5.1认识原子核同步练习（含解析）2023——2024学年高物理鲁科版（2019）选择性必修第三册

5.1 认识原子核 同步练习
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、单选题
1．放射性同位素热电机是各种深空探测器中最理想的能量源，它不受温度及宇宙射线的影响，使用寿命可达十几年。我国的火星探测车用放射性材料器作为燃料，其原理为发生衰变时将释放的能量转化为电能，衰变方程为，以和分别表示的电荷数和中子数，下列判断正确的是（　　）
A．， B．，
C．， D．，
2．工业部门可以使用放射性同位素发出的射线来测厚度。某轧钢厂的热轧机上安装的射线测厚装置如图所示，让γ射线穿过钢板，探测器探测到的γ射线强度与钢板的厚度有关，将射线强度的信号输入计算机，可对钢板的厚度进行自动控制。下列说法正确的是（　　）
A．若钢板变厚，则探测到γ射线变弱
B．若钢板内部有裂缝，则探测到γ射线变弱
C．该装置主要利用γ射线的电离能力
D．若仅把γ射线换为射线，该装置仍正常运行
3．关于物理知识在科技和生活中的应用，下列各图对应的说法正确的是（　　）
A．图甲中医用紫外灭菌灯是利用了紫外线荧光作用的特点
B．图乙中测温仪测体温是利用红外线有显著热效应的特点
C．图丙中伽马手术刀治疗肿瘤是利用射线电离本领强的特点
D．图丁中行李安检仪透视检查物品是利用射线穿透本领强的特点
4．2024年2月26日，中国科学院高能物理研究所在《科学通报》上发表了重大研究成果：历史上首次在天鹅座恒星形成区发现了一个巨型超高能射线泡状结构，内有多个能量超过1千万亿电子伏的光子分布其中，最高达到2千万亿电子伏。关于射线，下列说法正确的是（ ）
A．电子发生轨道跃迁时可以产生射线
B．射线是波长很长、频率很小的光子流
C．射线是高频电磁波，能量越大，传播速度越大
D．射线在星系间传播时，不受星系磁场的影响
5．图中的（a）、（b）、（c）、（d）四幅图涉及不同的原子物理知识，其中说法正确的是（ ）
A．根据图（a）所示的三种射线在磁场中的轨迹，可以判断出“1”为射线
B．如图（b）所示，发生光电效应时，入射光光强越强，光电子的最大初动能越大
C．玻尔通过图（c）所示的粒子散射实验，揭示了原子核还可以再分
D．利用图（d）所示的氢原子能级示意图，可以解释氢原子光谱为何不是连续光谱
6．氢原子能级的示意图如图所示，大量氢原子从的能级向的能级跃迁时辐射出可见光a，从的能级向的能级跃迁时辐射出可见光b，则（　　）
A．氢原子从高能级向低能级跃迁时可能会辐射出γ射线
B．氢原子从的能级向的能级跃迁时会辐射出紫外线
C．在真空中a光的波长比b光的波长小
D．氢原子在的能级时可吸收任意频率的光而发生电离
7．利用带电粒子在电磁场中的运动，制作出的质谱仪可测量粒子的比荷。在研究放射性元素射线性质的实验装置如图所示，左图是三类射线在垂直纸面向外的磁场中的偏转情况的示意图。右图是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。下列说法错误的是（　　）
A．放射源可以打出三类射线，说明同时发生ɑ、β、γ衰变
B．ɑ射线穿透能力最弱，速度也最慢，打到A板的是ɑ射线
C．a为电源正极，到达A板的为β射线，不偏转的是γ射线
D．正负极判断看射线在两板间的轨迹，比荷大的偏向A板
8．下列四幅图涉及不同的物理知识，如图所示，下列说法正确的是（　　）
A．图甲，卢瑟福通过分析粒子散射实验结果，发现了质子
B．图乙，1为射线，它的电离能力较弱，可用于消除静电
C．图丙，处于基态的氢原子可吸收能量为的光子发生跃迁
D．图丁，汤姆孙通过电子的发现，揭示了原子还可以再分
二、多选题
9．下列说法正确的是（　　）
A．图甲为一定质量的氧气分子在0℃和100℃时的速率分布图像，其中图线Ⅰ温度较高
B．从单一热库吸收热量，使之完全变成功是可能实现的
C．图乙中静止的钠核在磁场中发生衰变，曲线1为粒子的运动轨迹
D．相对论时空观认为运动物体的长度和物理过程的快慢都跟物体运动状态有关
