高中生物一輪復習教案

高考物理第一輪考綱知識復習:原子原子核。

第2章原子原子核
【考綱知識梳理】
一、原子的核式結構模型
1、湯姆生的“棗糕”模型
（1）1897年湯姆生發(fā)現了電子，使人們認識到原子有復雜結構，揭開了研究原子的序幕．
(2)“棗糕”模型：原子是一個球體，正電荷均勻分布在整個球內，電子像棗糕里的棗子一樣鑲嵌在原子里．
2、盧瑟福的核式結構模型1909～1911年，英國物理學家盧琴福和他的助手們進行了α粒子散射實驗
(1)實驗裝置如圖所示：
如圖所示，用α粒子轟擊金箔，由于金原子中的帶電微粒對α粒子有庫倉力作用，一些α粒子穿過金箔后改變了運動方向，這種現象叫做α粒子散射.
熒光屏可以沿著圖中虛線轉動，用來統計向不同方向散射的粒子數目.全部設備裝在真空中.
(2)α粒子散射實驗結果：
絕大多數α粒子穿過金箔后基本上仍沿原來的方向前進，但有少數α粒子發(fā)生了較大的偏轉.，極少數偏轉角超過900，有的甚至被彈回，偏轉角幾乎達到1800．
(3)現象解釋：
認為原子中的全部正電荷和幾乎所有質量都集中到一個很小的核上，由于核很小，大部分α粒子穿過金箔時都離核很遠，受到的庫侖力很小，它們的運動幾乎不受影響.只有少數α粒子從原子核附近飛過，明顯受到原子核的庫侖力而發(fā)生大角度偏轉.
核式結構模型：在原子的中心有一個很小的核，叫做原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在原子核里，帶負電的電子在核外空間里繞著核旋轉．
原子核所帶的單位正電荷數等于核外的電子數，所以整個原子是呈電中性的．電子繞著核旋轉所需的向心力就是核對它的庫侖引力．
[說明]核式結構模型的實驗基礎是α粒子散射實驗，原子核是多么小，原子內部是多么“空”.
從α粒子散射的實驗數據，估計原子核半徑的數量級為10-14m～10-15m，而原子半徑的數量級是10-10m.
二、天然放射性現象
1．放射性現象：貝克勒耳發(fā)現天然放射現象，使人們認識到原子核也有復雜結構，揭開了人類研究原子核結構的序幕．通過對天然放射現象的研究，人們發(fā)現原子序數大于83的所有天然存在的元素都有放射性，原子序數小于83的天然存在的元素有些也具有放射性，它們放射出來的射線共有三種：α射線、β射線、γ射線．
2、三種射線的本質和特性比較
①α射線：是氦核(He)流，速度約為光速的十分之一，在空氣中射程幾厘米，貫穿本領小，電離作用強.
②β射線：是高速的電子流，速度約為光速十分之幾，穿透本領較大，能穿透幾毫米的鋁板，電離作用較弱.
③γ射線：是高能光子流，波長極短的電磁波，貫穿本領強，能穿透幾厘米鉛板，電離作用小.
[說明]放射性元素有的原子核放出α射線，有的放出β射線，多余的能量以γ光子的形式射出.
種類本質質量（u）電荷（e）速度（c）電離性貫穿性
α射線氦核4+20.1最強最弱，紙能擋住
β射線電子1/1840-10.99較強較強，穿幾mm鋁板
γ射線光子001最弱最強，穿幾cm鉛版
三種射線在勻強磁場、勻強電場、正交電場和磁場中的偏轉情況比較：

3、原子核的衰變
定義：放射性元素的原子核由于放出某種粒子而轉變?yōu)樾潞说淖兓Q為衰變.
衰變規(guī)律：電荷數和質量數都守恒.
(1)α衰變的一般方程：→＋He每發(fā)生一次α衰變，新元素與原元素相比較，核電荷數減小2，質量數減少4．
α衰變的實質：是某元素的原子核同時放出由兩個質子和兩個中子組成的粒子(即氦核)．(核內)
(2)β衰變的一般方程：→＋e．每發(fā)生一次β衰變，新元素與原元素相比較，核電荷數增加1，質量數不變．
β衰變的實質：是元素的原子核內的一個中子變成質子時放射出一個電子．(核內)，+β衰變：
(3)γ射線是伴隨α衰變或β衰變同時產生的、γ射線不改變原子核的電行數和質量數．
γ射線實質:是放射性原子核在發(fā)生α衰變或β衰變時,產生的某些新核由于具有過多的能量(核處于激發(fā)態(tài))而輻射出光子．
三、氫原子能級及氫光譜
1、氫原子能級
氫原子的能級：原子各個定態(tài)的能量值叫做原子的能級。氫原子的能級公式為，對應的軌道半徑關系式為：，其中n叫量子數，只能取正整數。n=1的狀態(tài)稱為基態(tài)，氫原子基態(tài)的能量值。量子數n越大，動能越小，勢能越大，總能量越大。
（1）能級公式：；該能量包括電子繞核運動的動能和電子與原子核組成的系統的電勢能。
（2）半徑公式：
2、氫光譜
在氫光譜中，n=2，3，4，5，……向n=1躍遷發(fā)光形成賴曼線系；n=3，4，5，6向n=2躍進遷發(fā)光形成馬爾末線系；n=4，5，6，7……向n=3躍遷發(fā)光形成帕邢線系；n=5，6，7，8……向n=4躍遷發(fā)光形成布喇開線系，其中只有馬爾末線的前4條譜線落在可見光區(qū)域內。
3、光子的吸收與發(fā)射
原子從一種定態(tài)（能量為），躍遷到另一種定態(tài)（能量為），它輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩種定態(tài)的能級差決定：即。若，則輻射光子；若，則吸收光子。
能級躍遷：
使原子發(fā)生躍遷時，入射的若是光子，光子的能量必須恰好等于兩定態(tài)能級差；若入射的是電子，電子的能量須大于或等于兩個定態(tài)的能級差。
電離：
不論是光子還是電子使元子電離，只要光子或電子的能量大于兩能級差就可以使其電離。
四、重核的裂變與輕核的聚變
1．重核的裂變（原子彈、核電站的原理）
①所謂重核即為質量數很大的原子核．裂變方程式例舉：
②重核俘獲一個中子后分裂為兩個或幾個中等質量數的原子核的反應過程叫重核的裂變。在裂變的同時，還會放出幾個中子和大量能量．
鈾235裂變時，同時放出2—3個中子，如果這些中子再引起其他鈾235核裂變，就可使裂變反應不斷地進行下去，釋放越來越多的能量，這種反應叫鏈式反應（原子彈的原理）．核反應堆是人類對核裂變能的利用。
鈾235核能夠發(fā)生接式反應的鈾塊的最小體積叫做它的臨界體積．鏈式反應條件：①純鈾235；②達到臨界體積
③核反應堆的構造：
A.核燃料——用鈾棒(含3%-4%的濃縮鈾)B．減速劑——用石墨、重水或普通水(只吸收慢中子)
C．控制棒——用鎘做成(鎘吸收中子的能力很強)D．冷卻劑——用水或液態(tài)鈉(把反應堆內的熱量傳遞出去)
E．建很厚的水泥防護層屏蔽射線，還要考慮核廢料的處理。
2．輕核的聚變（原子彈的原理）優(yōu)點：產能效率高，燃料的儲量豐富，安全清潔，廢料少易處理。
①所謂輕核是指質量數很小的原子核，如氫核、氘核等．
②某些輕核結合成質量數較大的原子核的反應過程叫做輕核的聚變，同時放出大量的能量．方程：H＋H→He＋n
輕核聚變條件：只能發(fā)生在超高溫(需要幾百萬度高溫)條件下，故輕核聚變也叫做熱核反應．
【要點名師透析】
類型一原子的結構與α粒子散射實驗
【例1】在盧瑟福的α粒子散射實驗中，有少數α粒子發(fā)生大角度偏轉，其原因是（）
A．原子的正電荷和絕大部分質量集中在一個很小的核上
B．正電荷在原子中是均勻分布的
C、原子中存在著帶負電的電子
D．原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中
解析：α粒子散射實驗中，有少數α粒子發(fā)生了較大偏轉．并且有極少數α粒子的偏轉超過了900，有的甚至被反彈回去，偏轉角達到l800，這說明了這些α粒子受到很大的庫侖力，施力體應是體積甚小的帶電實體。根據碰撞知識，我們知道只有質量非常小的輕球與質量非常大的物體發(fā)生碰撞時，較小的球才被彈回去，這說明被反彈回去的α粒子碰上了質量比它大得多的物質實體，即集中了全部質量和正電荷的原子核．答案：A
類型二能級躍遷與光纖譜線
【例2】（09全國卷Ⅱ18）氫原子的部分能級如圖所示。已知可見光的光子能量在1.62eV到3.11eV之間。由此可推知,氫原子（AD）
A.從高能級向n=1能級躍遷時了出的光的波長比可見光的短
B.從高能級向n=2能級躍遷時發(fā)出的光均為可見光
C.從高能級向n=3能級躍遷時發(fā)出的光的頻率比可見光的高
D.從n=3能級向n=2能級躍遷時發(fā)出的光為可見光
解析：本題考查玻爾的原理理論.從高能級向n=1的能級躍遷的過程中輻射出的最小光子能量為9.20ev,不在1.62eV到3.11eV之間,A正確.已知可見光子能量在1.62eV到3.11eV之間從高能級向n=2能級躍遷時發(fā)出的光的能量3.40ev，B錯.從高能級向n=3能級躍遷時發(fā)出的光的頻率只有能量大于3.11ev的光的頻率才比可見光高,C錯.從n=3到n=2的過程中釋放的光的能量等于1.89ev介于1.62到3.11之間,所以是可見光D對。
類型三核能的計算
【例3】（09山東物理38）(1)歷史上第一次利用加速器實現的核反應，是用加速后動能為0.5MeV的質子H轟擊靜止的X，生成兩個動能均為8.9MeV的He.（1MeV=1.6×-13J）
①上述核反應方程為___________。
②質量虧損為_______________kg。
解析：（1）或，。
考點：原子核
【感悟高考真題】
1．（20xx重慶1９）氫原子分能級示意圖如題19所示，不同色光的光子能量如下表所示。

