高考物理二轮复习原子和原子核教案
-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
专题十三 原子和原子核 教案
一． 专题要点 1．原子的结构
①汤姆生模型(枣糕模型) 汤姆生发现电子，使人们认识到原子有复杂结构。从而打
开原子的大门.
②卢瑟福的核式结构模型(行星式模型)卢瑟福α粒子散射实验装置,现象,从而总结出核式
结构学说
α粒子散射实验是用α粒子轰击金箔，实验现象：结果是绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进,但是有少数α粒子发生了较大的偏转.这说明原子的正电荷和质量一定集中在一个很小的核上。
卢瑟福由α粒子散射实验提出：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间运动。
由α粒子散射实验的实验数据还可以估算出原子核大小的数量级是10-15m 。 2．玻尔模型(引入量子理论，量子化就是不连续性，整数n 叫量子数)玻尔补充三条
假设
⑴定态--原子只能处于一系列不连续的能量状态(称为定态),电子虽然绕核运转,但不会向外辐射能量。(本假设是针对原子稳定性提出的)
⑵跃迁--原子从一种定态跃迁到另一种定态,要辐射(或吸收)一定频率的光子(其能量由两定态的能量差决定)(本假设针对线状谱提出) (终初E E h -=ν) 辐射(吸收)光子的能量为hf ＝E 初-E 末
⑶能量和轨道量子化----定态不连续,能量和轨道也不连续;(即原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应,原子的定态是不连续的,因此电子的可能轨道分布也是不连续的)
3. 天然放射现象
①天然放射现象的发现，使人们认识到原子核也有复杂结构核变化从贝克勒耳发现天然放射现象开始衰变(用电磁场研究)： ②各种放射线的性质比较
4. 四种核反应类型(衰变,人工核转变,重核裂变,轻核骤变)
⑴衰变： α衰变：e 422349023892H Th U +→(实质：核内He
n 2H 2421011→+)α衰变形成外切(同方向旋)，
β衰变：e Pa Th 0
12349123490-+→(实质：核内的中子转变成了质子和中子
e H n 0
1111
-+→)β衰变形成内切(相反方向旋)，且大圆为
α、β粒子径迹。
+β衰变：e Si P 0130143015+→（核内e n H 011011+→）
γ衰变：原子核处于较高能级，辐射光子后跃迁到低能级。
⑵人工转变：
H O He N 1
11784214
7
+→+(发现质子的核反应)(卢瑟福)用α粒子轰击氮核,并预言
中子的存在
n C He Be 1
01264294+→+(发现中子的核反应)(查德威克)钋产生的α射线轰击铍
n P He Al 1
030154227
13+→+ (人工制造放射性
同位素)
正电子的发现(约里奥居里和伊丽芙居里夫妇)α粒子轰击铝箔
⑶重核的裂变： n 3Kr Ba n U 1
09236141561023592++→+
e
Si P 0
1301430
15+→
在一定条件下(超过临界体积)，裂变反应会连续不断地进行下去，这就
是链式反应。
⑷轻核的聚变：n He H H 1
0423121+→+（需要几百万度高温，所以又叫热核反
应）
所有核反应的反应前后都遵守：质量数守恒、电荷数守恒。（注意：质量并不守恒。）
5．核能计算方法有三：①由2mc E ?=?(△m 单位为“kg ”)计算； ②由△E =931.5△m (△m 单位为“u ”)计算；③借助动量守恒和能量守恒计 6. 放射性同位素的应用
⑴利用其射线：α射线电离性强,用于使空气电离,将静电泄出,从而消除有害静电。γ射线贯穿性强,可用于金属探伤,也可用于治疗恶性肿瘤。各种射线均可使DNA 发生突变,可用于生物工程，基因工程。
⑵作为示踪原子。用于研究农作物化肥需求情况，诊断甲状腺疾病的类型，研究生物大分子结构及其功能。
⑶进行考古研究。利用放射性同位素碳14，判定出土木质文物的产生年代。
一般都使用人工制造的放射性同位素（种类齐全，各种元素都有人工制造的放射性同位。半衰期短，废料容易处理。可制成各种形状，强度容易控制）。
二． 考纲要求
原子核的组成、放射性、原子核的衰
变、半衰期Ⅰ核式结构学说和玻尔原子理论，各种核变化和与之相关
的核反应方程、核能计算
等.
