.③④【解析】 由玻尔理论知，E b =E a +E c,图15—1—3又因为hcabchch cλλλ+=得，ca bλλλ111+=.故②④对，选 B. 【答案】B6.用经典的电磁理论解释卢瑟福的原子核式结构，会产生的错误结论是：(1)_________，(2)_______.【答案】 （1）原子应是不稳定的（2）原子光谱应为连续光谱 ★提升能力7.玻尔模型给出氢原子核外电子的两个可能轨道的半径之比为r 1∶r 2＝1∶4，则两轨道上电子的周期之比T 1∶T 2＝______，线速度大小之比为______.【解析】电子绕核运动时应有k 22224T m r e π=·r①k r v m re 222=②由①式可得T 1∶T 2＝1∶8，由②式可得v 1∶v 2=2∶1【答案】 1∶8 2∶18.欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行的是 ①用10.2 eV的光子照射 ②用11 eV 的光子照射 ③用14 eV 的光子照射 ④用11 eV 的电子碰撞 A.①② B.②③ C.①③④ D.②③④【解析】 由原子的跃迁条件知①对，基本氢原子的电离能为13.6 eV ，只要大于或等于13.6 eV 的光子都能被氢原子吸收而发生电离，只不过入射光子能量越大，原子电离后的自由电子的动能越大，故③对.对于入射粒子和原子碰撞情况，只要入射粒子的动能大于或等于原子某两定态能量之差，也可以使原子受激发而向较高能级跃迁，故④对,应选 C.【答案】C9.已知钠的极限频率为6.00×1014 Hz ，今用一群处于n ＝4的激发态的氢原子的发射光谱照射钠，试通过计算说明，氢光谱中有几条谱线可使钠发生光电效应?【解析】 钠的逸出功W =hν=6.63×10-34×6.00×1014J=2.49 eV 氢原子n =1至n =4的能级： n =1,E 1＝－13.6 eVn =2,E 2＝212E ＝-3.4 eVn =3,E 3＝21E E ＝-1.51 eVn =4,E 4＝214E ＝-0.85 eV由n =4，跃迁到n =1放出的光子的能量E 4,1＝－0.85 eV －（－13.6）eV ＝12.75 eV ＞2.49 eV 同理，E 3,1＝－1.51 eV －（－13.6）eV ＝12.09 eV ＞2.49 eVE 2,1＝－3.4 eV －（－13.6）eV ＝10.2 eV ＞2.49 eVE 4,2＝－0.85 eV －（－3.4）eV ＝2.55 eV ＞2.49 eVE 3,2＝－1.51 eV －（－3.4）eV ＝1.89 eV ＜2.49 eVE 4,3＝－0.85 eV －（－1.51）eV ＝0.66 eV ＜2.49 eV所以，处于n =4的激发态的氢原子的光谱中，只有E 4,1、E 3,1、E 2,1、E 4,2四条谱线可使钠发生光电效应.【答案】 有四条谱线可使钠发生光电效应第Ⅱ单元 原子核反应·核能●知识聚焦核反应虽然有成千上万，但是根据其特点可分为四种基本类型：衰变、人工转变、轻核聚变和重核裂变.一、衰变原子核自发地放出某种粒子而转变为新核的变化叫做原子核的衰变.放射性元素衰变时放出的射线共有三种：α射线、β射线和γ射线，其射线的本质和性质如下表：23892 U →23490 Th ＋42He （α衰变）23490Th →23491 Pa ＋01-e （β衰变)半衰期是放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间.它表示放射性元素衰变的快慢.半衰期是由核本身的因素决定的，与它所处的物理状态或化学状态无关.不同的放射性元素半衰期不同.二、人工转变原子核在其他粒子作用下变成另一种原子核的变化称为人工转变.利用原子核的人工转变，人们发现了质子、中子，认清了原子核的结构，并且制造了上千种放射性同位素，在工业、农业、医疗和科研的许多方面得到广泛的应用.著名的方程式如：147N ＋42He →178O ＋11H （卢瑟福，发现质子）94Be ＋42He →1266C ＋10U (查德威克，发现中子)⎪⎩⎪⎨⎧+→+→+-)(e Si P nP He Al 0130143015103015422713发现正电子 三、重核裂变重核裂变：是重核分裂成中等质量的核的反应过程.