色光赤橙黃綠藍—靛紫
光子能量范圍（eV）1.61~2.002.00~2.072.07~2.142.14~2.532.53~2.762.76~3.10
處于某激發(fā)態(tài)的氫原子，發(fā)射的光的譜線在可見光范圍內僅有2條，其顏色分別為
1.紅、藍靛
2.黃、綠
3.紅、紫
4.藍靛、紫
【答案】A

【解析】如果激發(fā)態(tài)的氫原子處于第二能級，能夠發(fā)出10.2eV的光子，不屬于可見光；如果激發(fā)態(tài)的氫原子處于第三能級，能夠發(fā)出12.09eV、10.2eV、1.89eV的三種光子，只有1.89eV屬于可見光；如果激發(fā)態(tài)的氫原子處于第四能級，能夠發(fā)出12.75eV、12.09eV、10.2eV、2.55eV、1.89eV、0.66eV的六種光子，1.89eV和2.55eV屬于可見光，1.89eV的光子為紅光，2.55eV的光子為藍—靛，A正確。
2.（20xx全國卷Ⅰ14）原子核經放射性衰變①變?yōu)樵雍?，繼而經放射性衰變②變?yōu)樵雍?，再經放射性衰變③變?yōu)樵雍?。放射性衰變①、②和③依次?br> A．α衰變、β衰變和β衰變B．β衰變、β衰變和α衰變
C．β衰變、α衰變和β衰變D．α衰變、β衰變和α衰變
【答案】A
【解析】,質量數少4,電荷數少2,說明①為α衰變.,質子數加1,說明②為β衰變,中子轉化成質子.,質子數加1,說明③為β衰變,中子轉化成質子.
【命題意圖與考點定位】主要考查根據原子核的衰變反應方程，應用質量數與電荷數的守恒分析解決。
3.（20xx天津2）下列關于原子和原子核的說法正確的是
A．β衰變現象說明電子是原子核的組成部分
B．波爾理論的假設之一是原子能量的量子化
C．放射性元素的半衰期隨溫度的升高而變短
D．比結合能越小表示原子核中的核子結合得越牢固
答案：B
4.（20xx天津8）用同一光管研究a、b兩種單色光產生的光電效應，得到光電流I與光電管兩極間所加電壓U的關系如圖。則這兩種光
A照射該光電管時a光使其逸出的光電子最大初動能大
B.從同種玻璃射入空氣發(fā)生全反射時，a光的臨界角大
C.通過同一裝置發(fā)生雙縫干涉，a光的相鄰條紋間距大
D.通過同一玻璃三棱鏡時，a光的偏折程度大
答案：BC
5.（20xx全國卷Ⅱ14）原子核與氘核反應生成一個α粒子和一個質子。由此可知
A．A=2，Z=1B.A=2，Z=2C.A=3，Z=3D.A=3，Z=2
【答案】D
【解析】，應用質量數與電荷數的守恒，解得，答案D。
【命題意圖與考點定位】主要考查根據原子核的聚變反應方程，應用質量數與電荷數的守恒分析解決。
6．（20xx北京15）太陽因核聚變釋放出巨大的能量，同時其質量不斷減少。太陽每秒鐘輻射出的能量約為4×1026J，根據愛因斯坦質能方程，太陽每秒鐘減少的質量最接近
A.1036kgB.1018kgC.1013kgD.109kg
【答案】D
【解析】根據愛因斯坦的質能方程，kg，D正確
7．（20xx上海物理1）盧瑟福提出了原子的核式結構模型，這一模型建立的基礎是
（A）粒子的散射實驗（B）對陰極射線的研究
（C）天然放射性現象的發(fā)現（D）質子的發(fā)現
答案：A
解析：盧瑟福根據α粒子的散射實驗結果，提出了院子的核式結構模型：原子核聚集了院子的全部正電荷和幾乎全部質量，電子在核外繞核運轉。
本題考查原子的核式結構的建立。
8.（20xx上海物理4）現已建成的核電站的能量來自于
（A）天然放射性元素衰變放出的能量（B）人工放射性同位素放出的的能量
（C）重核裂變放出的能量（D）化學反應放出的能量
【解析】C
本題考查原子核反應。難度：易。
9.（20xx上海物理4）某放射性元素經過11.4天有的原子核發(fā)生了衰變，該元素的半衰期為
（A）11.4天（B）7.6天（C）5.7天（D）3.8天
答案：D
解析：根據，，因為t=11.4day，所以=3.8day，選D。
本題考查原子核半衰期的計算。
難度：中等。
10．（20xx福建29（1））測年法是利用衰變規(guī)律對古生物進行年代測定的方法。若以橫坐標t表示時間，縱坐標m表示任意時刻的質量，為t＝0時的質量。下面四幅圖中能正確反映衰變規(guī)律的是。（填選項前的字母）

答案：C
11．（20xx江蘇物理12(C)）(1)研究光電效應電路如圖所示，用頻率相同、強度不同的光分別照射密封真空管的鈉極板（陰極K），鈉極板發(fā)射出的光電子被陽極A吸收，在電路中形成光電流。下列光電流I與AK之間的電壓的關系圖象中，正確的是.

