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1、 机械振动和机械波考点指要知 识 点要求程度1.弹簧振子，简谐运动，简谐运动的振幅、周期和频率，简谐运动的图象.2.单摆.在小振幅条件下，单摆做简谐运动.周期公式.3.振动中的能量转化.简谐运动中机械能守恒.4.自由振动和受迫振动，受迫振动的振动频率.共振及其常见的应用.5.振动在介质中的传播波.横波和纵波.横波的图象.波长、频率和波速的关系.6.波的反射和折射.7.波的叠加.波的干涉、衍射现象.8.声波9.超声波及其应用10.多普勒效应复习导航本章综合运用运动学、动力学和能的转化等方面的知识讨论了两种常见的运动形式机械振动和机械波的特点和规律，以及它们之间的联系与区别.对于这两种运动，既要认
2、识到它们的共同点运动的周期性，如振动物体的位移、速度、加速度、回复力、能量等都呈周期性变化，更重要的是搞清它们的区别：振动研究的是一个孤立质点的运动规律，而波动研究的是波的传播方向上参与波动的一系列质点的运动规律.其中振动的周期、能量、波速、波长与频率的关系，机械波的干涉、衍射等知识，对后面交变电流、电磁振荡、电磁波的干涉、衍射等内容的复习都具有较大的帮助.本章内容是历年高考的必考内容，其中命题频率最高的知识点是波的图象、频率、波长、波速的关系，其次是单摆周期.题型多以选择题、填空题形式出现.试题信息容量大，综合性强，一道题往往考查多个概念和规律.特别是通过波的图象综合考查对波的理解能力、推理
3、能力和空间想象能力，更应在复习中予以重视.本章内容可分为以下两个单元组织复习：()机械振动；()机械波.第单元 机械振动知识聚焦一、机械振动1.机械振动的意义物体(或物体的一部分)在某一中心位置两侧所做的往复运动.回复力：振动物体所受的总是指向平衡位置的合外力.它是根据作用效果命名的，类似于向心力.2.描述振动的物理量(1)位移x：由平衡位置指向振动质点所在位置的有向线段，是矢量.(2)振幅A：振动物体离开平衡位置的最大距离，是标量.表示振动的强弱.(3)周期T和频率f：物体完成一次全振动所需的时间叫周期，而频率则等于单位时间内完成全振动的次数.它们是表示振动快慢的物理量.二者互为倒数关系：T
4、.当和f是由振动系统本身的性质决定时(非受迫振动)，则叫做固有周期和固有频率.二、简谐运动1.简谐运动的特征物体在跟位移大小成正比，并且总是指向平衡位置的回复力作用下的振动.(1)受力特征：回复力Fkx.(2)运动特征：加速度akx/m，方向与位移方向相反，总指向平衡位置.简谐运动是一种变加速运动.在平衡位置时，速度最大，加速度为零；在最大位移处，速度为零，加速度最大.判断一个振动是否为简谐运动，依据就是看它是否满足上述受力特征或运动特征.(3)振动能量：对于两种典型的简谐运动单摆和弹簧振子，其振动能量与振幅有关，振幅越大，能量越大.简谐运动过程中动能和势能相互转化，机械能守恒.（4）物体做简
5、谐运动时，其位移、回复力、加速度、速度等矢量都随时间做周期性变化，它们的变化周期就是简谐运动的周期T.物体的动能和势能也随时间周期性变化，其变化周期为T.2.单摆（1）单摆：在一条不可伸长、忽略质量的细线下端拴一可视为质点的小球，上端固定，构成的装置叫单摆.（2）单摆振动可看作简谐运动的条件：摆角10（3）周期公式：T=2其中摆长l指悬点到小球重心的距离，重力加速度为单摆所在处的测量值.（4）单摆的等时性：在振幅很小的条件下，单摆的振动周期跟振幅无关.（单摆的振动周期跟振子的质量也没关系）（5）单摆的应用：A.计时器（摆钟是靠调整摆长而改变周期，使摆钟与标准时间同步）B.测重力加速度：g=.3
6、.简谐运动的图象(1)如图711所示为一弹簧振子做简谐运动的图象.它反映了振子的位移随时间变化的规律，而其轨迹并非正弦曲线.图711(2)根据简谐运动的规律，利用该图象可以得出以下判定：振幅A、周期T以及各时刻振子的位置.各时刻回复力、加速度、速度、位移的方向.某段时间内位移、回复力、加速度、速度、动能、势能的变化情况.某段时间内振子的路程.三、受迫振动和共振1.受迫振动：物体在周期性驱动力作用下的振动.做受迫振动的物体，它的周期或频率等于驱动力的周期或频率，而与物体的固有周期或频率无关.2.共振：做受迫振动的物体，它的固有频率与驱动力的频率越接近，其振幅就越大，当二者相等时，振幅达到最大，这
