請(qǐng)教高中物理競(jìng)賽的原子物理學(xué)知識(shí)點(diǎn)（越詳細(xì)越好，不要習(xí)題）

【專家解說(shuō)】：考點(diǎn)65 原子核式結(jié)構(gòu) 原子核 △考綱要求△ α粒子散射實(shí)驗(yàn)、原子核式結(jié)構(gòu)、衰變、以及原子核的人工轉(zhuǎn)變、裂變、聚變都屬于Ⅰ類要求； 核能、質(zhì)量虧損、質(zhì)能方程屬于Ⅱ類要求. ☆考點(diǎn)透視☆ 1．盧瑟福的原子模型——核式結(jié)構(gòu) ⑴α粒子散射實(shí)驗(yàn) ①α粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果：盧瑟福在α粒子轟擊金箔的實(shí)驗(yàn)中，絕大多數(shù)α粒子不偏轉(zhuǎn)；極少數(shù)發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)；極個(gè)別的甚至反彈回來(lái)． ②α粒子散射實(shí)驗(yàn)的啟示：絕大多數(shù)α粒子直線穿過(guò)，反映原子內(nèi)部存在很大的空隙；少數(shù)α粒子較大偏轉(zhuǎn)，反映原子內(nèi)部集中存在著對(duì)α粒子有斥力的正電荷；極個(gè)別α粒子反彈，反映個(gè)別粒子正對(duì)著質(zhì)量比α粒子大很多的物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，受到該物體很大的斥力作用． ⑵原子的核式結(jié)構(gòu) 盧瑟福依據(jù)α粒子的散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)：在原子中心有一個(gè)很小的核，叫原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在核里，帶負(fù)電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)． 2．天然放射現(xiàn)象 ⑴元素自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象叫做天然放射現(xiàn)象，首先由貝克勒耳發(fā)現(xiàn)，天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，說(shuō)明原子核還有內(nèi)部結(jié)構(gòu)． ⑵具有放射性的元素叫放射性元素． 3．衰變 ⑴不穩(wěn)定的原子核自發(fā)放出α粒子或β粒子后，轉(zhuǎn)變?yōu)樾潞说淖兓Q為原子核的衰變．γ射線是伴隨著α衰變或β衰變產(chǎn)生的，也叫γ輻射．天然放射現(xiàn)象就是原子核的衰變現(xiàn)象． ⑵三種射線的性質(zhì) 種類 α射線 β射線 γ射線 組成 高速氦核流 高速電子流 光子流 (高頻電磁波) 帶電量 2e -e 0 質(zhì)量 4 （ ＝1.67× kg） 靜止質(zhì)量為零 在電磁場(chǎng)中 偏轉(zhuǎn) 與α射線反向偏轉(zhuǎn) 不偏轉(zhuǎn) 穿透本領(lǐng) 最弱 較強(qiáng) 最強(qiáng) 對(duì)空氣的電離作用 很強(qiáng) 較弱 很弱 在空氣中的徑跡 粗、短、直 細(xì)、較長(zhǎng)、 曲折 最長(zhǎng) 通過(guò)膠片 感光 感光 感光 ⑶半衰期：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間．半衰期由核內(nèi)部本身的因素決定，跟原子所處的物理或化學(xué)狀態(tài)無(wú)關(guān)。半衰期是大量原子核衰變時(shí)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，個(gè)別原子核經(jīng)多長(zhǎng)時(shí)間衰變無(wú)法預(yù)測(cè)。 ⑷衰變規(guī)律 衰變規(guī)律 α衰變 (新核的核電荷數(shù)少2，質(zhì)量數(shù)少4) β衰變 (核電荷數(shù)加l，質(zhì)量數(shù)不變，中子變質(zhì)子) 半衰期T 一半原子核發(fā)生衰變需要的時(shí)間 4．原子核的人工轉(zhuǎn)變 ⑴原子核的人工轉(zhuǎn)變是用高速運(yùn)動(dòng)的粒子轟擊原子核，產(chǎn)生另一種新核的方法． ⑵質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)． ①盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的實(shí)驗(yàn)：用α粒子轟擊氮原子核. ②核反應(yīng)方程： ③質(zhì)子的成因： 即α粒子進(jìn)入氮核，形成復(fù)核 ，復(fù)核不穩(wěn)定，衰變時(shí)放出質(zhì)子． ⑶中子的發(fā)現(xiàn) ①盧瑟福預(yù)見中子的存在，后英國(guó)物理學(xué)家查德威克發(fā)現(xiàn)了中子． ②核反應(yīng)方程式 ③中子是一種不帶電，穿透力很強(qiáng)的粒子，其質(zhì)量與質(zhì)子質(zhì)量差不多． 