重难点14 原子和宇宙-2023年高考物理【热点·重点·难点】专练（上海专用）

重难点14 原子和宇宙 一、原子的核式结构 （1）电子的发现：英国物理学家汤姆孙发现了电子． （2）α粒子散射实验：1909～1911年，英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验，实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞”了回来． （3）原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转． 二、天然放射现象 1．放射性元素自发地发出射线的现象，叫做天然放射现象，1896年由法国物理学家贝克勒尔发现． 2．放射性说明原子核内部是有复杂的结构的 （1）1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，发现了质子，并猜想原子核内还存在中子，1932年，他的学生查德威克通过实验证实了中子的存在． （2）原子核是由质子和中子组成的．常用符号表示，X为元素符号，A表示核的质量数，Z表示核的电荷数． 三、α、β、γ射线及特点 1．三种射线的比较 种类 α 射线 β 射线 γ 射线 组成 高速氦核流 高速电子流 光子流（高频电磁波） 带电荷量 2e ﹣e 0 质量 4mp 静止质量为零 符号 γ 速度 0.1c 0.99c c 贯穿本领 最弱 较强 最强 贯穿实例 用纸能挡住 穿透几毫米的铝板 穿透几厘米的铅板 对空气的电离作用 很强 较弱 很弱 四、原子核的衰变及半衰期、衰变速度 1．原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变． 2．分类 α衰变： β衰变： 3．半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间．半衰期由核内部本身的因素决定，跟原子所处的 物理或化学状态无关．如果放射性元素初始时刻的质量为m0，它的半衰期是T，则经过时间t，剩下的放射性元素的质量m＝m0． ①原子核衰变规律 衰变类型 α衰变 β衰变 衰变方程 衰变实质 2个质子和2个中子结合成一个整体射出 一个中子转化为一个质子和一个电子 衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒 ②确定衰变次数的方法 （1）设放射性元素经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素，则表示该核反应的方程为 根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程A＝A′+4n，Z＝Z′+2n﹣m （2）确定衰变次数，因为β衰变对质量数无影响，先由质量数的改变确定α衰变的次数，然后再根据β衰变规律确定β衰变的次数． 五、原子核的人工转变 1919年卢瑟福完成了用α粒子轰击氮原子核的人工核实验，实验装置示意如图． A：放射性物质　C：容器　T：阀门　F：铝箔　　S：荧光屏　M：显微镜． 实验步骤及结果： 1、适当选择铝箔的厚度，使荧光屏恰好不出现闪光 2、然后充入氮气． 3．充入氮气后，荧光屏出现了闪光． 从实验结果可知，充入氮气后产生了穿透能力比α粒子更强的新的粒子，这种粒子可以穿透铝箔，打在荧光屏上，出现了闪光． 后来，将这种粒子引入电场、磁场测定它的电量和质量，确定了它就是氢原子核，又称为质子．物理学中用符号或表示质子． 六、质量亏损与质能方程 爱因斯坦质能方程为E＝mc2，若核反应中的质量亏损为△m，释放的核能△E＝△mc2．（1）核能的计算方法 ①根据△E＝△mc2计算，计算时△m的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，△E的单位是“J”． ②根据△E＝△m×931.5MeV计算时，因1原子质量单位（u）相当于931.5 MeV的能量，所以计算时△m的单位是“u”，△E的单位是“MeV”． ③根据核子比结合能来计算核能：原子核的结合能＝核子比结合能×核子数． （2）利用质能方程计算核能时，不能用质量数代替质量进行计算． 七、重核的裂变 重核裂变：重核分裂成质量较小的核的反应．如： 由重核裂变产生的中子使裂变反应能持续地进行的过程称为链式反应，发生链式反应的条件是：裂变物质的体积大于等于临界体积．裂变的应用：原子弹、核反应堆． 链式反应：铀核裂变时，一是放出中子，二是放出巨大的能量，这两种可贵的性质紧紧地吸引着人们的注意力．人们特别感兴趣的是每次裂变究竟能放出多少个中子，因为这关系到究竟能否实现持续的核裂变． 经过许多科学工作者的努力，很快就确定了每个铀235核发生裂变时平均约放出2.5个中子．大自然为我们作了这﹣具有特殊意义的安排：次级中子数大于1！从而使铀核裂变现象的发现成为不平凡的发现．一个铀核在一个中子作用下发生裂变，如果裂变时放出两个次级中子，这两个次级中子又引起两个铀核发生裂变，放出四个次级中子，这四个中子再引起四个铀核发生裂变…．如此下去，反应的规模将自动地