7、就是共振现象.疑难解析1.弹簧振子的周期和频率只取决于弹簧的劲度系数和振子的质量，与其放置的环境和放置的方式无任何关系.如某一弹簧振子做简谐运动时的周期为T，不管把它放在地球上、月球上还是卫星中；是水平放置、倾斜放置还是竖直放置；振幅是大还是小，只要还是该振子，那么它的周期就还是T.2.单摆的周期公式T2是惠更斯从实验中总结出来的.单摆的回复力是重力沿圆弧切线方向并且指向平衡位置的分力，偏角越大回复力越大，加速度(gsin)越大，由于摆球的轨迹是圆弧，所以除最高点外，摆球的回复力并不等于合外力.在有些振动系统中l不一定是绳长，g也不一定为9.8 m/s2，因此出现了等效摆长和等效重力加速度的问
8、题.(1)等效摆长：在图712中，三根等长的绳l1、l2、l3共同系住一密度均匀的小球m，球直径为d.l2、l3与天花板的夹角30.若摆球在纸面内做小角度的左右摆动，则摆动圆弧的圆心在O1处，故等效摆长为l1，周期T12；若摆球做垂直纸面的小角度摆动，则摆动圆弧的圆心在O处，故等效摆长为l1l2sin，周期T22.图712(2)等效重力加速度：公式中的g由单摆所在的空间位置决定.由Gg知，g随地球表面不同位置、不同高度而变化，在不同星球上也不相同，因此应求出单摆所在处的等效值g代入公式 ，即g不一定等于9. m/s2.第单元 机械波知识聚焦一、机械波1.机械波的产生：机械振动在介质中的传播过程
9、叫机械波.机械波产生的条件有两个：一是要有做机械振动的物体作为波源，二是要有能够传播机械振动的介质.有机械波必有机械振动，有机械振动不一定有机械波. 但是，已经形成的波跟波源无关，在波源停止振动时仍会继续传播，直到机械能耗尽后停止.2.横波和纵波：质点的振动方向与波的传播方向垂直的叫横波.凸起部分叫波峰，凹下部分叫波谷.质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的叫纵波.质点分布密的叫密部，分布疏的叫疏部.3.描述机械波的物理量(1)波长：两个相邻的、在振动过程中对平衡位置的位移总是相等的质点间的距离叫波长.在横波中，两个相邻波峰(或波谷)间的距离等于波长.在纵波中，两个相邻密部(或疏部)间的距
10、离等于波长.在一个周期内机械波传播的距离等于波长.(2)频率f：波的频率由波源决定，在任何介质中频率不变.(3)波速v：单位时间内振动向外传播的距离.波速与波长和频率的关系：vf，波速大小由介质决定.4.机械波的特点：(1)每一质点都以它的平衡位置为中心做简谐运动；后一质点的振动总是落后于带动它的前一质点的振动.(2)波传播的只是运动形式(振动)和振动能量，介质中的质点并不随波迁移.5.声波：一切振动着发声的物体叫声源.声源的振动在介质中形成纵波.频率为20 Hz到20000 Hz的声波能引起听觉。频率低于20 Hz的声波为次声波，频率高于20000 Hz的声波为超声波.超声波的应用十分广泛，
11、如声纳、“B超”、探伤仪等.声波在空气中的传播速度约为340 m/s，声波具有反射、干涉、衍射等波的特有现象.二、机械波的图象1.如图721所示，为一横波的图象.它反映了在波传播的过程中，某一时刻介质中各质点的位移在空间的分布.简谐波的图象为正弦(或余弦)曲线.图7212.根据机械波的传播规律，利用该图象可以得出以下的判定：(1)介质中质点的振幅A和波长,以及该时刻各质点的位移和加速度的方向.(2)根据波的传播方向确定该时刻各质点的振动方向.画出在t前或后的波形图象. (3)根据某一质点的振动方向确定波的传播方向.三、波的干涉和衍射1.波的叠加：几列波相遇时，每列波都能够保持各自的状态继续传播
