高三物理第二轮复习资料10：原子物理
原子物理
一、考纲要求
1.天然放射现象，α、β、γ射线。半衰期。 A
2.原子核的人工转变、质子的发现、中子的发现、原子核的组成、核反应方程、放射性同位素及其应用。A
3.放射性污染和防护。A
4.核能、质量亏损，爱因斯坦的质能方程。B
5.核反应性、核电站。A
6.重核的裂变、链式反应、轻核的聚变。A
7.可控热核反应。A
说明：不要求计算有关半衰期的问题。
二、知识结构
原子核分为两个部分去研究：
1.认识：天然放射现象、质子的发现、中子的发现。
2.对于核反应：一是分清核反应类型：放射性元素衰变、原子核人工转变、裂变、聚变。二是理解二个概念：核力、核能。三是会计算质量亏损，会用ΔE＝Δmc2计算结合能。
三、知识点、能力点提示
1.天然放射现象
原子序数大于83的所有天然存在的元素的原子核都不稳定，能自发地变为别种元素的原子核，同时放出射线。
(1)三种射线的比较。
α射线：氢原子核(4
2He)，它的电离本领很强，贯穿本领很小，v≈
10
c
；
β射线：高速电子流(0
1-
e)它的电离本领较强，贯穿本领很强；
γ射线：波长极短的电磁波，它的电离本领很弱，贯穿本领最强。
(2)衰变规律。
α衰变：A
Z X→4
2
-
-
A
z
Y+4
2
He
β衰变：A
Z X→A
Z1+
Y+0
1-
e
(3)衰变快慢描述(半衰期)
放射线元素的原子核有半数发生衰变需要的时间，半衰期与元素所处的物理、化学状态无关。
2.原子核的人工转变、原子核的组成
原子核的人工转变是原子核在其它粒子作用下转变成另一种原子核的变化。
(1)质子的发现(卢瑟福)14
7N+4
2
He →17
8
O+1
1
H
(2)中子的发现(查德威克)9
4Be+4
2
He→12
6
C+1
n
(3)原子核的组成：由质子和中子组成。核电荷数＝质子数、质量数＝质子数+中子数。原子
核反应遵守质量数和电荷数守恒。
(4)放射性同位素：人工放射性的发现：27
13Al+4
2
He→30
15
P+1
n而30
15
P→30
14
Si+0
1
e(正电子)，应
用：利用它的射线，作为示踪原子。
3.核能、重核的裂变和轻核的聚变。
(1)核力、核能。质量亏损、爱因斯坦的质能方程。
(2)重核的裂变和轻核的聚变：二者是释放核能的二种方法。
(3)聚变产生的条件是：温度达到几百万度以上，所以聚变又叫热核反应。
4.本章应将动量守恒、圆运动等知识与磁场力、核衰变规律综合起来，来进一步提高学生解决问题能力。
5.在认识核子结合为核、核发裂为核子过程中的质量变化、能量变化后，应将两个守恒定律与质能方程综合起来形成定量计算。
四、能力训练
1.天然放射现象的发现揭示了( )
A.原子不可再分
B.原子的核式结构
C.原子核还可再分
D.原子核由质子和中子组成
(知识点：考查天然放射现象。能力培养：理解能力。)
2.下列说法正确的是( )
A.226
88Ra衰变为222
86
Rn要经过1次α衰变和1次β衰变。
B.238
92U衰变为234
91
Pa要经过1次α衰变和1次β衰变。
C.232
90Th衰变为208
82
Pb要经过6次α衰变和4次β衰变。
D. 238
92U衰变为222
86
Rn要经过4次α衰变和4次β衰变。
(知识点：衰变规律。能力培养：理解能力、推理能力、分析综合能力。)
3.以下几个原子核反应中，X代表α粒子的反应式是：( )
A.4
2He+9
4
Be→12
6
C+X B.234
90
Th→234
91
Pa+X
C.2
1H+3
1
H→1
n+X D.30
15
P→30
14
Si+X
