第1节 认识原子核
A级 必备知识基础练
1.如图所示,曲线a、b、c、d为气泡室中某放射物发生衰变放出的部分粒子的径迹,气泡室中磁感应强度方向垂直于纸面向里(图中未画出)。以下判断可能正确的是( )
A.a、b为β粒子的径迹
B.a、b为γ粒子的径迹
C.c、d为α粒子的径迹
D.c、d为β粒子的径迹
2.查德威克实验示意图如图所示,由天然放射性元素钋放射的α射线轰击铍时会产生粒子流A,用粒子流A轰击石蜡时,会打出粒子流B,经研究知道( )
A.A为中子,B为质子
B.A为质子,B为中子
C.A为γ射线,B为中子
D.A为中子,B为γ射线
3.天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验结果如图所示,由此可推知( )
A.②来自原子核外的电子
B.①的电离作用最强,是一种电磁波
C.②的电离作用较弱,是一种电磁波
D.③的电离作用最弱,属于原子核内释放的光子
4.如图所示,x为未知放射源,它向右方发射放射线,p为一张厚度为0.5 mm左右的薄铝箔,铝箔右侧是一真空区域,内有较强磁场,q为荧光屏,h是观察装置。实验时,若将磁场撤去,每分钟观察到荧光屏上的亮点数基本没有变化,再将铝箔移开,则每分钟观察到荧光屏上的亮点数明显增加,则可知放射源x可能为( )
A.α和β的混合放射源
B.α和γ的混合放射源
C.β和γ的混合放射源
D.α、β和γ的混合放射源
5.(多选)下列说法正确的是( )
AX与Y互为同位素
BX与Y互为同位素
CX与Y中子数相同
DU核内有92个质子、235个中子
6.(多选)下列关于放射性元素发出的三种射线的说法正确的是( )
A.α粒子就是氢原子核,它的穿透本领和电离本领都很强
B.β射线是电子流,其速度接近光速
C.γ射线是一种频率很高的电磁波,它可以穿过几厘米厚的铅板
D.以上三种说法均正确
B级 关键能力提升练
7.(多选Ra是镭Ra的一种同位素,对于这两种镭的原子核而言,下列说法正确的是( )
A.它们具有相同的质子数和不同的质量数
B.它们具有相同的中子数和不同的原子序数
C.它们具有相同的核电荷数和不同的中子数
D.它们具有相同的核外电子数和不同的化学性质
8.(多选)某空间内可能存在磁场或电场,可能磁场和电场同时存在或都不存在,一束包含α射线、β射线和γ射线的射线束以同方向进入此空间,如它们的运动轨迹仍为一束,则此空间可能的情形是( )
A.存在互相垂直的匀强电场及匀强磁场
B.磁场及电场都存在
C.有电场,无磁场
D.有磁场,无电场
9.两个同位素原子核的符号分别是X和Y,那么( )
A.M=N B.A=B
C.M-A=N-B D.M+N=A+B
10.若用x代表一个中性原子中核外的电子数,y代表此原子的原子核内的质子数,z代表此原子的原子核内的中子数,则对Th的原子x= ,y= ,z= 。
11.质谱仪是一种测定带电粒子的质量及分析同位素的重要工具,它的构造原理如图所示,离子源S产生的各种不同正离子束(速度可看成为零),经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场,到达记录它的照相底片P上,设离子在P上的位置到入口处S1的距离为x。
(1)设离子质量为m、电荷量为q、加速电压为U、磁感应强度大小为B,求x的大小;
(2)氢的三种同位素H从离子源S出发,到达照相底片的位置距入口处S1的距离之比xH∶xD∶xT为多少
第1节 认识原子核
1.D 由于α粒子带正电,β粒子带负电,γ粒子不带电,据左手定则可判断a、b可能为α粒子的径迹,c、d可能为β粒子的径迹,选项D正确。
2.A 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,即中子流,中子轰击石蜡,将氢中的质子打出,即形成质子流。故A正确。
3.D 三种射线的特点:α射线是He原子核,电离作用最强,穿透本领最弱;β射线是e,电离作用较弱,穿透本领较强;γ射线是光子,不带电,电离作用最弱,穿透本领最强。三种射线都来自原子核。故D正确。
4.B 将磁场撤去,每分钟观察到荧光屏上的亮点数没有变化,说明磁场对射线粒子没有影响,可知射到屏上的是不带电的γ射线;再将厚0.5mm左右的薄铝箔移开,则每分钟观察到荧光屏上的亮点数明显增加,说明除接收到γ射线外,又收到了原来被铝箔p挡住的射线,而厚度为0.5mm左右的铝箔能挡住的只有α射线,所以此放射源应是α和γ的混合放射源。故B正确。