5．原子核的組成 原子核是由質(zhì)子和中子組成，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱核子． 注意：原子核是由質(zhì)子和中子組成的，質(zhì)子和中子可以相互轉(zhuǎn)化，如 ， 原子序數(shù)=核電荷數(shù)=原子核外電子數(shù)；中子數(shù)=質(zhì)量數(shù)一質(zhì)子數(shù)。 6．人工放射性同位素的發(fā)現(xiàn) ⑴1934年，居里夫婦用α粒子轟擊鋁箔時(shí)，發(fā)現(xiàn)了放射性同位素和正電子，核反應(yīng)方程式為 ， ⑵放射性同位素：具有放射性的同位素叫放射性同位素，如上式中的 就是磷的一種同位素，具有放射性. ⑶正電子：質(zhì)量與電子相同帶一個(gè)單位正電荷的粒子，其產(chǎn)生的實(shí)質(zhì)是質(zhì)子衰變成中子時(shí)產(chǎn)生的，方程為 ⑷放射性同位素的應(yīng)用： ①利用它的射線；②作為示蹤原子． 7．核能 ⑴核能 核子結(jié)合成原子核需要放出能量，這叫原子的結(jié)合能，稱為核能． ⑵質(zhì)量虧損： 組成原子核的核子的質(zhì)量與原子核的質(zhì)量之差(或者參加核反應(yīng)的原子核總質(zhì)量與生成新原子核的總質(zhì)量之差)叫質(zhì)量虧損 ⑶愛因斯坦質(zhì)能方程 凡具有質(zhì)量的物體都具有能量，物體的質(zhì)量和能量間的關(guān)系為： 若原子核質(zhì)量虧損△m．對(duì)應(yīng)釋放的能量為 ． 說(shuō)明：⑴質(zhì)量虧損并不是質(zhì)量損失(消失)也不是與質(zhì)量守恒定律相矛盾，而是虧損的質(zhì)量以能量的形式輻射出去了。 ⑵在核能的計(jì)算中c的單位取國(guó)際單位制，此時(shí)若△m的單位為kg，能量的單位為J，當(dāng)△m的單位為u（原子質(zhì)量單位）時(shí)，記住1u相當(dāng)于931.5 MeV的能量關(guān)系，然后據(jù)此進(jìn)行計(jì)算。 8．重核的裂變與輕核的聚變 ⑴重核的裂變 ①裂變：重核分裂成兩個(gè)質(zhì)量較小的原子核的核反應(yīng)叫裂變． ②鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：裂變要在一定的條件下才能進(jìn)行，比如鈾235核受到中子轟擊時(shí)會(huì)發(fā)生裂變，而裂變時(shí)又要放出一些中子，這些中子又可引起其它的軸235核裂變，而使裂變反應(yīng)不斷進(jìn)行下去，這種反應(yīng)叫做鏈?zhǔn)椒磻?yīng)． ③核反應(yīng)堆：使原子核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)能夠有控制地持續(xù)進(jìn)行的裝置，是核電站應(yīng)用核能發(fā)電的核心設(shè)施． ⑵輕核的聚變 ①聚變：輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的原子核的核反應(yīng)稱為聚變． ②熱核反應(yīng)：聚變必須在輕核間的距離十分接近，即達(dá)到10-15m時(shí)才能進(jìn)行．在極高溫度下，原子核可以獲得足夠的動(dòng)能克服庫(kù)侖斥力而發(fā)生聚變，這種聚變反應(yīng)叫做熱核反應(yīng)． ③目前已實(shí)現(xiàn)的人工熱核反應(yīng)是氫彈的爆炸． ●難點(diǎn)釋疑● 1．愛因斯坦的質(zhì)能方程E=mC 2指出了物體的能量E 與質(zhì)量m 的密切關(guān)系，當(dāng)物體的質(zhì)量增加Δm時(shí)， 它的能量會(huì)相應(yīng)的增加ΔE；質(zhì)量減少Δm時(shí)，能量會(huì)相應(yīng)的減少ΔE，關(guān)系是ΔE=Δm C 2。 2．在無(wú)光子輻射的情況下，核反應(yīng)中釋放的核能轉(zhuǎn)化為新核和新粒子的動(dòng)能，因而在此情況下可用動(dòng)量守恒和能量守恒來(lái)解決問題。 ◎命題趨勢(shì)◎ 本考點(diǎn)介紹了在研究原子核過(guò)程中的重要實(shí)驗(yàn)，如原子核的人工轉(zhuǎn)變，質(zhì)子、中子的發(fā)現(xiàn)，重點(diǎn)是愛因斯坦的質(zhì)能方程．前幾年高考本節(jié)難度不大，題型多為選擇和填空，但近年來(lái)高考與高科技前沿知識(shí)相結(jié)合導(dǎo)致本節(jié)內(nèi)容難度增大，主要是通過(guò)情景的設(shè)置考查學(xué)生的閱讀理解能力及知識(shí)綜合能力．