第56讲 原子和原子核（解析版） -【划重点】备战2025年高考物理一轮精细复习（新高考通用）.docx

第56讲原子和原子核

——划重点之精细讲义系列

考点1

α粒子散射实验

考点2

原子核与原子核的衰变

考点3

衰变粒子在磁场中的运动轨迹

考点4

核力与核能计算

考点5

核裂变与核聚变

一．原子结构

1.汤姆孙原子模型

1898年，J.J.汤姆孙提出了一种原子模型.他认为，原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌其中.有人形象地把J.J.汤姆孙的这个模型称为“西瓜模型”或“枣糕模型”.

2．原子的核式结构

(1)1909～1911年，英国物理学家卢瑟福进行了α粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型．

(2)α粒子散射实验

①实验装置：如下图所示；②实验结果：α粒子穿过金箔后，绝大多数沿原方向前进，少数发生较大角度偏转，极少数偏转角度大于90°，甚至被弹回．

(3)核式结构模型：原子中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转．

（4）1932年，查德威克通过实验验证了卢瑟福的猜想，并证实了原子核中确实存在着不带电、质量几乎与质子相同的中子，用n表示.

二．原子核

1．原子核的组成

(1)原子核由质子和中子组成，两者统称为核子．

(2)原子核常用eq\o\al(A,Z)X表示，X为元素符号，上角标A表示核的质量数，下角标Z表示核的电荷数(原子序数)．

(3)同位素是具有相同的质子数而中子数不同的原子核，在元素周期表中处于同一位置．

2．天然放射现象

(1)天然放射现象：某些元素自发放射某些射线的现象称为天然放射现象，这些元素称为放射性元素．

(2)三种射线的本质：α射线是氦核，β射线是电子，γ射线是光子．

3．原子核的衰变

(1)衰变：原子核自发地放出某种粒子而转变成新核的变化．可分为α衰变、β衰变，并伴随着γ射线放出．

(2)半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间．

4．放射性同位素的应用

(1)利用射线：放射性同位素放出的射线应用于工业、探伤、农业、医疗等．

(2)作示踪原子．

5．核反应、核力与核能

(1)核反应规律：在核反应中，质量数守恒，电荷数守恒．

(2)核力

①概念：组成原子核的核子之间存在的作用力．

②核力特点

a．核力是强相互作用(强力)的一种表现，在它的作用范围内，核力比库仑力大得多．

b．核力是短程力，作用范围在1.5×10－15m之内．

c．每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性．

(3)质量亏损

①爱因斯坦质能方程：E＝mc2.

②质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和的现象．

(4)结合能：克服核力束缚，使原子核分解为单个核子时需要的能量，或若干个核子在核力作用下结合成原子核时需要的能量．

6．核裂变和核聚变

(1)重核裂变

①定义：使重核分裂成几个质量较小的原子核的核反应．

②铀核裂变：用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，一种典型的反应是生成钡和氪，同时放出三个中子，核反应方程为：eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n.

③链式反应：由重核裂变产生中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程叫做核裂变的链式反应．

④链式反应的条件：a.要有足够浓度的eq\o\al(235,92)U；b.铀块体积需大于临界体积，或铀块质量大于临界质量．

(2)轻核聚变

①定义：两个轻核结合成较重的核，这样的核反应叫聚变．

②聚变发生的条件：使物体达到几百万度的高温．

考点1：α粒子散射实验

（1）α粒子散射实验

①实验装置：α粒子源R、金箔F、显微镜M和荧光屏S,如图所示.

②实验过程

a.α粒子源R是被铅块包围的，它发射的α粒子经过一条细通道，形成很细的一束射线，射到荧光屏上产生微弱的闪光，通过显微镜可以观察到.

b.放上金箔，观察α粒子穿过金箔打到荧光屏上发出的闪光.

c.转动显微镜和荧光屏，在不同角度观察，可以看到α粒子的散射现象.

③实验现象

a.绝大多数的α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进.(原子内部绝大部分是“空”的)

b.少数α粒子（约占）发生了大角度的偏转.(原子内部有“核”存在)

c.极少数α粒子的偏转角大于90°,也就是说它们几乎被反弹回来.(作用力很大，质量很大，电荷量集中)

④实验的注意事项

a.整个实验过程在真空中进行.

b.金箔需要做得很薄，α粒子才能穿过.

c.使用金箔的原因是金的延展性好，可以做得很薄，另外一点就是金的原子序数大，α粒子与金原子核间的库仑斥力大，偏转明显，而金原子核不会发生明显运动.

(2)对α粒子散射实验的解释

①当α粒子穿过原子时，如果离正电体较远，受到的正电体斥力很小，α粒子的运动方向