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1、- 1 -第 3 课时原子物理和动量1能级和能级跃迁(1)轨道量子化核外电子只能在一些分立的轨道上运动rn n2r1(n1,2,3，)(2)能量量子化原子只能处于一系列不连续的能量状态En (n1,2,3，)E1n2(3)吸收或辐射能量量子化原子在两个能级之间跃迁时只能吸收或发射一定频率的光子，该光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即 h Em En.2原子核的衰变衰变类型 衰变 衰变衰变方程 X Y HeAZ A 4Z 2 42 X Y eAZ AZ 1 0 12 个质子和 2 个中子结合成一整体射出1 个中子转化为 1 个质子和1 个电子衰变实质2 H2 n He1 10 42 n H
2、e10 1 0 1衰变规律 质量数守恒、电荷数守恒3. 射线、 射线、 射线之间的区别名称 射线 射线 射线实质 氦核流 电子流 光子速度 约为光速的 110 约为光速的 99% 光速电离作用 很强 较弱 很弱贯穿能力 很弱 较强 最强4.核反应、核能、裂变、轻核的聚变(1)在物理学中，原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应核反应方- 2 -程遵循质量数守恒和电荷数守恒的规律(2)质能方程：一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的质量成正比，即E mc2或 E mc2.(3)核物理中，把重核分裂成质量较小的核，释放出核能的反应，称为裂变；把轻核结合成质量较大的核，释放出
3、核能的反应，称为聚变(4)核能的计算： E mc2，其中 m 为核反应方程中的质量亏损； E m931.5 MeV，其中质量亏损 m 以原子质量单位 u 为单位(5)原子核的人工转变卢瑟福发现质子的核反应方程为：N He O H147 42 178 1查德威克发现中子的核反应方程为：Be He 6C n94 42 12 10约里奥居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程为：Al He P n， P Si e2713 42 3015 10 3015 3014 015光电效应及其方程(1)光电效应的规律：入射光的频率大于金属的截止频率才能产生光电效应；光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大
4、，与入射光的强度无关；光电流的强度与入射光的强度成正比；光电子的发射几乎是瞬时的，一般不大于 109 s.(2)光电效应方程： Ek h W0.6动量守恒定律(1)表达式： m1v1 m2v2 m1v1 m2v2；或 p p(系统相互作用前的总动量 p 等于系统相互作用后的总动量 p)；或 p0(系统总动量的增量为零)；或 p1 p2(相互作用的两个物体组成的系统，两物体动量的增量大小相等、方向相反)(2)动量守恒定律的适用条件系统不受外力或系统虽受外力但所受外力的合力为零系统所受合力不为零，但在某一方向上系统所受外力的合力为零，则在该方向上系统动量守恒系统虽受外力，但外力远小于内力且作用时间
5、极短，如碰撞、爆炸过程7弹性碰撞与非弹性碰撞碰撞过程遵从动量守恒定律如果碰撞过程中机械能守恒，这样的碰撞叫做弹性碰撞；如果碰撞过程中机械能不守恒，这样的碰撞叫做非弹性碰撞8碰撞问题同时遵守的三条原则- 3 -(1)系统动量守恒原则(2)物理情景可行性原则(3)不违背能量守恒原则碰撞过程满足 Ek Ek即 m1v m2v m1v1 2 m2v2 2或 12 21 12 2 12 12 p212m1 p22m2 p1 22m1 p2 22m21在书写核反应方程时，一般先满足质量数守恒，后满足电荷数守恒2在处理粒子的碰撞和衰变问题时，通常应用动量守恒定律、质能方程和能量守恒定律综合分析.考向 1原子
6、物理基础知识、核反应与动量的组合例 1(1)下列说法正确的是_A玻尔原子理论不仅能解释氢原子光谱，而且也能解释其他原子光谱B法国物理学家贝可勒尔发现了天然放射现象，说明原子核具有复杂结构C. U 的半衰期约为 7 亿年，随着地球环境的不断变化，半衰期可能变短23592D处于 n3 激发态的一群氢原子，自发跃迁时能发出 3 种不同频率的光子(2)速度为 v0的中子 n 击中静止的氮核 N，生成碳核 C 和另一种新原子核，已知 C 与10 147 126 126新核的速度方向与碰撞前中子的速度方向一致，碰后 C 核与新核的动量之比为 21.126写出核反应方程求 C 与新核的速度各是多大？126解
7、析(2)设 n、 C、新核质量分别为 m0、 m1和 m2，碰后 C、新核速度分别为 v1、 v2.10 126 126由动量守恒得 m0v0 m1v1 m2v2又 m1v12 m2v2联立求得： v1 ， v2v018 v09答案(1)BD(2) N n C H 147 10 126 31v018 v09以题说法 1.核反应方程的书写(1)核反应过程一般不可逆，所以核反应方程中用“”表示方向而不能用等号代替(2)核反应方程遵循质量数、电荷数守恒，但核反应前后的总质量一般会发生变化(质量亏损)且释放出核能- 4 -(3)核反应的生成物一定要以实验为基础，不能只依据两个守恒规律凭空杜撰出生成物来
