第四課時 單元知識整合
本章知識結(jié)構(gòu)
1．湯姆孫在發(fā)現(xiàn)電子后，提出原子模型是棗糕模型，盧瑟福根據(jù)著名的α粒子散射實驗總結(jié)出原子的核式結(jié)構(gòu)模型，他提出原子中心有一個很小的原子核，它集中了原子的所有正電荷和幾乎全部的質(zhì)量，電子繞核旋轉(zhuǎn)，原子核直徑的數(shù)量級是10-15～10-14m。
2．在玻爾理論中，原子的能量和電子的軌道半徑都是量子化的，原子在能級之間躍遷時要吸收或輻射特定頻率的光子，且光子能量E=hγ=Em-En。這也解釋了氫原子的線狀光譜。
3．天然放射現(xiàn)象中的三種射線：α射線是速度約為光速1/10的氦核流，貫穿本領(lǐng)很弱，電離作用很強；β射線是高速電子流，貫穿本領(lǐng)很強，電離作用較弱；γ射線是一種電磁波，貫穿本領(lǐng)極強，電離作用很弱。
4．原子核放出α粒子或β粒子后，就變成新的原子核，我們把這種變化叫衰變。半衰期是放射性原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間，它是由核內(nèi)部本身因素決定的；衰變時的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)都是守恒的。
5．具有相同質(zhì)子數(shù)和不同中子數(shù)的原子互稱同位素，放射性同位素的應(yīng)用(1) 利用它的射線(2) 作為示蹤原子
6．愛因斯坦質(zhì)能方程為E=mc2，質(zhì)量虧損△m時所釋放的核能為△E=△mc2，獲取核能的主要方式有重核裂變和輕核聚變。
1．實驗法：研究物理學(xué)的重要手段，近代物理中的很多物理規(guī)律都是通過實驗獲取的。
2．假設(shè)法：通過對物理實驗現(xiàn)象的觀察和研究提出假說解釋現(xiàn)象，這是物理研究的重要思維方法，如光子說、原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說、軌道量子化假設(shè)等。假說必須有一定的實驗和理論依據(jù)，并能成功解釋一些物理現(xiàn)象。
3．辯證思想：在宏觀世界中波是波，粒是粒，而在微觀世界中，光既具有粒子性又具有波動性，是辯證統(tǒng)一的而不是一對矛盾。玻爾模型成功地解釋了氫原子線狀光譜的形成；而原子吸收高能量光子后又可電離(光電效應(yīng))；物體的質(zhì)量和能量之間存在著簡單的正比關(guān)系——要用聯(lián)系的觀點看問題。 4．模型法、類比法：光子、物質(zhì)波、原子核式結(jié)構(gòu)、玻爾模型、原子核(質(zhì)子、中子)等物理微觀模型不能直接看到，需要在頭腦中構(gòu)建一個模型來替代，同時，也要注意與宏觀模型的類比，如玻爾模型與人造衛(wèi)星的圓周運動模型相類比，有很多類似規(guī)律，但要注意宏觀世界與微觀世界的區(qū)別。
5．守恒思想：核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒；動量守恒定律對宏觀世界和微觀世界都是成立的；核反應(yīng)前后的總能量(含核能)也是守恒的。
類型一原子物理知識的綜合應(yīng)用
【例1】（07年江蘇省揚州市一模）美國“里根”號核動力航空母艦的動力來自核反應(yīng)堆，其中主要的核反應(yīng)方程式是
（1）在括號內(nèi)填出 前的系數(shù)；
（2）用m1、m2、m3均分別表示 核的質(zhì)量，m表示中子的質(zhì)量，則上述核反應(yīng)過程中一個鈾235核發(fā)生裂變產(chǎn)生的核能ΔE是多少?