10．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，位于A、B两板中间的放射源发出的射线从其上方小孔向外射出，射线轨迹如图所示。已知α射线、β射线的速度分别约为0.1c、0.99c（c是真空中的光速），β射线即高速电子的质量约为质子质量的。不考虑相对论效应，下列判断正确的有（ ）
A．a为电源正极 B．a为电源负极
C．到达A板的为β射线 D．到达A板的为α射线
11．下列四幅图涉及不同的物理知识，如图所示，下列说法正确的是（　　）
A．图甲，卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子
B．图乙，1为α射线，它的电离能力很强，可用于消除静电
C．图丙，处于基态的氢原子可吸收能量为10.4eV的光子发生跃迁
D．图丁，汤姆孙通过电子的发现，揭示了原子还可以再分
12．原子弹的核反应原理是通过热中子撞击铀，如果中子动能不够大，将无法引发核反应，假设某中子以的速度撞击静止的原子核，撞击后中子与铀原子核粘在一起，发生核反应，已知中子质量为，铀原子核质量为，下列说法正确的是（　　）
A．
B．
C．碰撞过程中中子损失的动能等于铀原子核增加的动能
D．碰撞过程中中子损失的动能大于铀原子核增加的动能
三、解答题
13．据报道，俄科学家成功合成了具有极强放射性的117号新元素，该元素目前尚未被命名，是在实验室人工创造的最新的超重元素。新元素有两种同位素，其中一种有176个中子，而另一种有177个中子，则：
(1)该元素两种同位素的原子核的核电荷数各为多少？原子的核外电子数各为多少？
(2)该元素两种同位素的原子核的质量数各为多少？
(3)若用X表示117号元素的元素符号，该元素的两种同位素用原子核符号如何表示？
14．元素P的一种同位素P具有放射性，对人体有害。则：
(1)磷同位素P的原子核中有几个质子？几个中子？
(2)磷同位素P核所带电荷量是多少？
(3)若P原子呈中性，它的核外有几个电子？
(4)若让P和P原子核以相同速度垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中，它们运动的轨道半径之比是多少？
15．用符号表示以下原子核，并说出原子核的质子数、中子数。
(1)粒子；
(2)质量数为14的碳原子核；
(3)电荷数为8、质量数为17的氧原子核；
(4)质量数为40的钾原子核；
(5)电荷数为86、核子数为222的氡原子核。
16．已知镭的原子序数是88，原子核的质量数是226,试问：
（1）镭核中质子数和中子数分别是多少
（2）镭核的核电荷数和所带的电荷量分别是多少
（3）若镭原子呈中性，它核外有几个电子
（4）是镭的一种同位素，让和以相同的速度垂直射入磁感应强度为的匀强磁场中，它们运动的轨道半径之比是多少
17．已知镭的原子序数是88，原子核质量数是试问：
镭核中有几个质子？几个中子？
镭核所带电荷量为多少？
若镭原子呈中性，它核外有几个电子？
是镭的一种同位素，让和以相同速度垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中，它们运动的轨道半径之比是多少？
四、填空题
18．如图所示，为放射源，为一纸板，纸板与计数器之间有磁感应强度为的强磁场。先将强磁场移开，计数器的计数率不变，说明放射源产生的射线中没有 （填“”“”或“”）粒子；再将纸板移开，计数器计数率大幅度上升，这表明放射源产生的射线中有 （填“”“”或“”）粒子。
19．铀核裂变的一种方式是，该反应的质量亏损是0.2u，1u相当于931.5MeK的能量。
(1)核反应方程中的X是 。
(2)该反应放出的能量是 J。
第1页 共4页 ◎ 第2页 共4页
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参考答案：
1．C
【详解】根据质量数守恒和电荷守恒定律，可知的电荷数为92，质量数为234，电荷数等于质子数，质量数等于质子数加中子数，所以中子数为142，即
，
故选C。
2．A
【详解】A．若钢板变厚，则对γ射线的阻碍变强，探测到γ射线变弱，故A正确；
B．若钢板内部有裂缝，则对γ射线的阻碍变弱，探测到γ射线变强，故B错误；
C．该装置主要利用γ射线的穿透能力，故C错误；