8、写核反应方程2原子核的衰变(1)衰变实质： 衰变是原子核中的 2 个质子和 2 个中子结合成一个氦核并射出； 衰变是原子核中的一个中子转化为一个质子和一个电子，再将电子射出； 衰变伴随着 衰变或 衰变同时发生，不改变原子核的质量数与电荷数，以光子形式释放出衰变过程中产生的能量(2)衰变的快慢由原子核内部因素决定，跟原子所处的物理、化学状态无关；半衰期是统计规律，对个别、少数原子无意义(1)自然界中的碳主要是 12C，也有少量 14C.14C 是具有放射性的碳同位素，能够自发地进行 衰变变成氮，其衰变的方程为_活的植物通过光合作用与呼吸作用，体内的 14C 的比例与大气中相同，植物死后，遗体内的
9、 14C 仍在衰变，但不能得到补充，所以遗体内的 14C 的比例比大气中的少要推断一块古木的年代，可从古木中取 1 g 的样品，如果测得样品每分钟衰变的次数正好是 1 g 现代植物每分钟衰变次数的一半，表明这块古木经过了 14C 的_个半衰期图 1(2)如图 1 所示，一个平板车的质量为 M68 kg(包含车上的卸货人)，其上有质量均为m14 kg 的货物 8 袋开始时平板车水平向右以速度 v05 m/s 在水平光滑的轨道上匀速运动，平板车上的卸货人以速度 v10 m/s(相对水平地面)水平向右一次一袋把货物抛出，当平板车反向向左开始运动后，卸货人不再抛出货物求卸货人向右抛出货物的袋数和平板车
10、的最终速度答案(1) C N e1(2)7 m/s，方向向左146 147 0 14041解析(1)衰变的方程为 C N e.放射性元素的原子核有半数发生衰变时所需要的时146 147 0 1间叫半衰期，要推断一块古木的年代，可从古木中取 1 g 的样品，如果测得样品每分钟衰变的次数正好是 1 g 现代植物每分钟衰变次数的一半，表明这块古木经过了 14C 的 1 个半衰期(2)设平板车上货物的总袋数为 N，当第 n 袋向右水平抛出时，平板车开始反向向左运动，此时平板车速度为 vn，取向右为正方向，由动量守恒定律得：(M Nm)v0 nmv M( N n)mvn- 5 -解得： vn ， M N
11、m v0 nmvM N n m要使平板车反向向左运动，有 vn0则 n ，解得 n6.4， M Nm v0mv因为 n 应为整数，故 n7.所以当第 7 袋货物水平向右抛出时，平板车开始反向向左运动，此时 vn m/s，负号表示速度方向向左4041考向 2原子物理基础知识、能级与动量的组合例 2(1)下列说法中正确的是_A电子的衍射现象说明实物粒子也具有波动性B裂变物质体积小于临界体积时，链式反应不能进行C原子核内部一个质子转化成一个中子时，会同时释放出一个电子D 235U 的半衰期约为 7 亿年，随地球环境的变化，半衰期可能变短图 2(2)氢原子的能级如图 2 所示有一群处于 n4 能级的氢
12、原子，若原子从 n4 向 n2 跃迁时所发出的光正好使某种金属产生光电效应，则：这群氢原子发出的光中共有_种频率的光能使该金属产生光电效应；从 n4 向 n1 跃迁时发出的光照射该金属，所产生的光电子的最大初动能为_ eV.图 3(3)如图 3 所示，质量为 2m 的小滑块 P 和质量为 m 的小滑块 Q 都视作质点，与轻质弹簧相连的 Q 静止在光滑水平面上 P 以某一初速度 v 向 Q 运动并与弹簧发生碰撞，问：弹簧的弹性势能最大时， P、 Q 的速度各为多大？弹簧的最大弹性势能是多少？解析(2)一群处于 n4 能级的氢原子向基态跃迁时，因为 n4 向 n2 跃迁所发生的光正好使某种金属材料
13、产生光电效应，所以只有 n4 跃迁到 n1， n4 跃迁到 n2， n3 跃迁到 n1， n2 跃迁到 n1 的光子能够使金属发生光电效应，即 4 种逸出功 W0.85 - 6 -eV3.40 eV2.55 eV，从而 n4 跃迁到 n1 辐射的光子能量最大，为0.85 eV13.6 eV12.75 eV，根据光电效应方程知，光电子的最大初动能 Ekm h W012.75 eV2.55 eV10.2 eV.(3)当弹簧的弹性势能最大时， P、 Q 速度相等2mv0(2 m m)v1解得 v1 v23最大弹性势能 Emax 2mv2 3mv mv212 12 21 13答案(1)AB(2)410
14、.2(3)均为 v mv223 13以题说法 关于原子跃迁要注意以下四个方面：(1)一群氢原子处于量子数为 n 的激发态时，可能辐射的光谱条数 N .n n 12(2)只有光子能量恰好等于跃迁所需的能量( h Em En)时，光子才被吸收(3)“直接跃迁”只能对应一个能级差，发射一种频率的光子 “间接跃迁”能对应多个能级差，发射多种频率的光子(4)入射光子能量大于电离能( h E En)时，光子一定能被原子吸收并使之电离，剩余能量为自由电子的动能(2014山东39)(1)氢原子能级如图 4 所示，当氢原子从 n3 跃迁到 n2 的能级时，辐射光的波长为 656 nm.以下判断正确的是_(双选，
15、填正确答案标号)图 4a氢原子从 n2 跃迁到 n1 的能级时，辐射光的波长大于 656 nmb用波长为 325 nm 的光照射，可使氢原子从 n1 跃迁到 n2 的能级c一群处于 n3 能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生 3 种谱线d用波长为 633 nm 的光照射，不能使氢原子从 n2 跃迁到 n3 的能级(2)如图 5 所示，光滑水平直轨道上两滑块 A、 B 用橡皮筋连接， A 的质量为 m.开始时橡皮筋松弛， B 静止，给 A 向左的初速度 v0.一段时间后， B 与 A 同向运动发生碰撞并粘在一起，碰撞后的共同速度是碰撞前瞬间 A 的速度的两倍，也是碰撞前瞬间 B 的速度的一半求：- 7 -图 5() B 的质量；()碰撞过程中 A、 B 系统机械能的损失答案(1)cd(2)() () mvm2 16 20解析(
