【正文】 用)對于宏觀質(zhì)點，只要知道它在某一時刻的位置和速度以及受力情況，就可以應(yīng)用牛頓定律確定該質(zhì)點運動的軌道，算出它在以后任意時刻的位置和速度。對電子等微觀粒子，牛頓定律已不再適用，因此不能用確定的坐標(biāo)描述它們在原子中的位置。玻爾理論中說的“電子軌道”實際上也是沒有意義的。更加徹底的量子理論認(rèn)為，我們只能知道電子在原子核附近各點出現(xiàn)的概率的大小。在不同的能量狀態(tài)下，電子在各個位置出現(xiàn)的概率是不同的。如果用疏密不同的點子表示電子在各個位置出現(xiàn)的概率，畫出圖來，就像一片云霧一樣，可以形象地稱之為電子云。普通光源（如白熾燈）發(fā)光時，燈絲中的每個原子在什么時候發(fā)光，原子在哪兩個能級間躍遷，發(fā)出的光向哪個方向傳播，都是不確定的。Aabc激光是同種原子在同樣的兩個能級間發(fā)生躍遷生成的，其特性是：⑴是相干光。（由于是相干光，所以和無線電波一樣可以調(diào)制，因此可以用來傳遞信息。光纖通信就是激光和光導(dǎo)纖維結(jié)合的產(chǎn)物。）⑵平行度好。（傳播很遠(yuǎn)距離之后仍能保持一定強(qiáng)度，因此可以用來精確測距。激光雷達(dá)不僅能測距，還能根據(jù)多普勒效應(yīng)測出目標(biāo)的速度，對目標(biāo)進(jìn)行跟蹤。還能用于在VCD或計算機(jī)光盤上讀寫數(shù)據(jù)。）⑶亮度高。能在極小的空間和極短的時間內(nèi)集中很大的能量。（可以用來切割各種物質(zhì)，焊接金屬，在硬材料上打孔，利用激光作為手術(shù)刀切開皮膚做手術(shù)，焊接視網(wǎng)膜。利用激光產(chǎn)生的高溫高壓引起核聚變。）（二）例題分析例1：如圖所示，鉛盒A中裝有天然放射性物質(zhì)，放射線從其右端小孔中水平向右射出，在小孔和熒光屏之間有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場，則下列說法中正確的有、b、c三點的依次是α射線、γ射線和β射線，則屏上的亮斑可能只剩下b解：由左手定則可知粒子向右射出后，在勻強(qiáng)磁場中α粒子受的洛倫茲力向上，β粒子受的洛倫茲力向下，軌跡都是圓弧。由于α粒子速度約是光速的1/10，而β粒子速度接近光速，所以在同樣的混合場中不可能都做直線運動（如果一個打在b，則另一個必然打在b點下方。）本題選AC。放射源探測接收器MN例2：如圖所示，是利用放射線自動控制鋁板厚度的裝置。假如放射源能放射出α、β、γ三種射線，而根據(jù)設(shè)計，該生產(chǎn)線壓制的是3mm厚的鋁板，那么是三種射線中的____射線對控制厚度起主要作用。當(dāng)探測接收器單位時間內(nèi)接收到的放射性粒子的個數(shù)超過標(biāo)準(zhǔn)值時，將會通過自動裝置將M、N兩個軋輥間的距離調(diào)__ _一些。解：α射線不能穿過3mm厚的鋁板，γ射線又很容易穿過3mm厚的鋁板，基本不受鋁板厚度的影響。而β射線剛好能穿透幾毫米厚的鋁板，因此厚度的微小變化會使穿過鋁板的β射線的強(qiáng)度發(fā)生較明顯變化。即是β射線對控制厚度起主要作用。若超過標(biāo)準(zhǔn)值，說明鋁板太薄了，應(yīng)該將兩個軋輥間的距離調(diào)節(jié)得大些。二、核反應(yīng)（一）知識要點⑴衰變：α衰變：（核內(nèi)）β衰變：（核內(nèi)）+β衰變：（核內(nèi)）γ衰變：原子核處于較高能級，輻射光子后躍遷到低能級。⑵人工轉(zhuǎn)變：（發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)）（發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)）（人工制造放射性同位素）⑶重核的裂變：在一定條件下（超過臨界體積），裂變反應(yīng)會連續(xù)不斷地進(jìn)行下去，這就是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。⑷輕核的聚變：（需要幾百萬度高溫，所以又叫熱核反應(yīng)）所有核反應(yīng)的反應(yīng)前后都遵守：質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒。（注意：質(zhì)量并不守恒。）