原子物理与核物理难点剖析.doc

原子物理与核物理难点剖析1、 关于d粒子散射实验（1）4粒子散射实验的目的、设计及.设计思想① 目的：通过粒子散射的情况获取关于原子结构方而的信息② 设计：在真空的坏境中，使放射性元素针放射出的粒子轰击金箔，然后透过显微镜 观察用荧光屏接收到的d粒了，通过轰击前后d粒了运动情况的对比，來了解金原了的结构 情况③ 设计思想：与某一个金原子发生作用前后的a粒子运动情况的差异，必然带有该金原 子结构特征的烙印搞蓿这一设计思想，就不难理解卢瑟福为什么选择了金箔做靶子（利用 金的良好的延展性，使每个a粒子在穿过金箔过程中尽可能只与某一个金原子发生作用）和 为什么实验要在真空环境中进行（避免气体分子对a粒子的运动产生影响）o（2） a粒子散射现象① 绝大多数a粒子几乎不发生偏转；② 少数a粒子则发生了较大的偏转；③ 极少数a粒子发生了大角度偏转（偏转角度超过90°有的甚至几乎达到ISOB（3） a粒子散射的简单解释首先，由于质量的悬殊便可判定，a粒子的偏转不会是因为电子的影响，而只能是因为 原子中除电子外的带正电的物质的作用而引起的；其次，原子小除电子外的带正电的物质不 应是均匀分布的（否则对所有的。

粒子来说散射情况应该是一•样的），而“绝大多数”“少 数”和“极少数”粒子的行为的差界，充分地说明这部分带正电的物质只能高度地集中在 在一个很小的区域内；再次，从这三部分行为不同的粒•子数量的差别的统计”，不难理解 卢瑟福为什么能估算出这个区域的直径约为10,4mo2、 原子的核式结构（1） 核式结构的具体内容① 原子的中心有一个很小的核；② 原了的全部正电荷和几乎全部质量集中在核内；③ 带负电的电子在核外空间绕核旋转2） 核式结构的实验基础核式结构的提出，是建立在粒子散射实验的基础之上的或者说：卢瑟福为了解释Q 粒子散射实验的现彖，不得不对原子的结构问题得出核式结构的理论3、玻尔的原子理论一一三条假设（1） “定态假设”：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中，电子 虽做变速运动，但并不向外辐射电磁波，这样的相对稳定的状态称为定态定态假设实际上只杲给经典的电磁理论限制了适用范围：原子中电子绕核转动处于定 态时不受该理论的制约2） “跃迁假设”：电子绕核转动处于定态时不辐射电磁波，但电子在两个不同定态 间发生跃迁时，却要辐射（吸收）电磁波（光子）,其频率由两个定态的能量差值决定跃迁假设对发光（吸光）从徴观（原子等级）上给出了解释。

3） “轨道量子化假设”：由于能量状态的不连续，因此电子绕核转动的轨道半径也 不能任意取值，必须满足mvr= — （« = 1,2,3...） o2/r轨道量子化假设把量子观念引入原子理论，这杲玻尔的原子理论之所以成功的根本原 因4、氢原子能级及氢光谱（1） 氢原子能级① 能级公式：En =-^£1（£1 =-13.6^7）；n~② 半径公式：rn - n2r}（r} = 0.53A）2） 氢光谱在氢光谱中，几二2,3,“,5, 向n二/跃迁发光形成赖曼线系；n=3,4,5,6向n=2跃进迁发光形成马尔末线系；“=4,5,6,7 向n=3跃迁发光形成帕邢线系；n=5,6,7,8 向n=4跃迁发光形成布喇开线系，其中只冇马尔末线生活费的前4条谱线落在nJ见光区域内5、天然放射现象（10天然放射现象中三种少线及其物质微粒的有关特性的比较射线a射线0射线卩射线物质微粒电子％光了卩带电情况带正电（2e）带负电3不带电速度约为丄c10接近CC贯穿木领小（空气中飞行几厘米）中（穿透几毫米铝板）大（穿透儿厘米铅板）电离作丿IJ强次弱（2）天然衰变中核的变化规律在核的天然衰变小，核变化的最基本的规律是质量数守恒和电荷数守恒。