如：23592 U ＋10U →13654 54Xe ＋9038Sr ＋1010n.由于中子的增值使裂变反应能持续地进行的过程称为链式反应.发生链式反应的条件是：裂变物质的体积＞临界体积.裂变的应用：原子弹、原子反应堆. 四、轻核聚变轻核聚变是轻核结合成质量较大的核的反应过程.如：21H ＋31H →42He ＋10U.发生聚变反应的条件是：超高温(几百万度以上)——热核反应. 聚变的应用：氢弹、可控热核反应. 五、核能1.核力：为核子间作用力.其特点为短程强引力：作用范围为2.0×10-15 m ，只在相邻的核子间发生作用.2.核能：核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，叫做原子核的结合能，亦称核能.3.质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程E ＝mc 2说明物体的质量和能量之间存在着一定的关系，一个量的变化必然伴随着另一个量的变化.核子在结合成原子核时放出核能，因此，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小Δm ，这就是质量亏损.由质量亏损可求出释放的核能ΔE ＝ Δmc 2；反之，由核能也可求出核反应过程的质量亏损.●疑难辨析1.原子核既然是由质子和中子组成的，那么为什么还会从原子核里发射出α粒子、β粒子?实际上，发射出来的α粒子和β粒子仍是原子核内的质子和中子结合或转化而成的.α粒子是原子核内的2个质子和2个中子结合在一起发射出来的，β粒子是原子核内的中子转化为质子时产生并发射出来的.所以不能因为从原子核中发射出α粒子和β粒子就认为原子核也是由它们组成的.2.质量数守恒和核电荷数守恒是我们书写核反应方程的重要依据，但要以核反应的事实为基础，不能仅仅根据该两条守恒定律随意书写事实上不存在的核反应方程.另外，核反应通常是不可逆的，方程中只能用箭头“→”连接并指示反应方向，而不能用等号“＝”连接.3.ΔΕ＝Δmc 2是计算核能的常用方法.在具体应用中要注意单位制的统一及不同单位的换算.若质量单另外，在无光子辐射的情况下，核反应中释放的核能转化为生成的新核和新粒子的动能. 因而在此情况下可应用力学原理——动量守恒和能量守恒来计算核能. ●典例剖析［例1］23290 Th （钍）经过一系列α和β衰变，变成20882 Pb （铅），下列说法正确的是931.5 MeV ——该结论亦可在计算中直接应用.A.铅核比钍核少8个质子B.铅核比钍核少16个中子C.共经过4次α衰变和6次β衰变D.共经过6次α衰变和4次β衰变【解析】 由于β衰变不会引起质量数的减少，故可先根据质量数的减少确定α衰变的次数为：x =4208232 =6再结合核电荷数的变化情况和衰变规律来判定β衰变的次数y 应满足：2x -y =90-82=8所以y =2x -8=4即答案D 是正确的.【思考】 （1）每发生一次α衰变或β衰变，生成的新核与衰变前的核相比在元素周期表中的位置如何变化？（2）某种放射性元素发生β衰变后，其化学性质是否发生变化？ （3）如何利用磁场和电场确定α射线和β射线？【思考提示】 （1）发生一次α衰变，质子数减2，产生的新核在元素周期表中向前移两位.发生一次β衰变，质子数增1，产生的新核在元素周期表中向后移一位.（2)发生β衰变后元素变成了另外一种元素，化学性质发生了变化.(3)α射线垂直进入电场后沿着电场方向偏转，γ射线垂直进入电场后，逆着电场方向偏转.α射线、β射线垂直进入磁场后，可根据左手定则确定.【设计意图】 通过本例说明α衰变和β衰变的规律.［例2］已知氘核质量为2.0136 u ，中子质量为1.0087 u ，32He 核的质量为3.0150 u. (1)写出两个氘核聚变成32He 的核反应方程.(2)计算上述核反应中释放的核能.(3)若两氘核以相等的动能0.35 MeV 做对心碰撞即可发生上述核反应，且释放的核能全部转化为机械能，则反应中生成的32He 核和中子的动能各是多少?