12、而不互相干扰.只是在重叠的区域里，任一质点的总位移等于各列波分别引起的位移的矢量和.2.衍射：波绕过障碍物继续传播的现象.产生明显衍射现象的条件是：障碍物或孔的尺寸比波长小或与波长相差不多.3.干涉：频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，使某些区域的振动减弱，并且振动加强和振动减弱的区域相互间隔的现象.产生稳定的干涉现象的条件：两列波的频率相同.【说明】A.稳定干涉中，振动加强区域或振动减弱区域的空间位置是不变的，加强区域中心质点的振幅等于两列波的振幅之和.减弱区域中心质点的振幅等于两列波的振幅之差.B.加强的条件是两波源到该区域中心的距离之差等于波长的整数倍；减弱的条件是两波源到该区域
13、中心的距离之差等于半波长的奇数倍.C.加强区永远是加强区，减弱区永远是减弱区，加强区域内各点的振动位移不一定都比减弱区内各点的振动位移大.干涉和衍射是波所特有的现象.波同时还可以发生反射，如回声.四、多普勒效应由于波源和观察者之间的相对运动，使观察者感到频率发生变化的现象，叫做多普勒效应.当波源与观察者有相对运动时，如果二者相互接近，观察者接收到的频率增大；如果二者远离，观察者接收到的频率减小.多普勒效应是所有波动过程共有的特征.根据声波的多普勒效应可以测定车辆行驶的速度；根据光波的多普勒效应可以判断遥远天体相对地球的运行速度.疑难解析1.波速与振速波源振动几个周期，波就向外传播几个波长，这个
14、比值就表示了波形(或能量)向外平移的速度，即波速.在同一均匀介质中波动的传播是匀速的，与波动频率无关.波动中各质点都在平衡位置附近做周期性振动，是变加速运动，质点并没沿波的传播方向随波迁移.要区分开这两个速度.2.振动图象和波的图象振动是一个质点随时间的推移而呈现的现象，波动是全部质点联合起来共同呈现的现象.简谐运动和其引起的简谐波的振幅、频率相同，二者的图象有相同的正弦(余弦)曲线形状，但二图象是有本质区别的.见表：振动图象波动图象研究对象一振动质点沿波传播方向所有质点研究内容一质点的位移随时间变化规律某时刻所有质点的空间分布规律图线物理意义表示一质点在各时刻的位移表示某时刻各质点的位移图线
15、变化随时间推移图象延续，但已有形状不变随时间推移，图象沿传播方向平移一完整曲线占横坐标距离表示一个周期表示一个波长3.有关波的图象的几种常见问题(1)确定各质点的振动方向如图722所示(实线)为一沿x轴正方向传播的横波，试确定质点A、B、C、D的速度方向.图722判断方法：将波形沿波的传播方向做微小移动，(如图中虚线)由于质点仅在y方向上振动，所以A、B、C、D即为质点运动后的位置，故该时刻A、B沿y轴正方向运动，C、D沿y轴负方向运动.从以上分析也可看出：波形相同方向的“斜坡”上速度方向相同.(2)确定波的传播方向知道波的传播方向利用“微平移”的办法，可以很简单地判断出各质点的振动方向.反过
16、来知道某一质点的运动方向，也可利用此法确定该波的传播方向.另外还有一简便实用的判断方法，同学们也可以记住.如图723所示，若已知A点速度方向向上，则可假想在最靠近它的波谷内有一小球.不难看出：A向上运动时，小球将向右滚动，此即该波的传播方向.图723(3)已知波速v和波形，画出再经t时间的波形图平移法：先算出经t时间波传播的距离xvt，再把波形沿波的传播方向平移x即可.因为波动图象的重复性，若知波长，则波形平移时波形不变，当xnx时，可采取去整n留零x的方法，只需平移x即可.特殊点法：(若知周期T则更简单)在波形上找两特殊点，如过平衡位置的点和与它相邻的峰(谷)点，先确定这两点的振动方向，再看
17、tnTt，由于经nT波形不变，所以也采取去整nT留零t的方法，分别做出两特殊点经t后的位置，然后按正弦规律画出新波形.(4)已知振幅A和周期T，求振动质点在t时间内的路程和位移求振动质点在t时间内的路程和位移，由于牵扯质点的初始状态，用正弦函数较复杂，但t若为半周期的整数倍则很容易.在半周期内质点的路程为2A.若tn，n、2、3，则路程s2An，其中n当质点的初始位移(相对平衡位置)为x1x0时，经的奇数倍时x2x0，经的偶数倍时x2x0.（5）应用xvt时注意因为xnx，tnTt，应用时注意波动的重复性；v有正有负， 应用时注意波传播的双向性.由x、t求v时注意多解性.4.干涉图样两列波在空