5.BC A选项中X与Y的质子数不同,不是互为同位素;B选项中X与Y的质子数都为m,而质量数不同,所以互为同位素;C选项中X内中子数为n-mY内中子数为(n-2)-(m-2)=n-m,所以中子数相同;D选项中U核内有143个中子,而不是235个中子。故B、C正确。
6.BC α粒子是氦原子核,它的穿透本领很弱而电离本领很强,A项错误;β射线是电子流,其速度接近光速,B项正确;γ射线的穿透能力很强,可以穿透几厘米厚的铅板,C项正确。
7.AC 原子核的原子序数与核内质子数、核电荷数、核外电子数都是相等的,且原子核的质量数(核子数)等于核内质子数与中子数之和。由此知这两种镭的同位素,核内的质子数均为88,核子数分别为228和226,中子数分别为140和138;原子的化学性质由核外电子数决定,因它们的核外电子数相同,故它们的化学性质也相同。故A、C正确。
8.BCD α射线带正电、β射线带负电、γ射线不带电,它们以同方向不同速度进入某空间,运动轨迹仍为一束,则它们不受力作用或受力方向与运动方向一致。空间中存在互相垂直的匀强电场及匀强磁场时,三种粒子不可能向同一方向运动,A错误;空间中可有与运动方向平行的电场、磁场,B正确;空间中可有与运动方向平行的电场,无磁场,C正确;空间中可有与运动方向平行的磁场,无电场,D正确。
9.B 具有相同质子数,不同中子数的同一元素互称同位素,所以A=B、M≠N,故B正确。
10.答案 90 90 144
解析 质量数=质子数+中子数,在中性原子中,质子数=核外电子数。
11.答案 (1) (2)1∶
解析 (1)离子在电场中被加速时,由动能定理
qU=mv2
进入磁场时洛伦兹力提供向心力
qvB=,又x=2r
由以上三式得x=。
(2)氢的三种同位素的质量数分别为1、2、3,由(1)结果知,
xH∶xD∶xT==1∶。(共17张PPT)
第5章
第1节 认识原子核
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A 级 必备知识基础练
1.如图所示,曲线a、b、c、d为气泡室中某放射物发生衰变放出的部分粒子的径迹,气泡室中磁感应强度方向垂直于纸面向里(图中未画出)。以下判断可能正确的是( )
A.a、b为β粒子的径迹
B.a、b为γ粒子的径迹
C.c、d为α粒子的径迹
D.c、d为β粒子的径迹
D
解析 由于α粒子带正电,β粒子带负电,γ粒子不带电,据左手定则可判断a、b可能为α粒子的径迹,c、d可能为β粒子的径迹,选项D正确。
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2.查德威克实验示意图如图所示,由天然放射性元素钋放射的α射线轰击铍时会产生粒子流A,用粒子流A轰击石蜡时,会打出粒子流B,经研究知道
( )
A.A为中子,B为质子
B.A为质子,B为中子
C.A为γ射线,B为中子
D.A为中子,B为γ射线
A
解析 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,即中子流,中子轰击石蜡,将氢中的质子打出,即形成质子流。故A正确。
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3.天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验结果如图所示,由此可推知( )
A.②来自原子核外的电子
B.①的电离作用最强,是一种电磁波
C.②的电离作用较弱,是一种电磁波
D.③的电离作用最弱,属于原子核内释放的光子
D
解析 三种射线的特点:α射线是 原子核,电离作用最强,穿透本领最弱;β射线是 ,电离作用较弱,穿透本领较强;γ射线是光子,不带电,电离作用最弱,穿透本领最强。三种射线都来自原子核。故D正确。
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4.如图所示,x为未知放射源,它向右方发射放射线,p为一张厚度为0.5 mm左右的薄铝箔,铝箔右侧是一真空区域,内有较强磁场,q为荧光屏,h是观察装置。实验时,若将磁场撤去,每分钟观察到荧光屏上的亮点数基本没有变化,再将铝箔移开,则每分钟观察到荧光屏上的亮点数明显增加,则可知放射源x可能为( )