放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間叫半衰期。（對大量原子核的統(tǒng)計規(guī)律）計算式為：N表示核的個數(shù)，此式也可以演變成或，式中m表示放射性物質(zhì)的質(zhì)量，n表示單位時間內(nèi)放出的射線粒子數(shù)。以上各式左邊的量都表示時間t后的剩余量。半衰期由核內(nèi)部本身的因素決定，跟原子所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān)。⑴利用其射線：α射線電離性強(qiáng)，用于使空氣電離，將靜電泄出，從而消除有害靜電。γ射線貫穿性強(qiáng)，可用于金屬探傷，也可用于治療惡性腫瘤。各種射線均可使DNA發(fā)生突變，可用于生物工程，基因工程。⑵作為示蹤原子。用于研究農(nóng)作物化肥需求情況，診斷甲狀腺疾病的類型，研究生物大分子結(jié)構(gòu)及其功能。⑶進(jìn)行考古研究。利用放射性同位素碳14，判定出土木質(zhì)文物的產(chǎn)生年代。一般都使用人工制造的放射性同位素（種類齊全，各種元素都有人工制造的放射性同位。半衰期短，廢料容易處理。可制成各種形狀，強(qiáng)度容易控制）。（二）例題分析例1：近年來科學(xué)家在超重元素的探測方面取得了重大進(jìn)展?？茖W(xué)家們在觀察某兩個重離子結(jié)合成超重元素的反應(yīng)時，發(fā)現(xiàn)所生成的超重元素的核X經(jīng)過6次α衰變后成為Fm，由此可以判定該超重元素的原子序數(shù)和質(zhì)量數(shù)依次是，，277解：每次α衰變質(zhì)量數(shù)減少4，電荷數(shù)減少2，因此該超重元素的質(zhì)量數(shù)應(yīng)是277，電荷數(shù)應(yīng)是112，選D。例2：完成下列核反應(yīng)方程，并指出其中哪個是發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程，哪個是發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程。⑴N+n→C+_____⑵N+He→O+_____⑶B+n→_____+He⑷Be+He→_____+n⑸Fe+H→Co+_____解：根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，可以判定：⑴H，⑵H，發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程⑶Li，⑷C，發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程⑸n例3：一塊含鈾的礦石質(zhì)量為M，其中鈾元素的質(zhì)量為m。鈾發(fā)生一系列衰變，最終生成物為鉛。已知鈾的半衰期為T，那么下列說法中正確的有：，其中鈾元素的質(zhì)量還剩m/8解：經(jīng)過兩個半衰期后礦石中剩余的鈾應(yīng)該還有m/4，經(jīng)過三個半衰期后還剩m/8。因為衰變產(chǎn)物大部分仍然留在該礦石中，所以礦石質(zhì)量沒有太大的改變。本題選C。例4：關(guān)于放射性同位素應(yīng)用的下列說法中正確的有：，因此達(dá)到消除有害靜電的目的，也能進(jìn)行人體的透視，其結(jié)果一定是成為更優(yōu)秀的品種，以免對人體正常組織造成太大的危害解：利用放射線消除有害靜電是利用放射線的電離性，使空氣分子電離成為導(dǎo)體，將靜電泄出。γ射線對人體細(xì)胞傷害太大，不能用來進(jìn)行人體透視。作物種子發(fā)生的DNA突變不一定都是有益的，還要經(jīng)過篩選才能培育出優(yōu)秀品種。用γ射線治療腫瘤對人體肯定有副作用，因此要科學(xué)地嚴(yán)格控制劑量。本題選D。KπABP例5：K介子衰變的方程為，其中K介子和π介子帶負(fù)的基元電荷，π0介子不帶電。一個K介子沿垂直于磁場的方向射入勻強(qiáng)磁場中，其軌跡為圓弧AP，衰變后產(chǎn)生的π介子的軌跡為圓弧PB，兩軌跡在P點相切，它們的半徑RK與Rπ之比為2∶1。π0介子的軌跡未畫出。