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高考物理第一轮精编复习资料005

高考物理第一轮精编复习资料005

分类:高三物理教案   更新:2013/1/26   来源:网友提供

高考物理第一轮精编复习资料005

(三)原子物理知识网络考点预测近代物理部分相对独立,主干知识是原子的量子化结构和核能,复习时要围绕玻尔理论、衰变规律和爱因斯坦质能方程等重点知识进行.模块内的综合主要是近代物理知识与动量守恒定律的综合.利用碰撞探究微观粒子的规律是高能物理常用的研究手段,如α粒子散射实验.α粒子与氮、铍、铝的碰撞分别

(三)原 子 物 理
知识网络
 
考点预测
近代物理部分相对独立,主干知识是原子的量子化结构和核能,复习时要围绕玻尔理论、衰变规律和爱因斯坦质能方程等重点知识进行.模块内的综合主要是近代物理知识与动量守恒定律的综合.利用碰撞探究微观粒子的规律是高能物理常用的研究手段,如α粒子散射实验.α粒子与氮、铍、铝的碰撞分别发现了质子、中子和放射性同位素,加速器、对撞机等都是研究核物理的常用工具.
近年近代物理试题中出现不少中学教材中没有的新知识背景,如“超重元素”、“双电荷交换反应”、俄歇效应、原子内层空位产生的内转换机制、μ氢原子等.在训练学生读题时,要引导他们尽力将新情境中的问题与已学过的知识联系起来,在学习心理学中,就是“图式”的“同化”与“顺应”的过程,这类问题其实是“新瓶装旧酒”,还是考查课本上的知识点,只是对学生的能力要求提高了,要真正理解才能变通.
“联系实际,联系生活,联系高科技”已成为高考命题的趋势,考查内容体现时代气息,用新名词包装的试题增加.试题越来越重视知识的联系,体现学科的综合性.
要点归纳
一、原子的核式结构
卢瑟福根据α粒子散射实验观察到的实验现象推断出了原子的核式结构.α粒子散射实验的现象是:①绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进;②极少数α粒子则发生了较大的偏转甚至返回.注意,核式结构并没有指出原子核的组成.
二、波尔原子模型
玻尔理论的主要内容: 
1.“定态假设”:原子只能处于一系列不连续的能量状态中,在这些状态中,电子虽做变速运动,但并不向外辐射电磁波,这样的相对稳定的状态称为定态.
定态假设实际上只是给经典的电磁理论限制了适用范围:原子中的电子绕核转动处于定态时不受该理论的制约.
2.“跃迁假设”:电子绕核转动处于定态时不辐射电磁波,但电子在两个不同定态间发生跃迁时,却要辐射(吸收)电磁波(光子),其频率由两个定态的能量差值决定hν=Em-En.
3.“能量量子化假设”和“轨道量子化假设”:由于能量状态的不连续,因此电子绕核转动的轨道半径也不能任意取值.
三、原子核的衰变及三种射线的性质
1.α衰变与β衰变方程
α衰变: → +
β衰变: → +
2.α和β衰变次数的确定方法
先由质量数确定α衰变的次数,再由核电荷数守恒确定β衰变的次数.
3.半衰期(T):放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间.
4.特征:只由核本身的因素所决定,而与原子所处的物理状态或化学状态无关.
5.规律:N=N0 .
6.三种射线
射线 α射线 β射线 γ射线
物质微粒 氦核 
电子
光子γ
带电情况 带正电(2e) 带负电(-e) 不带电
速度 约为110c
接近c c
贯穿本领 小(空气中飞行几厘米) 中(穿透几毫米厚的铝板) 大(穿透几厘米厚的铅板)
电离作用 强 次 弱
四、核能
1.爱因斯坦质能方程:E=mc2.
2.核能的计算
(1)若Δm以千克为单位,则:
ΔE=Δmc2.
(2)若Δm以原子的质量单位u为单位,则:
ΔE=Δm×931.5 MeV.
3.核能的获取途径
(1)重核裂变:例如   + → + +10
(2)轻核聚变:例如  + → +
聚变的条件:物质应达到超高温(几百万度以上)状态,故聚变反应亦称热核反应.
热点、重点、难点
一、玻尔模型能级概念
●例1 氢原子的能级如图6-10 所示,已知可见光的光子能量范围约为1.62 eV~3.11 eV,下列说法错误的是(  )
 
图6-10
A.处于n=3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线,并发生电离
B.大量氢原子从高能级向n=3能级跃迁时,发出的光具有显著的热效应
C.大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时,可能发出6种不同频率的光
D.大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时,可能发出3种不同频率的可见光
【解析】处于n=3能级的氢原子吸收光子而发生电离的最小能量是1.51 eV,又因紫外线的频率大于可见光的频率,所以紫外线的光子能量E≥3.11 eV,故A正确.
由能级跃迁理论知,氢原子由高能级向n=3能级跃迁时,发出光子的能量E≤1.51 eV,所以发出光子能量小于可见光的光子能量.由E=hν知,发出光子频率小于可见光的光子频率,发出光子为红外线,具有较强的热效应,故B正确.
由能级跃迁理论知,n=4能级的氢原子向低能级跃迁时,最多可发出6种频率的光子,故C正确.
由能级跃迁理论知,大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时,发出光子的能量分别为: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跃迁时发出的2种频率的光子属于可见光,故D错误.
[答案] D
【点评】①原子由定态n(n≥2)向低能级跃迁时可能辐射的光子频率的种类为(n-1)n2.
②原子跃迁时,所吸收或释放的光子能量只能等于两能级之间的能量差.
③原子电离时,所吸收的能量可以大于或等于某一能级能量的绝对值.
④计算时应注意:因一般取 ∞ 远处为零电势参考面,故各能级的能量值均为负值;能量单位 1 eV=1.6×10-19 J.
二、考查衰变、裂变、聚变以及人工转变概念
●例2 现有三个核反应:
① → +____; ② + → + +____;③ + → +____.
完成上述核反应方程,并判断下列说法正确的是(  )
A.①是裂变,②是β衰变,③是聚变
B.①是聚变,②是裂变,③是β衰变
C.①是β衰变,②是裂变,③是聚变
D.①是β衰变,②是聚变,③是裂变
[答案] ①  ②3  ③  C
【点评】①原子核自发地放出某种粒子成为新的原子核,叫做衰变;原子序数较大的重核分裂成原子序数较小的原子核,叫做重核裂变;原子序数很小的原子核聚合成原子序数较大的原子核,叫做轻核聚变.
②所有核反应都遵循质量数和电荷数守恒的规律,情况复杂时可列方程组求解.
三、核能和质量亏损
●例3 某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论,其中的两个核反应方程为
 + → +Q1   + → +X+Q2
方程中Q1、Q2表示释放的能量,相关的原子核质量见下表:
原子核  

