4、电场强度

(1)试探电荷

①试探电荷：为了研究电场的存在与分布规律而引入的电荷，叫做试探电荷。

②试探电荷必须满足的条件

a．电量充分小

b．体积充分小

(2)电场强度

①定义：放入电场中某点的电荷所受的电场力F跟它的电荷量q的比值，叫做该点的电场强度，简称场强。

②公式

E＝　 (量度式)

③场强的大小和方向

a．大小：等于单位电荷量的电荷受到的电场力的大小；

b．方向：电场中某点的场强的方向跟正电荷在该点所受的电场力的方向相同。

④场强的单位

在国际单位制中，场强的单位是伏每米，符号V/m，1N/C＝1V/m。

⑤电场强度的物理意义

电场强度是表示电场的强弱和方向的物理量，反映了电场本身的力的性质，由电场本身决定，与试探电荷无关。

3、电场

(1)概念

存在于电荷周围，能传递电荷间相互作用力的一种特殊物质形态，称为电场。

(2)电场的基本性质

①对放入其中的电荷有力的作用，这种力称为电场力；

②电场能使放入电场中的导体产生静电感应现象。

2、元电荷

(1)元电荷

电子(或质子)的电荷量e，叫做元电荷。

e＝1.60×10^－19C，带电体的电荷量q＝Ne．

(2)比荷

电荷量Q(q)与质量m之比，叫电荷的比荷。

1、两种电荷　 电荷守恒

⑴电荷：具有吸引轻微小物体的性质的物体就说它带了电，这种带电的物体叫做电荷。

①自然界只存在两种电荷，即正电荷和负电荷，用毛皮摩擦过的硬橡胶所带的电荷为负电荷，用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷为正电荷。

②电荷间的相互作用：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。

⑵电荷量

电荷的多少，叫做电荷量。

单位：库仑，简称库，符号是C。1C＝1A·s。

⑶使物体带电的方法及其实质

⑴摩擦起电

用摩擦的方法可以使物体带电。用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，用毛皮摩擦过的硬橡胶棒带负电。

摩擦起电的实质：不是创造了电荷，而是使自由电子从一个物体转移到另一个物体。

⑵静电感应

将电荷移近不带电的导体，可以使导体带电，这种现象叫做静电感应。

利用静电感应使物体带电，叫做感应起电。

静电感应的实质：不是创造了电荷，而是使电荷从物体的一部分转移到另一部分。

5.核反应堆

目前的所有正式运行的核电站都是应用裂变发电的。

核反应堆的主要组成是：

⑴核燃料。用浓缩铀(能吸收慢中子的铀235占3%~4%)。

⑵减速剂。用石墨或重水(使裂变中产生的中子减速，以便被铀235吸收)。

⑶控制棒。用镉做成(镉吸收中子的能力很强)。

⑷冷却剂。用水或液态钠(把反应堆内的热量传输出去用于发电，同时使反应堆冷却，保证安全)。

⑸水泥防护层。用来屏蔽裂变产物放出的各种射线。

4、释放核能的途径--裂变和聚变

　　　 (1)裂变反应：

　　　 ①裂变：重核在一定条件下转变成两个中等质量的核的反应，叫做原子核的裂变反应。

　　　 例如：

_{②链式反应：在裂变反应用产生的中子，再被其他铀核浮获使反应继续下去。}

_{链式反应的条件：}

_{③裂变时平均每个核子放能约1Mev能量}

　　　 1kg全部裂变放出的能量相当于2500吨优质煤完全燃烧放出能量

　　　 (2)聚变反应：

　　　 ①聚变反应：轻的原子核聚合成较重的原子核的反应，称为聚变反应。

　　　 例如：

　　　 ②平均每个核子放出3Mev的能量

　　　 ③聚变反应的条件；几百万摄氏度的高温

例题：一个氢原子的质量为1.6736×10^-27kg，一个锂原子的质量为11.6505×10^-27kg，一个氦原子的质量为6.6467×10^-27kg。一个锂核受到一个质子轰击变为2个α粒子，⑴写出核反应方程，并计算该反应释放的核能是多少？⑵1mg锂原子发生这样的反应共释放多少核能？