放射性同位素Ⅰ
核力、核反应方程Ⅰ
结合能、质量亏损Ⅰ
裂变反应和聚变反应、裂变反应堆Ⅰ
放射性的防护Ⅰ
三．教法指引
此专题复习时，可以先让学生完成相应的习题，在精心批阅之后以题目带动知识点，进行适当提炼讲解。要求学生强加记忆。这一专题的知识点高考要求不是很高，但是比较杂乱，学生易于掌握每个知识点，但是不易掌握全面，二轮复习时还是要稳扎稳打，从基本知识出发。
四．知识网络
五． 典例精析
题型1.（波尔的跃迁理论）氦氖激光器能产生三种波长的激光，其中两种波长分别为1λ=0.6328μm ，2λ=3.39μm ，已知波长为1λ的激光是氖原子在能级间隔为
1E ?=1.96eV 的两个能级之间跃迁产生的。用2E ?表示产生波长为2λ的激光所对
应的跃迁的能级间隔，则2E ?的近似值为（ ） A ．10.50eV B ．0.98eV C ．0.53eV D ．0.36eV
高中物理选修3-5原子物理高频考点必记清单 考点一：波粒二象性 一、物理学史： 1.普朗克能量子论观点：1900年德国物理学家普朗克提出，电磁波的发射和吸收是不连续的，而是一份一份的，每一份电磁波的能量νεh =。 2.爱因斯坦光子论：1905爱因斯坦提出，空间传播的光也是不连续的，而是一 份一份的，每一份称为一个光子，光子具有的能量与光的频 成正比。即：νεh =. 3.赫兹最早发现了光电效应现象。 4. 德布罗意指出，实物粒子也具有波动性，这种波称为德布罗意波，也叫物质波。满足下列关系：P h h ==λεν，（P 为粒子动量） 二、物理现象 1.热辐射现象（了解）：任何物体在任何温度下都要发射各种波长的电 磁波，并且其辐射能量的大小及辐射能量按波长的分布都与温度有关。 这种由于物质中的分子、原子受到热激发而发射电磁波的现象称为热 辐射。 2.光电效应现象：在光（包括不可见光）的照射下，从金属中发射出电子的现象。发射出的电子称为光电子。 3.康普顿效应（了解）：1923年，美国物理学家康普顿在研究x 射线通过实物物质发生散射的实验时，发现了一个新的 现象，即散射光中除了有原波长λ0的x 光外，还产生了波长λ>λ0 的x 光，其波长的增量随散射角的不同而变化。 这种现象称为康普顿效应(Compton Effect)。 三、物理规律
1.黑体辐射规律（了解）：黑体具有向四周辐射能量的本领，又有吸收外界辐射来的能量的本领（在任何温度下，全部吸收任何波长的辐射）。实验规律：（1）随着温度的升高，黑体的辐射强度都有增加； （2）随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短方向移动。（右图） 2光电效应规律（重点）：①任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率才能发生 光电效应，低于极限频率的光不能发生光电效应。 ②光电子的最大初动能与入射光的强度无关，光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大。 ③饱和光电流强度（反映单位时间发射出的光电子数的多少）与入射光强度成正比。 ④光电子的发射一般不超过10－9秒（光电效应的瞬时性）。 3.爱因斯坦光电效应方程（重点）：0W h E k -=ν。E k 是光电子的最大初动能，当E k =0 时，νc 为极限频率，νc =h W 0. 四、光的波粒二象性 物质波 康普顿效应和光电效应说明光具有粒子性，光的干涉和衍射等现象说明光具有波动性。因此光具有波粒二象性。 大量光子表现出的波动性强，少量光子表现出的粒子性强；频率高的光子表现出的粒子性强，频率低的光子表现出的波动性强。实物粒子也具有波动性，这种波称为德布罗意波，也叫物质波。满则下列关系：P h h ==λεν，。从光子的概念上看，光波是一种概率波。 考点二：原子结构
一原子物理 自1897年发现电子并确认电子是原子的组成粒子以后，物理学的中心问题就是探索原子内部的奥秘，经过众多科学家的努力，逐步弄清了原子结构及其运动变化的规律并建立了描述分子、原子等微观系统运动规律的理论体系——量子力学。本章简单介绍一些关于原子和原子核的基本知识。 §1.1 原子 1．1．1、原子的核式结构 1897年，汤姆生通过对阴极射线的分析研究发现了电子，由此认识到原子也应该具有内部结构，而不是不可分的。1909年，卢瑟福和他的同事以α粒子轰击重金属箔，即α粒子的散射实验，发现绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但有少数发生偏转，并且有极少数偏转角超过了90°，有的甚至被弹回，偏转几乎达到180°。 1911年，卢瑟福为解释上述实验结果而提出了原子的核式结构学说，这个学说的内容是：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外的空间里软核旋转，根据α粒子散射的实验数据可估计出原子核的大小应在10-14nm以下。 1、1． 2、氢原子的玻尔理论 1、核式结论模型的局限性 通过实验建立起来的卢瑟福原子模型无疑是正确的，但它与经典论发生了严重的分歧。电子与核运动会产生与轨道旋转频率相同的电磁辐射，运动不停，辐射不止，原子能量单调减少，轨道半径缩短，旋转频率加快。由此可得两点结论： ①电子最终将落入核内，这表明原子是一个不稳定的系统；
②电子落入核内辐射频率连续变化的电磁波。原子是一个不稳定的系统显然与事实不符，实验所得原子光谱又为波长不连续分布的离散光谱。如此尖锐的矛盾，揭示着原子的运动不服从经典理论所表述的规律。 为解释原子的稳定性和原子光谱的离经叛道的离散性，玻尔于1913年以氢原子为研究对象提出了他的原子理论，虽然这是一个过渡性的理论，但为建立近代量子理论迈出了意义重大的一步。 2、玻尔理论的内容： 一、原子只能处于一条列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽做加速运动，但并不向外辐射能量，这些状态叫定态。 二、原子从一种定态（设能量为E 2）跃迁到另一种定态（设能量为E 1）时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这种定态的能量差决定，即 γh =E 2-E 1 三、氢原子中电子轨道量子优化条件：氢原子中，电子运动轨道的圆半径r 和运动初速率v 需满足下述关系： π2h n rmv =，n=1、2…… 其中m 为电子质量，h 为普朗克常量，这一条件表明，电子绕核的轨道半径是不连续的，或者说轨道是量子化的，每一可取的轨道对应一个能级。 定态假设意味着原子是稳定的系统，跃迁假设解释了原子光谱的离散性，最后由氢原子中电子轨道量子化条件，可导出氢原子能级和氢原子的光谱结构。 氢原子的轨道能量即原子能量，为r e k mv E 2 221-= 因圆运动而有 2 2 2r e k r v m =