（2）鈉金屬中的電子吸收光子的能量，從金屬表面逸出，這就是光電子。光電子從金屬表面逸出的過程中，其動量的大小___▲____(選填“增大、“減小”或“不變”)，原因是___▲____。
（3）已知氫原子處在第一、第二激發(fā)態(tài)的能級分別為-3.4eV和-1.51eV，金屬鈉的截止頻率為Hz,普朗克常量h=Js.請通過計算判斷，氫原子從第二激發(fā)態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)過程中發(fā)出的光照射金屬鈉板，能否發(fā)生光電效應。
答案：
12.（20xx新課標34(1)）用頻率為的光照射大量處于基態(tài)的氫原子，在所發(fā)射的光譜中僅能觀測到頻率分別為的三條譜線，且，則_______.(填入正確選項前的字母)
A、B、C、D、
答案：B
解析：大量氫原子躍遷時只有三個頻率的光譜，這說明是從n=3能級向低能級躍遷，根據能量守恒有，，解得：，選項B正確
13．（20xx海南物理19）(1)能量為的光子照射基態(tài)氫原子，剛好可使該原子中的電子成為自由電子．這一能稱為氫的電離能．現用一頻率為的光子從基態(tài)氫原子中擊出了一電子，該電子在遠離核以后速度的大小為_______________（用光子頻率、電子質量、氫原子的電離能和普朗克常量表示）。
【答案】
【解析】由能量守恒得，解得電子速度為。
(2)在核反應堆中，常用減速劑使快中子減速．假設減速劑的原子核質量是中子的倍．中子與原子核的每次碰撞都可看成是彈性正碰．設每次碰撞前原子核可認為是靜止的，求次碰撞后中子速率與原速率之比．
【答案】
【解析】設中子和作減速劑的物質的原子核A的質量分別為和，碰撞后速度分別為和，碰撞前后的總動量和總能量守恒，有
①
②
式中為碰撞前中子速度，由題設
③
由①②③式得，經1次碰撞后中子速率與原速率之比為
④
經N次碰撞后，中子速率與原速率之比為
⑤
【考點模擬演練】
1．科學家發(fā)現在月球上含有豐富的32He(氦3)．它是一種高效、清潔、安全的核聚變燃料，其參與的一種核聚變反應的方程式為32He＋32He―→211H＋42He.關于32He聚變下列表述正確的是
()
A．聚變反應不會釋放能量
B．聚變反應產生了新的原子核
C．聚變反應沒有質量虧損
D．目前核電站都采用32He聚變反應發(fā)電
【答案】B
【詳解】輕核聚變而生成質量較大(中等)的新核．故B正確．
2.仔細觀察氫原子的光譜,發(fā)現它只有幾條分離的不連續(xù)的亮線,其原因是()
A.氫原子只有幾個能級
B.氫原子只能發(fā)出平行光
C.氫原子有時發(fā)光,有時不發(fā)光
D.氫原子輻射的光子的能量是不連續(xù)的,所以對應的光的頻率也是不連續(xù)的
【答案】選D.
【詳解】光譜中的亮線對應不同頻率的光,“分離的不連續(xù)的亮線”對應著不同頻率的光,B、C錯.氫原子在不同的能級之間躍遷時,輻射不同能量的光子,并且滿足E=hν.能量不同,相應光子頻率不同,體現在光譜上是一些不連續(xù)的亮線,A錯誤D正確.
3.盧瑟福和他的助手做α粒子轟擊金箔實驗,獲得了重要發(fā)現:關于α粒子散射實驗的結果,下列說法正確的是()
A.證明了質子的存在
B.證明了原子核是由質子和中子組成的
C.證明了原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在一個很小的核里
D.說明了原子中的電子只能在某些軌道上運動
【答案】選C.
【詳解】α粒子散射實驗發(fā)現了原子內存在一個集中了全部正電荷和幾乎全部質量的核.數年后盧瑟福發(fā)現核內有質子并預測核內存在中子,所以C對,A、B錯.玻爾發(fā)現了電子軌道量子化,D錯.
4.下列關于放射性現象的說法中,正確的是()
A.原子核發(fā)生α衰變時,生成核與原來的原子核相比,中子數減少了4
B.原子核發(fā)生α衰變時,生成核與α粒子的總質量等于原來的原子核的質量
C.原子核發(fā)生β衰變時,生成核的質量數比原來的原子核的質量數多1
D.單質的鈾238與化合物中的鈾238的半衰期是相同的
【答案】選D.
【詳解】原子核發(fā)生α衰變時,生成核與原來的原子核相比,中子數減少了2,A錯誤;生成核與α粒子的總質量小于原來的原子核的質量,B錯誤;原子核發(fā)生β衰變時,生成核的質量數與原來的原子核的質量數相同,C錯誤;放射性元素的半衰期由原子核的內部因素決定,跟元素的化學狀態(tài)無關,所以單質的鈾238與化合物中的鈾238的半衰期是相同的,D正確.
5．(20xx河北石家莊三月)正電子發(fā)射型計算機斷層顯像(PET)的基本原理是：將放射性同位素158O注入人體，158O在人體內衰變放出的正電子與人體內的負電子相遇湮滅轉化為一對γ光子，被探測器采集后，經計算機處理生成清晰圖像．則根據PET原理判斷下列表述正確的是()
A.158O在人體內衰變方程是158O→157N＋01e
B．正、負電子湮滅方程是01e＋0－1e→2γ
C．在PET中，158O主要用途是作為示蹤原子
D．在PET中，158O主要用途是參與人體的新陳代謝
【答案】ABC
【詳解】由題意知A、B正確，顯像的原理是采集γ光子，即注入人體內的158O衰變放出正電子和人體內的負電子湮滅轉化為γ光子，因此158O主要用途是作為示蹤原子，故C對，D錯．
6．光電效應的實驗結論是：對于某種金屬
()
A．無論光強多強，只要光的頻率小于極限頻率就不能產生光電效應
B．無論光的頻率多低，只要光照時間足夠長就能產生光電效應
C．超過極限頻率的入射光強度越弱，所產生的光電子的最大初動能就越小
D．超過極限頻率的入射光頻率越高，所產生的光電子的最大初動能就越大
【答案】AD
【詳解】根據光電效應規(guī)律可知A正確，B、C錯誤．根據光電效應方程12mv2m＝hν－W，頻率ν越高，初動能就越大，D正確．
7．裂變反應是目前核能利用中常見的反應．以原子核為燃料的反應堆中，當俘獲一個慢中子后發(fā)生的裂變反應可以有多種方式，其中一種可表示為：
23592U＋10n→13954Xe＋9438Sr＋3X
235．04321.0087138.917893.9154
反應方程下方的數字是中子及有關原子核的靜止質量(以原子質量單位u為單位，取1u的質量對應的能量為9.3×102MeV，此裂變反應中
()
A．釋放出的能量是30×102MeV，X是中子
B．釋放出的能量是30MeV，X是質子
C．釋放出的能量是1.8×102MeV，X是中子
D．釋放出的能量是1.8×102MeV，X是質子
【答案】C
【結束】據核反應過程中質量數和電荷數守恒可判斷X是中子．Δm＝(235.0432＋1.0087－138.9178－93.9154－3×1.0087)u＝0.1926u，可見該反應釋放能量，釋放的能量ΔE＝0.1926×9.3×102MeV＝1.8×102MeV.故C正確．
8.(1)氫原子的核外電子由離原子核較遠的軌道躍遷到離核較近的軌道上時,下列說法中正確的是()
A.氫原子的能量增加
B.氫原子的能量減少
C.氫原子要吸收一定頻率的光子
D.氫原子要放出一定頻率的光子
(2)在氫原子光譜中，電子從較高能級躍遷到n=2能級發(fā)出的譜線屬于巴耳末線系，若一群氫原子自發(fā)躍遷時發(fā)出的譜線中只有2條屬于巴耳末線系，則這群氫原子自發(fā)躍遷時最多發(fā)出_____條不同頻率的譜線.
【答案】(1)B、D(2)6
【詳解】(1)選B、D.氫原子的核外電子離原子核越遠,氫原子的能量(包括動能和勢能)越大.當氫原子的核外電子由離原子核較遠的軌道躍遷到離核較近的軌道上時,原子的能量減少,氫原子要放出一定頻率的光子.顯然,選項B、D正確.
(2)氫原子發(fā)出的光譜線中有2條屬于巴耳末線系，說明電子是從n=4能級向低能級躍遷的，因此可發(fā)出的譜線條數為(條).
9．(20xx年濟寧模擬)根據巴耳末公式，指出氫原子光譜在可見光范圍內波長最長的兩條譜線所對應的n，它們的波長各是多少？氫原子光譜有什么特點？
【答案】6.5×10－7m4.8×10－7m不連續(xù)的線狀譜
【詳解】根據巴耳末公式1λ＝R(122－1n2)，得
當n＝3,4時氫原子發(fā)光所對應的波長最長
當n＝3時有1λ1＝1.10×107×(122－132)
解得λ1＝6.5×10－7m
當n＝4時有1λ2＝1.10×107×(122－142)
解得λ2＝4.8×10－7m.
除巴耳末系外，在紅外和紫外光區(qū)的其他譜線也都是滿足與巴耳末公式類似的關系式，即1λ＝R(1a2－1n2)．其中a分別為1,3,4，…對應不同的線系，由此可知氫原子光譜是由一系列線系組成的不連續(xù)的線狀譜．
10．原子可以從原子間的碰撞中獲得能量，從而發(fā)生能級躍遷(在碰撞中，動能損失最大的是完全非彈性碰撞)．一個具有13.6eV動能、處于基態(tài)的氫原子與另一個靜止的、也處于基態(tài)的氫原子發(fā)生對心正碰．
(1)是否可以使基態(tài)氫原子發(fā)生能級躍遷(氫原子能級如圖11所示)?
(2)若上述碰撞中可以使基態(tài)氫原子發(fā)生電離，則氫原子的初動能至少為多少？
【答案】(1)不能(2)27.2eV
【詳解】(1)設運動氫原子的速度為v0，完全非彈性碰撞后兩者的速度為v，損失的動能ΔE被基態(tài)氫原子吸收．若ΔE＝10.2eV，則基態(tài)氫原子可由n＝1躍遷到n＝2.由動量守恒和能量守恒有：
mv0＝2mv①
12mv20＝12mv2＋12mv2＋ΔE②
12mv20＝Ek③
Ek＝13.6eV④
解①②③④得，ΔE＝1212mv20＝6.8eV
因為ΔE＝6.8eV10.2eV.
所以不能使基態(tài)氫原子發(fā)生躍遷．
(2)若使基態(tài)氫原子電離，則ΔE＝13.6eV，代入①②③得Ek＝27.2eV.