【解析】 应用质量数守恒和核电荷数守恒不难写出核反应方程为：21H ＋21H →32He ＋10n 由题给条件可求出质量亏损为：Δm ＝2.0136 u ×2－（3.0150＋1.0087）u＝0.0035 u所以释放的核能为ΔE ＝Δm c 2＝931.5×0.0035 MeV ＝3.26 MeV.因为该反应中释放的核能全部转化为机械能——即转化为32He 核和中子的动能.若设32He 核和中子的质量分别为m 1、m 2，速度分别为v 1、v 2，则由动量守恒及能的转化和守恒定律，得m 1v 1－m 2v 2＝0E k1＋E k2＝2E k0＋ΔE 解方程组，可得：E k1＝41（2E k0＋ΔE ） 41×（2×0.35＋3.26）MeV＝0.99 MeV ， E k2＝43（2E k0＋ΔE ） ＝43×（2×0.35＋3.26）MeV 2.97 MeV .【说明】 本题是一个综合性的题目，它涉及到核反应方程的书写、核能的计算、动量守恒定律和能量守恒定律等内容，另外此类题目计算繁杂，单位换算也较多，运算过程应细心谨慎.【设计意图】 通过本例说明综合应用质量方程及有关的力学规律分析计算原子核反应过程中的核能的方法.●反馈练习 ★夯实基础1.如图15—2—1所示，R 是一种放射性物质，虚线框内是匀强磁场B ，LL ′是一厚纸板，MM ′是荧光屏，实验时，发现在荧光屏O 、P 两处有亮斑，则此时磁场方向、到达O 点的射线、到达P 点的射线与实验相符的有图15—2—1【解析】 由三种射线的本质知，γ射线在磁场中不偏转.故D 错.α、β射线垂直进入磁场发生偏转，由左手定则知，A 、B 错.【答案】 C2.如图15—2—2所示，x 为一未知放射源，P 为薄铝箔，当x 放射源稳定时，计数器的计数率（单位时间内的接受射线的次数）稳定.现在将磁场移开，发现计数器的计数率没有什么变化，然后抽走P ，则计数器的计数率大幅上升，说明x 为A.纯β粒子放射源B.纯γ粒子放射源C.α粒子和β粒子的混合放射源D.α粒子和γ粒子的混合放射源 【答案】 D3.联合国环境公署对科索沃地区的调查表明，北约对南联盟进行的轰炸中，大量使用了贫铀炸弹.贫铀图15—2—2是从金属中提炼铀235以后的副产品，其主要成分为铀238，贫铀炸弹贯穿力是常规炸弹的9倍，杀伤力极大，而且残留物可长期危害环境.下列关于其残留物长期危害环境的理由正确的是①由于爆炸后的弹片存在放射性，对环境产生长期危害 ②爆炸后的弹片不会对人体产生危害 ③铀238的衰变速率很快 ④铀的半衰期很长A.①②B.③C.①④D.②④【解析】 贫铀弹主要成分为铀238，是放射性元素，且半衰期长.故①、④对，选C.【答案】 C 4.1938年美国的贝特和德国的魏扎克研究发现，太阳在高温和高速运动的条件下内部进行着热核反应.太阳里的这种热核反应现在已经能在地球上通过人工的方法来完成，那就是氢弹的制造.氢弹就是模仿太阳里热核反应制造的.其反应原理为：21H ＋31H →42He ＋10U ，使用氘(21H)和氚(31H)在极高的温度下使这两个氢原子核聚变成氦原子(42He)，并放出一个中子(10U)，同时产生数百倍于原子弹的能量①氘和氚是质量数不同、质子数相同的氢的两种元素 ②通常所说的氢元素是指11H ③11H 、21H 、31H 是氢的三种同位素，是同一元素的三种原子 ④21H 与31H 的化学性质几乎完全相同以上说法正确的是A.①②B.①③C.①④D.②③④ 【解析】 同位素是指同一元素中质量数（中子数）不同的原子.【答案】 D5.一个原子核经一次α衰变和一次β衰变生成稳定的核Z ，其衰变过程为Z Y X ef cd ab −→−−→−βα，下面关系式中，正确的是①a =e +4 ②c =e③d =f -1 ④b =f +2 A.①②③ B.②③④ C.①③④D.①②④【解析】 α衰变：He Y X 42+−→−cd a b α,β衰变：e Z Y 01-+−→−ef c d β知，a =e +4,c =e ,d =f -1,b =f +1【答案】 A6.2000年8月12日，俄罗斯“库尔斯克”号多功能核动力潜艇在巴伦支海域遇难，艇上118名官兵全部葬身海底，消息传出后全世界为之震惊.