原子核物理重点知识点 第一章 原子核的基本性质 1、对核素、同位素、同位素丰度、同量异位素、同质异能素、镜像核等概念的理解。 （P2）核素：核内具有一定质子数和中子数以及特定能态的一种原子核或原子。 （P2）同位素：具有相同质子数、不同质量数的核素所对应的原子。 （P2）同位素丰度：某元素中各同位素天然含量的原子数百分比。 （P83）同质异能素：原子核的激发态寿命相当短暂，但一些激发态寿命较长，一般把寿命 长于0.1s 激发态的核素称为同质异能素。 （P75）镜像核：质量数、核自旋、宇称均相等，而质子数和中子数互为相反的两个核。 2、影响原子核稳定性的因素有哪些。（P3~5） 核内质子数和中子数之间的比例；质子数和中子数的奇偶性。 3、关于原子核半径的计算及单核子体积。（P6） R =r 0A 1/3 fm r 0=1.20 fm 电荷半径：R =（1.20±0.30）A 1/3 fm 核力半径：R =（1.40±0.10）A 1/3 fm 通常 核力半径＞电荷半径 单核子体积：A r R V 3033 434ππ== 4、核力的特点。（P14） 1.核力是短程强相互作用力； 2.核力与核子电荷数无关； 3.核力具有饱和性； 4.核力在极短程内具有排斥芯； 5.核力还与自旋有关。 5、关于原子核结合能、比结合能物理意义的理解。（P8） 结合能：),()1,0()()1,1(),(),(2 A Z Z Z A Z c A Z m A Z B ?-?-+?=?= 表明核子结合成原子核时会释放的能量。 比结合能（平均结合能）：A A Z B A Z /),(),(=ε 原子核拆散成自由核子时外界对每个核子所做的最小平均功，或者核子结合成原子核时平均每一个核子所释放的能量。 6、关于库仑势垒的理解和计算。（P17） 1.r>R ,核力为0，仅库仑斥力，入射粒子对于靶核势能V (r )，r →∞，V (r ) →0，粒子靠近靶核，r →R ，V (r )上升，靠近靶核边缘V (r )max ，势能曲线呈双曲线形，在靶核外围隆起，称为库仑势垒。 2.若靶核电荷数为Z ，入射粒子相对于靶核 的势能为：r Ze r V 2 0241 )(πε=，在r =R 处， 势垒最高，称为库仑势垒高度。
第八章 原子核物理简介 一、选择题 1．可以基本决定所有原子核性质的两个量是： A 核的质量和大小 B.核自旋和磁矩 C.原子量和电荷 D.质量数和电荷数 2．原子核的大小同原子的大小相比，其R 核／R 原的数量级应为： A ．105 B.103 C.10-3 D.10-5 3．原子核可近似看成一个球形，其半径R 可用下述公式来描述： A.R ＝r 0A 1/3 B. R ＝r 0A 2/3 C. R ＝303 4r π D.R=334A π 4．试估计核密度是多少g/cm 3？ A.10； B.1012 C.1014 D.1017 5．核外电子的总角动量 6=J P ,原子核的总角动量 12=I P ,则原子的总角动量() 1+=F F P F ,其中F 为原子的总角动量量子数,其取值为 A.4,3,2,1; B.3,2,1; C.2,1,0,-1,-2; D.5,4,3,2,1 6．已知钠原子核23Na 基态的核自旋为I=3/2,因此钠原子基态32S 1/2能级的超精细结构为 A.2个; B.4个; C.3个; D.5个 7．若某原子其电子轨道量子数L=2,自旋量子数S=0,核自旋量子数I=3/2,则该原子总角动量量子数为 A.7/2,5/2,3/2,1/2； B. 7/2,5/2,3/2,3/2,1/2; C. 7/2,5/2,3/2,3/2,3/2,1/2； D.条件不足,得不出结果. 8．若电子总角动量量子数J=1/2,原子核自旋角动量量子数I=3/2, 则原子总角动量量子数F 的取值个数为 A.4个; B.3个; C.1个; D.2个 9．氘核每个核子的平均结合能为1.11MeV ,氦核每个核子的平均结合能为7.07 MeV .有两个氘核结合成一个氦核时 A.放出能量23.84 MeV; B.吸收能量23.84 MeV; C.放出能量26.06 MeV; D.吸收能量5.96 MeV , 10．由A 个核子组成的原子核的结合能为2mc E ?=?,其中m ?指 A. Z 个质子和A-Z 个中子的静止质量之差； B. A 个核子的运动质量和核运动质量之差; C. A 个核子的运动质量和核静止质量之差； D. A 个核子的静止质量和核静止质量之差 11．原子核平均结合能以中等核最大, 其值大约为 ； ；； 12．氘核每个核子的平均结合能为1.09MeV ,氦核每个核子的平均结合能为7.06 MeV .有两个氘核结合成一个氦核时,其能量的变化为 MeV ,氦核比氘核稳定; B. - 23.88 MeV , 氦核比氘核稳定; C. 23.88 MeV ，氦核没有氘核稳定； D. - 23.88 MeV , 氦核没有氘核稳定. 13．原子核的平均结合能随A 的变化呈现出下列规律 A. 中等核最大,一般在7.5~8.0 MeV ; B. 随A 的增加逐渐增加,最大值约为8.5 MeV ; C. 中等核最大，一般在8.5-8.7 MeV ； D. 以中等核最大，轻核次之，重核最小. 14．已知中子和氢原子的质量分别为1.008665u 和1.007825u,则12C 的结合能为 A. 17.6 MeV ； B. 8.5 MeV ； C. 200 MeV ； D. 92 MeV .
