4、電場強度

(1)試探電荷

①試探電荷：為了研究電場的存在與分布規(guī)律而引入的電荷，叫做試探電荷。

②試探電荷必須滿足的條件

a．電量充分小

b．體積充分小

(2)電場強度

①定義：放入電場中某點的電荷所受的電場力F跟它的電荷量q的比值，叫做該點的電場強度，簡稱場強。

②公式

E＝　 (量度式)

③場強的大小和方向

a．大小：等于單位電荷量的電荷受到的電場力的大��；

b．方向：電場中某點的場強的方向跟正電荷在該點所受的電場力的方向相同。

④場強的單位

在國際單位制中，場強的單位是伏每米，符號V/m，1N/C＝1V/m。

⑤電場強度的物理意義

電場強度是表示電場的強弱和方向的物理量，反映了電場本身的力的性質(zhì)，由電場本身決定，與試探電荷無關(guān)。

3、電場

(1)概念

存在于電荷周圍，能傳遞電荷間相互作用力的一種特殊物質(zhì)形態(tài)，稱為電場。

(2)電場的基本性質(zhì)

①對放入其中的電荷有力的作用，這種力稱為電場力；

②電場能使放入電場中的導(dǎo)體產(chǎn)生靜電感應(yīng)現(xiàn)象。

2、元電荷

(1)元電荷

電子(或質(zhì)子)的電荷量e，叫做元電荷。

e＝1.60×10^－19C，帶電體的電荷量q＝Ne．

(2)比荷

電荷量Q(q)與質(zhì)量m之比，叫電荷的比荷。

1、兩種電荷　 電荷守恒

⑴電荷：具有吸引輕微小物體的性質(zhì)的物體就說它帶了電，這種帶電的物體叫做電荷。

①自然界只存在兩種電荷，即正電荷和負電荷，用毛皮摩擦過的硬橡膠所帶的電荷為負電荷，用絲綢摩擦過的玻璃棒所帶的電荷為正電荷。

②電荷間的相互作用：同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引。

⑵電荷量

電荷的多少，叫做電荷量。

單位：庫侖，簡稱庫，符號是C。1C＝1A·s。

⑶使物體帶電的方法及其實質(zhì)

⑴摩擦起電

用摩擦的方法可以使物體帶電。用絲綢摩擦過的玻璃棒帶正電，用毛皮摩擦過的硬橡膠棒帶負電。

摩擦起電的實質(zhì)：不是創(chuàng)造了電荷，而是使自由電子從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體。

⑵靜電感應(yīng)

將電荷移近不帶電的導(dǎo)體，可以使導(dǎo)體帶電，這種現(xiàn)象叫做靜電感應(yīng)。

利用靜電感應(yīng)使物體帶電，叫做感應(yīng)起電。

靜電感應(yīng)的實質(zhì)：不是創(chuàng)造了電荷，而是使電荷從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分。

5.核反應(yīng)堆

目前的所有正式運行的核電站都是應(yīng)用裂變發(fā)電的。

核反應(yīng)堆的主要組成是：

⑴核燃料。用濃縮鈾(能吸收慢中子的鈾235占3%~4%)。

⑵減速劑。用石墨或重水(使裂變中產(chǎn)生的中子減速，以便被鈾235吸收)。

⑶控制棒。用鎘做成(鎘吸收中子的能力很強)。

⑷冷卻劑。用水或液態(tài)鈉(把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出去用于發(fā)電，同時使反應(yīng)堆冷卻，保證安全)。

⑸水泥防護層。用來屏蔽裂變產(chǎn)物放出的各種射線。

4、釋放核能的途徑--裂變和聚變

　　　 (1)裂變反應(yīng)：

　　　 ①裂變：重核在一定條件下轉(zhuǎn)變成兩個中等質(zhì)量的核的反應(yīng)，叫做原子核的裂變反應(yīng)。

　　　 例如：

_{②鏈式反應(yīng)：在裂變反應(yīng)用產(chǎn)生的中子，再被其他鈾核浮獲使反應(yīng)繼續(xù)下去。}

_{鏈式反應(yīng)的條件：}

_{③裂變時平均每個核子放能約1Mev能量}

　　　 1kg全部裂變放出的能量相當于2500噸優(yōu)質(zhì)煤完全燃燒放出能量

　　　 (2)聚變反應(yīng)：

　　　 ①聚變反應(yīng)：輕的原子核聚合成較重的原子核的反應(yīng)，稱為聚變反應(yīng)。

　　　 例如：

　　　 ②平均每個核子放出3Mev的能量

　　　 ③聚變反應(yīng)的條件；幾百萬攝氏度的高溫

例題：一個氫原子的質(zhì)量為1.6736×10^-27kg，一個鋰原子的質(zhì)量為11.6505×10^-27kg，一個氦原子的質(zhì)量為6.6467×10^-27kg。一個鋰核受到一個質(zhì)子轟擊變?yōu)?個α粒子，⑴寫出核反應(yīng)方程，并計算該反應(yīng)釋放的核能是多少？⑵1mg鋰原子發(fā)生這樣的反應(yīng)共釋放多少核能？

