2017沪科版高中物理选修（3-5）第4章《从原子核到夸克》word章末总结学案

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1、学案5　章末总结从原子核到夸克一、识记物理学史近代核物理的探索和发现从根本上把人们对物质世界的认识推进到了微观领域．因此对物理学史的考查也常从这里开始，如电子的发现、核式结构模型的建立、质子、中子的发现，是高考考查的重点和热点．现总结如下：1．汤姆生电子的发现[第一大发现]→原子可以再分→汤姆生→“枣糕”式原子模型．2．卢瑟福(1)α粒子散射实验[第二大发现]→否定了汤姆生原子模型→卢瑟福原子模型(核式结构)→打开原子物理大门，初步建立了原子结构的正确图景，跟经典的电磁理论发生了矛盾．(2)α粒子轰击氮原子核→发现了质子[第三大发现]．3．玻尔(1)核外电子绕核运动．(2)原

2、子光谱不连续→玻尔原子模型(能量量子化，能级跃迁假设，轨道量子化)[第四大发现]→成功解释了氢光谱的规律，不能解释比较复杂的原子．4．贝可勒尔天然放射现象[第五大发现]→原子核有复杂结构．例1　下列说法中正确的是(　　)A．玛丽·居里首先提出原子的核式结构模型B．卢瑟福在α粒子散射实验中发现了质子C．查德威克在原子核人工转变的实验中发现了中子D．贝可勒尔发现原子核有复杂结构解析　卢瑟福在α粒子散射实验中提出原子的核式结构模型，所以A、B错．据物理学史可知C、D正确．答案　CD二、半衰期及衰变次数的计算1．半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间．计算公式：N＝N0(

3、)n或m＝m0()n，其中n＝，τ为半衰期．2．确定衰变次数的方法(1)X→Y＋nHe＋me根据质量数、电荷数守恒得Z＝Z′＋2n－mA＝A′＋4n二式联立求解得α衰变次数n，β衰变次数m.(2)根据α衰变和β衰变(β衰变质量数不变)直接求解．图1例2　放射性元素U衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成Bi，而Bi可以经一次衰变变成X(X代表某种元素)，也可以经一次衰变变成Tl，X和Tl最后都变成Pb，衰变路径如图1所示．则(　　)A．a＝82，b＝211B.Bi→X是β衰变，Bi→Tl是α衰变C.Bi→X是α衰变，Bi→Tl是β衰变D.Tl经过一次α衰变变成Pb解析　由B

4、i→X，质量数不变，说明发生的是β衰变，同时知a＝84.由Bi→Tl是核电荷数减2，说明发生的是α衰变，同时知b＝206，由Tl→Pb发生了一次β衰变．故选B.答案　B三、原子核物理与动量、能量相结合的综合问题1．核反应过程中满足四个守恒：质量数守恒、电荷数守恒、动量守恒、能量守恒．2．核反应过程若在磁场中发生，粒子在匀强磁场中可能做匀速圆周运动，衰变后的新核和放出的粒子(α粒子、β粒子)形成外切圆或内切圆．例3　足够强的匀强磁场中有一个原来静止的氡核86Rn，它放射出一个α粒子后变为Po核．假设放出的α粒子运动方向与磁场方向垂直，求：(1)α粒子与Po核在匀强磁场中的轨迹圆

5、的半径之比，并定性画出它们在磁场中运动轨迹的示意图．(2)α粒子与Po核两次相遇的时间间隔与α粒子运动周期的关系；(设质子和中子质量相等)(3)若某种放射性元素在匀强磁场中垂直磁场方向发生β衰变，则β粒子和反冲核在磁场中运动轨迹的示意图与上述α衰变运动轨迹示意图有何不同？解析　(1)氡核经α衰变的核反应方程为86Rn→84Po＋He，衰变的过程极短，故系统动量守恒．设α粒子速度方向为正，则由动量守恒定律得：0＝mαvα－mPovPo，即mαvα＝mPovPoα粒子与反冲核在匀强磁场中，洛伦兹力提供其做匀速圆周运动的向心力，即qvB＝m，r＝∝，故＝＝＝，示意图如图甲所示．(2

6、)它们在磁场中运动的周期T＝＝∝，它们的周期之比为＝·＝·＝，即109Tα＝84TPo，这样，α粒子转109圈，Po核转84圈，两者才相遇．所以α粒子与Po核两次相遇的时间间隔Δt＝109Tα.(3)若放射性元素在匀强磁场中垂直磁场方向发生β衰变，则β粒子和反冲衰变过程仍符合动量守恒定律，它们也在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，但由于β粒子带负电，反冲核带正电，衰变时它们两个运动方向相反，但受的洛伦兹力方向相同，所以它们的轨迹圆是内切的，且β粒子的轨迹半径大于反冲核的轨迹半径，其运动轨迹的示意图如图乙所示．答案　(1)42∶1　见解析图　(2)Δt＝109Tα(3)见解析图1．

7、一块含铀的矿石质量为M，其中铀元素的质量为m.那么下列说法中正确的是(　　)A．经过两个半衰期后，这块矿石中基本不再含有铀了B．经过两个半衰期后，原来所含的铀元素的原子核有m/4发生了衰变C．经过三个半衰期后，其中铀元素的质量还剩m/8D．经过一个半衰期后，该矿石的质量剩下M/2答案　C解析　经过两个半衰期后，铀元素的质量还剩m/4，A、B项均错误；经过三个半衰期后，铀元素还剩m/8，C项正确；铀衰变后，铀核变成了新的原子核，故D项错误．2．科学家经过实验发现α粒子(氦核)、p(质子)及n(中子)这3种