高中物理 第4章 從原子核到夸克學(xué)案 滬科版選修35

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)世界的認識推進到了微觀領(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)，是高考考查的重點和熱點現(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)粒子散射實驗第二大發(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驗中發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子C查德威克在原子核人工轉(zhuǎn)變的實驗中發(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驗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，粒子在勻強磁場中可能做勻速圓周運動，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足夠強的勻強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)放出的粒子運動方向與磁場方向垂直，求：(1)粒子與Po核在勻強磁場中的軌跡圓的半徑之比，并定性畫出它們在磁場中運動軌跡的示意圖(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動軌跡的示意圖與上述衰變運動軌跡示意圖有何不同？解析(1)氡核經(jīng)衰變的核反應(yīng)方程為86Rn84PoHe，衰變的過程極短，故系統(tǒng)動量守恒設(shè)粒子速度方向為正，則由動量守恒定律得：0mvmPovPo，即mvmPovPo粒子與反沖核在勻強磁場中，洛倫茲力提供其做勻速圓周運動的向心力，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動，但由于粒子帶負電，反沖核帶正電，衰變時它們兩個運動方向相反，但受的洛倫茲力方向相同，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)過實驗發(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，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(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)若粒子與氡核的運動方向與勻強磁場的方向垂直，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.因為Ekmv2，所以.(3)因為它們在勻強磁場中的運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，則它們在勻強磁場中做圓周運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