光学、原子物理 三、光学 （一）几何光学 1、概念：光源、光线、光束、光速、实像、虚像、本影、半影。 2、规律：（1）光的直线传播规律：光在同一均匀介质中是沿直线传播的。 （2）光的独立传播规律：光在传播时，虽屡屡相交，但互不干扰，保持各自的规 律传播。 （3）光在两种介质交界面上的传播规律 ①光的反射定律：反射光线、入射光线和法线共面；反射光线和入射光线分居法线两 侧；反射角等于入射角。 ②光的析射定律： a 、折射光线、入射光线和法线共面；入射光线和折射光线分别位于法线的两侧； 入射角的正弦跟折射角的正弦之比是常数。即常数 =r i sin sin b 、r i n sin sin = 介质的折射率n ：光由真空（或空气）射入某中介质时，有，只 决定于介质的性质，叫介质的折射率。 c 、v c n = ： 设光在介质中的速度为 v ，则可见，任何介质的折射率大于1。 d 、两种介质比较，折射率大的叫光密介质，折射率小的叫光疏介质。 ③全反射：a 、光由光密介质射向光疏介质的交界面时，入射光线全部反射回光密介质中 的现象。 b 、发生全反射的条件：?光从光密介质射向光疏介质；?入射角等于临界角。
n C 1sin = 临界角C ④光路可逆原理：光线逆着反射光线或折射光线方向入射，将沿着原来的入射光线方向 反射或折射。 r i n sin sin ==v c =C sin 1=介 真λλ1≥ 折射率 5、常见的光学器件：（1）平面镜 （2）棱镜 （3）平行透明板 （二）光的本性 人类对光的本性的认识发展过程 （1）微粒说（牛顿） （2）波动说（惠更斯） ①λd L x =? : 光的干涉双缝干涉条纹宽度 (波长越长，条纹间隔越大) 应用：薄膜干涉——由薄膜前后表面反射的两列光波叠加而成，劈形薄膜干涉可产生平 行相间干涉条纹，检查平面，测量厚度，光学镜头上的镀膜。 ②光的衍射——单缝（或圆孔）衍射。 泊松亮斑 (波长越长，衍射越明显) （1） 电磁说（麦克斯韦）
第16章 原子核物理 一、选择题 1. C 2. B 3. D 4. C 5. C 6. D 7. A 8. D 二、填空题 1. 171076.1?，13 1098.1? 2. 2321)(c m m m -+ 3. 1.35放能 4. 9102.4? 5. 117.8 6. 2321`c h m m m -+ 7 . 67.5MeV ，67.5MeV/c ，22 1036.1?Hz 8. 121042.2-? 9. 1.49MeV 10. 115kg 三、填空题 1. 解：设从t =0开始做实验，总核子数为N 0，到刻核子数为N 由于实验1.5年只有3个铁核衰变，所以 1<<τt ，)1(0τ t N N -≈ t =0时，铁核总数为 31274 0106.310 66.1104.6?=??=-N t =1.5年时，铁核总数为 )1(300τ t N N N -≈-=由此解得 3131 00108.15.13 106.3?=??=-=t N N N τ年
设半衰期为T ，则当t =T 时有2/0N N =，由τ/0e t N N =得τ/e 21T = 所以， 31 311025.1693.0108.12ln ?=??==τT 年 2. 解：设氢核和氮核的质量分别为N H m m 、，被未知粒子碰撞后速度分别为v H 和v N ； 未知粒子的质量为m , 碰撞前速度为v ，与氢核碰撞后为v 1，与氮核碰撞后为v 2 未知粒子与氢核完全弹性碰撞过程满足关系 H H 1v m mv mv += 2H H 2122 12121v m mv mv += 未知粒子与氮核完全弹性碰撞过程满足关系 N N 2v m mv mv += 2N N 2122 12121v m mv mv += 联立~得 2N N 2 H H N H ) ()(m m m m m m E E ++= 带入数据，可解得 03.1H =m m 由其质量比值可知，未知粒子的质量与氢核的质量十分接近，另由于它在任意方向的磁场中都不偏转，说明它不带电．由此判断该新粒子是中子． 3. 解：与第一组粒子相对应的衰变能为 α1α12264.793MeV 4.879MeV 4222 A E K A ==?=- 与第二组粒子相对应的衰变能为 α2α2 2264.612MeV 4.695MeV 4222A E K A ==?=- 226 86Rn 的两能级差为 ()α1α2 4.879 4.695MeV 0.184MeV E E E ?=-=-= 光子的能量与此两能级差相对应，所以光子的频率为 619 19340.18410 1.60218910Hz 4.4510Hz 6.62610 E h ν--????===??
原子核物理复习资料归纳整理 原子核物理复习资料归纳整理 名词解释 1、核的自旋：原子核的角动量，通常称为核的自旋。 2、衰变常量：衰变常量是在单位时间内每个原子核的衰变概率。 3、半衰期：半衰期是放射性原子核数衰减到原来数目的一半所 需的时间。 4、平均寿命：平均寿命是指放射性原子核平均生存的时间。 5、放射性活度：在单位时间内有多少核发生衰变，亦即放射性 核素的衰变率，叫衰变率。 6、放射性：原子核自发地放射各种射线的现象，称为放射性。 7、放射性核素：能自发的放射各种射线的核素称为放射性核素，也叫做不稳定核素。 8、核衰变：原子核衰变是指原子核自发的放射出α或β等粒 子而发生的转变。 9、衰变能：原子核衰变时所放出的能量。 10、核素：具有相同质子数Z和中子数N的一类原子核，称为一种核素。 11、同位素：质子数相同，中子数不同的核素。 12、同中子素：中子数相同，质子数不同的核。 13、同量异位素：质量数相同，质子数不同的核素 14、同核异能素：质量数和质子数相同而能量状态不同的核素。
15、镜像核：质子数和中子数呼唤的一对原子核。 16、质量亏损：组成某一原子核的核子质量与该原子核质量之差。 17、核的结合能：自由核子组成原子核所释放的能量。 18、比结合能：原子核平均每个核子的结合能。 19、最后一个核子的结合能：是一个自由核子与核的其余部分组成原子核时，所释放的能量。 20、内转换现象：跃迁时可以把核的激发能直接交给原子的壳层电子而发射出来。 21、内转换现象：原子核从激发态到较低的能态或基态的跃迁时把核的激发能直接交给原子的壳层电子而发射出来。 22、内转换电子：内转换过程中放出来的电子。（如果单出这个就先写出内转换现象的定义） 23、内电子对效应： 24、级联γ辐射的角关联：原子核接连的放出的两个γ光子，若其概率与这两个γ光子发射方向的夹角有关，即夹角改变时，概 率也变化，这种现象称为级联γ辐射角关联，亦称γ-γ角关联。 25、穆斯堡尔效应：原子核辐射的无反冲共振吸收。 26、核的集体模型：每个核子在核内除了相对其它核子运动外，原子核的整体还发生振动与转动，处于不同运动状态的核，不仅有 自己特定的形状，还具有不同的能量和角动量，这些能量与角动量 都是分立的，因而形成能级。 28、核反应能：核反应过程中释放的能量。 29、核反应阈能：在L系中能够引起核反应的入射粒子最低能量。 30、核反应截面：一个粒子入射到单位面积内只含一个靶核的靶子上所发生的反应概率。（一个入射粒子同单位面积靶上一个靶核