D．该装置主要利用γ射线的穿透能力，而射线的穿透能力很弱，若仅把γ射线换为射线，该装置不能正常运行，故D错误。
故选A。
3．B
【详解】A．图甲中医用紫外灭菌灯是利用了紫外线杀菌消毒作用的特点，故A错误；
B．红外线有显著热效应，可以反映物质的温度，温仪测体温就是利用这一特点，故B正确；
C．伽马手术刀是利用射线穿透本领强，能量高的特点，故C错误；
D．安检仪透视检查物品是利用射线穿透本领强的特点，并非射线，故D错误。
故选B。
4．D
【详解】A．射线是因核能级间的跃迁而产生，原子核衰变和核反应均可产生射线；X射线是原子内层电子跃迁时产生的，紫外线、可见光、红外线是原子外层电子跃迁时产生的，故A错误；
B．射线是波长很短、频率很高的光子流，故B错误；
C．射线属于高频电磁波，它们在真空中的传播速度是相等的，故C错误；
D．射线不带电，在磁场中不发生偏转，在星系间传播时，不受星系磁场的影响，故D正确。
故D正确。
5．D
【详解】A．图（a）所示放射源射出的三种射线在磁场中运动轨迹不同，射线带正电，根据左手定则判断出射线1为射线，故A错误；
B．如图（b）所示，发生光电效应时，根据光电效应方程
可知入射光频率越大，光电子的最大初动能也就越大，与入射光的强度无关，故B错误；
C．卢瑟福通过图（c）所示在α粒子散射实验的基础上，提出了原子核式结构模型，故C错误；
D．利用图（d）所示的氢原子能级示意图，玻尔将量子观念引入原子领域，并能够解释氢原子的光谱特征，氢原子能级是分立的，光谱也是分立的，故D正确。
故选D。
6．C
【详解】A．γ射线的产生机理是原子核受激发，是原子核变化才产生的，故A错误；
B．根据跃迁规律可知高能级向低能级跃迁时辐射光子的能量等于这两个能级差，则氢原子从的能级向的能级跃迁时会辐射出的光子能量小于可见光a光子的能量，故氢原子从的能级向的能级跃迁时会辐射出的光子频率小于可见光a的频率，紫外线的频率大于可见光，故氢原子从的能级向的能级跃迁时不可能会辐射出紫外线，故B错误；
C．氢原子从的能级向的能级跃迁时辐射出的光子能量大于从的能级向的能级跃迁时辐射出的光子能量，则可见光a的频率大于可见光b的频率，根据
可知在真空中a光的波长比b光的波长小，故C正确；
D．氢原子在的能级时，需吸收光子能量大于的光才能发生电离，光的频率与光子能量成正比，故D错误。
故选C。
7．B
【详解】从右图可以看出，到达两极板的粒子做类平抛运动，到达A极板的粒子的竖直位移小于到达B板粒子的，粒子在竖直方向做匀速直线运动，则据平抛运动公式，知两个粒子初速度v相差约10倍，但两者比荷相差几千倍，两极板电压U相同，比荷小的飞行距离短，所以电子的竖直位移小，故达到A极板距离小，是β射线，A极板带正电，a为电源的正极。
本题选错误的，故选B。
8．D
【详解】A．卢瑟福通过分析粒子散射实验的实验结果，提出了原子的核式结构，故A错误；
B．根据左手定则，轨迹1的粒子带正电，所以轨迹1的射线为射线，其它的电离能力很强，可用于消除静电，故B错误；
C．若处于基态的氢原子吸收了能量为10.4eV的光子，根据波尔理论，设跃迁后的能级为E，则有
解得
对比图中氢原子的能级图，其不存在该能级，故C错误；
D．汤姆孙通过分析阴极射线管中的射线，发现该射线带负电，从而发现了电子，揭示了原子还可以再分，故D正确。
故选D。
9．BD
【详解】
A．图甲中，氧气分子在图线Ⅱ温度下速率大的分子所占百分比较多，故图线Ⅱ温度较高，故A错误；
B．根据热力学第二定律可知，在引起其他变化的前提下，可以从单一热库吸收热量，使之全部变成功，故B正确；
C．根据动量守恒得知，放出的粒子与新核的速度方向相反，由左手定则判断得知，放出的粒子应带负电，是粒子，故C错误；
D.相对论时空观认为运动物体的长度和物理过程的快慢都跟物体运动状态有关，故D正确。
故选BD。
10．AC
【详解】设两板间距为，板间电压为，则两板间场强为
设电子电量为，质量为，则对于β射线，有
对于α射线，有
可得
可知，到达A板的为β射线，由于β射线带负电，所以a为电源正极。
故选AC。
11．BD
【详解】A．卢瑟福通过分析α粒子散射实验的实验结果，提出了原子的核式结构，故A项错误；
