沪科版高三等级考电磁波、原子、核反应与宇宙专题

1/22学习目标1、知道麦克斯韦以及其他科学家推动光的电磁波理论发展的相关历史史实；2、知道光的电磁波说的基本观点，知道从无线原子核的电荷数和质量数的意义；3、知道衰变的种类、半衰期的概念、能根据电荷数和质、知道衰变的概念；4、能区分原子核的人工转变与天然衰变；5、会写发现质子、中子的核反应方程，知道发现质子、中子的实验装置、原理；6、知道原子核的人工转变的概念；7、理解万有引力定律；教学内容【知识梳理—电磁场理论】1.变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场。2．电磁场：变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分离的统一场，称为电磁场。电场和磁场只是这个统一的电磁场的两种具体表现。电场E矢量和磁场B矢量，相互垂直。3．电磁波：变化的电场和磁场从产生的区域由近及远地向周围空间传播开去，就形成了电磁波。（1）有效地发射电磁波的条件是：①频率足够高②形成开放电路。（2）电磁波的特点：①电磁波是横波。②电磁波的传播不需要介质，在真空中也能传播。在真空中的波速为c=3.0×108m/s。③波速和波长、频率的关系：c＝λf（3）与机械波的区别：①产生原因不同。机械波是机械振动在介质中传播形成的，而光波则是由电子受激产生的；②机械波的传播需要弹性介质，而光波可以在真空中传播；③在同一介质中，机械波传播的速度相同，而不同频率的光波在同一介质中速度不同，且在真空中传播速度最大；④光波的能量只与频率有关，而机械波的能量与振幅有关，跟频率无关。4.光的电磁说（1）麦克斯韦电磁理论预言了电磁波的存在且在真空中波速等于光速c，并认为光是一种电磁波。赫兹用实验证实了电磁波的存在，光的电磁本性。（2）电磁波谱：其产生机理、性质差别、特性用途等概括如下表：波谱无线电波红外线可见光紫外线X射线γ射线产生机理振荡电路中自由电子运动原子外层电子受激发原子内层电子受激发原子核受激发我们能看到的世界五彩斑斓，那么可见光又是什么？它和我们看不到的遍布世界的”手机信号”又有什么关系？《宋会要》：“嘉佑元年三月，司天监言：‘客星没，客去之兆也’。初，至和元年五月，晨出东方，守天关。昼如太白，芒角四出，色赤白，凡见二十三日。”在1892年美国天文学家拍下了蟹状星云的第一张照片，它如此美好，不由得引发我们思考这世界到底是什么模样？2/22特性波动性强热效应引起视觉化学作用杀菌荧光效应贯穿作用强贯穿本领最强能量大应用无线电技术加热遥感热照明摄影感光技术医用透视检查探测医用透视工业探伤医用治疗频率小—————————————————————→大同一介质中速度大—————————————————————→小（3）光的波长、频率和光速的关系式为：c＝λν。在真空中,不同色光的光速相同；在介质中，不同色光的光速不同。同一种色光在不同介质中传播时，颜色和频率均不变，而波速和波长却因介质不同而改变。【例题精讲】例1、(长宁二模)真空中的可见光与电磁波（）（A）波长相等（B）频率相等（C）传播速度相等（D）传播能量相等【解析】可见光是电磁波谱的一部分，在真空中传播速度都是C=3.0×108m/s。【答案】C例2、(崇明二模)电磁波谱中的可见光、无线电波、X射线、γ射线中，其光子能量最小的是（）（A）可见光（B）无线电波（C）X射线（D）γ射线【解析】光波的能量只与频率有关，频率越大单个光子具有的能量越大。【答案】B例3、电磁波包含了gamma射线、红外线、紫外线、无线电波等，则（）（A）无线电波的波长比紫外线的短（B）红外线光子的能量比紫外线光子的能量弱（C）gamma射线的频率比红外线的频率低（D）在真空中，红外线的速度比无线电波的速度快【解析】无线电波的波长较紫外线长；红外线光子能量比紫外线光子的能量强；伽马射线频率很好，能量大；真空中电磁波的的波速均为3.0×108m/s，和电磁波频率无关。【答案】B【巩固测试】1、（浦东二模）微波是（）（A）一种机械波，只能在介质中传播（B）一种电磁波，只能在介质中传播（C）一种机械波，其在真空中传播速度等于光速（D）一种电磁波，比可见光更容易产生衍射现象【答案】D2、（奉贤二模）物理学在不断创新、发展和前进。如十九世纪中叶，（填科学家人名）建立了电3/22磁场理论，并预言了以光速传播的电磁波的存在。再如1905年爱因斯坦提出了，此理论是关于时空和引力的理论，提出了存在一种跟电磁波一样波动的引力波，2016年科学家们宣布已经探测到引力波的存在。【答案】麦克斯韦相对论3、（黄浦二模）关于电磁波的应用，下列说法正确的是（）（A）γ射线可用于纸币防伪鉴别工作（B）紫外线用于加热和烘干（C）X射线可用于机场检查箱内的物品（D）微波可用于测量钢板厚度【答案】C【知识梳理—原子的结构】原子模型：1、汤姆生葡萄干蛋糕模型（汤姆生利用阴极射线管发现电子，并提出葡萄干蛋糕模型）1904年约瑟夫·约翰·汤姆逊（J.J.Thompson）模型：原子是一个带正电荷的球，电子镶嵌在里面，原子好似一块“葡萄干布丁”（Plumpudding）故名“枣糕模型”或“葡萄干蛋糕模型”；或是像西瓜子分部在西瓜瓤中，所以也叫“西瓜模型”。2、卢瑟福通过α粒子散射实验提出原子核式结构模型实验结果：①绝大多数α粒子穿过金箔后沿原方向前进；②少数α粒子却发生了较大的偏转；③极少数α粒子偏转角超过了90°，个别甚至被弹回。实验解释：少数α粒子出现大角度偏转，是需要很强的相互作用力的，说明原子的大部分质量和电荷集中到很小的核上。又因为绝大部分α粒子不发生偏转，说明原子内部很空的。卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构学说：①原子的大部分体积是空的②在原子的中心有一个很小的原子核③原子的全部正电荷在原子核内，且几4/22乎全部质量均集中在原子核内部。带负电的电子在核空间进行绕核运动。3、电子云模型20世纪20年代以来现代模型（电子云模型）电子绕核运动形成一个带负电荷的云团，对于具有波粒二象性的微观粒子在一个确定时刻其空间坐标与动量不能同时测准，这是德国物理学家海森堡在1927年提出的著名的测不准原理。【例题精讲】例1、（杨浦二模）下列观点与原子核式结构理论保持一致的是（）（A）原子的正电荷均匀分布在整个原子中（B）带负电的电子在核外绕着核在同一轨道上旋转（C）原子的几乎全部正电荷和全部质量都集中在原子核里（D）原子的中心有原子核且带正电【解析】原子核式结构理论是由α粒子散射实验得出的，由实验现象（①绝大多数α粒子穿过金箔后沿原方向前进；②少数α粒子却发生了较大的偏转；③极少数α粒子偏转角超过了90°，个别甚至被弹回。）可知原子的中心有原子核且带正电。【答案】D例2、（闸北二模）科学实验在物理学发展中起到了非常重要的作用，下列说法正确的是（）（A）卢瑟福通过粒子散射实验证实了在原子核内部存在质子（B）查德威克仔细地研究了γ射线，从中发现了中子（C）汤姆孙通过一系列关于阴极射线的实验，发现了电子（D）贝克勒尔通过对天然放射现象的研究，发现了原子中存在原子核【解析】物理学史（注：B选项，在查德威克发现中子的5年前，科学家玻特和贝克用α粒子轰击铍时，发现有一种穿透力很强的射线，他们以为是γ射线，未加理会。韦伯斯特甚至对这种辐射做过仔细鉴定、看到了它的中性性质，但对这种现象难于解释，因而未再继续深入研究。居里夫人的女儿艾伦娜·居里和她的丈夫也曾在“铍射线”的边缘徘徊，最终还是与中子失之交臂。而该种被误认为可能是γ射线的粒子流，其实就是中子流。）【答案】C5/22【巩固测试】1、（徐汇二模）卢瑟福通过α粒子散射实验提出了（）（A）无核原子模型（B）葡萄干蛋糕模型（C）原子核式结构模型（D）玻尔原子模型【答案】C2、（虹口一模）下列关于物质结构的叙述中不正确．．．