A.α和β的混合放射源
B.α和γ的混合放射源
C.β和γ的混合放射源
D.α、β和γ的混合放射源
B
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解析 将磁场撤去,每分钟观察到荧光屏上的亮点数没有变化,说明磁场对射线粒子没有影响,可知射到屏上的是不带电的γ射线;再将厚0.5 mm左右的薄铝箔移开,则每分钟观察到荧光屏上的亮点数明显增加,说明除接收到γ射线外,又收到了原来被铝箔p挡住的射线,而厚度为0.5 mm左右的铝箔能挡住的只有α射线,所以此放射源应是α和γ的混合放射源。故B正确。
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5.(多选)下列说法正确的是( )
BC
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6.(多选)下列关于放射性元素发出的三种射线的说法正确的是( )
A.α粒子就是氢原子核,它的穿透本领和电离本领都很强
B.β射线是电子流,其速度接近光速
C.γ射线是一种频率很高的电磁波,它可以穿过几厘米厚的铅板
D.以上三种说法均正确
BC
解析 α粒子是氦原子核,它的穿透本领很弱而电离本领很强,A项错误;β射线是电子流,其速度接近光速,B项正确;γ射线的穿透能力很强,可以穿透几厘米厚的铅板,C项正确。
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B 级 关键能力提升练
法正确的是( )
A.它们具有相同的质子数和不同的质量数
B.它们具有相同的中子数和不同的原子序数
C.它们具有相同的核电荷数和不同的中子数
D.它们具有相同的核外电子数和不同的化学性质
AC
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解析 原子核的原子序数与核内质子数、核电荷数、核外电子数都是相等的,且原子核的质量数(核子数)等于核内质子数与中子数之和。由此知这两种镭的同位素,核内的质子数均为88,核子数分别为228和226,中子数分别为140和138;原子的化学性质由核外电子数决定,因它们的核外电子数相同,故它们的化学性质也相同。故A、C正确。
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8.(多选)某空间内可能存在磁场或电场,可能磁场和电场同时存在或都不存在,一束包含α射线、β射线和γ射线的射线束以同方向进入此空间,如它们的运动轨迹仍为一束,则此空间可能的情形是( )
A.存在互相垂直的匀强电场及匀强磁场
B.磁场及电场都存在
C.有电场,无磁场
D.有磁场,无电场
BCD
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解析 α射线带正电、β射线带负电、γ射线不带电,它们以同方向不同速度进入某空间,运动轨迹仍为一束,则它们不受力作用或受力方向与运动方向一致。空间中存在互相垂直的匀强电场及匀强磁场时,三种粒子不可能向同一方向运动,A错误;空间中可有与运动方向平行的电场、磁场,B正确;空间中可有与运动方向平行的电场,无磁场,C正确;空间中可有与运动方向平行的磁场,无电场,D正确。
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A.M=N B.A=B
C.M-A=N-B D.M+N=A+B
B
解析 具有相同质子数,不同中子数的同一元素互称同位素,所以A=B、M≠N,故B正确。
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10.若用x代表一个中性原子中核外的电子数,y代表此原子的原子核内的质子数,z代表此原子的原子核内的中子数,则对 的原子x= ,y= ,z= 。
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解析 质量数=质子数+中子数,在中性原子中,质子数=核外电子数。