解析：⑴H+Li →2He　 反应前一个氢原子和一个锂原子共有8个核外电子，反应后两个氦原子也是共有8个核外电子，因此只要将一个氢原子和一个锂原子的总质量减去两个氦原子的质量，得到的恰好是反应前后核的质量亏损，电子质量自然消掉。由质能方程ΔE=Δmc²得释放核能ΔE=2.76×10^-12J

⑵1mg锂原子含锂原子个数为10^-6÷11.6505×10^-27，每个锂原子对应的释放能量是2.76×10^-12J，所以共释放2.37×10⁸J核能。

例题：静止的氡核Rn放出α粒子后变成钋核Po，α粒子动能为E_α。若衰变放出的能量全部变为反冲核和α粒子的动能，真空中的光速为c，则该反应中的质量亏损为　　

　　 A.　 　　　　B. 0　　 　　　C. 　　　　D.

解析：由于动量守恒，反冲核和α粒子的动量大小相等，由，它们的动能之比为4∶218，因此衰变释放的总能量是，由质能方程得质量亏损是。

例题：静止在匀强磁场中的一个B核俘获了一个速度为向v =7.3×10⁴m/s的中子而发生核反应，生成α粒子与一个新核。测得α粒子的速度为2×10⁴ m/s，方向与反应前中子运动的方向相同，且与磁感线方向垂直。求：⑴写出核反应方程。⑵画出核反应生成的两个粒子的运动轨迹及旋转方向的示意图(磁感线方向垂直于纸面向外)。⑶求α粒子与新核轨道半径之比。⑷求α粒子与新核旋转周期之比。　　　

解：⑴由质量数守恒和电荷数守恒得：B+n→He+Li

⑵由于α粒子和反冲核都带正电，由左手定则知，它们旋转方向都是顺时针方向，示意图如右。

⑶由动量守恒可以求出反冲核的速度大小是10³m/s方向和α粒子的速度方向相反，由带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公式可求得它们的半径之比是120∶7

⑷由带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期公式可求得它们的周期之比是6∶7

例题：已知氘核的质量为2.0136u，中子质量为1.0087u，氦3的质量为3.0150u。

　　　 (1)写出两个氘核聚变生成氦3的方程；

　　　 (2)求上述聚变放出的能量；

　　　 (3)若两个氘核以相同的动能兆电子伏正碰，求碰后生成物的动能。

解析：(1)核聚变方程为：

　　　 (2)反应前后质量亏损：

　　　 (3)碰撞过程动量守恒，碰撞前系统动量为零，故得

　　　　　　　 　 碰撞前后能量相等，即

　　　　　　　 　 三式联立得：

　　　　　　　 　 中子动能

　　　　　　　 　 氦核动能

3、核能的计算：在核反应中，及应后的总质量，少于反应前的总质量即出现质量亏损，这样的反就是放能反应，若反应后的总质量大于反应前的总质量，这样的反应是吸能反应。

　　　 吸收或放出的能量，与质量变化的关系为：

例题：计算

　　　 为了计算方便以后在计算核能时我们用以下两种方法

　　　 方法一：若已知条件中以千克作单位给出，用以下公式计算

　　　 公式中单位：

　　　 方法二：若已知条件中以作单位给出，用以下公式计算

　　　 公式中单位：；

2、质能方程：爱因斯坦提出物体的质量和能量的关系：

　　　　　　　 --质能方程

1、核能：核子结合成的子核或将原子核分解为核子时，都要放出或吸收能量，称为核能。

　　　 例如：

4、原子核的组成和放射性同位素

　　　 (1)原子核的组成：原子核是由质子和中子组成，质子和中子统称为核子

　　　 在原子核中：

　　　 质子数等于电荷数　　　

　　　 核子数等于质量数

　　　 中子数等于质量数减电荷数

　　　 (2)放射性同位素：具有相同的质子和不同中子数的原子互称同位素，放射性同位素：具有放射性的同位素叫放射性同位素。

　　　 正电子的发现：用粒子轰击铝时，发生核反应。

　　　 发生+衰变，放出正电子

.放射性同位素的应用

⑴利用其射线：α射线电离性强，用于使空气电离，将静电泄出，从而消除有害静电。γ射线贯穿性强，可用于金属探伤，也可用于治疗恶性肿瘤。各种射线均可使DNA发生突变，可用于生物工程，基因工程。