延伸閱讀

高考物理第一輪導學案復習:原子和原子核

20xx屆高三物理一輪復習導學案
十八、原子和原子核（2）

【課題】原子核
【目標】
1、了解天然放射現象，知道三種射線的本質和特性，掌握核衰變的特點和規(guī)律；
2、知道原子核人工轉變的原理，了解質子、中子和放射性同位素的發(fā)現過程。
3、知道原子核的組成和核力的概念；理解核能的概念，知道獲得核能的兩種途徑。
【導入】
一、天然放射現象
1、發(fā)現過程：1896年貝克勤耳發(fā)現天然放射現象，從此，揭開了人類研究原于核結構的序幕．居里夫婦對鈾和鈾的各種礦石的研究發(fā)現了釙和鐳．之后，人們通過對天然放射現象的進一步研究，發(fā)現了原子序數大于83的所有天然存在的元素，都有放射性．原子序數小于83的天然存在的元素，有的也有放射性．放射出來的射線共有三種：α射線、β射線和γ射線．
2、三種射線的本質和特性
二、原子核的衰變
1、衰變：原子核自發(fā)地放出某種粒子而轉變?yōu)樾潞说淖兓?br> 2、衰變規(guī)律：α衰變X→Y+He；β衰變X→Y+e
3、α衰變和β衰變的實質
4、γ射線：總是伴隨α衰變或β衰變產生的，不能單獨放出γ射線．γ射線不改變原子核的電荷數和質量數．實質是元素在發(fā)生α衰變或β衰變時產生的某些新核由于具有過多的能量（核處于激發(fā)態(tài)），向低能級躍遷而輻射出光子．
5、半衰期
放射性元素的原子核有半數發(fā)生衰變需要的時間，它是大量原子核衰變的統計結果，不是一個原子發(fā)生衰變所需經歷的時間．
決定因素：由原子核內部的因素決定，與原子所處的物理狀態(tài)（如壓強、溫度等）或化學狀態(tài)（如單質或化合物）無關．
四、原子核的人工轉變：
用高能粒子轟擊靶核，產生另一種新核的反應過程，其核反應方程的一般形式為：
1、質子、中子的發(fā)現：N+He→O+H；Be+He→C+n
2、放射性同位素和正電子的發(fā)現：1934年約里奧居里夫婦用a粒子轟擊鋁核產生一種新的放射性元素，此后人們認識到放射性同位素可用人工核反應制?。?br> Al+He→P+nP→Si+e
3、探測射線的方法：
（1）威耳遜云室；（2）氣泡室；（3）蓋革計數器等（見課本P73-74）
4、放射性同位素的應用：
（1）利用它的射線；（2）做示蹤原子。（見課本P76-78）
五、核反應
某種元素的原子核變?yōu)榱硪环N元素的原子核的過程叫做核反應．常見的核反應分為衰變、人工轉變、裂變和聚變等幾種類型．
六、核力和核能
1、核力是核子之間的引力．核力與核子是否帶電無關；是一種強相互作用；也是一種近程力（當兩個核子間距r＜2×10-15m時才發(fā)生作用）．只有相鄰的核子間才有核力作用．
2、核能．克服核力做功，使原子核分解為單個核子時吸收的能量，或若干個單個核子在核力作用下結合成原子核時放出的能量，叫原子核的結合能，簡稱核能．
例如H+n→H+△E（△E=2.22MeV）
2．核能的計算
根據愛因斯坦的質能方程E=mc2或△E=△mc2
3．獲得核能的兩種途徑：
（1）重核的裂變：重核分裂成兩個（或兩個以上）中等質量核時要釋放能量，這種核反應叫裂變．
鈾核裂變的反應為：U+n→Xe+Sr+2n+217MeV
在一定條件下，如鈾塊大于臨界體積時，裂變反應是鏈式反應，會放出大量能量．原子彈爆炸是激烈的裂變反應．秦山核電站和大亞灣核電站也是利用裂變反應．
（2）輕核的聚變：輕核結合成質量較大的核的變化．
例如氘核和氚核聚合成氦核．H＋H→He＋n＋17.6MeV
【導研】
[例1]（1）如圖所示，a為未知的天然放射源，b為一張黑紙，C為水平放置的平行金屬板，板間有豎直方向較強的勻強電場，d為熒光屏，e為固定不動的顯微鏡筒．整個裝置放在真空中，實驗時，如果將電場E撤去，從顯微鏡內觀察到熒光屏上每分鐘閃爍的亮點數沒有變化．如果再將黑紙b移開，則從顯微鏡筒內觀察到的每分鐘閃爍的亮點數大為增加，由此可判定放射源a發(fā)出的射線為（）
A．β射線和γ射線B．α射線和β射線
C．α射線和γ射線D．α射線和X射線
（2）如圖,在有小孔的鉛盤中，放有能連續(xù)放出α、β、γ三種射線的放射性元素，放出的三種射線都打在孔對面屏M上的A點．要使三種射線分開，分別打在屏上的A、B、C三點（其中B到A的距離大于C到A的距離）可采取的措施是在屏與孔之間加上（）
A．重直紙面向里的勻強磁場B．垂直紙面向外的勻強磁場
C．水平向右的勻強電場D．水平向左的勻強電場

[例2]镅(Am)是一種放射性元素，在其分裂過程中，會釋放出一種新的粒子，變成镎(NP)，由于放出的這種粒子很容易被空氣阻隔，因此不會對人體構成任何的危害，火警的報警系統就是利用這種粒子作為報警的重要工具，這種粒子是（）
A．粒子B．質子C．中子D．正電子

[例3]“軌道電子俘獲”也是放射性同位素衰變的一種形式，它是指原子核（稱為母核）俘獲一個核外電子，其內部一個質子變?yōu)橹凶樱瑥亩兂梢粋€新核（稱為子核），并且放出一個中微子的過程，中微子的質量極小，不帶電，很難被探測到，人們最早是通過子核的反沖而間接證明中微子的存在的．關于一個靜止的母核發(fā)生“軌道電子俘獲”，衰變?yōu)樽雍瞬⒎懦鲋形⒆?，下面的說法中正確的是（）
A．子核的動量與中微子的動量相同B．母核的電荷數小于子核的電荷數
C．母核的質量數等于子核的質量數D．子核的動能大于中微子的動能

[例4]對下列四個方程理解正確的是()
①；②
③④
A．方程①是衰變方程，其中X是β粒子
B．方程②是裂變方程，其中X是質子，且釋放出核能
C．方程③是聚變方程，其中X是α粒子，且要吸收能量
D．方程④是人工核轉變方程，其中X是α粒子

[例5]科學家發(fā)現在月球上含有豐富的（氦3）。它是一種高效、清潔、安全的核聚變燃料其參與的一種核聚變反應的方程式為。關于聚變下列表述正確的是（）
A．聚變反應不會釋放能量B.聚變反應產生了新的原子核
C．聚變反應沒有質量虧損D.目前核電站都采用聚變反應發(fā)電
[例6]在原子物理的研究中經常用到核子平均結合能的概念，核子平均結合能是指質子、中子結合成某原子核時每個核子放出核能的平均值。下圖為核子平均結合能與原子序數Z的關系圖像．下列說法中正確的是（）
A．某原子核的核子平均結合能大，則其核子的平均質量小
B．某原子核的核子平均結合能大，則其核子的平均質量大
C．若D、E能結合成F，結合過程一定放出能量
D．若A能分裂成B、C，分裂過程一定吸收能量

【導練】
1、有關放射性元素半衰期的下列說法中正確的是（）
A．放射性元素的原子核有半數發(fā)生衰變所需的時間
B．放射性元素的原子核全部發(fā)生衰變所用的時間的一半
C．兩個原子核有一個原子核發(fā)生衰變所用的時間
D．做示蹤原子的物質盡可能選用半衰期長一些的放射性元素

2、（08重慶卷）放射性同位素釷232經α、β衰變會生成氧，其衰變方程為
，其中（）
A．x＝1，y＝3B．x＝2，y＝3C．x＝3，y＝1D．x＝3，y＝2

3、下面說法中正確的是（）
A．（釷）經過一系列的α和β衰變，成為，鉛核比釷核少12個中子
Ｂ．β衰變的實質是核內的一個中子轉化為一個質子和一個電子
Ｃ．γ射線是波長很短的電磁波，它的貫穿能力很大
Ｄ．利用γ射線的電離作用，可檢查金屬內部有無砂眼或裂紋

4、（吉林省長白縣20xx屆高三質量檢測）（1）寫出下列兩個核反應的反應方程
Al(鋁核)俘獲一個α粒子后放出一個中子.__________________________
α粒子轟擊N(氮核)放出一個質子.__________________________
（2）質量分別為m1和m2的兩個小球在光滑的水平面上分別以速度v1、v2同向運動并發(fā)生對心碰撞，碰后m2被右側的墻原速彈回，又與m1相碰，碰后兩球都靜止。求：第一次碰后m1球的速度.