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11.质谱仪是一种测定带电粒子的质量及分析同位素的重要工具,它的构造原理如图所示,离子源S产生的各种不同正离子束(速度可看成为零),经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场,到达记录它的照相底片P上,设离子在P上的位置到入口处S1的距离为x。
(1)设离子质量为m、电荷量为q、加速电压为U、磁感应强度大小为B,求x的大小;
(2)氢的三种同位素 H从离子源S出发,到达照相底片的位置距入口处S1的距离之比xH∶xD∶xT为多少
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11(共40张PPT)
第5章
第1节 认识原子核
课标要求
1.知道什么是放射性及放射性元素。(物理观念)
2.了解三种射线的本质,知道其特点。(物理观念)
3.了解原子核的组成,知道原子核的表示方法,理解原子序数、核电荷数、质量数之间的关系。(物理观念)
4.了解同位素的概念。(物理观念)
基础落实·必备知识全过关
重难探究·能力素养全提升
目录索引
学以致用·随堂检测全达标
基础落实·必备知识全过关
一、天然放射现象的发现
1.物质能自发地放出 的现象称为天然放射现象。物质放出
的这种性质,称为放射性。具有放射性的元素,称为放射性元素。
2.玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里发现了两种放射性更强的新元素,即
和 。
射线
射线
钋(Po)
镭(Ra)
二、认识三种放射线
1.α射线:是高速运动的 粒子流,射出的速率可达到0.1c,α射线有很强的 作用,很容易使空气电离,使照相底片感光的作用增强,但它的 能力很弱,在空气中只能飞行几厘米,用__________________ 就能将它挡住。
2.β射线:是 ,射出的速率可达0.99c,穿透能力较强,能穿透几毫米厚的铝板,但 作用较弱。
3.γ射线:是波长很短的电磁波, 很强,能穿透几厘米厚的 ,但电离作用很弱。
氦原子核
电离
穿透
一张铝箔或一张薄纸
高速运动的电子流
电离
穿透能力
铅板
三、质子和中子的发现
1.质子的发现:1919年,卢瑟福用 轰击氮原子核发现了质子,质子是原子核的组成部分。
2.中子的发现:卢瑟福猜想原子核内存在着一种质量与质子相近,但
的粒子,称为中子。查德威克利用云室进行实验验证了______ 的存在,中子是原子核的组成部分。
中子
α粒子
不带电
四、原子核的组成
1.原子核的组成:原子核由质子和中子组成,质子和中子统称为 。
2.原子核的符号
3.同位素:具有相同 、不同 的原子核互称同位素。例如,氢有3种同位素 。
核子
质子数
中子数
4.核反应:在核物理学中,原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程称为核反应,用原子核符号描述核反应过程的式子称为核反应方程。核反应中,质量数和核电荷数守恒,即核反应后的质量数等于核反应前的质量数,核反应后的核电荷数等于核反应前的核电荷数。
卢瑟福发现质子的核反应: ;
查德威克发现中子的核反应: 。
易错辨析 判一判
(1)β射线是高速电子流,很容易穿透黑纸,也能穿透几毫米厚的铝板。( )
(2)γ射线是能量很高的电磁波,电离作用很强。( )
(3)质子和中子都不带电,是原子核的组成成分,统称为核子。( )
(4)原子核的电荷数就是核内的质子数,也就是这种元素的原子序数。
( )
√
×
提示 γ射线是能量很高的电磁波,电离作用很弱。
×
提示 质子带正电。
√
(5)同位素具有不同的化学性质。( )
(6)α射线实际上就是氦原子核,α射线具有较强的穿透能力。( )
×
提示 同位素具有相同的化学性质。
提示 α射线具有较强的电离能力,但它的穿透能力很弱。
×
即学即用 练一练
以下说法正确的是( )
C.同一元素的两种同位素具有相同的质量数
D.同一元素的两种同位素具有不同的中子数
D
解析 钍核的质量数为234,质子数为90,所以A错误;铍核的质子数为4,中子数为5,所以B错误;由于同位素是指质子数相同而中子数不同,即质量数不同,因而C错误,D正确。
重难探究·能力素养全提升
探究一 对三种射线性质的理解
情境探究
如图所示为三种射线在磁场中的运动轨迹示意图。
(1)α射线向左偏转,β射线向右偏转,γ射线不偏转说明了什么
(2)α粒子的速度约为β粒子速度的十分之一,但α射线的偏转半径大于β射线的偏转半径说明什么问题
要点提示 (1)说明α射线带正电,β射线带负电,γ射线不带电。
知识归纳
α、β、γ三种射线的比较
本质不同
种类 α射线 β射线 γ射线
组成 高速氦核流 高速电子流 光子流(高频电磁波)
质量 4mp(mp=1.67×10-27 kg) 静止质量为零
带电荷量 2e -e 0
速率 0.1c 0.99c c
种类 α射线 β射线 γ射线
穿透能力 最弱,用一张纸就能挡住 较强,能穿透几毫米厚的铝板 最强,能穿透几厘米厚的铅板
电离作用 很强 较弱 很弱
在电磁场中 偏转 与α射线反向偏转 不偏转
应用体验
能力点1 对射线性质的比较
典例1 如图所示,R是一种放射性物质,虚线框内是匀强磁场B,LL'是一厚纸板,MN是荧光屏。实验时,发现在荧光屏O、P两处有亮斑,则下列关于磁场方向、到达O点的射线、到达P点的射线的判断,与实验相符的是( )
选项 磁场方向 到达O点射线 到达P点射线
A 竖直向上 β射线 α射线
B 竖直向下 α射线 β射线
C 垂直纸面向内 γ射线 β射线
D 垂直线面向外 β射线 γ射线
C
解析 (比较法)由三种射线的本质知,γ射线在磁场中不偏转,O处亮斑为γ射线;能穿过厚纸板且在磁场中发生偏转的射线为β射线,再根据偏转方向,结合左手定则可知磁场方向垂直纸面向内,正确选项为C。
针对训练1
如图所示,X为未知的放射源,L为薄铝片,若在放射源和计数器之间加上L后,计数器的计数率大幅度减小,在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场,计数器的计数率不变,则X可能是( )
A.α和β的混合放射源
B.纯α放射源
C.α和γ的混合放射源
D.纯γ放射源
C
解析 由三种射线的本质和性质可以判断:在放射源和计数器之间加上铝片后,计数器的计数率大幅度减小,说明射线中有穿透力很弱的粒子,即α粒子;在铝片和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场,计数器的计数率不变,说明穿过铝片的粒子中无带电粒子,故只有γ射线。因此放射源可能是α和γ的混合放射源。
能力点2 三种射线在电磁场中偏转情况的分析
典例2 (多选)原子和原子核物理是从射线的研究开始的,如图所示,放射性元素镭衰变过程中释放α、β、γ三种射线(其中α、β速度分别为0.1c、0.99c,质量分别为4mp、 ,电荷量分别为+2e、-e),让三种射线分别进入匀强磁场B和匀强电场E中,下列表示射线偏转情况正确的是( )
AD
解析 已知α粒子带正电,β粒子带负电,γ射线不带电,根据正、负电荷在磁场中运动受洛伦兹力方向和正、负电荷在电场中受电场力方向,可知A、B、C、D四幅图中,α、β粒子的偏转方向都是正确的,但偏转的程度需进一步
针对训练2
如图所示,一天然放射性物质发出三种射线,经过一个匀强电场和匀强磁场共存的区域(方向如图所示)。调整电场强度E和磁感应强度B的大小,使得在MN上只有a、b两个点受到射线的照射,则下面判断正确的是( )
A.射到b点的一定是α射线
B.射到b点的一定是β射线
C.射到b点的一定是α射线或β射线
D.射到b点的一定是γ射线
C
解析 γ射线不带电,在电场和磁场中它都不受力的作用,只能射到a点,选项D错误。调整E和B的大小,既可以使带正电的α射线沿直线前进,也可以使带负电的β射线沿直线前进,沿直线前进的条件是电场力与洛伦兹力平衡,即qE=qvB;已知α粒子的速度比β粒子的速度小得多,当α粒子沿直线前进时,速度较大的β粒子向右偏转,当β粒子沿直线前进时,速度较小的α粒子也向右偏转,故选项C正确,A、B错误。
探究二 原子核的组成
情境探究
1919年,卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子,如图所示为α粒子轰击氮原子核示意图。
(1)人们用α粒子轰击多种原子核,都打出了质子,说明了什么问题
(2)绝大多数原子核的质量数都大于其质子数,说明了什么问题
要点提示 (1)说明质子是原子核的组成部分。
(2)说明原子核中除了质子外还有其他粒子。
知识归纳
2.基本关系