高中物理学习材料 （灿若寒星**整理制作） 原子物理学 历年高考题 （99年）2．天然放射现象的发现揭示了（ C ） （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。 （00年）关于α、β、γ 三种射线，下列说法中正确的是 （ C ） （A ）α 射线是原子核自发放射出的氦核，它的穿透能力最强， （B ）β 射线是原子核外电子电离形成的电子流，它具有中等的穿透能力， （C ）γ 射线一般伴随着α 或β 射线产生，它的穿透能力最强， （D ）γ 射线是电磁波，它的穿透能力最弱。 （01年）卢瑟福原子核式结构理论的主要内容有 （ A 、C 、D ） （A ）原子的中心有个核，叫做原子核， （B ）原子的正电荷均匀分布在整个原子中， （C ）原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里， （D ）带负电的电子在核外绕着核旋转。 （02年） 图中P 为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线在电场的作 用下分成a 、b 、c 三束，以下判断正确的是（ BC ） （A ）a 为α射线、b 为β射线， （B ）a 为β射线、b 为γ射线， （C ）b 为β射线、c 为γ射线， （D ）b 为α射线、c 为γ射线。 （03 年）在核反应方程42 He ＋14 7 N →17 8 O ＋（X ）的括弧中，X 所代表的粒子是（ A ） （A ）11 H ， （B ）2 1 H ， （C ） 0－1 e ， （D ）1 n 。 （03 年）卢瑟福通过＿＿＿α粒子散射＿＿＿＿＿＿＿＿实验，发现了原子中间有一个很小的核，并由此提出了原子的核式结构模型，右面平面示意图中的四条线表示α粒子运动的可能轨迹，在图中完成中间两条α粒子的运动轨迹。 （０４年）下列说法中正确的是C 、D （A ）玛丽·居里首先提出原子的核式结构学说. （B ）卢瑟福在α粒子散射实验中发现了电子. （C ）查德威克在原子核人工转变的实验中发现了中子. （D ）爱因斯坦为解释光电效应的实验规律提出了光子说. （０４年）利用扫描隧道显微镜（STM ）可以得到物质表面原子排列的图象，从而可以研究物质的构成 规律. 下面的照片是一些晶体材料表面的STM 图象，通过观察、比较，可以看到这些材料都是由 原子在空间排列而 ＋原子核 ＋ b － c a P
第2章核力与核结构 一、核力 ?（1）核力是强相互作用 ?质子之间库伦斥力反比于距离，而核内质子间距离非常小，但质子能紧密结合而不散开，说明新的作用力——核力的存在，且是吸引力。 ?一般核力约比库伦力大一百倍。
第2章核力与核结构 ?（2）核力的短程性和饱和性 ?结合能近似与A成正比，说明核力是短程力；?如果为长程力，一个核子能与核内其它每一个核子发生作用，那么核的结合能正比于核子的成对数A(A-1)，即正比于A2，与实验事实不符。?核力只作用于相邻核子，由于相邻核子数目有限，因此核力具有明显的饱和性。
第2章核力与核结构 ?（3）核力的电荷无关性 ?1932年海森堡假设：质子与质子之间的核力Fpp 和中子与中子之间的核力Fnn以及质子与中子之间的核力Fpn都相等，称为核力的电荷无关性。?利用同位旋概念，质子和中子是一种粒子的两种 不同电荷态，同位旋都为1/2，而同位旋第三分量分别为1/2和-1/2。
第2章核力与核结构 ?（4）核力与自旋有关 ?利用氘核的基态性质，由一个质子和一个中子组成 的最简单核子束缚态，其自旋和宇称为，其 自旋为两个核子的总自旋和相对轨道角动量之和。 + =1 π I 3 S1 3 P1 3 D1 1 2 1 1 P110 状态LS
第2章核力与核结构 ?由于氘核基态宇称为正，只能是3S1+3D1态的混合，即有S=1的自旋三重态组成，不存在自旋单态的氘核，核力将使质子和中子倾向于处在自旋平行的态。 ?（5）非中心力成分 ?氘核基态可以是3S1+3D1的混合态，其中3S1态约占96%，3D1态约占4%。 ?核力是以中心力为主，混有少量的非中心力。
高中物理原子物理试题 1、下列四幅图涉及到不同得物理知识,其中说法不正确得就是 A.图甲:普朗克通过研究黑体辐射提出能量子得概念,成为量子力学得奠基人之一 B.图乙:玻尔理论指出氢原子能级就是分立得,所以原子发射光子得频率就是不连续得 C.图丙:卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果,提出了原子得核式结构模型 D.图丁:根据电子束通过铝箔后得衍射图样,可以说明电子具有粒子性 2、下列说法正确得就是 A.黑体辐射电磁波得情况不仅与温度有关,还与材料得种类及表面状况有关 B.在α、β、γ这三种射线中,γ射线得穿透能力最强,α射线得电离能力最强 C.得半衰期约为7亿年,随地球环境得变化,半衰期可能变短 D.原子核内部某个质子转变为中子时,放出β射线 3、仔细观察氢原子得光谱,发现它只有几条不连续得亮线,其原因就是 A、氢原子只有几个能级 B、氢原子只能发出平行光 C、氢原子有时发光,有时不发光 D、氢原子辐射得光子得能量就是不连续得,所以对应得光得频率也就是不连续得 4、下列叙述中不正确得就是 A、麦克斯韦提出了光得电磁说 B、玻尔建立了量子理论,成功解释了各种原子发光现象 C.在光得干涉现象中,干涉亮条纹部分就是光子到达几率大得地方 D.宏观物体得物质波波长非常小,不易观察到它得波动性 5、下列叙述中符合物理学史得有 A.汤姆孙通过研究阴极射线实验,发现了电子与质子得存在 B.卢瑟福通过对粒子散射实验现象得分析,证实了原子就是可以再分得 C.巴尔末根据氢原子光谱分析,总结出了氢原子光谱可见光区波长公式 D.玻尔提出得原子模型,彻底否定了卢瑟福得原子核式结构学说 6、实验观察到,静止在匀强磁场中A点得原子核发生β衰变,衰变产生得新核与电子恰在纸面内做匀速圆周运动,运动方向与轨迹示意如图.则 A.轨迹1就是电子得,磁场方向垂直纸面向外 B.轨迹2就是电子得,磁场方向垂直纸面向外 C.轨迹1就是新核得,磁场方向垂直纸面向里 D.