① 衰变：随着a衰变，新核在元索周期表中位置向后移2位，即?Xt临:② 0衰变：随着0衰变，新核在元素周期衣中位宜向前移1位，即• ?XTz?#+3③ 7衰变：随着7衰充数，变化的不是核的种类，而是核的能量状态但一般情况下,7衰变总.是伴随“衰变或0衰变进行的6、关于半衰期的几个间题（1） 定义：诙射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间2） 意义：反映了核衰变过程的统计快慢程度3） 特征：只由核本身的因素所决定，而与原子所处的物理状态或化学状态无关4） 理解：搞清了对半衰期的如下错误认识，也就正确地理解了半衰期的真正含义■ ■第一种错误认识是:As（大壘）个放射性元寿的核，经过一个半衰期T.衰变了一半，再经 过一个半衰期T,全部衰变完第二种错误认识是：若有4个放射性元素的核，经过一个半 衰期匚将衰变2个事实上，卫（大量）个某种肢射性元素的核，经过时间［后剩下的这 种核的个数为1N沁-而对于少量的核（如4个），杲无法确定其衰变所需要的时间的.这实质上就杲“半 衰期反映了核衰变过程的统计快慢程度”的含义7、原了核的人工转变和原了核的组成用高速运动的粒子去轰击原子核，是揭开原子核内部奥秘的要本方法。

轰击结果产生 了另一种新核，其核反应方程的一般形式为；X + x—+ y,其中；x是靶核的符号，x为入射粒子的符号，fy是新生核的符号，y是放射出的粒子的 符号1919年卢瑟福首先做了用粒子轰击氮原子核的实验口在了解卢瑟福的实验装苴、进行情况和得到的实验结果后，应该记住反应方程式这是人类第一次发现质子的核反应方程另外，对1930年查德威克发现中子的实验装 苴、过程和结果也应有个基本的了解值得指出的是，查德威克在对不可见粒子的判断中， 运用了能壘和动壘守恒定律，科学地分析了实验结果，扫E除了 y射线的可能性，确定了是一 种粒子一一中子，发现中子的核反应方程:尿+；尿 _1汇+冷，这同样是应该记住的°8、核能对这部分内容，应该注意以下几点：（1） 己经确定核力的主要特性有：（1）是一种很强的力（相比于其他的力），（2） 是一种短程力2） 一定的质量加总是跟一定的能量加/对应核子在结合成原子核时的总质量减少 了，相应的总能量也要减少，根据能量守恒定律，减少的这部分能量不会凭空消失，它要在 核子结合过程中释放出去反过来，把原子核分裂成核子，总•质最要增加，总能量也要增 加，增加的这部分能量也不会凭空产生，要由外部来供给。

能虽总是守恒的，在原了核反应 伴随有巨人的放能和吸能现象3） 核反应中释放或吸收的能量，可以根据反应物和生成物间的质量差用质能关系方 程•来计算4） 核反应中能量的吸、放，跟核力的作用有关当核子结合成原子核时，核力要做功，所以放出能量把原子核分裂成核子时，要克服核力做功，所以要由外界提供能量典型例题例1、在卢瑟福的a粒子散射实验中，有极少数粒子发生人如度偏转，其原因是（ ）A、 原子■的正电荷和绝人部分质量集中在一个很小的核上B、 正电荷在原子中是均匀分布的C、 原子中存在着带负电的电子D、 原了只能处于一系列不连续的能量状态中例2、对于基态氢原了，下列说法正确的分析：解答此例要求熟悉核式结构对Q粒子散射现象的解释：解答：由于电子与a粒子质壘的悬殊，所以可判断：使a粒子偏转的不可能是带负电 的电子；又由于只有极少数a粒子发生大角度偏转，所以又可判断：原子的正电荷和绝大部 分质量集中在一个很小的范围內.故选2是（）A、 它能吸收10.2eV的光子B、 它能吸收1 leV的光子C、 它能吸收14eV的光子D、 它能吸收具有lleV动能的电子的部分动能分析：注意到光子能壘只能全部被吸收，而电子能壘则可以部分被吸收。

