第五章 原子与原子核 单元检测1（Word解析版）

2021-2022学年粤教版（2019）选择性必修第三册
第五章原子与原子核
单元检测1（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共48分）
1．关于汤姆孙发现电子的下列说法中正确的是（　　）
A．戈德斯坦是第一个测出阴极射线比荷的人
B．汤姆孙直接测出了阴极射线的质量
C．汤姆孙发现，用不同材料的阴极和不同的气体做实验，阴极射线的比荷是不同的
D．汤姆孙由实验得到的阴极射线粒子的比荷是氢离子比荷的近两千倍
2．下列说法正确的是（　　）
A．采用物理或化学方法可以有效地改变放射性元素的半衰期
B．由玻尔理论知道氢原子从激发态跃迁到基态时会发出光子
C．卢瑟福发现了中子，并预言了质子的存在
D．原子核所含核子单独存在时的总质量小于该原子核的质量
3．关于α、β、γ三种射线的性质，下列说法中正确的是（　　）
A．α射线是带正电的高速粒子流，它的电离作用最弱
B．β射线是高速电子流，它的穿透能力最弱
C．γ射线是电磁波，它在真空中的传播速度等于光速
D．以上说法都不正确
4．下列说法正确的是（　　）
A．卢瑟福的原子核式结构模型无法解释原子光谱的分立特征
B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布与黑体温度无关
C．比结合能越大的原子核越不稳定
D．可以通过升高温度来增大放射性元素的半衰期
5．以下叙述正确的是（　　）
A．卢瑟福的α粒子散射实验，证实了原子核还可以再分
B．牛顿通过扭秤实验比较精确地测量出了万有引力恒量
C．牛顿最早通过理想斜面实验得出力不是维持物体运动的必然结果
D．感应电流遵从楞次定律所描述的方向，这是能量守恒定律的必然结果
6．关于原子和原子核，下列说法正确的是（　　）
A．结合能越大，原子核越稳定
B．在核反应中，X为中子
C．核爆炸的能量来自于原子核反应中的质量亏损，遵循规律
D．氡的半衰期为3.8天，1g氡原子核在经过7.6天后只剩下0.2g氡原子核
7．2020年12月4日14时02分，新一代“人造太阳”装置——中国环流器二号M装置（HL-2M）在成都建成并实现首次放电，一个D（氘）核和T（氚）核发生聚变反应会产生一个中子，下列说法正确的是（　　）
A．该核反应方程式为
B．该核反应能够吸收大量能量
C．该反应能够在常温下进行
D．反应前平均核子质量比反应后大
8．一静止的铝原子核AI俘获一速度为1.0×107m/s的质子P后，变为处于激发态的硅原子核Si。下列说法正确的是（　　）
A．核反应过程中系统动量不守恒
B．核反应方程为p+Al→Si
C．核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和
D．硅原子核速度的数量级105m/s，方向与质子初速度方向一致
9．关于核力，下列说法中正确的是（　　）
A．核力是一种特殊的万有引力
B．原子核内只有质子和质子间有核力作用，而中子和中子之间、质子和中子之间则没有核力作用
C．核力是原子核稳定存在的原因
D．核力是一种短程强相互作用
10．静止的原子核X，分裂成运动的新核Y和Z，同时产生能量均为E向相反方向运动的2个光子。已知X、Y、Z的质量分别为m1、m2、m3，光速为c，下列说法正确的是（　　）
A．反应放出的核能
B．反应放出的核能
C．新核Y的动能
D．新核Y的动能
11．元素X是放射性元素Y的同位素，X与Y分别进行了如下的衰变：XPQ，YRS，则下列叙述中正确的是（　　）
A．Q和S是同位素
B．X和R的原子序数相同
C．X和R的质量数相同
D．R的质子数多于上述任一元素的质子数
12．如图所示为氢原子能级示意图，现有大量的氢原子处于n＝4的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光，下列说法正确的是（　　）
A．这些氢原子总共可辐射出6种不同频率的光
B．由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的光频率最小
C．由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的光最容易表现出衍射现象
D．用n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光照射逸出功为6.34eV的金属铂能发生光电效应
第II卷（非选择题）
二、解答题（共52分）
13．在汤姆孙测量阴极射线比荷的实验中，采用了如图所示的阴极射线管，从K出来的阴极射线经过电场加速后，水平射入长度为L的D、G平行板间，接着在荧光屏F中心出现荧光斑，若在D、G间加上方向向下，场强为E的匀强电场，阴极射线将向上偏转；如果在D、G电场区再加上一垂直纸面的磁感应强度为B的匀强磁场（图中未画），荧光斑恰好回到荧光屏中心，接着再去掉电场，阴极射线向下偏转，偏转角为，试解决下列问题：
（1）说明阴极射线的电性；
（2）说明图中磁场沿什么方向；
（3）根据L、E、B和，求出阴极射线的比荷.
