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1、 6 / 5 最新滬科版高中物理選修（3-5）第4章《從原子核到夸克》章末總 結(jié)學(xué)案 卻理知識體系用建內(nèi)容州蓄 網(wǎng)絡(luò)［構(gòu)建區(qū) 從原子核到夸克 「 質(zhì)子 f原子核的組成：核子 { 中子 三種射線： 曲線、謝線、曲線 ‘謨變AX- A-2Y +2He 衰變法則， .限變AX一 Z4A1Y+ - De 衰變規(guī)律：質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒 定義 半衰期.人… 放射現(xiàn)象 決定因素 ■u 計數(shù)器 探測射線的方法，云室 、乳膠照相 r 例用它的射線 1應(yīng)用? 放射性的應(yīng)用和防護《 肝為示蹤原子 I 〔防護 粒子物理與宇宙的起源 專題?整合區(qū) 歸輛同堂專

2、獨熟場解魏技巧 一、識記物理學(xué)史 近代核物理的探索和發(fā)現(xiàn)從根本上把人們對物質(zhì)世界的認識推進到了微觀領(lǐng)域.因此對物 理學(xué)史的考查也常從這里開始 ，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 高考考查的重點和熱點. 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)］一原子可以再分一湯姆生一棗糕”式原子模型. 2 .盧瑟福 （1）啦子散射實驗［第二大發(fā)現(xiàn)］一否定了湯姆生原子模型 一盧瑟福原子模型（核式Z構(gòu)）一打 開原子物理大門，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)粒子轟擊氮原子核一發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子［第三大發(fā)現(xiàn)］. 3 .玻爾 (1)核外

3、電子繞核運動. (2)原子光譜不連續(xù) 一玻爾原子模型(能量量子化，能級躍遷假設(shè)，軌道量子化)［第四大發(fā)現(xiàn)］一 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)］一原子核有復(fù)雜結(jié)構(gòu). "a射線一 a粒子流一氯原子核一高電離本領(lǐng) 5 31寸線一高速電子流一電離本領(lǐng)較 凝子弱 I得寸線一高能量光子一高穿透本領(lǐng) 【例1】下列說法中正確的是( ) 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a粒子散射實驗中發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子 C.查德威克在原子核人工轉(zhuǎn)變的實驗中發(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) 解析 盧瑟福在a粒子散射實驗中提

4、出原子的核式結(jié)構(gòu)模型 ，所以A、B錯.據(jù)物理學(xué)史可 知C、D正確. 答案 CD 二、半衰期及衰變次數(shù)的計算 1.半衰期：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變需要的時間. 1 1 計算公式：N = N0(2)n 或 m= m0(2)n, 其中n=t為半衰期. T 2.確定衰變次數(shù)的方法 (1)AX- A：" Y + n2He + m — 0e 根據(jù)質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒得 Z = Z+2n—m A = A44n 二式聯(lián)立求解得 a衰變次數(shù)n,娘變次數(shù)m. (2)根據(jù)a衰變和3衰變(晾變質(zhì)量數(shù)不變)直接求解. 圖1 【例2】放射性元素238U衰變有多種可能途徑，其中一種

5、途徑是先變成 2830Bi,而2830Bi可以經(jīng) 一次衰變變成21aX(X代表某種元素，也可以經(jīng)一次衰變變成 81Tl,21aX和81Tl最后都變成 206Pb,衰變路徑如圖1所示.則( ) A. a=82,b=211 B.28l3)Bi -21GX 是 3衰變，230Bi —811Tl 是“衰變 C.2830Bi 一21aX 是“衰變，230Bi —811Tl 是 3衰變 D.81Tl經(jīng)過一次 a衰變變成2005Pb 解析 由28GDBi -210X,質(zhì)量數(shù)不變，說明發(fā)生的是 3衰變,同時知a= 84. 由2830Bi―81T1是核電荷數(shù)減 2,說明發(fā)生的是 “衰變，同時知b=

6、 206，由206T1 —2825Pb發(fā)生了 一次3衰變.故選B. 答案 B 三、原子核物理與動量、能量相結(jié)合的綜合問題 1 .核反應(yīng)過程中滿足四個守恒：質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒、動量守恒、能量守恒. 2 .核反應(yīng)過程若在磁場中發(fā)生，粒子在勻強磁場中可能做勻速圓周運動 ，衰變后的新核和放 出的粒子(啦子、3粒子)形成外切圓或內(nèi)切圓. 【例3】足夠強的勻強磁場中有一個原來靜止的氫核 22286Rn,它放射出一個 a粒子后變?yōu)镻o 核.假設(shè)放出的 a粒子運動方向與磁場方向垂直 ，求： (1)溫子與Po核在勻強磁場中的軌跡圓的半徑之比 ，并定性畫出它們在磁場中運動軌跡的 示意圖.

7、 (2)粒子與Po核兩次相遇的時間間隔與 a粒子運動周期的關(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磁場中垂直磁場方向發(fā)生 3衰變，則3粒子和反沖核在磁場中運 動軌跡的示意圖與上述 a衰變運動軌跡示意圖有何不同？ X X X X X 甲 解析 (1)氫核經(jīng)a衰變的核反應(yīng)方程為22286Rn^ 21884Po+ 2He, 衰變的過程極短，故系統(tǒng)動量守恒.設(shè) a粒子速度方向為正，則由動量守恒定律得：0=ma V a 一mPovPo, 即 ma v k mPovPo a粒子與反沖核在勻強磁場中 ，洛倫茲力提供其做勻速圓周運動的向心力 ，即qvB = m,,r