解析：⑴H+Li →2He　 反應(yīng)前一個氫原子和一個鋰原子共有8個核外電子，反應(yīng)后兩個氦原子也是共有8個核外電子，因此只要將一個氫原子和一個鋰原子的總質(zhì)量減去兩個氦原子的質(zhì)量，得到的恰好是反應(yīng)前后核的質(zhì)量虧損，電子質(zhì)量自然消掉。由質(zhì)能方程ΔE=Δmc²得釋放核能ΔE=2.76×10^-12J

⑵1mg鋰原子含鋰原子個數(shù)為10^-6÷11.6505×10^-27，每個鋰原子對應(yīng)的釋放能量是2.76×10^-12J，所以共釋放2.37×10⁸J核能。

例題：靜止的氡核Rn放出α粒子后變成釙核Po，α粒子動能為E_α。若衰變放出的能量全部變?yōu)榉礇_核和α粒子的動能，真空中的光速為c，則該反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為　　

　　 A.　 　　　　B. 0　　 　　　C. 　　　　D.

解析：由于動量守恒，反沖核和α粒子的動量大小相等，由，它們的動能之比為4∶218，因此衰變釋放的總能量是，由質(zhì)能方程得質(zhì)量虧損是。

例題：靜止在勻強磁場中的一個B核俘獲了一個速度為向v =7.3×10⁴m/s的中子而發(fā)生核反應(yīng)，生成α粒子與一個新核。測得α粒子的速度為2×10⁴ m/s，方向與反應(yīng)前中子運動的方向相同，且與磁感線方向垂直。求：⑴寫出核反應(yīng)方程。⑵畫出核反應(yīng)生成的兩個粒子的運動軌跡及旋轉(zhuǎn)方向的示意圖(磁感線方向垂直于紙面向外)。⑶求α粒子與新核軌道半徑之比。⑷求α粒子與新核旋轉(zhuǎn)周期之比。　　　

解：⑴由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得：B+n→He+Li

⑵由于α粒子和反沖核都帶正電，由左手定則知，它們旋轉(zhuǎn)方向都是順時針方向，示意圖如右。

⑶由動量守恒可以求出反沖核的速度大小是10³m/s方向和α粒子的速度方向相反，由帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的半徑公式可求得它們的半徑之比是120∶7

⑷由帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的周期公式可求得它們的周期之比是6∶7

例題：已知氘核的質(zhì)量為2.0136u，中子質(zhì)量為1.0087u，氦3的質(zhì)量為3.0150u。

　　　 (1)寫出兩個氘核聚變生成氦3的方程；

　　　 (2)求上述聚變放出的能量；

　　　 (3)若兩個氘核以相同的動能兆電子伏正碰，求碰后生成物的動能。

解析：(1)核聚變方程為：

　　　 (2)反應(yīng)前后質(zhì)量虧損：

　　　 (3)碰撞過程動量守恒，碰撞前系統(tǒng)動量為零，故得

　　　　　　　 　 碰撞前后能量相等，即

　　　　　　　 　 三式聯(lián)立得：

　　　　　　　 　 中子動能

　　　　　　　 　 氦核動能

3、核能的計算：在核反應(yīng)中，及應(yīng)后的總質(zhì)量，少于反應(yīng)前的總質(zhì)量即出現(xiàn)質(zhì)量虧損，這樣的反就是放能反應(yīng)，若反應(yīng)后的總質(zhì)量大于反應(yīng)前的總質(zhì)量，這樣的反應(yīng)是吸能反應(yīng)。

　　　 吸收或放出的能量，與質(zhì)量變化的關(guān)系為：

例題：計算

　　　 為了計算方便以后在計算核能時我們用以下兩種方法

　　　 方法一：若已知條件中以千克作單位給出，用以下公式計算

　　　 公式中單位：

　　　 方法二：若已知條件中以作單位給出，用以下公式計算

　　　 公式中單位：；

2、質(zhì)能方程：愛因斯坦提出物體的質(zhì)量和能量的關(guān)系：

　　　　　　　 --質(zhì)能方程

1、核能：核子結(jié)合成的子核或?qū)⒃�子核分解為核子時，都要放出或吸收能量，稱為核能。

　　　 例如：

4、原子核的組成和放射性同位素

　　　 (1)原子核的組成：原子核是由質(zhì)子和中子組成，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子

　　　 在原子核中：

　　　 質(zhì)子數(shù)等于電荷數(shù)　　　

　　　 核子數(shù)等于質(zhì)量數(shù)

　　　 中子數(shù)等于質(zhì)量數(shù)減電荷數(shù)

　　　 (2)放射性同位素：具有相同的質(zhì)子和不同中子數(shù)的原子互稱同位素，放射性同位素：具有放射性的同位素叫放射性同位素。

　　　 正電子的發(fā)現(xiàn)：用粒子轟擊鋁時，發(fā)生核反應(yīng)。

　　　 發(fā)生+衰變，放出正電子

.放射性同位素的應(yīng)用

⑴利用其射線：α射線電離性強，用于使空氣電離，將靜電泄出，從而消除有害靜電。γ射線貫穿性強，可用于金屬探傷，也可用于治療惡性腫瘤。各種射線均可使DNA發(fā)生突變，可用于生物工程，基因工程。

⑵作為示蹤原子。用于研究農(nóng)作物化肥需求情況，診斷甲狀腺疾病的類型，研究生物大分子結(jié)構(gòu)及其功能。

⑶進行考古研究。利用放射性同位素碳14，判定出土木質(zhì)文物的產(chǎn)生年代。

一般都使用人工制造的放射性同位素(種類齊全，各種元素都有人工制造的放射性同位。半衰期短，廢料容易處理�？芍瞥筛鞣N形狀，強度容易控制)。

例題：近年來科學(xué)家在超重元素的探測方面取得了重大進展�？茖W(xué)家們在觀察某兩個重離子結(jié)合成超重元素的反應(yīng)時，發(fā)現(xiàn)所生成的超重元素的核X經(jīng)過6次α衰變后成為Fm，由此可以判定該超重元素的原子序數(shù)和質(zhì)量數(shù)依次是　　　　　　　　　　　　　　

A.124，259　　　 B.124，265　　　 C.112，265　　　 D.112，277

解析：每次α衰變質(zhì)量數(shù)減少4，電荷數(shù)減少2，因此該超重元素的質(zhì)量數(shù)應(yīng)是277，電荷數(shù)應(yīng)是112，選D。

例題：完成下列核反應(yīng)方程，并指出其中哪個是發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程，哪個是發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程。

⑴N+n →C+_____ 　　　　　�、� N+He →O+_____

⑶ B+n →_____+He　　　　　 ⑷Be+He →_____+n

⑸Fe+H →Co+_____

解析：根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，可以判定：⑴H，⑵H，發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程 ⑶Li，⑷C，發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程 ⑸n

例題：一塊含鈾的礦石質(zhì)量為M，其中鈾元素的質(zhì)量為m。鈾發(fā)生一系列衰變，最終生成物為鉛。已知鈾的半衰期為T，那么下列說法中正確的有　　　　　　　　　　　　　

　　 A.經(jīng)過兩個半衰期后這塊礦石中基本不再含有鈾了

　　 B.經(jīng)過兩個半衰期后原來所含的鈾元素的原子核有m/4發(fā)生了衰變

　　 C.經(jīng)過三個半衰期后，其中鈾元素的質(zhì)量還剩m/8

　　 D.經(jīng)過一個半衰期后該礦石的質(zhì)量剩下M/2

解析：經(jīng)過兩個半衰期后礦石中剩余的鈾應(yīng)該還有m/4，經(jīng)過三個半衰期后還剩m/8。因為衰變產(chǎn)物大部分仍然留在該礦石中，所以礦石質(zhì)量沒有太大的改變。本題選C。

例題：關(guān)于放射性同位素應(yīng)用的下列說法中正確的有　　　　　　　　　　　　　　

A.放射線改變了布料的性質(zhì)使其不再因摩擦而生電，因此達到消除有害靜電的目的

B.利用γ射線的貫穿性可以為金屬探傷，也能進行人體的透視

C.用放射線照射作物種子能使其DNA發(fā)生變異，其結(jié)果一定是成為更優(yōu)秀的品種

D.用γ射線治療腫瘤時一定要嚴格控制劑量，以免對人體正常組織造成太大的危害

解析：利用放射線消除有害靜電是利用放射線的電離性，使空氣分子電離成為導(dǎo)體，將靜電泄出。γ射線對人體細胞傷害太大，不能用來進行人體透視。作物種子發(fā)生的DNA突變不一定都是有益的，還要經(jīng)過篩選才能培育出優(yōu)秀品種。用γ射線治療腫瘤對人體肯定有副作用，因此要科學(xué)地嚴格控制劑量。本題選D。

例題： K^-介子衰變的方程為，其中K^-介子和π^-介子帶負的基元電荷，π⁰介子不帶電。一個K^-介子沿垂直于磁場的方向射入勻強磁場中，其軌跡為圓弧AP，衰變后產(chǎn)生的π^-介子的軌跡為圓弧PB，兩軌跡在P點相切，它們的半徑R_K^-與R_π-之比為2∶1。π⁰介子的軌跡未畫出。由此可知π^-介子的動量大小與π⁰介子的動量大小之比為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

A.1∶1　　　　 B.1∶2　　　　 C.1∶3　　　　 D.1∶6

解析：帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的半徑公式r=mv/qB，K^-介子和π^-介子電荷量又相同，說明它們的動量大小之比是2∶1，方向相反。由動量守恒得π⁰介子的動量大小是π^-介子的三倍，方向與π^-介子的速度方向相反。選C。