18、间相遇发生干涉，其稳定的干涉图样如图724所示.其中a点是两列波的波峰相遇点为加强的点，b点为波峰和波谷的相遇点是减弱的点.加强的点只是振幅大了，并非任一时刻的位移都大；减弱的点只是振幅小了，也并非任一时刻的位移都最小.图724若两波源的振动步调一致，某点到两波源的距离之差为波长的整数倍，则该点为加强点；某点到两波源的距离为半波长的奇数倍，则该点为减弱点.章末综合讲练知识网络高考试题一、机械振动1.(1998年全国高考)图71中两单摆摆长相同，平衡时两单摆刚好接触.现将摆球A在两摆线所在平面内向左拉开一小角度后释放，碰撞后，两摆球分开各自做简谐运动.以mA、mB分别表示摆球A、B的质量，则图7
19、1A.如果mAmB，下一次碰撞将发生在平衡位置右侧B.如果mAmB，下一次碰撞将发生在平衡位置左侧C.无论两摆球的质量之比是多少，下一次碰撞都不可能在平衡位置右侧D.无论两摆球的质量之比是多少，下一次碰撞都不可能在平衡位置左侧【解析】 碰后两球均做简谐运动，其周期相同，与球的质量无关，下次碰撞一定还在平衡位置.【答案】 CD2.(2000年春季高考)已知在单摆a完成10次全振动的时间内，单摆b完成6次全振动，两摆长之差为1.6 m.则两单摆摆长la与lb分别为A.la=2.5 m,lb=0.9 mB.la=0.9 m,lb=2.5 mC.la=2.4 m,lb=4.0 mD.la=4.0 m,
20、lb=2.4 m【解析】 由T=,故TaTb=NbNa=6035，T2,即lT2，得lalb=925.由题意lb-la=1.6 m可得la=0.9 m,lb=2.5 m【答案】 B3.(2001年全国高考)细长轻绳下端拴一小球构成单摆，在悬挂点正下方摆长处有一个能挡住摆线的钉子A，如图72所示.现将单摆向左拉开一个小角度，然后无初速地释放.对于以后的运动，下列说法中正确的是图72A.摆球往返运动一次的周期比无钉子时的单摆周期小B.摆球在左、右两侧上升的最大高度一样C.摆球在平衡位置左右两侧走过的最大弧长相等D.摆线在平衡位置右侧的最大摆角是左侧的两倍【解析】 碰到钉子后，摆长变短，周期变小.由
21、机械能守恒，左、右两侧最高点在同一水平面上.摆球做圆周运动，两次圆心分别为悬点和钉子，如图：=2OOP,但OOPOOP，又s=r，r=,=，=OOP，故2，故ss.【答案】 AB4.（2002年广东、广西、河南高考）有人利用安装在气球载人舱内的单摆来确定气球的高度.已知该单摆在海平面处的周期是T0.当气球停在某一高度时，测得该单摆周期为T.求该气球此时离海平面的高度h.把地球看作质量均匀分布的半径为R的球体.【解析】 根据单摆周期公式，有T0=2,T=2.其中l是单摆长度，g0和g分别是两地点的重力加速度.根据万有引力公式，得g0=,g=.其中G是引力常量，M是地球质量.由以上各式解得h=()
22、R.【答案】 ()R二、机械波5.(1998年全国高考)一简谐横波在x轴上传播，在某时刻的波形如图73所示.已知此时质点F的运动方向向下，则图73A.此波朝x轴负方向传播B.质点D此时向下运动C.质点B将比质点C先回到平衡位置D.质点E的振幅为零【解析】 由F振动方向判断波左传，由波的传播方向判断此时D向下振动，B向上振动，故C比B先回到平衡位置，各质点振幅相同，振幅不同于位移.【答案】 AB6.(2003年春季高考)图74表示一简谐横波波源的振动图象.根据图象可确定该波的图74A.波长，波速 B.周期，波速C.波长，振幅 D.周期，振幅【答案】 D7.（2002年广东、广西、河南高考）一列在
23、竖直方向振动的简谐横波，波长为,沿正x方向传播，某一时刻，在振动位移向上且大小等于振幅一半的各点中，任取相邻的两点P1、P2，已知P1的x坐标小于P2的x坐标. A.若，则P1向下运动，P2向上运动B.若，则P1向上运动，P2向下运动C.若，则P1向上运动，P2向下运动D.若，则P1向下运动，P2向上运动【解析】 从右图中不难看出，若，则P1向下运动，P2向上运动.若，P1向上运动，P2向下运动.【答案】 AC8.（2001年全国高考）如图75所示，在平面xy内有一沿水平轴x正向传播的简谐横波，波速为3.0 m/s，频率为2.5 Hz，振幅为8.010-2 m.已知t=0时刻P点质元的位移为y