14．19世纪后期，对阴极射线的本质的认识有两种观点．一种观点认为阴极射线是电磁辐射，另一种观点认为阴极射线是带电粒子．1897年，汤姆孙判断出该射线的电性，并求出了这种粒子的比荷，为确定阴极射线的本质做出了重要贡献．假设你是当年“阴极射线是带电粒子”观点的支持者，请回答下列问题：
(1)如图所示的真空玻璃管内，阴极K发出的粒子经加速后形成一细束射线，以平行于金属板CD的速度进入该区域，射在屏上O点．如何判断射线粒子的电性？
(2)已知C、D间的距离为d，在C、D间施加电压U，使极板D的电势高于极板C，同时施加一个磁感应强度为B的匀强磁场，可以保持射线依然射到O点．求该匀强磁场的方向和此时阴极射线的速度v．
(3)撤去磁场，射线射在屏上P点．已知极板的长度为l1，极板区的中点M到荧光屏中点O的距离为l2，磁感应强度为B，P到O的距离为y．试求该粒子的比荷．
15．正电子发射计算机断层扫描（Positron
emission
tomography，简称PET）是一种核医学成像技术，它的基本原理是：将放射性同位素氟-18（BF）注入人体参与人体的代谢过程。氟一在人体内衰变放出正电子，与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清晰的图像（如图1），根据PET原理，回答下列问题：
(1)写出氟-18的衰变的方程式及正负电子发生湮灭的方程式。
(2)设电子质量为m，电荷量为e，光速为c，普朗克常数为h，求探测到的正负电子湮灭后生成的光子的波长，
(3)根据氟-18的衰变规律（如图2）（纵坐标表示任意时刻放射性元素的原子数与的原子数之比），氟-18的半衰期为多长时间？经过5小时人体内氟-18的残留量是初时的百分之几？
16．质子和中子在一定条件下紧密结合成氦核，从较大原子核中被抛射出来，于是放射性元素就发生了α衰变。位于x轴原点O处的核反应区通过α衰变可形成一个α粒子源，该粒子源在纸面内向x轴上方区域各向均匀地发射α粒子。x轴正上方区域存在足够大的匀强磁场，磁感应强度大小为B=1.66T，方向垂直纸面向外。在x=0.12m处放置一个下端与x轴相齐，上端足够长的感光板用于探测和收集粒子。已知，质子质量mp=1.007277u，中子质量mn=1.008976u，α粒子的质量mα=4.00150u，1u=1.66×10-27千克，元电荷e=1.6×10-19C，sin37°=0.6，cos37°=0.8.若α粒子从O点飞出时速度大小为6×106m/s：
(1)写出质子和中子结合成α粒子的核反应方程，并计算该核反应所释放的能量；
(2)求垂直于x轴进入磁场的α粒子，经多长时间到达感光板；（第(2)(3)(4)小题计算时，m均取6.64×10-27kg）
(3)α粒子经磁场偏转后有部分能到达感光板，且感光板上某个区域中的同一位置会先后接收到两个粒子，这一区域称为二次发光区，问二次发光区的长度以及到达二次发光区的粒子数与总粒子数的比值；
(4)若感光板位置x和磁感应强度B大小可调节，要维持到达二次发光区的粒子数与总粒子数比值不变，求B与x应满足的关系。
参考答案
1．D
【详解】
AB．汤姆孙是第一个测出阴极射线比荷的人，但是没有测出阴极射线的质量，故AB错误；