该艇重达1.4×104 t ,长150 m ，属于949级（“奥斯卡级”），是对付编队航母的主要舰艇，是世界上最大的核潜艇之一.（1）该潜艇的动力来源为A.放射性元素衰变释放的能量B.中子击中铀238的人工转变放出的能量C.重核裂变释放的能量D.轻核聚变释放的能量(2)下式为核动力反应堆中的一个反应式，请完成该反应方程式：23592 U ＋10n →14360Nd+()()Zr+103n+018-e+ (中为反中微子，质量和电荷数均为零）【解析】 核反应方程遵守质量数，电荷数守恒.【答案】 (1)C (2)9040Zr7.关于核力，下列说法中正确的是①原子核内每个核子只跟与它们相邻的核子间才有核力作用 ②核力既可能是引力，又可能是斥力 ③核力对核子做正功，原子核要释放核能④原子核内的某一核子与其他核子间都有核力作用 A.①③ B.②④ C.①② D.③④【解析】 核力是把原子核内各核子紧紧地拉在一起的引力，故②错.核力只在2.0×10-15m 短距离起作用，所以①对④错.核力结合成原子核时，核力对核子做正功，放出一定的能量，③对，选A.【答案】 A8.匀强磁场中有一个静止的氮核147N ，被与磁场方向垂直、速度为v 的α粒子击中形成复合核，然后沿相反方向释放出一个速度也为v 的质子，则①质子与反冲核的动能之比为17∶25②质子与反冲核的动量大小之比为1∶5③质子与反冲核的动量大小之比为8∶17④质子与反冲核在磁场中旋转频率之比为17∶8 以上说法正确的是 A.①② B.③④ C.①③D.②④【解析】α粒子轰击147N 形成复合核，再释放一质子形成反冲核的过程中动量守恒，故②对，由E k =mP 22知，①对，由T =Bq m π2知④错.【答案】 A9.图15—2—3所示为云室内用α粒子轰击氮核发现质子时拍摄的照片.则______是发生核反应前α粒子的径迹，______是质子的径迹，______是新核的径迹；核反应方程为______.图15—2—3【解析】 由发现质子的核反应方程：147N+42He →178O+11H 知，α粒子碰后径迹不再存在，分叉前径迹b 为α粒子碰前径迹.因氧核质量大，故其径迹短粗. 11H 质量小，故其径迹细长.所以a 为新核径迹，c为质子径迹.【答案】 b c a42H ｅ＋147N →11H ＋178O10.如图15—2—4所示为卢瑟福用α粒子轰击氮原子核实验的示意图，容器C 中充进_______，F 为铝箔，S 为荧光屏，M 为显微镜，通过显微镜，看到荧光屏上出现的闪光是______击中荧光屏产生的，容器中除了充入物质外，还有_______.图15—2—4【解析】 卢瑟福发现质子的核反应方程：147N+42He →178 O+11H【答案】 氮气 质子 放射性物质 ★提升能力11.现在科学家们正在设法探寻“反物质”.所谓“反物质”是由“反粒子”组成，“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和电量，但电荷的符号相反，例如正电子就是电子的“反粒子”.据此，若有反质子存在，它的质量数应为_______，元电荷的电量是1.60× 10-19 C ，则反质子的带电量为_______.【解析】 质子的质量数为1，带电量为1.6×10-19C,所以反质子的质量数为1，带电量也为1.6×10-19C,电性相反.【答案】 1 1.60×10-19 C12.铀核(23592 U)裂变生成钡（14156 Ba ）和氪（9236Kr ），已知23592 U 、14156 Ba 、9236Kr 和中子的质量分别是235.0439 u,140.9139 u,91.8973 u 和1.0087 u.（1）写出铀裂变反应方程，并计算一个铀235裂变时放出的能量；（2）我国秦山核电站功率为3×105kW ，假设铀235能够完全裂变，其中一半的核能转化为电能，以上述裂变反应来估算电站一年消耗多少铀235？【解析】 （1）23592 U ＋10n →14156 Ba+9236Kr+310n,由质能方程：ΔE ＝Δmc 2可计算出一个铀235裂变放出能量为3.2×10-11 J.