高考物理第一輪復習原子結構和原子核學案

第十九章原子結構和原子核

1．本章內容可分為兩部分，即原子結構和原子核。重點內容是：氫原子的能級結構和公式；原子核的衰變和半衰期；核反應方程的書寫；結合能和質量虧損。從考試大綱可以看到全部是I級要求。
2．高考對本專題考查特點是命題熱點分散，偏重于知識的了解和記憶，多以每部分內容單獨命題，多為定性分析，“考課本”，“不回避陳題”是本專題考查的最大特點，題型多以選擇題形式出現，幾乎在每年高考中占一個小題。
3．本單元內容與現代科技相聯系的題目較多，復習時應引起高度重視。
第一課時氫原子光譜
氫原子的能級結構和公式

【教學要求】
1．了解人們對原子結構的認識過程
2．掌握α粒子散射實驗和原子核式結構的
3．理解玻爾模型的三條假設
【知識再現】
一、人們認識原子結構的思維線索
氣體放電的研究→陰極射線→發(fā)現電子（1897年，湯姆生）→湯姆生的“棗糕模型”盧瑟福的核式結構模型玻爾模型（軌道量子化模型）。
二、盧瑟福的核式結構模型
1．α粒子散射實驗
做法：用質量是電子7300倍的a粒子轟擊薄金箔。
結果：絕大多數，少數，極少數，有的甚至。
2．原子的核式結構
在原子的中心有一個很小的核，叫做原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在原子核里，帶負電的電子在核外空間里繞著核旋轉．原子核所帶的正電荷數等于核外的電子數，所以整個原子是中性的。
3．實驗數據估算：原子核大小的數量級為10-15－10-14m，原子大小的數量級為10-10m
三、玻爾的原子理論——三條假設
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)。
2．“躍遷假設”：電子繞核轉動處于定態(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hv=E2-E1。
3．“軌道量子化假設”：由于能量狀態(tài)的不連續(xù)，因此電子繞核轉動的軌道半徑也不能任意取值，必須滿足
四、氫原子能級及氫光譜
1．氫原子能級：原子各個定態(tài)對應的能量是不連續(xù)的，這些能量值叫做能級。
2．氫原子的能級圖
3．氫光譜
在氫光譜中，n=2,3,4,5,……向n=1躍遷發(fā)光形成賴曼線系；
n=3,4,5,6向n=2躍遷發(fā)光形成巴耳末線系；
n=4,5,6,7……向n=3躍遷發(fā)光形成帕邢線系；
n=5,6,7,8……向n=4躍遷發(fā)光形成布喇開線系，
其中只有巴耳末線系的前4條譜線落在可見光區(qū)域內。
知識點一原子的核式結構
盧瑟福由α粒子散射實驗提出：在原子的中心有一個很小的核，叫原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在原子核里，帶負電的電子在核外空間運動。我們把這樣的原子模型稱為“核式結構模型”。
【應用1】英國物理學家盧瑟福用α粒子轟擊金箔，發(fā)現了α粒子的散射現象。下圖中，o表示金原子核的位置，則能正確表示該實驗中經過金原子核附近的α粒子的運動軌跡的圖是（）
導示:根據庫侖定律知：離核越近的粒子受到的庫侖斥力越大，運動軌跡彎曲越厲害。又正對原子核粒子將被彈回。故正確答案選BD。
知識點二氫原子的能級、軌道公式
1．能級公式：氫原子存在一個能量最低也是最穩(wěn)定的狀態(tài)，稱為基態(tài)，其能量用E1表示；其余定態(tài)稱為激發(fā)態(tài)，能量用En表示，由玻爾理論可推出氫原子能級公式En=E1/n2即(n=1、2、……)式中n稱為能量量子數。E1=-l3.6eV。
2．半徑公式rn=n2r1式中r1，為基態(tài)半徑，又稱為玻爾半徑，r1=O.53×10-10m
【應用2】（07海南卷）氫原子第n能級的能量為En=E1/n2，其中E1是基態(tài)能量，而n=1、2、…。若一氫原子發(fā)射能量為的光子后處于比基態(tài)能量高出的激發(fā)態(tài)，則氫原子發(fā)射光子前后分別處于第幾能級？
導示:設氫原子發(fā)射光子前后分別處于第l與第m能級，則依題意有
①
②
由②式解得：m=2③
由①③式得：l=4④
氫原子發(fā)射光子前后分別處于第4與第2能級。
1、原子定態(tài)能量En是指核外電子動能及電子與核之間的靜電勢能之和；2、En是負值，這里是取電子自由態(tài)作為能量零點。
類型一氫原子的躍遷與電離問題
當原子從低能級向高能級躍遷時，要吸收一定能量的光子，當一個光子的能量滿足hγ=E末-E初時，才能被某一個原子吸收，使原子從低能級E初向高能級E末躍遷，而當光子能量hγ大于或小于E末-E初時都不能被原子吸收。當原子從高能級向低能級躍遷時，以光子的形式向外輻射能量，所輻射的光子能量恰等于發(fā)生躍遷時的兩能級間的能量差．當光子能量大于或等于l3.6eV時，也可以被氫原子吸收，使氫原子電離；當氫原子吸收的光子能量大于13.6eV時，氫原子電離后，電子具有一定的初動能。
【例1】（2007年高考理綜Ⅰ卷）用大量具有一定能量的電子轟擊大量處于基態(tài)的氫原子，觀測到了一定數目的光譜線。調高電子的能量再此進行觀測，發(fā)現光譜線的數目比原來增加了5條。用△n表示兩次觀測中最高激發(fā)態(tài)的量子數n之差，E表示調高后電子的能量。根據氫原子的能級圖可以判斷，△n和E的可能值為（）
A．△n=1，13.22eVE13.32eV
B．△n=2，13.22eVE13.32eV
C．△n=1，12.75eVE13.06eV
D．△n=2，12.75eVE13.06eV
導示:原子的躍遷公式只適用于光子和原子作用而使原子在各定態(tài)之間躍遷的情況。實物粒子與原子相互作用而使原子激發(fā)時，粒子的能量不受上述條件的限制。
本題由于是電子轟擊,存在兩種可能：第一種n=2到n=4,所以電子的能量必須滿足13.6-0.85E13.6-0.54,故D選項正確；第二種可能是n=5到n=6,電子能量必須滿足13.6-0.38E13.6-0.28,故A選項正確。
所以答案應選AD。
原子躍遷時需注意的幾個問題：（1）一群原子和一個原子：一群氫原子處于量子數為n的激發(fā)態(tài)時，可能輻射出的光譜線條數為N=Cn2=n(n-1)/2；一個氫原子處于量子數為n的激發(fā)態(tài)上時，最多可輻射出n-1條光譜線。（2）光子激發(fā)和實物粒子激發(fā)：若是在光子的作用下引起原子的躍遷，則要求光子的能量必須等于原子的某兩個能級差；若是在實物粒子的碰撞下引起原子的躍遷，則要求實物粒子的能量必須大于或等于原子的某兩個能級差。（3）直接躍遷和間接躍遷：原子從一種能量狀態(tài)躍遷到另一種能量狀態(tài)，有時可能是直接躍遷，有時是間接躍遷。兩種情況下輻射（或吸收）光子的可能性及頻率可能不同。（4）躍遷和電離。
類型二躍遷過程的能量變化問題
【例2】（07屆南京市綜合檢測題三）處于激發(fā)態(tài)的原子，如果在入射光子的作用下，可以引起其從高能態(tài)向低能態(tài)躍遷，同時在兩個能態(tài)之間的能量差以輻射光子的形式發(fā)射出去，這種輻射叫做受激輻射。原子發(fā)生受激輻射時，發(fā)出的光子的頻率、發(fā)射方向等都跟入射光子完全一樣，這樣使光得到加強，這就是激光產生的機理。那么，發(fā)生受激輻射時，產生激光的原子的總能量En、電子的電勢能Ep、電子動能Ek的變化關系是（D）
A．En減小、Ep增大、Ek增大
B．En增大、Ep減小、Ek減小
C．En減小、Ep增大、Ek減小
D．En減小、Ep減小、Ek增大
導示:由玻爾理論可知，氫原子輻射光子后，應從離核較遠的軌道躍遷到離核較近的軌道，在此躍遷過程中，電場力對電子做了正功，因而電勢能應減小。另由經典電磁理論知，電子繞核做勻速圓周運動的向心力即為氫核對電子的庫侖力：ke2/r2=mv2/r，所以Ek=mv2=ke2/2r。可見，電子運動半徑越小，其動能越大．再結合能量轉化和守恒定律，氫原子放出光子，輻射出一定的能量，所以原子的總能量減小。綜上討論，可知該題只有答案D正確。
故選D。
1．根據α粒子散射實驗，盧瑟福提出了原子的核式結構模型．圖中虛線表示原子核所形成的電場的等勢線，實線表示一個α粒子的運動軌跡．在α粒子從a運動到b、再運動到c的過程中，下列說法中正確的是（）
A．動能先增大，后減小
B．電勢能先減小，后增大
C．電場力先做負功，后做正功，總功等于零
D．加速度先變小，后變大

2．（2007年全國卷Ⅱ）氫原子在某三個相鄰能級間躍遷時，可發(fā)出三種不同波長的輻射光。已知其中的兩個波長分別為λ1和λ2，且λ1＞λ2，則另一個波長可能是（）
A．λ1＋λ2B．λ1-λ2
C．D．