轨迹2就是新核得,磁场方向垂直纸面向里 7、下列说法正确得就是 A.太阳辐射得能量主要来自太阳内部得核裂变反应 B.汤姆生发现电子,表明原子具有核式结构 C.一束光照射到某种金属上不能发生光电效应,就是因为该束光得波长太短 D.按照玻尔理论,氢原子核外电子从半径较小得轨道跃迁到半径较大得轨道时,电子得动能减小,原子总能量增大 8、下列说法正确得就是 A.增大压强不能改变原子核衰变得半衰期 B.某原子核经过一次a衰变后,核内质子数减少4个 C.β射线就是原子得核外电子电离后形成得电子流 D.a射线得贯穿作用很强,可用来进行金属探伤 9、下列说法正确得就是 A.汤姆孙发现电子,提出原子得核式结构模型 B.金属得逸出功随入射光得频率增大而增大 C.核力存在于原子核内所有核子之间 D.核电站就是利用重核裂变反应所释放得核能转化为电能 10、用X粒子轰击铝27(Al),产生钠24(Na)与α粒子.钠24具有放射性,可以进行人体血液循环得示踪实验, 达到医学诊断得目得,它衰变后变成镁24(Mg).则下列正确得就是 A. X粒子就是质子 B. 钠24发生得就是α衰变 C. X粒子就是中子 D. 钠24发生得衰变对人没有一点害处 11、A、B两种放射性元素,原来都静止在同一匀强磁场,磁场方向如图所示,其中 一个放出α粒子,另一个放出β粒子,α与β粒子得运动方向跟磁场方向垂直,图 中a、B、c、d分别表示α粒子,β粒子以及两个剩余核得运动轨迹 A.a为α粒子轨迹,c为β粒子轨迹 B.B为α粒子轨迹,d为β粒子轨迹 C.B为α粒子轨迹,c为β粒子轨迹 D.a为α粒子轨迹,d为β粒子轨迹
原子核物理专业词汇中英文对照表 absorption cross-section 吸收截面 activity radioactivity 放射性活度 activity 活度 adiabatic approximation 浸渐近似 allowed transition 容许跃迁 angular correlation 角关联 angular distribution 角分布 angular-momentum conservation 角动量守恒 anisotropy 各项异性度 annihilation radiation 湮没辐射 anomalous magnetic moment 反常极矩 anti neutrino 反中微子 antiparticle 反粒子 artificial radioactivity 人工放射性 atomic mass unit 原子质量单位 atomic mass 原子质量 atomic nucleus 原子核 Auger electron 俄歇电子 bag model 口袋模型 baryon number 重子数 baryon 重子 binary fission 二分裂变 binging energy 结合能 black hole 黑洞 bombarding particle 轰击粒子 bottom quark 底夸克 branching ration 分支比 bremsstrahlung 轫致辐射 cascade radiation 级联辐射 cascade transition 级联跃迁 centrifugal barrier 离心势垒 chain reaction 链式反应 characteristic X-ray 特征X射线 Cherenkov counter 切连科夫计数器 collective model 集体模型
高中物理选修3-5选择题集锦 一．选择题（共30小题） 1．（2014?上饶二模）下列说法正确的是（） A．在核反应堆中，为使快中子减速，在铀棒周围要放“慢化剂”，常用的慢化剂有石墨、重水和普通水 B．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减少，原子总能量增大C．当用蓝色光照射某金属表面时有电子逸出，则改用红光照射也一定会有电子逸出 D．核力是弱相互作用的一种表现，在原子核的尺度内，核力比库仑力大得多，其作用范围在1.5×l0﹣l0m E．原子从a能级状态跃迁到b能级状态时发射波长为λ1的光子；原子从b能级状态跃迁到c能级状态时吸收波长为λ2 的光子，已知λ1＞λ2．那么原子从a能级状态跃迁到到c能级状态时将要吸收波长的光子2．（2014?江西二模）如图为氢原子的能级示意图，锌的逸出功是3.34ev，那么对氢原子在能级跃迁过程中发射或吸收光子的特征认识正确的是（） A．用氢原子从高能级向基态跃迁时发射的光照射锌板一定不能产生光电效应 B．一群处于n=3能级的氢原子向基态跃迁时，能放出3种不同频率的光 C．一群处于n=3能级的氢原子向基态跃迁时，发出的光照射锌板，锌板表面所发出的光电子的最大初动能为8.75eV D．用能量为10.3eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态 E．用能量为14．OeV的光子照射，可使处于基态的氢原子电离 3．（2014?开封二模）下列描述中正确的是（） A．卢瑟福的原子核式结构学说能很好地解释α粒子散射实验事实 B．放射性元素发生β衰变时所释放的电子来源于原子的核外电子 C．氢原子吸收一个光子跃迁到激发态后，再向低能级跃迁时放出光子的频率一定等于入射光子的频率 D．分别用X射线和紫光照射同一金属表面都能发生光电效应，则用X射线照射时光电子的最大初动能较大 E． （钍）核衰变为（镤）核时，衰变前Th核质量大于衰变后Pa核与β粒子的总质量4．（2014?南昌模拟）人们发现，不同的原子核，其核子的平均质量（原子核的质量除以核子数）与原子序数有如图所示的关系．下列关于原子结构和核反应的说法正确的是（） A．由图可知，原子核D和E聚变成原子核F时会有质量亏损，要吸收能量 B．由图可知，原子核A裂变成原子核B和C时会有质量亏损，要放出核能 C．已知原子核A裂变成原子核B和C时放出的γ射线能使某金属板逸出光电子，若增加γ射线强度，则逸出光电子的最大初动能增大 D．在核反应堆的铀棒之间插入镉棒是为了控制核反应速度 E．在核反应堆的外面修建很厚的水泥层能防止放射线和放射性物质的泄漏 5．（2014?福建模拟）太阳内部持续不断地发生着热核反应，质量减少．核反应方程是，这个核反应释放出大量核能．已知质子、氦核、X的质量分别为m1、m2、m3，真空中的光速为c．下列说法中正确的是（）A． 方程中的X表示中子（） B． 方程中的X表示电子（） C．这个核反应中质量亏损△m=4m1﹣m2 D．这个核反应中释放的核能△E=（4m1﹣m2﹣2m3）c2