B．根据左手定则，轨迹1的粒子带正电，所以轨迹1的射线为α射线，其它的电离能力很强，可用于消除静电，故B项正确；
C．若处于基态的氢原子吸收了能量为10.4eV的光子，根据波尔理论，设跃迁后的能级为E，则有
解得
对比图中氢原子的能级图，其不存在该能级，故C项错误；
D．汤姆孙通过分析阴极射线管中的射线，发现该射线带负电，从而发现了电子，揭示了原子还可以再分，故D项正确。
故选BD。
12．AD
【详解】AB．元素左上方数字表示元素的质量数，则有
故A正确，B错误；
CD．撞击后中子与铀原子核粘在一起，可知碰撞为非弹性碰撞，碰撞过程系统有能量损失，所以碰撞过程中中子损失的动能大于铀原子核增加的动能，故C错误，D正确。
故选AD。
13．(1)均为117，均为117；(2)293，294；(3)，
【详解】(1)元素的原子序数等于该元素原子核的核电荷数，等于核内质子数。故117号元素的核电荷数和核内质子数均为117，原子呈中性，故核外电子数等于核内质子数，也为117。
(2)原子核的质量数等于质子数与中子数之和，故该元素中子数为176的原子核的质量数为117＋176＝293，中子数为177的原子核的质量数为117＋177＝294。
(3)元素符号一般用 表示，其中A表示质量数，Z表示核电荷数，由前两问可得该元素的两种同位素的原子核符号，中子数为176的原子核的符号为，中子数为177的原子核的符号为。
14．(1)15，15；(2)2.40×10－18 C；(3)15；(4)
【详解】(1)P核中的质子数等于其原子序数，故质子数为15，中子数N等于原子核的质量数A与质子数（核电荷数Z）之差，即
N=A-Z=30-15=15
(2)P核所带电荷量
Q=Ze=15×1.60×10－19 C=2.40×10－18 C
(3)因磷P原子呈中性，故核外电子数等于核电荷数，则核外电子数为15。
(4)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的向心力为洛伦兹力，故有
qvB=m
r=
因为两种同位素具有相同的核电荷数，但质量数不同，而原子核的质量之比与原子核的质量数之比相等，故
==
15．见解析
【详解】(1)；质子数2，中子数2；
(2)；质子数6，中子数8；
(3)；质子数8，中子数9；
(4)；质子数19，中子数21；
(5)；质子数86，中子数136。
16．（1）88 138 （2）88 （3）88 （4）113∶114
【详解】(1)原子序数与核内质子数、核电荷数、中性原子的核外电子数都是相等的.原子核的质量数等于核内质子数与中子数之和，镭核中的质子数等于原子序数，故质子数为88，中子数等于原子核的质量数与质子数之差，即:
.
(2)镭核的核电荷数和所带的电荷量分别是:
.
(3)核外电子数等于核电荷数，故核外电子数为88.
(4)带电粒子在勾强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力充当向心力，故有
解得
二者的速度相同，又由于同位素具有相同的核电荷数，但质量数不同，故
17．①镭核中有88个质子，138个中子；②、③若镭原子呈中性，它核外有88个电子④们运动的轨道半径之比是113：114．
【详解】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与质子数之差，即
．
②镭核所带电荷量
C.
③核外电子数等于核电荷数，故核外电子数为88．
④带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的向心力为洛伦兹力，故有
两种同位素具有相同的核电荷数，但质量数不同，故
．
18．
【详解】[1][2]将强磁场移开，计数器的计数率保持不变，说明穿过纸板的粒子中无带电粒子，故没有粒子；再将纸板移开，计数率大幅上升，说明放射源中有穿透力很弱的粒子，因此有粒子。
19．
【详解】(1)[1]根据质量数和电荷数守恒得：质量数为0，核电荷数为－1，故此粒子是电子即
(2)[2]根据爱因斯坦质能方程可知，该反应放出的能量是
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