(知识点：考查原子核反应遵循的两个原则。〓能力培养：理解能力。)
4.下图为查德威克实验示意图，由于天然放射性元素针(Po)放出的α射线轰击铍时会产生粒子流A，用粒子流A轰击石昔时会打出粒子流B，经研究知道：( )
A.A为中子，B为质子。
B.A为质子，B为中子。
C.A为γ射线，B为中子。
D.A为中子，B为γ射线。
(知识点：考查原子核的人工转变(发现中子的过程)。能力培养：推理能力、实验能力。)
5.关于核力，下列说法中正确的是：( )
A.核力是一种特殊的万有引力
B.原子核由任意两个核子内部有核力作用
C.核力是原子核所稳定存在的原因
D.核力是一种短程强作用力
(知识点：核力。能力培养：理解能力。)
6.卢瑟福用α粒子轰击氮核的实验中，所拍摄几万张云室照片中的一
张，如右图，图中的径迹产生了分叉，关于分叉径迹的下列说法中正
确的是：( )
A.AO是氮原子核被碰后的径迹
B.AO是轰击氮核前α粒子的径迹
C.OB是质子的径迹而OC是新核的径迹
D.OB是质子的径迹而OC是中子的径迹
(知识点：人工核反应。能力培养：理解能力、实验能力、推理能力。)
7.关于α粒子轰击氮核的实验装置的几组答案中，最为完整而正确的是：( )
A.容器、放射性物质、铝箔、荧光屏
B.容器、放射性物质、金箔、荧光屏、显微镜和阀门
C.容器，α粒子源、铝箔、荧光屏、显微镜和照相底片
D.容器、α粒子源、铝箔、荧光屏、显微镜、阀门和氮气源
(知识点：人工核反应。能力培养：理解能力、实验能力。)
8.用α粒子轰击铍时得到原子核12
C，同时放出一种射线，关于这种射线的说法与事实不相
6
符的是：( )
A.它来自原子核
B.它能穿透十几厘米厚的铅板
C.它在磁场中运动时不发生偏转
D.它是一种带电的粒子流
(知识点：考查射线的性质。能力培养：理解能力。)
9.对于一种元素的几种同位素来说，它们的：( )
A.中子数一定相同，质子数不一定相同
B.质子数一定相同，中子数不一定相同
C.质子数一定相同，质量数不一定相同
D.化学性质一定相同
(知识点：同位素。能力培养：理解能力。)
10.关于质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3，并且1个质子和一个中子可以结合为1个氘核，则下列关于氘核结合能的判断中正确的是：( )
A.(m1+m2)C2
B.m3C2
C.(m1+m2-m3)C2
D.(m3-m2-m1)C2
(知识点：结合能的计算。能力培养：理解能力，推理能力。)
11.单个质子和中子的质量分别为m H和m n，某种元素的一个原子核b
Z的质量为m，则该元素
a
原子核的结合能为：( )
A.［am H+(b-a)m n-m］C2
B.［m-am H-(b-a)m n］C2
C.［am H +(b-a)m H ］C 2
D.(m H +m n -m)C 2
(知识点：结合能的计算。能力培养：理解能力、推理能力、应用数学处理物理问题能力。)
12.重核裂变和轻核聚变是人们利用原子能的两种主要途径，下列关于它们的说法中正确的 是：( )
A.裂变过程质量增大，聚变过程质量亏损
B.聚变过程质量增大，裂变过程质量亏损
C.聚变和裂变过程都有质量亏损
D.聚变和裂变过程都有质量增加
(知识点：裂变、聚变。能力培养：理解能力、推理能力。)
13.若元素A 的半衰期为4天，元素B 的半衰期为5天，相同质量的A 和B ，经过20天后剩下的质 量之比m A ∶m B 。
(知识点：半衰期。能力培养：理解能力、分析综合能力。)
14.一个质子和一个中子结合成一个氘核，核反应方程是： ，这个过程释放出2.2MeV 能量，这个过程中质量亏损为 kg ，(要求二位有效数字)