24、=4.010-2 m，速度沿y轴正向.Q点在P点右方9.010-1 m处，对于Q点的质元来说图75A.在t=0时，位移为y=-4.010-2mB.在t=0时，速度沿y轴负方向C.在t=0.1 s时，位移为y=-4.010-2mD.在t=0.1 s时，速度沿y轴正方向 【解析】 由v=f知=1.2 m,T=0.4 s,作出t=0时刻的波形如右图：由图可知Q向下振动，位移为正值.现找一点P（位移为-4.010-2m）为参考，P向下振动，再过t=0.1 s,P点振动形式刚好传给Q.【答案】 BC9.（1999年全国高考）如图76所示的图a中有一条均匀的绳，1、2、3、4是绳上一系列等间隔的点.现有一
25、列简谐横波沿此绳传播.某时刻，绳上9、10、11、12四点的位置和运动方向如图b所示（其他点的运动情况未画出），其中点12的位移为零，向上运动，点9的位移达到最大值.试在图c中画出再经过T时点3、4、5、6的位置和速度方向，其他点不必画.（图c的横、纵坐标与图a、b完全相同）图76【解析】 t=0时刻质点3处于波谷，质点6处平衡位置向下振动，故t=T时，质点3处于平衡位置向下振动，质点6处于波峰，可作图.【答案】 10.(2001年上海高考)如图77所示，有四列简谐波同时沿x轴正方向传播，波速分别是v、2v、3v和4v,a、b是x轴上所给定的两点，且ab=l.在t时刻a、b两点间四列波的波形分
26、别如图77所示，则由该时刻起a点出现波峰的先后顺序依次是图_；频率由高到低的先后顺序依次是图_.图77【解析】 现分别考查各图.对A图：1=l,v=1f1,f1,a出现波峰时刻t1.对B图：2,f2=,t2.对C图：3=2l,f3=,t3=.对D图：4=,t4.【答案】 BDCA；DBCA三、波的干涉、衍射11.(1998年上海高考)如图78是观察水面波衍射的实验装置，AC和BD是两块挡板，AB是一个孔，O是波源，图中已画出波源所在区域波的传播情况，每两条相邻波纹(图中曲线)之间距离表示一个波长.则波经过孔之后的传播情况，下列描述中正确的是图78A.此时能明显观察到波的衍射现象B.挡板前后波纹
27、间距离相等C.如果将孔AB扩大，有可能观察不到明显的衍射现象D.如果孔的大小不变，使波源频率增大，能更明显观察到衍射现象【解析】 从图可看出，波长和孔的尺寸差不多，此时衍射现象明显.将孔增大或使波源频率增大(波长减小)都将使衍射现象不明显.【答案】 ABC12.（2002年上海高考）如图79所示，S1、S2是振动情况完全相同的两个机械波波源，振幅为A，a、b、c三点分别位于S1、S2连线的中垂线上，且ab=bc.某时刻a是两列波的波峰相遇点，c是两列波的波谷相遇点，则图79A.a处质点的位移始终为2AB.c处质点的位移始终为-2AC.b处质点的振幅为2AD.c处质点的振幅为2A【解析】 根据题
28、目条件知，a、b、c所在的中垂线为振动加强区域，直线上各点的振幅均为2A，但这些质点都在振动，位移不断变化.【答案】 CD 原子和原子核考点指要知识点要求程度1.粒子散射实验.原子的核式结构.2.氢原子的能级结构.3.氢原子的电子云.光子的发射和吸收.4.天然放射现象.射线、射线、射线.半衰期.5.原子核的人工转变.原子核的组成.核反应方程，放射性同位素及其应用.6.放射性污染和防护.7.核能、质量亏损.爱因斯坦的质能方程.8.核反应堆.核电站.9.重核的裂变.链式反应.轻核的聚变.10.可控热核反应.复习导航本章以人们认识微观世界的过程为线索，介绍了历史上著名的实验及根据实验得出的关于原子结
