请教高中物理竞赛的原子物理学知识点（越详细越好，不要习题）

【专家解说】：考点65 原子核式结构 原子核 △考纲要求△ α粒子散射实验、原子核式结构、衰变、以及原子核的人工转变、裂变、聚变都属于Ⅰ类要求； 核能、质量亏损、质能方程属于Ⅱ类要求. ☆考点透视☆ 1．卢瑟福的原子模型——核式结构 ⑴α粒子散射实验 ①α粒子散射实验的结果：卢瑟福在α粒子轰击金箔的实验中，绝大多数α粒子不偏转；极少数发生较大偏转；极个别的甚至反弹回来． ②α粒子散射实验的启示：绝大多数α粒子直线穿过，反映原子内部存在很大的空隙；少数α粒子较大偏转，反映原子内部集中存在着对α粒子有斥力的正电荷；极个别α粒子反弹，反映个别粒子正对着质量比α粒子大很多的物体运动时，受到该物体很大的斥力作用． ⑵原子的核式结构 卢瑟福依据α粒子的散射实验的结果，提出了原子的核式结构：在原子中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转． 2．天然放射现象 ⑴元素自发地放出射线的现象叫做天然放射现象，首先由贝克勒耳发现，天然放射现象的发现，说明原子核还有内部结构． ⑵具有放射性的元素叫放射性元素． 3．衰变 ⑴不稳定的原子核自发放出α粒子或β粒子后，转变为新核的变化称为原子核的衰变．γ射线是伴随着α衰变或β衰变产生的，也叫γ辐射．天然放射现象就是原子核的衰变现象． ⑵三种射线的性质 种类 α射线 β射线 γ射线 组成 高速氦核流 高速电子流 光子流 (高频电磁波) 带电量 2e -e 0 质量 4 （ ＝1.67× kg） 静止质量为零 在电磁场中 偏转 与α射线反向偏转 不偏转 穿透本领 最弱 较强 最强 对空气的电离作用 很强 较弱 很弱 在空气中的径迹 粗、短、直 细、较长、 曲折 最长 通过胶片 感光 感光 感光 ⑶半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间．半衰期由核内部本身的因素决定，跟原子所处的物理或化学状态无关。半衰期是大量原子核衰变时的统计规律，个别原子核经多长时间衰变无法预测。 ⑷衰变规律 衰变规律 α衰变 (新核的核电荷数少2，质量数少4) β衰变 (核电荷数加l，质量数不变，中子变质子) 半衰期T 一半原子核发生衰变需要的时间 4．原子核的人工转变 ⑴原子核的人工转变是用高速运动的粒子轰击原子核，产生另一种新核的方法． ⑵质子的发现． ①卢瑟福发现质子的实验：用α粒子轰击氮原子核. ②核反应方程： ③质子的成因： 即α粒子进入氮核，形成复核 ，复核不稳定，衰变时放出质子． ⑶中子的发现 ①卢瑟福预见中子的存在，后英国物理学家查德威克发现了中子． ②核反应方程式 ③中子是一种不带电，穿透力很强的粒子，其质量与质子质量差不多． 5．原子核的组成 原子核是由质子和中子组成，质子和中子统称核子． 注意：原子核是由质子和中子组成的，质子和中子可以相互转化，如 ， 原子序数=核电荷数=原子核外电子数；中子数=质量数一质子数。 6．人工放射性同位素的发现 ⑴1934年，居里夫妇用α粒子轰击铝箔时，发现了放射性同位素和正电子，核反应方程式为 ， 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 就是磷的一种同位素，具有放射性. ⑶正电子：质量与电子相同带一个单位正电荷的粒子，其产生的实质是质子衰变成中子时产生的，方程为 ⑷放射性同位素的应用： ①利用它的射线；②作为示踪原子． 7．核能 ⑴核能 核子结合成原子核需要放出能量，这叫原子的结合能，称为核能． ⑵质量亏损： 组成原子核的核子的质量与原子核的质量之差(或者参加核反应的原子核总质量与生成新原子核的总质量之差)叫质量亏损 ⑶爱因斯坦质能方程 凡具有质量的物体都具有能量，物体的质量和能量间的关系为： 若原子核质量亏损△m．对应释放的能量为 ． 说明：⑴质量亏损并不是质量损失(消失)也不是与质量守恒定律相矛盾，而是亏损的质量以能量的形式辐射出去了。 ⑵在核能的计算中c的单位取国际单位制，此时若△m的单位为kg，能量的单位为J，当△m的单位为u（原子质量单位）时，记住1u相当于931.5 MeV的能量关系，然后据此进行计算。 8．重核的裂变与轻核的聚变 ⑴重核的裂变 ①裂变：重核分裂成两个质量较小的原子核的核反应叫裂变． ②链式反应：裂变要在一定的条件下才能进行，比如铀235核受到中子轰击时会发生裂变，而裂变时又要放出一些中子，这些中子又可引起其它的轴235核裂变，而使裂变反应不断进行下去，这种反应叫做链式反应． ③核反应堆：使原子核裂变的链式反应能够有控制地持续进行的装置，是核电站应用核能发电的核心设施． ⑵轻核的聚变 ①聚变：轻核结合成质量较大的原子核的核反应称为聚变． ②热核反应：聚变必须在轻核间的距离十分接近，即达到10-15m时才能进行．在极高温度下，原子核可以获得足够的动能克服库仑斥力而发生聚变，这种聚变反应叫做热核反应． ③目前已实现的人工热核反应是氢弹的爆炸． ●难点释疑● 1．爱因斯坦的质能方程E=mC 2指出了物体的能量E 与质量m 的密切关系，当物体的质量增加Δm时， 它的能量会相应的增加ΔE；质量减少Δm时，能量会相应的减少ΔE，关系是ΔE=Δm C 2。 2．在无光子辐射的情况下，核反应中释放的核能转化为新核和新粒子的动能，因而在此情况下可用动量守恒和能量守恒来解决问题。 ◎命题趋势◎ 本考点介绍了在研究原子核过程中的重要实验，如原子核的人工转变，质子、中子的发现，重点是爱因斯坦的质能方程．前几年高考本节难度不大，题型多为选择和填空，但近年来高考与高科技前沿知识相结合导致本节内容难度增大，主要是通过情景的设置考查学生的阅读理解能力及知识综合能力．