（3）假設(shè)核反應(yīng)堆的功率P=6.0×105kW，若一個鈾235核裂變產(chǎn)生的能量為2.8×10-11J， 則該航空母艦在海上航行一個月需要消耗多少千克鈾235?( 鈾235的摩爾質(zhì)量μ=0.235kg/mol，一月約為t=2.6×106s，阿伏伽德羅常數(shù)NA=6.0×1023 mol-1。（計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）
導(dǎo)示: （1）3
（2） （3）一個月內(nèi)核反應(yīng)產(chǎn)生的總能量為E=Pt
同時
所以
類型二原子物理與社會生活及科學(xué)技術(shù)的結(jié)合
【例2】 天文學(xué)家測得銀河系中氦的含量約為25%。有關(guān)研究表明，宇宙中氦生成的途徑有兩條：一是在宇宙誕生后3分鐘左右生成的；二是在宇宙演化到恒星誕生后，由恒星內(nèi)部的氫核聚變反應(yīng)生成的。
（1）把氫核取變反應(yīng)簡化為4個氫核 聚變成氦核（ ），同時放出2個正電子 和2個中微子 ，請寫出該氫核聚變反應(yīng)的方程，并計算一次反應(yīng)釋放的能量。
（2）研究表明，銀河系的年齡約為t=3.8×1017s，每秒鐘銀河系產(chǎn)生的能量約為1×1037J（即P=1×1037J/S）�，F(xiàn)假定該能量全部來自上述氫核聚變反應(yīng)，試估算銀河系中氦的含量（最后結(jié)果保留一位有效數(shù)字）。
（3）根據(jù)你的估算結(jié)果，對銀河系中氦的主要生成途徑做出判斷。（可能用到的數(shù)據(jù)：銀河系質(zhì)量約為M=3×1041kg，原子質(zhì)量單位1u=1.66×10-27kg，1u相當(dāng)于1.5×10-10J的能量，電子質(zhì)量me=0.0005u，氦核質(zhì)量mα=4.0026u，氫核質(zhì)量mp=1.0078u，中微子 質(zhì)量為零。）
導(dǎo)示: （1）
（2）
氦的含量
（3）由估算結(jié)果可知， 遠小于25%的實際值，所以銀河系中的氫重要是宇宙誕生后不久生成的。
類型三原子物理與動量、能量結(jié)合的問題
【例3】（07海南卷）一速度為v的高速α粒子（ ）與同方向運動的氖核（ ）發(fā)生彈性正碰，碰后α粒子恰好靜止。求碰撞前后氖核的速度（不計相對論修正）。
導(dǎo)示: 設(shè)α粒子與氖核的質(zhì)量分別為ma與mNe，氖核在碰撞前后的速度分別為vNe與 。由動量守恒與機械能守恒定律，有
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　解得 �、�
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已知 �、�
將⑤式代入③④式得 　　⑥
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1．（07年江蘇省揚州市一模）太陽光垂直照射到地面上時，地面上1m2的面積上接受太陽光的功率為1.4kW，其中可見光部分約占45％。
（1）假如認為可見光的波長為0.55μm，日地間距離R=1.5×1011m，普朗克常數(shù)為h=6.63×l0-34Js，估算太陽每秒輻射出的可見光光子數(shù)為多少?
（2）若已知地球的半徑為6.4×106 m，估算地球接受太陽光的總功率。(計算結(jié)果均保留一位有效數(shù)字)
2．在能源中，核能具有能量密度大、環(huán)境無污染的好處。在核電站中，核反應(yīng)堆釋放的核能轉(zhuǎn)化為電能。核反應(yīng)堆的工作原理是利用中子轟擊重核發(fā)生裂變反應(yīng)，釋放出大量核能。
(1)核反應(yīng)方程 是反應(yīng)堆中發(fā)生的許多核反應(yīng)中的一種，n為中子，X為待求粒子，a為X的個數(shù)，則X為　　， a＝　　。以mU、mBa、mKr分別表示 核的質(zhì)量，mn、mP分別表示中子、質(zhì)子的質(zhì)量，c為光在真空中傳播的速度，則在上述核反應(yīng)過程中放出的核能為ΔE＝　　　　　　　　。
(2)有一座發(fā)電能力為P＝1.00×106 kW的核電站，核能轉(zhuǎn)化為電能的效率為η＝40%。假定反應(yīng)堆中發(fā)生的裂變反應(yīng)全是上述核反應(yīng)，已知每次核反應(yīng)過程放出的核能ΔE＝2.78×10－11 J，235 92U核的質(zhì)量mU＝390×10－27kg，求每年(1年＝3.15×107 s)消耗的 的質(zhì)量。
3．一個原來靜止的鋰核（ ）俘獲一個速度為7.7×104m/s的中子后，生成一個氚核和一個氦核，已知氚核的速度大小為1.0×103m/s，方向與中子的運動方向相反。
（1）試寫出核反應(yīng)方程；
（2）求出氦核的速度；
（3）若讓一個氘核和一個氚核發(fā)生聚變時，可產(chǎn)生一個氦核同時放出一個中子，求這個核反應(yīng)釋放出的能量。（已知氘核質(zhì)量為mD=2.014102u，氚核質(zhì)量為mT=3.016050u，氦核的質(zhì)量mHe=4.002603u，中子質(zhì)量mn=1.008665u, 1u=1.6606×10－27kg）
答案：1、（1）5×1044（2）2×1014kW；
2、（1） 、3、(mU－mBa－mKr－2mn)c2
（2）)M＝mUPTηΔE(T為1年的時間)；
3、（1）
（2）2×104m/s


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