29、构和原子核组成的基础知识.高考对该部分知识要求较低，但每年均有试题涉及.其中以原子能级、核反应方程和质能方程等命题频率较高.其次对物理学史、著名实验和重要的物理学理论等，近几年高考中也时有出现.其他知识点，试题呈交替出现情况.因此，对本章的复习应注意既突出重点，又不丢细节.本章知识分成两个单元组织复习：()原子结构.能级;()原子核反应.核能.第单元 原子结构能级知识聚焦一、原子的核式结构1.粒子散射现象绝大多数粒子穿过金箔后仍能沿原来方向前进，少数粒子发生了较大的偏转，并且有极少数粒子偏转角超过了90，有的甚至被弹回，偏转角几乎达到180 .2.原子的核式结构卢瑟福对粒子散射实验结果进行了分
30、析，于1911年提出了原子的核式结构学说：在原子的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所有的质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转.原子核所带的单位正电荷数等于核外的电子数.原子的半径大约是10-10 m，原子核的大小约为10-15m10-14 m.二、玻尔的原子模型1.玻尔假说提出的背景：经典电磁理论在解释原子结构时碰上了无法克服的困难，原子为什么是稳定的？原子光谱为什么不是连续光谱？玻尔假说的贡献，就是成功解释了经典理论无法解释的这些问题.玻尔假说的核心，是引入了量子化理论，从而找到了描绘微观世界的一条重要规律.2.玻尔假说的内容：(1)轨道量子化：原子
31、核外电子的可能轨道是某些分立的数值.(2)能量状态量子化；原子只能处于与轨道量子化对应的不连续的能量状态中，在这些状态中，原子是稳定的，不辐射能量.(3)跃迁假说：原子从一种能级向另一种能级跃迁时，吸收（或辐射）一定频率的光子，光子能量E=h=E2-E1.三、氢原子能级氢原子在各个能量状态下的能量值，叫做它的能级.最低的能级状态，即电子在离原子核最近的轨道上运动的状态叫做基态，处于基态的原子最稳定.其他能级叫激发态.四、原子光谱及应用1.原子光谱：元素在稀薄气体状态下的光谱是分立的线状谱，由一些特定频率的波组成，又叫原子光谱.2.原子光谱的应用：每种元素的原子光谱都有自己的一组特定谱线，应用光
32、谱分析可以确定物质成分.五、电子云玻尔模型引入了量子化观点，但不完善.在量子力学中，核外电子并没有确定的轨道，玻尔的电子轨道，只不过是电子出现概率最大的地方.把电子的概率分布用图象表示时，用小黑点的稠密程度代表概率的大小，其结果如同电子在原子核周围形成云雾，称为“电子云”.疑难辨析1.氢原子各定态的能量值，为电子绕核运动的动能Ek和电势能Ep的代数和.由En和E1-13.6 eV可知，氢原子各定态的能量值均为负值.因此，不能根据氢原子的能级公式En得出氢原子各定态能量与n2成反比的错误结论.2.原子的跃迁条件：hE初E终只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况，对于光子和原子作用而
33、使原子电离，则不受此条件的限制.如基态氢原子的电离能为13.6 eV，只要大于或等于13.6 eV的光子都能被基态的氢原子吸收而发生电离，只不过入射光子的能量越大，原子电离后产生的自由电子的动能越大.3.原子处于激发态是不稳定的，会自发地向基态或其他较低能级跃迁.由于这种自发跃迁的随机性，一个原子会有多种可能的跃迁.若是一群原子处于激发态，则各种可能跃迁都会发生，所以我们会同时得到该种原子的全部光谱线.第单元 原子核反应核能知识聚焦核反应虽然有成千上万，但是根据其特点可分为四种基本类型：衰变、人工转变、轻核聚变和重核裂变.一、衰变原子核自发地放出某种粒子而转变为新核的变化叫做原子核的衰变.放射
34、性元素衰变时放出的射线共有三种：射线、射线和射线，其射线的本质和性质如下表：种类本质电离本领穿透本领射线He最强最弱(空气中几厘米或一张薄纸)射线e较弱很强(几毫米的铝板)射线光子最弱最强(几厘米的铅板)按照衰变时放出粒子不同又分为衰变和衰变，其核反应方程如：UThHe（衰变）ThPae（衰变)半衰期是放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间.它表示放射性元素衰变的快慢.半衰期是由核本身的因素决定的，与它所处的物理状态或化学状态无关.不同的放射性元素半衰期不同.二、人工转变原子核在其他粒子作用下变成另一种原子核的变化称为人工转变.利用原子核的人工转变，人们发现了质子、中子，认清了原子核的结构