质量/u 1.0078 3.0160 4.0026 12.0000 13.0057 15.0001
下列判断正确的是[2009年高考•重庆理综卷](  )
A.X是 ,Q2>Q1
B.X是 ,Q2>Q1
C.X是 ,Q2<Q1
D.X是 ,Q2<Q1
【解析】核反应方程: + → 中的质量亏损为:
Δm1=1.0078 u+12.0000 u-13.0057 u=0.0021 u
根据电荷数守恒、质量数守恒可知:
 + → +
其质量亏损为:Δm2=1.0078 u+15.0001 u-12.0000 u-4.0026 u=0.0053 u
根据爱因斯坦质能方程得:Q1=Δm1c2,Q2=Δm2c2
故Q1<Q2.
[答案] B
【点评】要注意u为质量单位,并不是能量单位,其中1 u=1.6606×10-27 kg,1 uc2=931.5 MeV.
四、近代物理中的前沿科技问题
近几年来,高考试题中STS(科学•技术•社会)问题(如反物质、中微子、介子、夸克、弗兰克-赫兹实验等)占有较大的比例,出现了以科技前沿为背景的信息题.解决这类试题的关键在于:认真阅读题目、理解题意,捕获有效信息、删除干扰信息;仔细分析问题所描述的物理状态或物理过程,并从中建立起相应的物理模型;最后运用相关的物理规律求解.
●例4 K-介子的衰变方程为K-→π-+π0,其中K-介子和π-介子所带电荷量为元电荷e,π0介子不带电.如图6-11所示,两匀强磁场方向相同,以虚线MN为理想边界,磁感应强度分别为B1、B2.今有一个K-介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场B1中,其轨迹为圆弧AP,P在MN上,K-在P点时的速度为v,方向与MN垂直.在P点该介子发生了上述衰变,衰变后产生的π-介子沿速度v的反方向射出,其运动轨迹如“心”形图线所示.则以下说法正确的是(  )
 
图6-11
A.π-介子的运行轨迹为PENCMDP
B.π-介子运行一周回到P用的时间T=2πmB2e
C.B1=4B2
D.π0介子做匀速直线运动
【解析】由题意可知,K-介子衰变为π-介子和π0介子后,π-介子沿速度v的反方向射出,而π-介子带负电,根据左手定则可以判断,π-介子的运行轨迹为PDMCNEP,则选项A错误;设π-介子在左右两侧磁场中做匀速圆周运动的半径分别为R1和R2,运动周期分别为T1和T2,由图可知:R1R2=12,又R1=mveB1、R2=mveB2,则B1=2B2,即选项C错误;而T1=2πmeB1,T2=2πmeB2,则π-介子运行一周回到P所用的时间T= T12+T22+T12= T1+T22=2πmeB2,即选项B正确;π0介子由于不带电而不受洛伦兹力作用,它将做匀速直线运动,即选项D正确.综上所述,选项B、D正确.
[答案] BD
【点评】本题涉及匀速圆周运动、线速度、角速度、周期、向心力、洛伦兹力、左手定则、牛顿第二定律等知识点,考查学生对上述知识的理解和掌握程度,以及分析、推理的能力和信息处理的能力.解决本题的关键在于:先利用左手定则判断π-介子的运行轨迹,再运用洛伦兹力、牛顿第二定律等知识分析求解.
★同类拓展 2006年3月24日,由中国自行研究、设计的世界上第一个全超导非圆截面托卡马克EAST核聚变实验装置(又称“人造太阳”),如图6-12所示,已成功完成首次工作调试.由于它和太阳产生能量的原理相同,都是热核聚变反应,所以被外界称为“人造太阳”.“人造太阳”的原理就是在这台装置的真空室内加入少量氢的同位素氘和氚,使其在一定条件下发生聚变反应,反应过程中会产生巨大的能量.核聚变的主要原料是氘和氚,在海水中含量极其丰富.则下列说法中错误的是(  )
 
图6-12
A.“人造太阳”的核反应方程是 + → +
B.“人造太阳”的核反应方程是  + → + +3
C.“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是ΔE=Δmc2
D.与这种热核聚变比较,核裂变反应堆产生的废物具有放射性
【解析】“人造太阳”中的核反应为轻核的聚变,故A正确、B错误.核反应释放的能量都遵循质能方程ΔE=Δmc2,C正确.聚变方程产生的 不具有放射性,而裂变反应产生的废物会衰变放出α或β射线,D正确.
[答案] B

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