8、= mv 1 一oc- qB q, ,,r a qPo 84 42 T a ma qPo 4_ 84 TP。一mPo q-218 2 故有=0 “= "2"=彳,示息圖如圖甲所示? ilo q a n i 化)它們在磁場中運動的周期T=2工L2詈區(qū)m，它們的周期之比為 v qB q 84 109 即109Ta=84TPo,這樣，啦子轉(zhuǎn)109圈,Po核轉(zhuǎn)84圈,兩者才相遇.所以 a粒子與Po核兩次 相遇的時間間隔 A釬109T a . 乙 (3)若放射性元素在勻強磁場中垂直磁場方向發(fā)生 3衰變，則3粒子和反沖衰變過程仍符合動 量守恒定律，它們也在洛倫茲力作用下做勻速圓

9、周運動 ，但由于3粒子帶負電，反沖核帶正電， 衰變時它們兩個運動方向相反，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3 粒子的軌跡半徑大于反沖核的軌跡半徑 ，其運動軌跡的示意圖如圖乙所示. 答案 （1）42 ： 1見解析圖 （2） A* 109T” （3）見解析圖 檢測學(xué)習(xí)效果 驚舲成功快樂 自我?檢測區(qū) 1 . 一塊含鈾的礦石質(zhì)量為 M,其中鈾元素的質(zhì)量為 m.那么下列說法中正確的是（ ） A. B. C. D. 經(jīng)過兩個半衰期后 經(jīng)過兩個半衰期后 經(jīng)過三個半衰期后 經(jīng)過一個半衰期后 ,這塊礦石中基本不再含有鈾了 ，原來所含的鈾元素的原子核有 m/4發(fā)

10、生了衰變 ，其中鈾元素的質(zhì)量還剩 m/8 ,該礦石的質(zhì)量剩下 M/2 答案 C 解析經(jīng)過兩個半衰期后，鈾元素的質(zhì)量還剩 m/4,A、B項均錯誤；經(jīng)過三個半衰期后，鈾元 素還剩m/8,C項正確；鈾衰變后，鈾核變成了新的原子核，故D項錯誤. 2 .科學(xué)家經(jīng)過實驗發(fā)現(xiàn) “粒子（氨核）、p（質(zhì)子）及n（中子）這3種粒子中，中子的穿透能力最 強,質(zhì)子次之，a粒子最弱.某同學(xué)對影響粒子穿透能力的因素提出了如下假設(shè) ，合理的假設(shè)是 （ ） A.穿透能力一定與粒子是否帶電有關(guān) B.穿透能力可能與粒子質(zhì)量大小有關(guān) C.穿透能力一定與粒子所帶電荷量有關(guān) D.穿透能力一定與質(zhì)量大小無關(guān) ，與粒

11、子是否帶電和所帶電荷量有關(guān) 答案 ABC 解析 從題中所給條件來看，0a子和質(zhì)子都帶電，并且a粒子帶電多于質(zhì)子，其穿透能力是中 子、質(zhì)子、a粒子依次減弱，故穿透能力一定與帶電荷量有關(guān) ，而質(zhì)子和中子的質(zhì)量接近，但穿 透能力不同，故穿透能力可能與質(zhì)量無關(guān)，也可能與質(zhì)量有關(guān)，故選A、B、C. 翔U—燦j①口冢 可 ATI 一器 Ph 圖2 3.2928U放射性衰變有多種可能途徑 ，其中一種途徑是先變成 230Bi,而230Bi可以經(jīng)一次①衰 變變成2iaX（X代表某種元素，也可以經(jīng)一次②衰變變成 81Tl,21QX和81T1最后都變成2826Pb, 衰變路徑如圖2所示.則圖中的

12、（ ） A. a=84,b=206 B.①是3衰變，放出電子，電子是由中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子時產(chǎn)生的 C.②是3衰變，放出電子，電子是由中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子時產(chǎn)生的 D.2928U經(jīng)過10次3衰變，8次“衰變可變成2006Pb 答案 AB 解析 ①是3衰變，②是a衰變，因此a= 84,b=206,2928U經(jīng)過10次3衰變和8次a衰變可變 成質(zhì)量數(shù)為206，電荷數(shù)為86的元素. 4 .完成衰變方程：2934Thf 234Pa+,29（4Th衰變?yōu)?34Pa的半衰期是 1.2 min,則64 g 2354Th經(jīng)過6 min還有 g尚未衰變. 答案 —1e 2 解析 由 m = m0（2）：

13、得 m = 64 x（1）12 g=2 g. 5 .靜止的鐳核（286Ra）發(fā)生a衰變生成氫核（醒Rn）,如果衰變中放出的能量都轉(zhuǎn)化為 a粒子 和氫核的動能，則: (1)寫出衰變方程； (2)求a粒子與氫核的動能之比； ，畫出軌跡示意圖，并計算軌道半徑之 (3)若a粒子與氫核的運動方向與勻強磁場的方向垂直 I匕. 答案 111 (2)三 解析 (1)2886Ra 222Rn+2He 一 ,一 43 (3)見解析圖 433 (1)衰變方程為：2286R/ 222Rn + 2He. (2)衰變時動量守恒: mia 7 k mRnvRn =0,得 V a vRn mRn ma Ek a EkRn mRn ma 222 111 4 — 2 . 1 因為Ek = 2mv2,所以 ,所以軌道半徑~ =戕，但衰變時放出 ，則它們在勻強磁場中做圓周運動的軌跡是 Ra _qRn_43 RRn= q a = 1 . (3)因為它們在勻強磁場中的運動方向與磁場方向垂直 的a粒子與氫原子核都帶正電荷，且動量大小相等 一對外切圓(如圖所示，軌道半徑和粒子所帶電荷量成反比: