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守恒定律在原子物理中的应用 重庆市丰都中学 付红周 纵观近几年的高考，有关原子物理部分的考题，多数是考查各种守恒定律在原子物理中的应用，在这部分考题中用到了高中阶段所学的各个守恒定律，且把各种守恒定律常常结合起来，加以综合应用。可以说原子物理习题是守恒定律得以充分应用的具体体现。下面谈守恒定律在原子物理学习中的应用。 一、高中阶段所学的守恒 1．质量数守恒。参加反应前各物质质量数之和，等于反应后各物质质量数的总和。 2．电荷守恒定律。即电荷既不会消灭，也不会创生，只会从一个物体转移到另一个物体，在转移的过程中，电荷总量不变。 3．动量守恒定律。系统不变外力或所变的外力之和为零（或系统内力远大于系统外力）系统的动量保持不变。 4．机械能守恒定律。在弹性碰撞中，碰撞前后系统总机械能保持不变。 5．能量守恒定律。能量不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为别的形式，或从一个物体转移到别的物体，在转化和转移的过程中，能的总量保持不变， 二、守恒在原子物理中的应用 1．用质量数、电荷数守恒相结合解核反应方程 例1（06全国1）某原子核  X吸收一个中子后，放出一个电子，分裂为两个α粒子。由此可知（ ）A．A=7，Z＝3 B．A=7，Z＝4 C．A=8，Z＝3 D．A=8，Z＝4 解：两个α粒子的质量数之和电是8中子质量数是1，由质量数守恒荷数守恒知A=7，2个α粒子的电荷数是4，电子的电荷数为-1由电荷数守恒知Z＝3，选A。 2．用电荷数、质量数守恒与动量守恒相结合解磁场中的核反应问题 例3 K—介子衰变的方程为  ，其中K—介子和Π—介子带负的基元电荷， 介子不带电，一个K-介子沿垂直于磁场方向射入匀强磁场中其轨迹为圆弧AP，衰变后Π-介子的轨迹为圆弧PB，两轨迹在P点相切，半径Rh-与RΠ-之比为2：1。介子的轨迹未画出，由此可知 的动量大小与的动量大小之比为（ ） A．1:1 B．1:2 C．1:3 D．1:6 解析：K-介子的未动量跟衰变得到的 介子和介子的总动量相等。即衰变前后动量守恒，因为 ，且 ，所以 介子的动量大小为介子的动量大小的2倍。介子的初速与介子末速相反，设介子的动量为P，则介子动量为 ，设介子动量为P'，则 得 所以Π-的动量大小与的动量大小之比为1:3，选C。3．用动量守恒与机械守恒的结合，是解原子核的弹性碰撞题的基本方法 例4（07全国2）用放射源钋的α射线轰击铍时，能发射出一种穿透力极强的中性射线，这就是所谓铍“辐射”。1932年，查德威克用铍“辐射”分别照射（轰击）氢合氮（它们可视为处于静止状态），测得照射后沿铍“辐射”方向高速运动的氢核合氮核的速度之比为7．0。查德威克假设铍“辐射”是由一种质量不为零的中性粒子构成的，从而通过上述实验在历史上首次发现了中子。假定铍“辐射”中的中性粒子与氢或氮发生弹性正碰。试在不考虑相对论效应的条件下计算构成铍“辐射”的中性粒子的质量。（质量用原子质量单位u表示，1u等于一个12C原子质量的十二分之一。取氢核合氮核的质量分别为1．0u合14u。） 设构成铍“副射”的中性粒子的质量和速度分别为m和v，氢核的质量为mH。构成铍“辐射”的中性粒子与氢核发生弹性正碰，碰后两粒子的速度分别为v′和vH′。由动量守恒与能量守恒定律得 mv＝mv′＋mHvH′ ①  mv2＝mv′2＋mHvH′2 ②解得vH′＝  ③同理，对于质量为mN的氮核，其碰后速度为 VN′＝  ④由③④式可得m＝  ⑤根据题意可知 vH′＝7．0vN′ ⑥ 将上式与题给数据代入⑤式得 m＝1．2u 4．用动量守恒与能量守恒结合解核反应能量转化问题 例5 已知氘核的质量为2．0136u，中子的质量为1．0087u，H的质量为3．0150u，（1）计算上述核反应中释放的能量。（2）若两个氘核以相等的动能0．35MeV发生对心碰撞即可发生上述核反应，且释放的核能全部转化为机械能，则反应中生成的 He和中子的动能各是多少？ 解析：由质量守恒和电荷数守恒写出核方程  质量亏损   由质能关系△E=△mc2  因反应中释放的核能全部转化为机械能──即氢核和氦核的动能， 由动量守恒定律和能量守恒定律得：  ，解方程得  在原子物理的内容中，灵活运用各种守恒定律，对解原子物理题起关键作用。要充分认识守恒与原子物理关系，在头脑中把守恒与原子物理连在一起，才能应对各种有关原子物理的考题。 (责任编辑：admin) |