核电荷数=质子数(Z)=元素的原子序数=核外电子数;
质量数(A)=核子数=质子数+中子数。
3.同位素
(1)同位素指质子数相同、中子数不同的原子核。
(2)原子核内的质子数决定了核外电子的数目,进而也决定了元素的化学性质。同种元素的原子,质子数相同,核外电子数也相同,所以有相同的化学性质,但它们的中子数不同,所以它们的物理性质不同。
应用体验
典例3 已知镭的原子序数是88,原子核的质量数是226。试问:
(1)镭核中有几个质子、几个中子
(2)镭核所带电荷量是多少
(3)若镭原子呈现中性,它核外有几个电子
答案 (1)88 138 (2)1.408×10-17 C (3)88
(4)113∶114
解析 (1)镭核中的质子数等于其原子序数,故质子数为88,中子数N等于原子核的质量数A与质子数Z之差,即N=A-Z=226-88=138。
(2)镭核所带电荷量
Q=Ze=88×1.6×10-19 C=1.408×10-17 C。
(3)镭原子呈中性,则核外电子数等于质子数,故核外电子数为88。
规律方法 原子核的“数”与“量”的辨析技巧
(1)核电荷数与原子核的电荷量是不同的,组成原子核的质子的电荷量都是相同的,所以原子核的电荷量一定是质子电荷量的整数倍,我们把核内的质子数叫核电荷数,而这些质子所带电荷量的总和才是原子核的电荷量。
(2)原子核的质量数与质量是不同的,也与元素的原子量不同。原子核内质子和中子的总数叫作核的质量数,原子核的质量等于质子和中子的质量的总和。
针对训练3
(2023全国甲卷)在下列两个核反应方程中
X和Y代表两种不同的原子核,以Z和A分别表示X的电荷数和质量数,则
( )
A.Z=1,A=1 B.Z=1,A=2
C.Z=2,A=3 D.Z=2,A=4
D
解析 设Y的电荷数为Z1,质量数为A1,由质量数守恒和电荷数守恒得A+14=A1+17,Z+7=Z1+8,A1+7=2A,Z1+3=2Z,解得Z=2,A=4,选项D正确。
学以致用·随堂检测全达标
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1.关于三种射线的说法正确的是( )
A.γ射线就是中子流
B.α射线有较强的穿透能力
C.电离作用最强的是γ射线
D.β射线是高速电子流
D
解析 γ射线是高频率的电磁波,它是伴随α或β衰变放出的,故A错误;三种射线中穿透能力最强的是γ射线,α射线穿透能力最弱,电离作用最强的是α射线,γ射线电离作用最弱,故B、C错误;β射线是原子核内的中子变为质子时放出的电子,是高速的电子流,故D正确。
1
2
3
4
5
分别表示( )
A.4为核子数,2为中子数
B.4为质子数和中子数之和,2为质子数
C.4为核外电子数,2为中子数
D.4为中子数,2为质子数
B
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5
生β衰变产生的电子可以全部定向移动,在3.2×104 s时间内形成的平均电流为5.0×10-8 A。已知电子电荷量为1.6×10-19 C,在这段时间内发生β衰变
A.5.0×1014 B.1.0×1016
C.2.0×1016 D.1.0×1018
B
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4
5
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3
4
5
4.(2021全国甲卷)如图所示,一个原子核X经图中所示的一系列α、β衰变后,生成稳定的原子核Y,在此过程中放射出电子的总个数为( )
A.6 B.8
C.10 D.14
A
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2
3
4
5
5.研究放射性元素射线性质的实验装置如图所示。两块平行放置的金属板A、B分别与电源的两极a、b连接,放射源发出的射线从其上方小孔向外射出,则a为电源 极,到达A板的为 。
正
β射线
1
2
3
4
5
解析 β射线为高速电子流,质量约为质子质量的 ,速度接近光速;α射线为氦核流,速度约为光速的 。在同一电场中,β射线的偏转程度大于α射线的偏转程度,由题图知,向左偏的为β射线;因β射线带负电,说明电场方向水平向右,a为电源正极。