由此可知π介子的動量大小與π0介子的動量大小之比為：∶∶∶∶6解：帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運動的半徑公式r=mv/qB，K介子和π介子電荷量又相同，說明它們的動量大小之比是2∶1，方向相反。由動量守恒得π0介子的動量大小是π介子的三倍，方向與π介子的速度方向相反。選C。例科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在月球上含有豐富的（氦3），它是一種高效、清潔、安全的核聚變?nèi)剂希鋮⑴c的一種核聚變反應(yīng)的方程式為+→+，關(guān)于聚變下列表述正確的是A．聚變反應(yīng)不會釋放能量B．聚變反應(yīng)產(chǎn)生了新的原子核C．聚變反應(yīng)沒有質(zhì)量虧損D．目前核電站都采用聚變反應(yīng)發(fā)電答案：B解析：聚變反應(yīng)有質(zhì)量虧損，能釋放能量，目前核電站都采用核裂變反應(yīng)，聚變反應(yīng)產(chǎn)生了新的原子核.例钚的放射性同位素靜止時衰變?yōu)殁櫤思ぐl(fā)態(tài)和粒子，而鈾核激發(fā)態(tài)立即衰變?yōu)殁櫤?，并放出能量為的光子。已知：、和粒子的質(zhì)量分別為=、==，（1）寫出衰變方程；（2）已知衰變放出的光子的動量可忽略，求粒子的動能。解：（1）衰變方程為①②或合起來有③（2）上述衰變過程的質(zhì)量虧損為④放出的能量為⑤這能量是軸核的動能、粒子的動能和光子的能量之和⑥由④⑤⑥式得⑦設(shè)衰變后的軸核和粒子的速度分別為和，則由動量守恒有⑧又由動能的定義知⑨由⑧⑨式得⑩由⑦⑩式得代入題給數(shù)據(jù)得三、核能（一）知識要點核反應(yīng)中放出的能叫核能。核子結(jié)合生成原子核，所生成的原子核的質(zhì)量比生成它的核子的總質(zhì)量要小些，這種現(xiàn)象叫做質(zhì)量虧損。愛因斯坦的相對論指出：物體的能量和質(zhì)量之間存在著密切的聯(lián)系，它們的關(guān)系是：E=mc2，這就是愛因斯坦的質(zhì)能方程。質(zhì)能方程的另一個表達(dá)形式是：ΔE=Δmc2。以上兩式中的各個物理量都必須采用國際單位。在非國際單位里，可以用1u=。在有關(guān)核能的計算中，一定要根據(jù)已知和題解的要求明確所使用的單位制。凡是釋放核能的核反應(yīng)都有質(zhì)量虧損。核子組成不同的原子核時，平均每個核子的質(zhì)量虧損是不同的，所以各種原子核中核子的平均質(zhì)量不同。核子平均質(zhì)量小的，每個核子平均放的能多。鐵原子核中核子的平均質(zhì)量最小，所以鐵原子核最穩(wěn)定。凡是由平均質(zhì)量大的核，生成平均質(zhì)量小的核的核反應(yīng)都是釋放核能的。目前的所有正式運行的核電站都是應(yīng)用裂變發(fā)電的。核反應(yīng)堆的主要組成是：⑴核燃料。用濃縮鈾（能吸收慢中子的鈾235占3%~4%）。⑵減速劑。用石墨或重水（使裂變中產(chǎn)生的中子減速，以便被鈾235吸收）。⑶控制棒。用鎘做成（鎘吸收中子的能力很強(qiáng)）。⑷冷卻劑。用水或液態(tài)鈉（把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出去用于發(fā)電，同時使反應(yīng)堆冷卻，保證安全）。⑸水泥防護(hù)層。用來屏蔽裂變產(chǎn)物放出的各種射線。（二）例題分析例1：1027kg，1027kg，1027kg。一個鋰核受到一個質(zhì)子轟擊變?yōu)?個α粒子，⑴寫出核反應(yīng)方程，并計算該反應(yīng)釋放的核能是多少？⑵1mg鋰原子發(fā)生這樣的反應(yīng)共釋放多少核能？解：⑴H+Li→2He反應(yīng)前一個氫原子和一個鋰原子共有8個核外電子，反應(yīng)后兩個氦原子也是共有8個核外電子，因此只要將一個氫原子和一個鋰原子的總質(zhì)量減去兩個氦原子的質(zhì)量，得到的恰好是反應(yīng)前后核的質(zhì)量虧損，電子質(zhì)量自然消掉。由質(zhì)能方程ΔE=Δmc2得釋放核能ΔE=1012J⑵1mg鋰原子含鋰原子個數(shù)為106247。1027，1012J，108J核能。例2：靜止的氡核Rn放出α粒子后變成釙核Po，α粒子動能為Eα。若衰變放出的能量全部變?yōu)榉礇_核和α粒子的動能，真空中的光速為c，則該反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為：.