（2）由21MmN ×3.2×10-11 J=Pt ,m =2.3×102 kg【答案】 （1）23592 U ＋10n →14156 Ba+9236Kr+310n3.2×10-11 J2）2.3×102 kg※13.在暗室的真空装置中做如下实验：在竖直放置的平行金属板间的匀强电场中，有一个能产生α、β、γ三种射线源，从射线源射出的一束射线垂直于电场方向射入电场，如图15—2—5所示，在与射线源距离为H 高处，水平放置两张叠放着的、涂药面朝下的印像纸(比一般纸厚且坚韧的涂有感光药的纸)，经射线照射一段时间后把两张印像纸显影.(1)上面的印像纸有几个暗斑?各是什么射线的痕迹?(2)下面的印像纸显出一串三个暗斑，试估算中间暗斑与两边暗斑的距离之比?图15—2—5(3)若在此空间再加上与电场方向垂直的匀强磁场，一次使α射线不偏转，一次使β射线不偏转，则两次所加匀强磁场的磁感应强度之比是多少?(已知：m α=4 u,m β＝18401ｕ，v α＝10c ，v β＝c ) 【解析】 (1)2个暗斑，分别是β、γ射线的痕迹，因这两种射线穿透性强.(2)由h =v 0t s ＝21at 2a =mqE所以s α∶s β＝5∶84(3)qBv =qE所以110==αββαv v B B【答案】 （1）两个暗斑；分别是β、γ射线的痕迹（2）5∶84 (3)110 章末综合讲练 ●知识网络●高考试题一、原子结构1.（2003年新课程理科综合）下面列出的是一些核反应方程3115P →3014Si+X94Be+21H →105 B+Y 42He+42He →73Li+Z其中A.X 是质子，Y 是中子，Z 是正电子B.X 是正电子，Y 是质子，Z 是中子C.X 是中子，Y 是正电子，Z 是质子D.X 是正电子，Y 是中子，Z 是质子【解析】 由核反应方程中电荷数守恒和质量数守恒可知选项D 正确.【答案】 D2.（2001年上海高考）卢瑟福原子核式结构理论的主要内容有 A.原子的中心有个核，叫原子核B.原子的正电荷均匀分布在整个原子中Ｃ.原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里 Ｄ.带负电的电子在核外绕着核旋转【解析】 卢瑟福原子核式结构理论的主要内容是：在原子的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是集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕核旋转，故B 错ACD对.【答案】 ACD 3.(2001年全国高考)按照玻尔理论，下列关于氢原子的论述正确的是A.第m 个定态和第n 个定态的轨道半径r m 和r n 之比为r m ∶r n ＝m 2∶n 2B.第m 个定态和第n 个定态的能量E m 和En 之比为E m ∶E n ＝n 2∶m 2Ｃ.电子沿某一轨道绕核运动，若其圆周运动的频率是ν，则其发光频率也是νＤ.若氢原子处于能量为E 的定态，则其发光频率为ν＝hE【解析】 由氢原子核外电子轨道半径公式：r n =n 2r 1知，r m ∶r n =m 2∶n 2，A 正确.氢原子的能量公式：E n =21hE 1,所以E m ∶E n =n 2∶m 2,B 正确，根据玻尔理论，只有核外电子发生能级跃迁时，才可能发射某一频率的光，所以CD 错.【答案】 AB4.(2002年广东、广西、河南高考）处于基态的一群氢原子受某种单色光的照射时，只发射波长为λ1、λ2、λ3的三种单色光，且λ1＞λ2＞λ3，则照射光的波长为A.λ1B.λ1+λ2+λ3C.3232λλλλ+D.2121λλλλ+【答案】 D 二、原子核5.(1999年全国高考)下列说法正确的是A.22688 Ra 衰变为22288 RU 要经过1次α衰变和1次β衰变 B.23892 U 衰变为23491 Pa 要经过1次α衰变和1次β衰变C.23290 Th 衰变为20882 Ｐb 要经过6次α衰变和4次β衰变 D.23892 U 衰变为22286 RU 要经过4次α衰变和4次β衰变。