C．汤姆孙发现，用不同材料的阴极和不同的气体做实验，阴极射线的比荷是相同的，故C错误；
D．汤姆孙由实验得到的阴极射线粒子的比荷是氢离子比荷的近两千倍，故D正确。
故选D。
2．B
【详解】
A．放射性元素的半衰期与物理、化学状态无关，A项错误；
B．由玻尔理论可知，氢原子从激发态跃迁到基态时能级降低，向外以光子的形式释放能量，B项正确；
C．卢瑟福发现了质子，并预言了中子的存在，C项错误；
D．原子核所含核子单独存在时的总质量应大于该原子核的质量，因为核子结合成原子核时会释放能量，质量亏损，D项错误。
故选B。
3．C
【详解】
A．α射线是高速粒子流，带正电，其电离作用最强，A错误；
B．β射线是高速电子流，有很强的穿透能力，B错误；
CD．γ射线是一种电磁波，在真空中以光速传播，
D错误C正确。
故选C。
4．A
【详解】
A．卢瑟福的原子核式结构模型无法解释原子光谱的分立特征，玻尔理论能够解释氢原子光谱的分立特征，选项A正确；
B．根据黑体辐射规律可知，黑体辐射电磁波的强度，按波长的分布，只与黑体的温度有关，故B错误；
C．比结合能越大的原子核越稳定，选项C错误；
D．放射性元素的半衰期与外界条件无关，选项D错误。
故选A。
5．D
【详解】
A．卢瑟福的α粒子散射实验，证实了原子的核式结构，A错误；
B．卡文迪许通过扭秤实验比较精确地测量出了万有引力恒量，B错误；
C．伽利略最早通过理想斜面实验得出力不是维持物体运动的必然结果，C错误；
D．感应电流遵从楞次定律所描述的方向，这是能量守恒定律的必然结果，D正确。
故选D。
6．B
【详解】
A．比结合能越大，原子核越稳定，故A错误；
B．在核反应中，根据质量数守恒与核电荷数守恒，X质量数为1，电荷数为0，是中子，故B正确；
C．核爆炸的能量来自于原子核反应中的质量亏损，遵循规律
故C错误；
D．1g氢原子核在常温下经过7.6天后剩下氡原子核的质量
故D错误。
故选B。
7．D
【详解】
A．根据电荷数守恒、质量数守恒可知，新核的电荷数为：1+1-0=2，质量数为：2+3-1=4，新核为，此反应属于轻核的聚变，故A错误；
B．此反应属于轻核的聚变，该核反应能够放出大量能量，故B错误；
C．此核聚变发生反应时，压力需要非常大，温度需要高达5000万度以上，因此该反应不能在常温下进行，故C错误；
D．因反应放出核能，反应后核子的平均质量减小，故D正确。
故选D。
8．BD
【详解】
A．核反应过程中系统动量守恒，能量也守恒。故A错误；
B．由质量数守恒和电荷数守恒可以知道，核反应方程为p+Al→Si故B正确；
C．核反应过程中，要释放热量，质量发生亏损，生成物的质量小于反应物的质量之和故C错误；
D．根据动量守恒，有
计算得出
故硅原子核速度的数量级105m/s，方向与质子初速度方向一致。故D正确。
故选BD。
9．CD
【详解】
核力与万有引力、库仑力的性质不同，核力是短程力，是核子间的强相互作用，作用范围约1.5×10-15
m，原子核的半径数量级为10-15
m，所以核力只存在于相邻的核子之间，核力是原子核稳定存在的原因。
故选CD。
10．AD
【详解】
AB．反应的质量亏损为
放出的核能
选项A正确，B错误；
CD．根据动量守恒定律知，初状态总动量为零，则末状态两个新核的动量大小相等，方向相反，有