35、，并且制造了上千种放射性同位素，在工业、农业、医疗和科研的许多方面得到广泛的应用.著名的方程式如：NHeOH（卢瑟福，发现质子）BeHe6CU (查德威克，发现中子)三、重核裂变重核裂变：是重核分裂成中等质量的核的反应过程.如：UU54XeSr10n.由于中子的增值使裂变反应能持续地进行的过程称为链式反应.发生链式反应的条件是：裂变物质的体积临界体积.裂变的应用：原子弹、原子反应堆.四、轻核聚变轻核聚变是轻核结合成质量较大的核的反应过程.如：HHHeU.发生聚变反应的条件是：超高温(几百万度以上)热核反应.聚变的应用：氢弹、可控热核反应.五、核能1.核力：为核子间作用力.其特点为短程强引力：作
36、用范围为2.010-15 m，只在相邻的核子间发生作用.2.核能：核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，叫做原子核的结合能，亦称核能.3.质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程Emc2说明物体的质量和能量之间存在着一定的关系，一个量的变化必然伴随着另一个量的变化.核子在结合成原子核时放出核能，因此，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小m，这就是质量亏损.由质量亏损可求出释放的核能E mc2；反之，由核能也可求出核反应过程的质量亏损.疑难辨析1.原子核既然是由质子和中子组成的，那么为什么还会从原子核里发射出粒子、粒子?实际上，发射出来的粒子和粒子仍是原子核内的质子和中子结
37、合或转化而成的.粒子是原子核内的2个质子和2个中子结合在一起发射出来的，粒子是原子核内的中子转化为质子时产生并发射出来的.所以不能因为从原子核中发射出粒子和粒子就认为原子核也是由它们组成的.2.质量数守恒和核电荷数守恒是我们书写核反应方程的重要依据，但要以核反应的事实为基础，不能仅仅根据该两条守恒定律随意书写事实上不存在的核反应方程.另外，核反应通常是不可逆的，方程中只能用箭头“”连接并指示反应方向，而不能用等号“”连接.相当于 3.mc2是计算核能的常用方法.在具体应用中要注意单位制的统一及不同单位的换算.若质量单位取原子质量单位u，则：931.5 MeV该结论亦可在计算中直接应用.1 u1
38、.6610-27 kg另外，在无光子辐射的情况下，核反应中释放的核能转化为生成的新核和新粒子的动能.因而在此情况下可应用力学原理动量守恒和能量守恒来计算核能.章末综合讲练知识网络 高考试题一、原子结构1.（2003年新课程理科综合）下面列出的是一些核反应方程PSi+XBe+HB+YHe+HeLi+Z其中A.X是质子，Y是中子，Z是正电子B.X是正电子，Y是质子，Z是中子C.X是中子，Y是正电子，Z是质子D.X是正电子，Y是中子，Z是质子【解析】 由核反应方程中电荷数守恒和质量数守恒可知选项D正确.【答案】 D2.（2001年上海高考）卢瑟福原子核式结构理论的主要内容有A.原子的中心有个核，叫原
39、子核B.原子的正电荷均匀分布在整个原子中.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绕着核旋转【解析】 卢瑟福原子核式结构理论的主要内容是：在原子的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是集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕核旋转，故B错ACD对.【答案】 ACD3.(2001年全国高考)按照玻尔理论，下列关于氢原子的论述正确的是A.第m个定态和第n个定态的轨道半径rm和rn之比为rmrnm2n2B.第m个定态和第n个定态的能量Em和En之比为EmEnn2m2.电子沿某一轨道绕核运动，若其圆周运动的频率是，则其发光频率也是.若氢原子处于能量