解：由于動量守恒，反沖核和α粒子的動量大小相等，由，它們的動能之比為4∶218，因此衰變釋放的總能量是，由質(zhì)能方程得質(zhì)量虧損是。α例3：靜止在勻強(qiáng)磁場中的一個B核俘獲了一個速度為向v=104m/s的中子而發(fā)生核反應(yīng)，生成α粒子與一個新核。測得α粒子的速度為2104m/s，方向與反應(yīng)前中子運動的方向相同，且與磁感線方向垂直。求：⑴寫出核反應(yīng)方程。⑵畫出核反應(yīng)生成的兩個粒子的運動軌跡及旋轉(zhuǎn)方向的示意圖（磁感線方向垂直于紙面向外）。⑶求α粒子與新核軌道半徑之比。⑷求α粒子與新核旋轉(zhuǎn)周期之比。解：⑴由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得：B+n→He+Li⑵由于α粒子和反沖核都帶正電，由左手定則知，它們旋轉(zhuǎn)方向都是順時針方向，示意圖如右。⑶由動量守恒可以求出反沖核的速度大小是103m/s方向和α粒子的速度方向相反，由帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運動的半徑公式可求得它們的半徑之比是120∶7⑷由帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運動的周期公式可求得它們的周期之比是6∶7例4（20分)如圖所示，垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=，MN是磁場的左邊界。在磁場中的A點有一靜止鐳核（Ra），A距MN的距離OA=。D為放置在MN邊緣粒子接收器，OD=。Ra發(fā)生放射性衰變，放出某種粒子x后變?yōu)殡保≧n），接收器D接收到了沿垂直于MN方向射來的粒子x。（1）寫出上述過程中的衰變方程（衰變方程中必須寫出粒子x的具體符號）；（2）求該鐳核在衰變?yōu)殡焙撕蛒粒子時釋放的能量。（保留三位有效數(shù)字，取lu=10－27kg，電子電荷量e=10－19C）.解:（1）…………………………………………………………（4分）（2）根據(jù)題意可知α粒子在磁場中做圓運動的半徑R=，設(shè)α粒子的速度為v，帶電量為q，質(zhì)量為m，則有………（2分）……（2分）（P=qBR=210－19=10－19kgm/s）α粒子的動能………………（2分）鐳核衰變滿足動量守恒，設(shè)氡核的質(zhì)量為M，速度為V，有mv－MV=0…………（4分）氡核的動能………………（2分）鐳核衰變時釋放的能量△E=E1E2=（1）E1………………（2分）△E=10－12J……（2分）易錯題集例1關(guān)于半衰期，以下說法正確的是：A．同種放射性元素在化合物中的半衰期比單質(zhì)中長。B．升高溫度可以使半衰期縮短。C．，若有四個氡原子核。D．，4克氡原子核?！痉治鼋獯稹靠紤]到放射性元素衰變的快慢是跟原子所處的物理狀態(tài)或化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，又考慮到半衰期是一種統(tǒng)計規(guī)律，即給定的四個氡核是否馬上衰變會受到各種偶然因素的支配。因此，正確答案只有D。(1)求電子在基態(tài)軌道上運動時的動能。(2)有一群氫原子處于量子數(shù)n=3的激發(fā)態(tài)。畫一能級圖，在圖14－1上用箭頭標(biāo)明這些氫原子能發(fā)出哪幾條光譜線。(3)計算這幾條光譜線中波長最短的一條的波長。(其中靜電力恒量K=109Nm2/C2，電子電量e=1019C，普朗克恒量h=1034Js，真空中光速c=108m/s)?！痉治鼋獯稹?l)設(shè)電子的質(zhì)量為m，電子在基態(tài)軌道上的速率為v1，根據(jù)牛頓第(2)當(dāng)氫原子從量子數(shù)n=3的能級躍遷到較低能級時，可以得到3條光譜線。如圖142所示。(3)與波長最短的一條光譜線對應(yīng)的能級差為E3E1。例3釷232經(jīng)過6次α衰變和4次β衰變后變成一種穩(wěn)定的元素。這種元素是什么？它的原子量是多少？它的原子序數(shù)是多少？【分析解答】6次α衰變和4次β衰變總的效果使原子量和原子序數(shù)變化為原子量=23264=208原子序數(shù)=90264(1)=82