(知识点：核反应方程、质量亏损。能力培养：理解能力、分析综合能力。)
15.完成下列核反应方程：
(1) 23490Hh →23491Pa+
(2) 10
5B+42He →137N+
(3) 27
13Al+10n →
(4) (4)0
1e+01 e →
(5)1
1H → 01e (知识点：根据守恒定律写核反应方程。能力培养：理解能力。)
16.在垂直于纸面向外的匀强磁场中，从A 处垂直于磁场飞出一批速度
相同的粒子，形成如右图的径迹，则
(5) 中子的径迹是 质子的径迹是 ，
电子的径迹是 ，α粒子的径迹是 。
(知识点：正、负粒子在磁场中运动。能力培养：理解能力、推理能力。)
17.一个正电子和一个负电子相遇发生湮灭转化为一对光子，这一过程的反应式为 ，已知正、负电子的质量为m ，相遇前的动能可略去不计，光在真空中的传播速度为c ，普朗 克恒量为h ，则转化为光子的波长λ＝ 。
(知识点：核反应方程，能量守恒。能力培养：理解能力，应用数学解决物理问题能力。)
18.太阳内部的氢元素其质量大约占太阳质量的一半以上，在超高温条件下氢被电离并互相 碰撞，能使四个质子聚变成一个氦核，同时释放大量的能量。
(1)写出此热核反应的反应方程。
(2)反应前后的质量亏损是多少?
(3)反应释放出能量是多少?
(知识点：核反应方程、结合能计算。能力培养：理解能力、推理能力、应用数学解决物理 问题的能力。)
19.1升海水中含有0.146g 的重水，从中可提取0.03g 的氘(21H)，
假如1升海水中氘全部聚变为氦，则释放能量是多少?氘核和氦核的质量分别为2.0141μ和4.0026μ，若1升汽 油
完全燃烧释放的能量为3.23×107焦耳，那幺1升海水中的氘核全部聚变所放出的能量相 当
于多少升汽油燃烧时释放的能量?(1u=1.66×10-27kg)
(知识点：结合能的计算。能力培养：理解能力、分析综合能力、应用数学解决物理问题的能力。)
20.静止在匀强磁场中的镭核226
88Ra 进行一次α衰变，而成为一个新核，已知新核和α粒子
的运动方向与磁场垂直。
(1)写出这个衰变方程
(2)求出新核和α粒子做圆周运动的半径之比
(3)当新核转86圈时，α粒转多少圈?
(知识点：核反应方程、粒子在磁场中的运动。能力培养：理解能力、分析综合能力、应用 数学解决物理问题的能力。)
21.在原子反应堆中，用石墨作减速剂，铀核裂变所产生的中子，通过和碳核不断碰撞而减 速，假设中子和碳核的碰撞是完全弹性碰撞，并且每次碰前碳核是静止的，碰撞后中子和碳 核的速度都跟碰前中子的速度沿同一直线，已知碳核质量近似为中子质量的12倍，中子最初的能量为E o ，求：
(1)经过一次碰撞后，中子的能量为多少?
(2)至少经多少次碰撞后，中子能量才能少于E o ，(lg13=1.14 lg11=1.041)
(知识点：动量守恒、能量守恒。 能力培养：理解能力、分析综合能力、应用数学解决物 理问题的能力。)
能力训练参考答案
1.C
2.C
3.C
4.A
5.CD
6.BC
7.D
8.D
9.C 10.C 11.A 12.C
13.1∶2 14.11H ＋10n →2
1H ，2MeV
15.0-e ，10n ，2411Na ，2γ，10n 16.② ③ ① ④
17.01+e ＋01-e →2γ，h/mc
18.①411H ??→
?高温42He ＋20
1-e ＋能量 19.0.529升
20. 22688Ra →22280Rn ＋42He ，1∶43，111圈 21.
169121E o ，至少要碰42次