40、为E的定态，则其发光频率为【解析】 由氢原子核外电子轨道半径公式：rn=n2r1知，rmrn=m2n2，A正确.氢原子的能量公式：En=E1,所以EmEn=n2m2,B正确，根据玻尔理论，只有核外电子发生能级跃迁时，才可能发射某一频率的光，所以CD错.【答案】 AB4.(2002年广东、广西、河南高考）处于基态的一群氢原子受某种单色光的照射时，只发射波长为1、2、3的三种单色光，且123，则照射光的波长为A.1B.1+2+3C. D. 【答案】 D二、原子核5.(1999年全国高考)下列说法正确的是A.Ra衰变为RU要经过1次衰变和1次衰变B.U衰变为Pa要经过1次衰变和1次衰变C.Th衰变为
41、b要经过6次衰变和4次衰变D.U衰变为RU要经过4次衰变和4次衰变【解析】 先根据质量数的变化规律确定衰变的次数，然后再确定衰变的次数.【答案】 C6.（2002年全国高考）目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u夸克和d夸克的两类夸克组成.u夸克带电量为e,d夸克带电量为-e,e为基元电荷.下列论断可能正确的是A.质子由1个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成B.质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成C.质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成D.质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和1个d夸克组成【答案】
42、 B图1517.（2002年上海高考）图151中P为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线在电场的作用下分成 a、b、c三束，以下判断正确的是A.a为射线，b为射线B.a为射线，b为射线C.b为射线，c为射线D.b为射线，c为射线【答案】 BC8.（1998年上海高考）下列核反应过程中正确的是A.UThHB.BeHeUC.ThPae.Sie【解析】 根据核反应所遵从的规律质量守恒、电荷数守恒，可得正确答案应为B.【答案】 B9.（2003年春季高考）下面是一核反应方程H+HHe+X用c表示光速，则A.X是质子，核反应放出的能量等于质子质量乘c2B.X是中子，核反应放出的能量等于中子质量乘c2
43、C.X是质子，核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与质子的质量和，再乘c2D.X是中子，核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与中子的质量和，再乘c2【答案】 D10.（2002年上海高考）完成核反应方程：ThPa+_.Th衰变为Pa的半衰期是1.2 min，则64 g90Th经过6 min还有_g 尚未衰变.【答案】 e;211.(2001年全国高考)在下列四个方程中，x1、x2、x3和x4各代表某种粒子.USrXe3x1Hx2HeUUThx3MgHeAlx4以下判断中正确的是A.x1是中子B.x2是质子.x3是粒子.x4是氘核【解析】 首先根据核电荷数守恒算出x1,x2,x3,x4的核电荷数分别为0、1、2、1，从而确定粒子的名称分别为中子、氢、氦、氢，然后再根据质量数守恒确定x1代表中子，x2代表氘核，x3代表粒子，x4代表质子，故A、C正确.【答案】 AC12.(2000年全国高考)最近几年，原子核科学家在超重元素岛的探测方面取得重大进展.1996年科学家们在研究某两个重离子结合成超重元素的反应时，发现生成的超重元素的核经过6次衰变后的产物是Fm.由此，可以判定生成的超重元素