3．（07廣東卷）如圖所示為氫原子的四個能級，其中E1為基態(tài)，若氫原子A處于激發(fā)態(tài)E2，氫原子B處于激發(fā)態(tài)E3，則下列說法正確的是（）
A．原子A可能輻射出3種頻率的光子
B．原子B可能輻射出3種頻率的光子
C．原子A能夠吸收原子B發(fā)出的光子并躍遷道能級E4
D．原子B能夠吸收原子A發(fā)出的光子并躍遷道能級E4

答案：1、C；2、CD；3、B。

高考物理第一輪考綱知識復習

第一章運動的描述、勻變速直線運動的研究

【高考目標導航】
考綱點擊備考指導
1.參考系、質點Ⅰ1.區(qū)分位移和路程、速度和加速度的概念及其關系，體會極限的思想方法
2.位移、速度和加速度Ⅱ2.熟練掌握勻變速直線運動的規(guī)律及其應用
3.勻變速直線運動及其公式、圖像Ⅱ
實驗一：研究勻變速直線運動3.理解圖象和圖象并能熟練應用圖象解決問題

第1節(jié)描述運動的基本概念
【考綱知識梳理】
一、參考系
1.定義：假定不動，用來做參考的物體。
2.選?。海?）參考系的選擇是任意的，一般選擇地面或相對地面靜止的物體。
（2）參考系的選擇不同，結果往往不同，即物體的運動和靜止都是相對的
二、質點
1.定義：用來代替物體的有質量的點，質點是一種理想化的物理模型。
2.條件：一個物體能否看成質點，取決于它的形狀和大小在所研究問題中是否可以忽略不計，而跟自身體積的大小、質量的多少和運動速度的大小無關?？梢暈橘|點的運動物體有以下三種情況：
（1）運動物體的大小跟它所研究的對象間的距離相比可忽略不計時,可將該物體當作質點.
（2）做平動的物體,由于物體上各個點運動的情況相同,可以選物體上任一點的運動來代表物體的運動,故平動的物體在研究其運動性質時,可將它視為質點.
（3）有轉動,但相對平動而言可以忽略時,也可以把物體視為質點.如汽車在運行時,雖然車輪有轉動,但我們關心的是車輛整體運動的快慢,故汽車可以看成質點.
三、時刻和時間間隔
1.區(qū)別：如果建立一個表示時間的一維直線系，則在這個坐標系中，時刻用點表示，時間間隔是兩個時刻之差，用線段表示。
2.聯系：時間間隔，它等于兩個時刻之差。
四、位移和路程
1.位移:表示物體位置的變化,可用由初位置指向末位置的有向線段表示.有向線段的長度表示位移的大小,有向線段的方向表示位移的方向.
2.路程:是物體運動軌跡的實際長度.路程是標量,與路徑有關.如圖所示,AB表示位移,折線ACB和弧線ADB的長度表示路程.
3.位移和路程的區(qū)別與聯系
位移路程
區(qū)別
描述質點位置變化,是從初位置指向末位置的有向線段描述質點實際運動軌跡的長度
矢量,有大小,也有方向標量,有大小,無方向
由質點的初,末位置決定,與質點運動軌跡無關既與質點的初,末位置有關,也與運動路徑有關
聯系①都是描述質點運動的空間特征
②都是過程量
③一般說來,位移的大小不大于相應的路程,只有質點做單向直線運動時,位移的大小才等于路程
五、速度和速率
1.平均速度
①定義:運動物體的位移和所用時間的比值,叫做這段位移(或時間內)的平均速度.
②表達式:v=Δx/Δt(或者寫成v=x/t).
③方向:與位移方向相同.
2.瞬時速度
①定義:運動物體經過某一位置(或在某時刻)的速度.
②大小：v=(其中Δt→0)，在x—t圖象中等于該時刻對應斜率的大小.
③方向：在x—t圖象中，如果斜率為正值，則表明某點瞬時速度的方向與規(guī)定的正方向相同.
注意:平常我們所說的速度既可能是平均速度,也可能是瞬時速度,要根據上,下文來判斷.
3.瞬時速率和平均速率
①瞬時速率:瞬時速度大小.
②平均速率:物體運動的路程與所用時間的比值.
公式:平均速率=
4.速度和速率的比較
項目速度速率
定義運動物體在某一時刻(或某一位置)的速度叫瞬時速度,簡稱速度瞬時速度的大小,叫做瞬時速率,簡稱速率
意義描述質點的運動快慢和運動方向描述質點的運動快慢,不描述運動方向
性質矢量標量
關系兩者大小總是相等
5.平均速度和平均速率的比較
項目平均速度平均速率

定義位移與時間的比值路程與時間的比值
意義粗略描述運動的快慢和方向僅表示運動快慢
性質矢量標量
關系平均速度大小一般小于平均速率,僅物體單向直線運動時,兩者大小才相等
6.平均速度與瞬時速度的比較
項目平均速度瞬時速度
區(qū)別粗略描述,對應一段時間精確描述,對應某一時刻
共同點描述物體運動的快慢和方向,都是矢量,單位都是m/s
聯系勻速直線運動中，平均速度等于瞬時速度，瞬時速度是極短時間內的平均速度

六、加速度
1.定義：速度的變化量與發(fā)生這一改變所用時間的比值
2.公式：
3.物理意義：是描述速度變化的快慢和方向的物理量
4.方向：加速度是矢量，其方向與速度變化量的方向相同
5.單位：米/秒2（m/s2）
【要點名師透析】
一、對質點的進一步理解
1.科學抽象
質點是對實際物體的科學抽象,是研究物體運動時,抓住主要因素,忽略次要因素,對實際物體進行的簡化,是一種理想化的模型,真正的質點是不存在的.
2.可看做質點的條件
一個物體能否看做質點,并非依物體自身大小來判斷,而是要看物體的大小、形狀在所討論的問題中是主要因素還是次要因素，若是次要因素,即使物體很大,也能看做質點，相反,若物體的大小、形狀是主要因素,即使物體很小,也不能看做質點.
3.質點與幾何“點”
質點是對實際物體進行科學抽象的模型,有質量,只是忽略了物體的大小和形狀；幾何中的“點”僅僅表示空間中的某一位置.
【例1】(20xx大連模擬)在下面研究的各個問題中可以被看做質點的是()
A.奧運會乒乓球男單冠軍王勵勤打出的弧旋球
B.奧運會冠軍王軍霞在萬米長跑中
C.跳水冠軍郭晶晶在跳水比賽中
D.研究一列火車通過某一路標的時間
【答案】選B.
【詳解】A、C中研究的是乒乓球的旋轉和郭晶晶的跳水動作，不能視為質點，A、C錯；B中研究的是王軍霞在萬米長跑中的快慢，可忽略其身高與擺臂動作，可看做質點，B對；研究火車通過某一路標的時間時不能不考慮它的長度，在這種情況下火車就不能視為質點，D錯，故選B.
二、參考系的應用
1.描述一個物體是否運動，決定于它相對于所選的參考系的位置是否發(fā)生變化，由于所選的參考系并不是真正靜止的，所以物體運動的描述只能是相對的。
2.描述同一運動時，若以不同的物體作為參考系，描述的結果可能不同
3.參考系的選取原則上是任意的，但是有時選運動物體作為參考系，可能會給問題的分析、求解帶來簡便，一般情況下如無說明，通常都是以地球作為參考系來研究物體的運動．
【例2】(20xx包頭模擬)關于位移和路程，下列說法正確的是()
A.質點運動的位移大小可能大于路程
B.位移和路程都是矢量
C.質點通過一段路程，位移不可能是零
D.質點運動一段時間，路程不能為零但位移可能為零
【答案】選D.
【詳解】位移是矢量，路程是標量，B錯；位移的大小不大于路程，A錯；如質點繞圓弧運動一圈回到出發(fā)點，路程不為零但位移為零，C錯D對，故選D.
三、速度、速度變化量和加速度的關系
比較項目速度加速度速度改變量
物理意義描述物體運動快慢和方向的物理量,是一狀態(tài)量描述物體速度變化快慢和方向的物理量,是一狀態(tài)量描述物體速度改變程度的物理量,是一過程量
定義式v=x/ta=或a=Δv/tΔv=vt-v0
單位m/sm/s2m/s
決定因素v的大小由x與t決定a不是由v,t,Δt來決定的，a由Δv/t的比值決定Δv由vt與v0決定，而且,也由a與t決定
方向與位移x同向，即物體運動的方向與Δv方向一致，而與v0,vt方向無關由Δv=vt-v0或Δ決定的方向