的是（）（A）天然放射性现象的发现表明了原子核内部是有复杂结构的（B）质子的发现表明了原子核是由质子和中子组成的（C）电子的发现表明了原子内部是有复杂结构的（D）粒子散射实验是原子核式结构模型的实验基础【答案】B3、（崇明一模）在α粒子散射实验中，我们并没有考虑到α粒子跟电子碰撞，这是因为（）（A）电子体积非常小，以至于α粒子碰不到它（B）电子质量远比α粒子的小，所以它对α粒子运动的影响极其微小（C）α粒子跟各个电子碰撞的效果相互抵消（D）电子在核外均匀分布，所以α粒子受到电子作用的合外力为零【答案】B4、不能用卢瑟福原子核式结构模型得出的结论是（）（A）原子中心有一个很小的原子核（B）原子核是由质子和中子组成的（C）原子质量几乎全部集中在原子核内（D）原子的正电荷全部集中在原子核内【答案】B【知识梳理—天然放射现象】1、1896年，贝克勒耳首先发现天然放射性现象，居里和居里夫人发现了发射性更强的新元素钋(Po)和镭(Ra)。天然放射性现象的发现说明原子核内部具有复杂的结构，揭示了原子核也是可分的。2、天然放射现象中的三种射线粒子特性α射线He42（正电）贯穿本领小（空气中射程只有几厘米），一张薄铝箔或一张薄纸就能将它挡住，电离本领强，容易使空气电离。速度为c/10β射线e01－(负电)高速电子流，贯穿本领大（能穿透几毫米的铝板）电离作用较弱，速度为9c/10，接近光速。γ射线高能光子（中性）波长很短的电磁波，贯穿本领最大（能穿透几厘米的铅板），电离作用最小。3．α衰变与β衰变(1)在放射性元素的核中放出α粒子即He42的衰变称为α衰变。通式为：4422MMZZXYHe6/22(2)在放射性元素的核中放出β粒子即e01－(电子)的衰变称为β衰变。通式为：011MMZZXYe注意:放射性物质α衰变放出α射线，β衰变放出β射线，α衰变与β衰变不会同时发生，而γ射线有时伴随α或β衰变发生。4、半衰期()：放射性元素原子核有半数发生衰变所需要的时间。不同的放射性元素的半衰期不同；半衰期的长短由核内部本身的因素决定，与原子所处的物理、化学状态无关。未衰变核数的计算关系：012tNN；未衰变核的质量的计算关系：012tMM注意：半衰期体现的是大量原子核衰变行为的统计规律，并非具体到几个原子核的衰变。【例题精讲】例1、（虹口二模）关于原子核及其变化，下列说法中正确的是（）（A）衰变和裂变都能自发的发生（B）β衰变现象说明电子是原子核的组成部分（C）升高温度可以使放射性元素的半衰期缩短（D）同种放射性元素在化合物中的半衰期与单质中的半衰期相等【解析】A、衰变能自发、裂变不能；B、β衰变是原子核中的中子转化为质子同时产生电子的过程，但电子不是原子核的组成部分；C、元素原子核的半衰期是由元素本身决定的，与元素所处的物理和化学状态无关。【答案】D例2、（普陀二模）某放射性元素的原子核发生两次α衰变和六次β衰变，关于它的原子核的变化，下列说法中正确的是（）（A）中子数减小8（B）质子数减小2（C）质子数增加2（D）核子数减小10【解析】每次α衰变重核质量数减4，质子数减2；每次β衰变重荷质量数不变，质子数加1.【答案】C例3、（闵行二模）下列核反应方程中，属于α衰变的是（）（A）1441717281NHeOH（B）238234492902UThHe（C）23411120HHHen（D）234234090911ThPae【解析】在放射性元素的核中放出α粒子即He42的衰变称为α衰变。【答案】B【巩固测试】1、（闵行二模）C14鉴年法是利用C14衰变规律对古生物进行年代测定的方法。若以横坐标表示时间t，纵坐标表示任意时刻C14的质量m，m0为t＝0时C14的质量。下面图像中能正确反映C14衰变规律的是（）7/22【答案】C2、（嘉定二模）如图，天然放射性元素放出的射线通过电场后分为三束则（）（A）①电离作用最强，是一种电磁波（B）②贯穿本领最弱，用一张白纸即可把它挡住（C）原子核放出一个①粒子后，形成的新核比原来的电荷数多一个（D）原子核放出一个③粒子后，质子数比原来少4，中子数比原来少2个【答案】C3、（徐汇二模）放射性元素21084Po衰变为20682Pb，此衰变过程的核反应方程