第26卷总第313期2008年第4期(上半月) 物理教学探讨 Journal of Physics T eaching Vol.26No.313 (S) 4.2008.1. 专家 论坛 原子核物理发展现状简介 赵恩广 中国科学院理论物理研究所,北京市100080 编者按:2007年初,按中国科协的规划,中国物理学会组织了一些专家学者编写中国的物理学科发展报告。这里,我们邀请参与编写发展报告的部分专家,对物理学一些分支领域的发展现况做扼要介绍,供各位物理教师参考。下文是本系列推出的第一篇文章。 作者简介:中国科学院理论物理研究所研究员,博士生导师。1963年毕业于吉林大学物理系,1963-1967年是两弹元勋于敏先生研究生,从1992年起任中国核物理学会核结构专业委员 会主席和副主席。长期从事极端条件下的核结构,核天体物理中的中子星性质及核内非核子自 由度的研究。主持多项国家级科学项目,其中研究项目/高自旋与超变形核态的研究01993年获 原国家教委科技进步二等奖,/原子核与超核性质的介子探针研究01997年获原国家教委科技进步二 等奖,/原子核的奇特性质及新集体转动模式的研究02000年获教育部自然科学一等奖。 贝克勒尔1896年发现了铀元素的天然放射性,揭开了现代物理的序幕。同时,它也标志着原子核物理的起点。核物理的主要研究对象是原子核的结构、反应和衰变。一百多年来,通过核物理的研究,人们对物质结构、微观世界与宏观世界运动规律的认识不断深化;到20世纪末,核物理的发现和成果,得到过17个年度的诺贝尔物理学奖和8个年度的诺贝尔化学奖;核武器的研制与核能源的开发利用,对人类历史进程发生了巨大的影响;因此,原子核物理一直受到社会的普遍关注。下面,我们把原子核物理的发展现状,做一简要介绍。 原子核的尺寸很小,它的线度只有原子的十万分之一。但是,它的质量却占一个原子的99.9%以上。所以,我们的地球和宇宙中星体的质量,基本上都是由原子核贡献的。而恒星中对抗引力塌缩的力量,主要是来自轻原子核的燃烧过程。所以,原子核物理的研究范围,既可以小到10-15米的微观尺度,也可以大到宏观的恒星尺度。 从上个世纪30年代中子的发现起,就建立了原子核主要由中子和质子(它们又统称核子)组成的图像。这个图像,至今仍然正确。但是,由于粒子物理的发展,人们可以把一些其它的粒子,如+超子和2超子,束缚在原子核内,构成了所谓的超核。对超核的研究,已经成为核物理的一个重要领域。核子间的主要相互作用是强相互作用,又称核力。此外,弱相互作用与电磁相互作用在原子核中也扮演着重要的角色。原子核是一个由这些基本相互作用支配的有限量子多体系统,由此而建立的核多体理论独具特色。这些理论既有非相对论性的,也有相对论性的,它们仍处于不断的发展之中。 自然界存在的稳定原子核不到300种。如果以中子数为横轴,质子数为纵轴,把原子核排列起来,就构成所谓的核素图。图中的每个原子核叫一个核素。到目前,加上实验室发现和产生的各种寿命的不稳定原子核,核素的总数已经有3000多个。但是,理论预言,核素的总数应当有8000多个。对这些未知核素以及已经发现的不稳定核素进行探索和研究,构成了当代原子核物理的几个重大前沿领域,包括放射性核束物理、核天体物理以及超重元素的合成。 图1核素图。图中的直线标出了中子和质子幻数。 在核素图中(图1),所有稳定的原子核,都落在一条从左下角伸向右上角的斜线的附近。这条线被称为B-稳定线。因为,这些核相对于B-衰变是稳定的。相对于B-衰变稳定的原子核内,其质子和中子数目,都有一个比较合适的比例。当核素逐渐离开B-稳定线时,这个比例会变得过大或过小,其寿命不断变短。现有的原子核理论,基本是来自对稳定核的研究。在远离B-
期末考试试卷（B 卷） 课程名称： 原子核物理 学院： 核科学与技术学院 姓名： 校园卡号： （共150分，请选其中的100作答） 1. 我们知道原子核体积近似地与A 成正比，试说明其内在的物理原因。 2. 重核裂变后，生成的中等重的核常伴随着β衰变，为什么？ 3. Bi 21183 衰变至Tl 20781，有两组α粒子，其能量分别为6621keV ，6274keV 。前 者相应是母核衰变至子核基态，后者为衰变至激发态。试求子核Tl 20781激发态的能量。 4. 对于Ca Sc s 42 2068.04221??→?， 查表得3.310),(=m E Z f ，并已知子核的能级特性为+O 。试判断母核的能级特性。 5. 质子轰击7Li 靶，当质子的能量为0.44, 1.06, 2.22 和3.0MeV 时，观测到共振。已知质子和7Li 的结合能为17.21MeV ，试求所形成的复合核能级的激发能。 6. 简述处于激发态的复合核的中子蒸发能谱，并推导之。 7. 什么是内转换电子，内转换电子与β跃迁电子的区别。 期末考试试卷（B 卷）答案 题 号 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 总 分 分 数 阅卷教师
1.解： 核力的作用要比库仑力强，而且主要是吸引力，这样才能克服库仑力形成原子核。核子之间的磁力也比核力小很多，万有引力更是微不足道。 核力是短程力，粗略的说，核力是短程力的强相互作用，而且起作用的主要是吸引力。 2.解： 重核的中质比大于1，甚至达到1.54.对于重核，核内的质子数增多，库仑力排斥增大了，要构成稳定的核就必须要还有更多的种子以消耗库仑排斥力作用。贝塔稳定线表示原子核有中子，质子对称相处的趋势，即中子数和质子数相当时原子核比较稳定。 3.解： 子核的激发能量： MeV E E A A E 7.353]62746621[207211)]()([410=-=--= αα 4.解： 4242 21 20 0.68 3.31/2log log(0.6810) 3.13 s Sc Ca f T β+ ???→?=?= 1/2 l o g f T ?判断跃迁种类几次规则知道该β + 衰变为容许跃迁 01,0;0,1 (1)1;1 i i i i I I I πππ?=-=±=?=?+=+=+故而，故而， 所以，母核42 21 Sc 的能级特性为：0+1+。 5.解： 复合核的激发能为： 代入数据得到： **12**3417.60,18.1319.15,19.84E M eV E M eV E M eV E M eV ==== 6.解： 再通过复合核的反应中，出射粒子的能量也具有麦克斯韦分布的特点，在适当的条件下叫分布也是各向同性的。因此，我们可以用液滴蒸发的图像来处理复合核的衰变，这就是中子蒸发能谱。 推导如下： 令剩余核的激发能 n E E E -=0*由于复合核的衰变至剩余核的激发能为n E E E +→**之间的概率与此间的能级成正比，同时与复合核的中子宽度)(n n E Γ成正比， 于是： n n n n n n dE E E E dE E n )()()(0-Γ∝ρ 又反应截面可以写为 ΓΓ=b CN ab ) (ασσ *A aA a A m E E B m m =++