⑵作为示踪原子。用于研究农作物化肥需求情况，诊断甲状腺疾病的类型，研究生物大分子结构及其功能。

⑶进行考古研究。利用放射性同位素碳14，判定出土木质文物的产生年代。

一般都使用人工制造的放射性同位素(种类齐全，各种元素都有人工制造的放射性同位。半衰期短，废料容易处理。可制成各种形状，强度容易控制)。

例题：近年来科学家在超重元素的探测方面取得了重大进展。科学家们在观察某两个重离子结合成超重元素的反应时，发现所生成的超重元素的核X经过6次α衰变后成为Fm，由此可以判定该超重元素的原子序数和质量数依次是　　　　　　　　　　　　　　

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

解析：每次α衰变质量数减少4，电荷数减少2，因此该超重元素的质量数应是277，电荷数应是112，选D。

例题：完成下列核反应方程，并指出其中哪个是发现质子的核反应方程，哪个是发现中子的核反应方程。

⑴N+n →C+_____ 　　　　　　⑵ N+He →O+_____

⑶ B+n →_____+He　　　　　 ⑷Be+He →_____+n

⑸Fe+H →Co+_____

解析：根据质量数守恒和电荷数守恒，可以判定：⑴H，⑵H，发现质子的核反应方程 ⑶Li，⑷C，发现中子的核反应方程 ⑸n

例题：一块含铀的矿石质量为M，其中铀元素的质量为m。铀发生一系列衰变，最终生成物为铅。已知铀的半衰期为T，那么下列说法中正确的有　　　　　　　　　　　　　

　　 A.经过两个半衰期后这块矿石中基本不再含有铀了

　　 B.经过两个半衰期后原来所含的铀元素的原子核有m/4发生了衰变

　　 C.经过三个半衰期后，其中铀元素的质量还剩m/8

　　 D.经过一个半衰期后该矿石的质量剩下M/2

解析：经过两个半衰期后矿石中剩余的铀应该还有m/4，经过三个半衰期后还剩m/8。因为衰变产物大部分仍然留在该矿石中，所以矿石质量没有太大的改变。本题选C。

例题：关于放射性同位素应用的下列说法中正确的有　　　　　　　　　　　　　　

A.放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，因此达到消除有害静电的目的

B.利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤，也能进行人体的透视

C.用放射线照射作物种子能使其DNA发生变异，其结果一定是成为更优秀的品种

D.用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体正常组织造成太大的危害

解析：利用放射线消除有害静电是利用放射线的电离性，使空气分子电离成为导体，将静电泄出。γ射线对人体细胞伤害太大，不能用来进行人体透视。作物种子发生的DNA突变不一定都是有益的，还要经过筛选才能培育出优秀品种。用γ射线治疗肿瘤对人体肯定有副作用，因此要科学地严格控制剂量。本题选D。

例题： 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，π⁰介子不带电。一个K^-介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为圆弧AP，衰变后产生的π^-介子的轨迹为圆弧PB，两轨迹在P点相切，它们的半径R_K^-与R_π-之比为2∶1。π⁰介子的轨迹未画出。由此可知π^-介子的动量大小与π⁰介子的动量大小之比为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

A.1∶1　　　　 B.1∶2　　　　 C.1∶3　　　　 D.1∶6

解析：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公式r=mv/qB，K^-介子和π^-介子电荷量又相同，说明它们的动量大小之比是2∶1，方向相反。由动量守恒得π⁰介子的动量大小是π^-介子的三倍，方向与π^-介子的速度方向相反。选C。