m2v2=m3v3
根据
知
根据能量守恒得，新核Y的动能
选项C错误，D正确。
故选AD。
11．AD
【详解】
A．元素X是放射性元素Y的同位素，则X和Y的质子数相同，Q比X的质子数少一个，S比Y的质子数少一个，所以Q和S的质子数相同，Q和S是同位素，故A正确；
B．R比Y的质子数多一个，则R比X的质子数多一个，故B错误；
C．R与Y的质量数相同，Y与X的质量数不同，则R与X的质量数不同，故C错误；
D．质子数大小关系为R>Y>S，X>Q>P且X＝Y，故D正确。
故选AD。
12．AD
【详解】
A.这些氢原子总共可辐射出光的频率种数为
故A正确；
B.由n=4能级跃迁到n=3能级产生的光频率最小，故B错误；
C.由n=4能级跃迁到n=1能级产生的光频率最大，波长最小，最不容易表现出衍射现象，故C错误；
D.由n=2能级跃迁到n=1能级产生的光子能量为10.2eV，大于金属铂的逸出功，可以使金属铂发生光电效应，故D正确。
故选AD。
13．（1）负电
（2）垂直纸面向里
（3）
【详解】
(1)由于阴极射线向上偏转，因此所受电场力方向向上，又由于匀强电场方向向下，电场力的方向与电场方向相反，所以阴极射线带负电.
(2)由于所加磁场使阴极射线受到向下的洛伦兹力，由左手定则得磁场的方向垂直纸面向里.
(3)设此射线中的粒子带电荷量为q，质量为m，当射线在间做匀速直线运动时，有
①
当射线在间的磁场中偏转时，有
②
如图所示
同时又有
③
联立①②③得
14．(1)
根据带电粒子从电场的负极向正极加速的特点判断(2)垂直纸面向外，(3)
【详解】
(1)
根据带电粒子从电场的负极向正极加速的特点，所形成的电场方向由正极指向负极，即可判断射线粒子带负电；
(2)
极板D的电势高于极板C，形成的电场竖直向上，当电子受到的电场力与洛沦兹力平衡时，电子做匀速直线运动，亮点重新回复到中心O点，由左手定则可知，磁场方向应垂直纸面向外，设电子的速度为v，则
evB=eE
所以
(3)
通过长度为l1的极板区域所需的时间
当两极板之间加上电压时，设两极板间的场强为E，作用于电子的静电力的大小为qE，
因电子在垂直于极板方向的初速度为0，因而在时间t1内垂直于极板方向的位移
电子离开极板区域时，沿垂直于极板方向的末速度
设电子离开极板区域后，电子到达荧光屏上P点所需时间为t2：
在t2时间内，电子作匀速直线运动，在垂直于极板方向的位移
P点离开O点的距离等于电子在垂直于极板方向的总位移
由以上各式得电子的荷质比为
加上磁场B后，荧光屏上的光点重新回到O点，表示在电子通过平行板电容器的过程中电子所受电场力与磁场力相等，即：
联立解得：
15．(1)
；；(2)；(3)；
【详解】
(1)根据质量数与质子数守恒，则有，氟-18的衰变方程：
正负电子湮灭方程：
(2)由质能方程得：
由能量守恒得：
化简得：
(3)氟-18的半衰期为：
当时，由可得：
16．（1），28.9MeV；（2）；（3），；（4）
【详解】
（1）质子和中子结合成α粒子的核反应方程为
再由质能方程
（2）有洛伦兹力提供向心力，求得
（3）由题意可得
（4）要维持到达二次发光区的粒子数与总粒子数比值不变，有
又因
解得
即