高中物理 第4章 從原子核到夸克學(xué)案 滬科版選修35

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1、第4章 從原子核到夸克從原子核到夸克一、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(rèn)識推進(jìn)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(diǎn)和熱點(diǎn)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)原子可以再分湯姆生“棗糕”式原子模型2盧瑟福(1)粒子散射實(shí)驗(yàn)第二大發(fā)現(xiàn)否定了湯姆生原子模型盧瑟福原子模型(核式結(jié)構(gòu))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)粒子轟擊氮原子核發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子第三大發(fā)現(xiàn)3玻爾(1)核外電子繞核運(yùn)動(2)原子光譜不連續(xù)玻爾原子模型(能量量子化，能級躍遷假設(shè)，軌道量子

2、化)第四大發(fā)現(xiàn)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)原子核有復(fù)雜結(jié)構(gòu)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盧瑟福在粒子散射實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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)解析盧瑟福在粒子散射實(shí)驗(yàn)中提出原子的核式結(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)生衰變需要的時間計算公式：NN0()n或mm0()n，其中n，為半衰期2確定衰變次數(shù)的方法(1)XYnHeme根據(jù)質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒得ZZ2nmAA4n二式聯(lián)立求解得

3、衰變次數(shù)n，衰變次數(shù)m.(2)根據(jù)衰變和衰變(衰變質(zhì)量數(shù)不變)直接求解圖1例2放射性元素U衰變有多種可能途徑，其中一種途徑是先變成Bi，而Bi可以經(jīng)一次衰變變成X(X代表某種元素)，也可以經(jīng)一次衰變變成Tl，X和Tl最后都變成Pb，衰變路徑如圖1所示則()Aa82，b211B.BiX是衰變，BiTl是衰變C.BiX是衰變，BiTl是衰變D.Tl經(jīng)過一次衰變變成Pb解析由BiX，質(zhì)量數(shù)不變，說明發(fā)生的是衰變，同時知a84.由BiTl是核電荷數(shù)減2，說明發(fā)生的是衰變，同時知b206，由TlPb發(fā)生了一次衰變故選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

4、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(qiáng)磁場中可能做勻速圓周運(yùn)動，衰變后的新核和放出的粒子(粒子、粒子)形成外切圓或內(nèi)切圓例3足夠強(qiáng)的勻強(qiáng)磁場中有一個原來靜止的氡核86Rn，它放射出一個粒子后變?yōu)镻o核假設(shè)放出的粒子運(yùn)動方向與磁場方向垂直，求：(1)粒子與Po核在勻強(qiáng)磁場中的軌跡圓的半徑之比，并定性畫出它們在磁場中運(yùn)動軌跡的示意圖(2)粒子與Po核兩次相遇的時間間隔與粒子運(yùn)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(qiáng)磁場中垂直磁場方向發(fā)生衰變，則粒子和反沖核在磁場中運(yùn)動軌跡的示意圖與上述衰變運(yùn)動軌跡示意圖有何不同？解析(1)氡核經(jīng)衰變的核反

5、應(yīng)方程為86Rn84PoHe，衰變的過程極短，故系統(tǒng)動量守恒設(shè)粒子速度方向?yàn)檎瑒t由動量守恒定律得：0mvmPovPo，即mvmPovPo粒子與反沖核在勻強(qiáng)磁場中，洛倫茲力提供其做勻速圓周運(yùn)動的向心力，即qvBm，r，故，示意圖如圖甲所示(2)它們在磁場中運(yùn)動的周期T，它們的周期之比為，即109T84TPo，這樣，粒子轉(zhuǎn)109圈，Po核轉(zhuǎn)84圈，兩者才相遇所以粒子與Po核兩次相遇的時間間隔t109T.(3)若放射性元素在勻強(qiáng)磁場中垂直磁場方向發(fā)生衰變，則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周運(yùn)動，但由于粒子帶負(fù)電，反沖核帶正電，衰變時它們兩個運(yùn)動方向相反，但受的

6、洛倫茲力方向相同，所以它們的軌跡圓是內(nèi)切的，且粒子的軌跡半徑大于反沖核的軌跡半徑，其運(yùn)動軌跡的示意圖如圖乙所示答案(1)421見解析圖(2)t109T(3)見解析圖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經(jīng)過兩個半衰期后，這塊礦石中基本不再含有鈾了B經(jīng)過兩個半衰期后，原來所含的鈾元素的原子核有m/4發(fā)生了衰變C經(jīng)過三個半衰期后，其中鈾元素的質(zhì)量還剩m/8D經(jīng)過一個半衰期后，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)

7、過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)粒子(氦核)、p(質(zhì)子)及n(中子)這3種粒子中，中子的穿透能力最強(qiáng)，質(zhì)子次之，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，粒子和質(zhì)子都帶電，并且粒子帶電多于質(zhì)子，其穿透能力是中子、質(zhì)子、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.圖23.U放射性衰變有多種可能途徑，其中

8、一種途徑是先變成Bi，而Bi可以經(jīng)一次衰變變成X(X代表某種元素)，也可以經(jīng)一次衰變變成Tl，X和Tl最后都變成Pb，衰變路徑如圖2所示則圖中的()Aa84，b206B是衰變，放出電子，電子是由中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子時產(chǎn)生的C是衰變，放出電子，電子是由中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子時產(chǎn)生的D.U經(jīng)過10次衰變，8次衰變可變成Pb答案AB解析是衰變，是衰變，因此a84，b206，U經(jīng)過10次衰變和8次衰變可變成質(zhì)量數(shù)為206，電荷數(shù)為86的元素4完成衰變方程：ThPa_，Th衰變?yōu)镻a的半衰期是1.2 min，則64 g Th經(jīng)過6 min還有_g尚未衰變答案e2解析由mm0()，得m64() g2 g.5靜止的鐳核(

9、Ra)發(fā)生衰變生成氡核(Rn)，如果衰變中放出的能量都轉(zhuǎn)化為粒子和氡核的動能，則：(1)寫出衰變方程；(2)求粒子與氡核的動能之比；(3)若粒子與氡核的運(yùn)動方向與勻強(qiáng)磁場的方向垂直，畫出軌跡示意圖，并計算軌道半徑之比答案(1)RaRnHe(2)(3)見解析圖解析(1)衰變方程為：RaRnHe.(2)衰變時動量守恒：mvmRnvRn0，得.因?yàn)镋kmv2，所以.(3)因?yàn)樗鼈冊趧驈?qiáng)磁場中的運(yùn)動方向與磁場方向垂直，所以軌道半徑R，但衰變時放出的粒子與氡原子核都帶正電荷，且動量大小相等，則它們在勻強(qiáng)磁場中做圓周運(yùn)動的軌跡是一對外切圓(如圖所示)，軌道半徑和粒子所帶電荷量成反比：.6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375