大小位移與時間的比值速度改變量與所用時間的比值Δv=vt-v0
注意：(1)加速度有瞬時加速度和平均加速度，對于勻變速運動而言，瞬時加速度等于平均加速度；而對于非勻變速運動,瞬時加速度不等于平均加速度.
(2)加速度與物體的速度及速度變化量無必然聯系，物體的速度大，速度變化量大，加速度不一定大，而物體的速度為零時，加速度可能不為零.
【例3】(20xx溫州模擬)在變速直線運動中，下面關于速度和加速度關系的說法，正確的是()
A.加速度與速度無必然聯系
B.速度減小時，加速度也一定減小
C.速度為零，加速度也一定為零
D.速度增大時，加速度也一定增大
【答案】選A.
【詳解】速度和加速度無必然聯系，A對；速度減小時，加速度也可以增大或不變，B錯；速度為零，加速度不一定為零，C錯；速度增大，加速度也可以不變或減小，D錯.
【感悟高考真題】
1.(07北京理綜18)圖示為高速攝影機拍攝到的子彈穿透蘋果瞬間的照片.該照片經放大后分析出,在曝光時間內,子彈影像前后錯開的距離約為子彈長度的1%～2%.已知子彈飛行速度約為500m/s,由此可估算出這幅照片的曝光時間最接近（）
A.10-3sB.10-6sC.10-9sD.10-12s??
答案B
解析：子彈的長度約為5cm,則曝光時間內子彈移動的距離為s=5×1%cm=0.05cm=5×10-4m,曝光時間
t=
2.(07廣東理科基礎1)下列物理量為標量的是()
A.平均速度B.加速度C.位移D.功
答案D
解析：平均速度、加速度、位移是矢量,功是標量,選項D正確.
【考點模擬演練】
1.(20xx海口模擬)跳水比賽是我國的傳統優(yōu)勢項目.在20xx年廣州亞運會的男子10米跳臺決賽中，我國運動員曹緣勇奪冠軍，在觀看運動員的比賽時，若只研究運動員的下落過程，下列說法正確的是()
A.前一半時間內位移大，后一半時間內位移小
B.前一半位移用的時間長，后一半位移用的時間短
C.為了研究運動員的技術動作，可將正在比賽的運動員視為質點
D.運動員在下落過程中，感覺水面在加速上升
【答案】選B、D.
【詳解】運動員的下落過程阻力很小，可看做是自由落體運動，故前一半時間內的位移小于后一半時間內的位移，A錯；前一半位移所用時間大于后一半位移所用時間，B對；研究運動員的技術動作時，其大小不能忽略，C錯；運動員相對水面加速下降，則水面相對運動員加速上升，D對.
2.在平直公路上行駛的汽車內，一乘客以自己的車為參考系向車外觀察，他看到的下列現象中肯定錯誤的是（）
A.與汽車同向行駛的自行車，車輪轉動正常，但自行車向后行駛
B.公路兩旁的樹因為有根扎在地里，所以是不動的
C.有一輛汽車總在自己的車前不動
D.路旁的房屋是運動的
【答案】B
【詳解】當汽車在自行車前方以大于自行車的速度行駛時，乘客觀察到自行車的車輪轉動正常，自行車向后退，故選項A是可能的.以行駛的車為參考系,公路兩旁的樹,房屋都是向后退的,故選項B錯誤,選項D正確.當另一輛汽車與乘客乘坐的車以相同的速度行駛時,乘客觀察到前面的車靜止不動,故選項C是可能的.
4.關于時間和時刻，下列說法正確的是()
A.物體在5s時指的是物體在5s末時，指的是時刻
B.物體在5s內指的是物體在4s末到5s這1s的時間
C.物體在第5s內指的是物體在4s末到5s初這1s的時間
D.第4s末和第5s初，指的是時刻
【答案】ACD
【詳解】5s時指的是5s末這一時刻；5s內指的是前5s這一段時間；第5s內指4s末到5s初這1s的時間；前1s末和后1s初是同一時刻，故第4s末和第5s初是同一時刻.
5.一物體做勻變速直線運動，某時刻速度的大小為4m/s，1s后速度的大小變?yōu)?0m/s，在這1s內該物體的（）
A.位移的大小可能小于4m
B.位移的大小可能大于10m
C.加速度的大小可能小于4m/s2
D.加速度的大小可能大于10m/s2
【答案】AD
【詳解】本題的關鍵是位移、速度和加速度的矢量性，規(guī)定初速度v0的方向為正方向，則仔細分析“做勻變速直線運動的物體，1s后速度大小變?yōu)?0m/s”這句話，可知1s后物體速度可能為10m/s，也可能是-10m/s，因而同向時反向時式中負號表示方向跟規(guī)定正方向相反.因此正確答案為A、D.
6.(20xx廣州模擬)在公路的每個路段都有交通管理部門設置的限速標志如右圖所示，這是告誡駕駛員在這一路段駕駛車輛時()
A．必須以這一規(guī)定速度行駛]
B．平均速度大小不得超過這一規(guī)定數值
C．瞬時速度大小不得超過這一規(guī)定數值
D．汽車上的速度計指示值，有時還是可以超過這一規(guī)定值的
【答案】C
【詳解】限速標志上的數值為這一路段汽車行駛的瞬時速度的最大值，汽車上的速度計指示值為汽車行駛的瞬時速度值，不能超過這一規(guī)定值，故只有C正確．
7.從水平勻速飛行的直升機上向外自由釋放一個物體，不計空氣阻力，在物體下落過程中，下列說法不正確的是()
A．從飛機上看，物體靜止
B．從飛機上看，物體始終在飛機的后方
C．從地面上看，物體做平拋運動
D．從地面上看，物體做自由落體運動
【答案】C
【詳解】本題主要考查的內容是物體的相對運動和參考系等相關知識點．由于飛機在水平方向做勻速運動，當物體自由釋放的瞬間物體具有與飛機相同的水平速度，則從飛機上看，物體始終處于飛機的正下方，選項B錯；物體在重力的作用下在豎直方向做自由落體運動，所以選項A錯誤；在地面上看物體的運動，由于具有水平方向的速度，只受重力的作用，因此物體做平拋運動，則C對D錯．
8.一個人從北京去重慶，可以乘火車，也可以乘飛機，還可以先乘火車到武漢，然后乘輪船沿長江到重慶，如圖所示，這幾種情況下：
①他的運動軌跡不一樣
②他走過的路程相同
③他的位置變動是不同的
④他的位移是相同的
以上說法正確的是()
A．①②B．③④
C．①④D．②③
【答案】C
9.如右圖所示，物體沿曲線軌跡的箭頭方向運動，AB、ABC、ABCD、ABCDE四段曲線軌跡運動所用的時間分別是：1s,2s,3s,4s．下列說法不正確的是()
]
A．物體在AB段的平均速度為1m/s
B．物體在ABC段的平均速度為52m/s
C．AB段的平均速度比ABC段的平均速度更能反映物體處于A點時的瞬時速度
D．物體在B點的速度等于AC段的平均速度
【答案】D
【詳解】v＝xt，AB段位移為1m，v＝1m/s，A說法對；同理ABC段位移為5m，平均速度為52m/s，B說法對；Δt越小，該時間內的平均速度越接近該位移內的某點瞬時速度，所以C說法對；做勻加速直線運動的物體，中間時刻的速度才等于該段位移的平均速度，D說法錯．正確選項為D.
10.(20xx九江模擬)在街頭的理發(fā)店門口，?？梢钥吹接羞@樣的標志：一個轉動的圓筒，外表有彩色螺旋斜條紋，我們感覺條紋在沿豎直方向運動，但實際上條紋在豎直方向并沒有升降，這是由于圓筒的轉動而使我們的眼睛產生的錯覺.如圖所示，假設圓筒上的條紋是圍繞圓筒的一條寬帶，相鄰兩圈條紋在沿圓筒軸線方向的距離(即螺距)為L=10cm，圓筒沿逆時針方向(從俯視方向看)，以2r/s的轉速勻速轉動，我們感覺到的升降方向和速度大小分別為()
A.向上10cm/sB.向上20cm/s
C.向下10cm/sD.向下20cm/s
【答案】選D.
【詳解】由圓筒沿逆時針方向知條紋低端由左向右移動，由于視覺暫留現象，我們感覺到右端條紋在沿豎直方向向下運動，圓筒轉動一圈，用時0.5s，感覺到條紋沿豎直方向向下運動L，因此向下運動速度為20cm/s，故選D.
11.一輛客車在某高速公路上行駛，在經過某直線路段時，司機駕車做勻速直線運動.司機發(fā)現其正要通過正前方高山懸崖下的隧道，于是鳴笛，經t1=5s后聽到回聲，聽到回聲后又行駛了t2=10s，司機第二次鳴笛，又經t3=2s后聽到回聲，請根據以上數據判斷客車是否超速行駛.(已知此高速路段最高限速為120km/h，聲音在空氣中的傳播速度為340m/s)
【答案】見解析
【詳解】設客車的速度為v1,聲音的速度為v2，第一次鳴笛時客車離隧道口的距離為L1，第二次鳴笛時客車離隧道口的距離為L2，則有
v2t1=2L1-v1t1(4分)
v2t3=2L2-v1t3(4分)
又L2=L1-v1(t2+t1)(3分)
以上三式聯立可得：
≈136km/h＞120km/h(3分)
故客車超速行駛(2分)
12.有些國家的交通管理部門為了交通安全，特別制定了死亡加速度為500g(g＝10m/s2)，以醒世人，意思是如果行車加速度超過此值，將有生命危險，那么大的加速度，一般情況下車輛是達不到的，但如果發(fā)生交通事故時，將會達到這一數值．試問：
(1)一輛以72km/h的速度行駛的貨車與一輛以54km/h行駛的摩托車相向而行發(fā)生碰撞，碰撞時間為2.1×10－3s，摩托車駕駛員是否有生命危險？
(2)為了防止碰撞，兩車的駕駛員同時緊急剎車，貨車、摩托車急剎車后到完全靜止所需時間分別為4s、3s，貨車的加速度與摩托車的加速度大小之比為多少？
(3)為避免碰撞，開始剎車時，兩車距離至少為多少？
【答案】(1)有生命危險(2)1∶1(3)62.5m
【詳解】(1)摩托車與貨車相撞瞬間，貨車的速度幾乎不變，摩托車的速度反向，大小與貨車速度相同，因此，摩托車速度的變化Δv＝72km/h－(－54km/h)＝126km/h＝35m/s
所以摩托車的加速度大小a＝ΔvΔt＝352.1×10－3m/s2＝16667m/s2＝1666.7g500g，因此摩托車駕駛員有生命危險．
(2)設貨車、摩托車的加速度大小分別為a1、a2，根據加速度定義得：a1＝Δv1Δt1，a2＝Δv2Δt2
所以a1∶a2＝Δv1Δt1∶Δv2Δt2
＝204∶153＝1∶1.
(3)x＝x1＋x2＝v12t1＋v22t2＝62.5m.