目录 摘要 (1) 关键词 (1) Abstract (1) Key words (1) 序言 (2) 1.伦琴和X射线的发现 (3) 1.1偶然的发现 (3) 1.2机遇是留给有准备的人 (3) 2.贝克勒尔发现放射性 (3) 2.1贝克勒尔发现铀盐辐射 (4) 3.居里夫人和镭的发现 (4) 3.1钋的发现 (4) 3.2不知疲倦的科学家 (5) 3.3生活的不幸成为研究的动力 (6) 4.卢瑟福和α射线的研究 (6) 4.1卢瑟福发现α射线 (7) 4.2卢瑟福提出有核原子模型 (8) 5.总结 (9) 参考文献 (10) 致谢 (11)
摘要：在21世纪，原子核物理学已经在人类生活，军事上都得到了广泛应用，但有多少人知道其发现的历程呢！在以牛顿理论系统建立的经典力学的大厦笼罩下，原子核物理学又是经过多少科学家的反复推导和验证诞生的呢！或许岁月的长河会掩盖住过往的尘沙，但它无法遮挡住那如黄金般闪耀的历程！ 在本文中我们将通过文献研究法和调查法，跟寻科学家的脚步，来重新认知原子核物理的发展的历程。并且着重通过对卢瑟福对α射线的研究，尤其是α粒子的大角度散射实验，来亲自感受原子核发现的经过。最后讨论原子和物理的发现和发展给人类带来的好处和坏处，正确的对待科学，应用科学，使我们的家园变得更美好。 关键字：X射线放射性α射线 Abstract：In the 21st century, nuclear physics has been in the human life, the military has been widely used, but how many people know that their findings of course! In Newton's theory of classical mechanics system set up for our shadowat, omic nucleus physics and after how many scientists of derivation and validation is born again and again! The long river of years may obscure past dust, but it cannot block the shine like gold of course! In this article, we will through the literature research and survey method and steps of scientists, to the cognitive development of nuclear physics. And emphatically based on the research of the rutherford to alpha rays, especially of alpha particles, large Angle scattering experiment, after found to experience personally the nucleus. Finally discussed the discovery and development of atoms and physical brings to the human, the advantages and disadvantages of the correct treatment of science, applied science, make our home more beautiful. Keywords:X ray radioactive alpha
原 子 物 理 自1897年发现电子并确认电子是原子的组成粒子以后，物理学的中心问题就是探索原子内部的奥秘，经过众多科学家的努力，逐步弄清了原子结构及其运动变化的规律并建立了描述分子、原子等微观系统运动规律的理论体系——量子力学。本章简单介绍一些关于原子和原子核的基本知识。 §1.1 原子 1．1．1、原子的核式结构 1897年，汤姆生通过对阴极射线的分析研究发现了电子，由此认识到原子也应该具有内部结构，而不是不可分的。1909年，卢瑟福和他的同事以α粒子轰击重金属箔，即α粒子的散射实验，发现绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但有少数发生偏转，并且有极少数偏转角超过了90°，有的甚至被弹回，偏转几乎达到180°。 1911年，卢瑟福为解释上述实验结果而提出了原子的核式结构学说，这个学说的内容是：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外的空间里软核旋转，根据α粒子散射的实验数据可估计出原子核的大小应在10-14nm 以下。 1、1． 2、氢原子的玻尔理论 1、核式结论模型的局限性 通过实验建立起来的卢瑟福原子模型无疑是正确的，但它与经典论发生了严重的分歧。电子与核运动会产生与轨道旋转频率相同的电磁辐射，运动不停，辐射不止，原子能量单调减少，轨道半径缩短，旋转频率加快。由此可得两点结论： ①电子最终将落入核内，这表明原子是一个不稳定的系统； ②电子落入核内辐射频率连续变化的电磁波。原子是一个不稳定的系统显然与事实不符，实验所得原子光谱又为波长不连续分布的离散光谱。如此尖锐的矛盾，揭示着原子的运动不服从经典理论所表述的规律。 为解释原子的稳定性和原子光谱的离经叛道的离散性，玻尔于1913年以氢原子为研究对象提出了他的原子理论，虽然这是一个过渡性的理论，但为建立近代量子理论迈出了意义重大的一步。 2、玻尔理论的内容： 一、原子只能处于一条列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽做加速运动，但并不向外辐射能量，这些状态叫定态。 二、原子从一种定态（设能量为E 2）跃迁到另一种定态（设能量为E 1）时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这种定态的能量差决定，即 γh =E 2-E 1 三、氢原子中电子轨道量子优化条件：氢原子中，电子运动轨道的圆半径r 和运动初速率v 需满足下述关系： π2h n rmv =，n=1、2…… 其中m 为电子质量，h 为普朗克常量，这一条件表明，电子绕核的轨道半径是不连