解10.2eV刚好是＞?=1、的能极差，而11Z不是，由玻尔政府知A正确基太 氢原子也能吸收14eV的光子而电离，电离后自由电子动能为0.上\；它也可吸收动能为11 eV 的电子的部分能量（lO.XV），剩余O.SeY仍为原来电子所有所以应选ACDo例3、设氢原了的基态能量为E“某激发态的能量为E,则当氢原了从这一激发态跃迁 到基态时，所 ■（填“辐射”或“吸收”）的光子在真空中的波长为 分析：了解玻尔的原子理论，掌握光子能量与光波长间关系，即可解得此例解答：根据玻尔原了理论知：氢原了核外电了从高能态跃迁到低能态时，应辐射出光 子，而能级差即为光子能量Eo=E-E,另外，光子能量吊与光波长久间的关系为E严竺° A其中力为普朗克常量，c为真空中光速，山此可解得he(E - E)此例答案：辐射,he9-即例4：如图2>1所示，止为放射源，虑线范I內有垂直于纸面的磁声事为厚纸板,.忆V为荧光屏，今在屏上卩点处发现亮斑，则到达P点处的敢射性物质徴粒和虚线范围为占 的方向分别为（）A、 a粒子，B垂直于纸面向外B、 a粒子，B垂直于纸面向內C、 0粒子，B垂直于纸面向外EJ 25-1D、 戸粒子，占垂直于纟氏面向內分析：了解天然放射现象中三种射线的基本属性，杲分析此例的基础。

解答：由于a粒子贯穿本领很弱，只能穿透几厘米空气，因此穿透厚纸板到达屏上P 点处不可能杲a粒子；由于丫粒子不带电，穿过B区域不会发生偏转，因此到达P点处的 也不可能杲丫粒子；由此可知，到达P点处的必然杲0粒子又由于0粒子带的杲负电， 因此用左手定则便可判断B的方向应该杲垂直于纸面向內所以应选Do例5、两种放射性元素的原子：A和；B,其半衰期分别为T和丄若经过2T后两种元素的核的质量相等，则开始时两种核的个数之比为 ;若经过2T后两种核的个数相等，则开始时两种核的质量Z比为 O分析：欲求解此例，必须止确理解半衰期的概念解答：此例考察的是半衰期的概念，可做如下分析：若开始时两种核的个数分别为M和M，则经时间2T后剩下的核的个数就分别为和— ifu此时两种核的质量相等，于是有16 -= ^-N2b,4 16由此可得 N］：N2=b:4a°若开始时两种核的质最分别为仙和加2,则经•时间2T后剩下的核的质量就分别为占"和—m2 ,而此时两种核的个数相等，于是有16 -m} _ m24a 16b由此可得 mx : m2 = a : 4b例6、静止的氮核被速度是勺的中子加击中生成甲、乙两核已知甲、乙两核的速度方向同碰撞前中子的速度方向一致，甲、乙两核动壘之比为1： 1,动能之比为1： 4, 它们沿垂直磁场方向进入匀强磁场做圆周运动，其半径之比为1： 6O ffl：甲、乙各是什么 核？速度各是多大？写出该反应方程。

分析：注意到中子击中N核并生成两个新核的过程中系统的动壘守恒，核进入磁场做 圆周运动时的半径公式，再结合题设条件中两个新核的动量比，动能比可解得此例解答：设甲、乙两核质量分别为w刖加电量分别为q和q二0由动量与动能关系p — J2叨禺和去甲=去乙可得血甲：: 血甲=4： 1又由A = —= 可得Bq Bqg甲：q^ = R“ R甲=6： i因为w•-陀乙=15畑q甲一q乙=沧所以即甲为：c,乙为:卫由动量守恒定律，可得川二甲一血乙卩乙=2 »ja=24 mrv甲 进而求得甲的遠度卩甲二今，乙的速度卩乙=卡。