高考物理基礎知識歸納:原子核

第2課時原子核

基礎知識歸納
1.天然放射現象
(1)天然放射現象：某些物質能自發(fā)發(fā)射出人眼看不見但能使照相底片感光的射線，物質發(fā)射這種射線的性質叫做放射性.天然放射現象的發(fā)現，揭示了原子核也具有復雜結構.
(2)半衰期
放射性元素的原子核有半數發(fā)生衰變需要的時間叫半衰期.半衰期與放射性元素的多少及物理、化學狀態(tài)無關，只由核內部的因素決定，不同的元素有不同的半衰期.
三種射線的本質和特性
名稱實質射出
速度電離
作用穿透本領云室中徑跡
α射線高速
氦核流較強小紙片即
可擋住直而粗
β射線高速
電子流較弱較強(穿透幾毫
米厚的鋁板)細而彎曲
γ射線高能
光子流c更小強(穿透幾厘
米厚的鉛板)一般看不到
(3)放射性同位素的利用主要有兩個途徑：一是利用它的射線，二是作為示蹤原子.過量的放射線會對環(huán)境造成污染，對人類和自然界產生破壞作用.為了防止一些人工合成的放射性物質和天然的放射性物質對環(huán)境造成的污染，人們需要采取有效措施.
2.原子核的變化
(1)衰變：
α衰變：原子核放出α粒子.其衰變規(guī)律：
β衰變：原子核放出β粒子.其衰變規(guī)律：
γ衰變：α衰變或β衰變時形成的新核不穩(wěn)定，釋放出γ光子.
(2)人工核轉變：
(發(fā)現質子的核反應)
(人工制造放射性同位素)
(3)重核的裂變：在一定條件下(超過臨界體積)，裂變反應會連續(xù)不斷地進行下去，這就是鏈式反應.鈾235核能夠發(fā)生鏈式反應的鈾塊的最小體積叫做它的臨界體積.
核反應堆的構造：
A.核燃料——用鈾棒(含U,3%～4%的濃縮鈾).
B.減速劑——用石墨、重水或普通水(U只吸收慢中子).
C.控制棒——用鎘做成(鎘吸收中子的能力很強).
D.冷卻劑——用水或液態(tài)鈉(把反應堆內的熱量傳遞出去).
(4)輕核的聚變：
A.射到b點的一定是α射線
B.射到b點的一定是β射線
C.射到b點的一定是α射線或β射線
D.射到b點的一定是γ射線
【解析】γ射線不帶電，在電場或磁場中它都不受場的作用，只能射到a點，因此D選項不對.調整E和B的大小，即可以使帶正電的α射線沿直線前進，也可以使帶負電的β射線沿直線前進.沿直線前進的條件是電場力與洛倫茲力平衡，即qE＝qBv
已知α粒子比β粒子的速度小得多，當我們調節(jié)使α粒子沿直線前進時，速度大的β粒子向右偏轉，有可能射到b點，當我們調節(jié)使β粒子沿直線前進時，速度較小的α粒子也將會向右偏，也可能射到b點，因此C選項正確，而A、B選項都不對.
2.半衰期
【例2】(1)關于放射性元素的半衰期，下列說法正確的是()
A.是原子核質量減少一半所需的時間
B.是原子核有半數發(fā)生衰變所需的時間
C.把放射性元素放在密封的容器中，可以減慢放射性元素的半衰期
D.可以用來測定地質年代、生物年代等
(2)設鐳226的半衰期為1.6×103年，質量為100g的鐳226經過4.8×103年后，有多少克鐳發(fā)生衰變？若衰變后的鐳、變?yōu)殂U206，則此時鐳、鉛質量之比為多少？
【解析】(2)經過三個半衰期，剩余鐳的質量為
M′余＝M原(12)tT＝100×18g＝12.5g
已衰變的鐳的質量為(100－12.5)g＝87.5g
設生成鉛的質量為m，則226∶206＝87.5∶m
得m＝79.8g
所以鐳、鉛質量之比為125∶798
【答案】(1)BD(2)87.5g；125∶798
【思維提升】(1)半衰期是原子核有半數發(fā)生衰變，變成新核，并不是原子核的數量、質量減少一半.
(2)要理解半衰期公式中各物理量的含義.
【拓展2】目前，在居家裝修中經常用花崗巖、大理石等裝修材料，這些巖石都不同程度含有放射性元素，比如，有些含有鈾、釷的花崗石會釋放出放射性的惰性氣體氡，而氡會發(fā)生放射性衰變，放出α、β、γ射線，這些射線會導致細胞發(fā)生癌變及呼吸道等方面的疾病，根據有關放射性知識可知，下列說法正確的是(B)
A.氡的半衰期為3.8天，若取8個氡原子核，經7.6天后一定剩下2個氡原子核
B.β衰變所釋放的電子是原子核內的中子轉化成質子和電子所產生的
C.γ射線一般伴隨著α或β射線產生，在這三種射線，γ射線的穿透能力最強，電離能力也最強
D.發(fā)生α衰變時，生成核與原來的原子核相比，中子數減少了4

2.質量虧損與核能的計算
【例3】已知氮核質量mN＝14.00753u，氧核質量m0＝17.00454u，氦核質量mHe＝4.00387u，質子質量mH＝1.00815u，試判斷核反應：
H＋42He→O＋11H
是吸能反應，還是放能反應？能量變化多少？
【解析】先計算出質量虧損Δm，然后由1u相當于931.5MeV能量代入計算即可.
反應前總質量mN＋mHe＝18.01140u
反應后總質量mO＋mH＝18.01269u
因為反應中質量增加，所以此反應為吸能反應，所吸收能量為
ΔE＝Δmc2＝(18.01269－18.01140)×931.5MeV＝1.2MeV
【思維提升】(1)根據愛因斯坦質能方程，用核子結合成原子核時質量虧損Δm的數值乘以真空中光速的平方，即ΔE＝Δmc2.
(2)根據1原子質量單位(u)相當于931.5MeV，用核子結合成原子核時質量虧損的原子質量單位數乘以931.5MeV，即ΔE＝Δm×931.5MeV.
【拓展3】一個靜止的23292U(原子質量為232.0372u)，放出一個α粒子(原子質量為4.00260u)后，衰變成22890Th(原子質量為228.0287u).假設放出的核能完全變成Th核和α粒子的動能，試計算α粒子的動能.
【解析】反應中產生的質量虧損
Δm＝mU－(mTh＋mα)＝0.0059u
反應中釋放的核能
ΔE＝Δm×931.5MeV＝5.5MeV
在U核衰變過程中動量守恒、能量守恒，則
0＝mαvα－mThvTh
ΔE＝12mαv2α＋12mThv2Th
解以上兩式得
ΔE＝(mαvα)22mα＋(mThvTh)22mTh
＝(mαvα)2(mTh＋mα)2mαmTh
則α粒子的動能
Eα＝12mαv2α
＝mThmTh＋mαΔE
＝228228＋4×5.5MeV
＝5.41MeV