人教版物理高二选修2-3第五章第一节天然放射现象原子结构同步训练

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人教版物理高二选修2-3第五章
第一节天然放射现象原子结构同步训练
一．选择题
1．以下说法正确的是( )
A．所有原子核中的质子数和中子数都相等
B．在核反应中，质量数守恒、电荷数守恒
C．氢原子从高能级向低能级跃迁时能辐射出γ射线
D．只要光照射金属电极的时间足够长，就能发生光电效应
答案：B
解析：解答：A、不同的原子核具有不同的核子数，中子数和质子数均不相同；故A错误；
B、在核反应中，质量数守恒，电荷数守恒；故B正确；
C、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；不是氢原子跃迁产生的；故C错误；
D、只有入射光的频率足够大时，才能产生光电效应，与光照时间无关；故D错误；
故选：B．
分析：不同的原子核具有不同的核子数；核反应中质量数及电荷数均守恒；γ射线的能量较大，其产生机理是原子核受激发，是原子核变化才产生的；只有入射光的频率大于金属的极限频率时才能发生光电效应．
2．下列说法正确的是( )
A．卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型
B．结合能越大，原子核结构一定越稳定
C．如果使用某种频率的光不能使某金属发生光电效应，则需增大入射光的光照强度才行
D．发生β衰变时，元素原子核的质量数不变，电荷数增加3
答案：A
解析：解答：A、卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，建立了原子的核式结构模型；故A正确．
B、比结合能越大，原子核结构一定越稳定，故B错误；
C、不能使某金属发生光电效应，是因入射光的频率小于极限频率，与入射光的光照强度无关，故C错误；
D、β衰变时，元素原子核的质量数不变，电荷数增加1，故D不正确；
故选：A．
分析：本题关键要知道：卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，建立了原子的核式结构模型；
比结合能越大，原子越稳定；
当入射光的频率大于极限频率时，才能发生光电效应；
β衰变时，质量数不变，电荷数增加1；
相同速率情况下，质量越大的，动量越大，则波长越小，衍射现象不明显，则分辨率高．
3．下列事例中能说明原子具有核式结构的是( )
A．光电效应现象的发现
B．汤姆逊研究阴极射线时发现了电子
C．卢瑟福的α粒子散射实验发现有少数α粒子发生大角度偏转
D．天然放射现象的发现
答案：C
解析：解答：A、光电效应实验说明光具有粒子性，故A错误；
B、汤姆逊研究阴极射线，是发现电子的实验，故B错误；
C、α粒子散射实验中极少数α粒子的大角度偏转说明原子内存在原子核．故C正确；
D、元素放射性的发现揭示原子具有复杂的结构．故D错误．
故选：C．
分析：本题比较简单，考查了近代物理中的几个重要试验及发现，要了解这些试验及发现的内容及其重要物理意义．
4．下列有关原子核式结构理论不正确的是( )
A．原子的中心有原子核，包括带正电的质子和不带电的中子
B．原子的正电荷均匀分布在整个原子中
C．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里
D．带负电的电子在核外绕着核在不同轨道上旋转
答案：B
解析：解答：A、原子的中心有原子核，包括带正电的质子和不带电的中子，A正确；
BC、原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，故B错误，C正确；
D、带负电的电子在核外绕着核在不同轨道上旋转，D正确．
故选：B．
分析：正确理解卢瑟福的原子核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转．
5．下列说法中正确的是( )
A．目前已经建成的核电站的能量来自于重核裂变
B．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能
C．汤姆生依据极少数粒子发生大角度散射提出了原子核式结构模型
D．氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能增大，原子总能量增加
答案：A
解析：解答：A、目前已经建成的核电站的能量来自于重核裂变；故A正确；
B、自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能，故B错误；
C、卢瑟福依据极少数粒子发生大角度散射提出了原子核式结构模型；故C不正确
D、按照波尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，原子总能量增加，故D错误；
故选：A．
分析：核电站采用重核裂变；卢瑟福依据极少数粒子发生大角度散射提出了原子核式结构模型；按照波尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，原子总能量增加．
6．下列能揭示原子具有核式结构的是( )
A．α粒子散射实验B．天然放射现象
C．电子的发现D．氢原子光谱是线状谱
答案：A
解析：解答：A、α粒子散射实验中少数α粒子能发生大角度偏转，说明原子中绝大部分质量和全部正电荷都集中在原子核上，卢瑟福就此提出了原子具有核式结构学说．故A正确．
B、天然放射现象揭示了原子核有复杂的结构．故B错误．
C、电子的发现揭示了原子有复杂结构．故C错误．
D、氢原子光谱的发现解释了原子的稳定性以及原子光谱的分立特征．故D错误．
故选：A
分析：α粒子散射实验是卢瑟福提出原子核式结构学说的实验依据．
7．下列说法正确的( )
A．若使放射性物质的温度升高，其半衰期不变
B．α粒子散射实验可以估算出原子核直径的数量级为10﹣10m
C．β衰变所释放的电子是原子核外的电子电离形成的
D．汤姆孙发现电子，表明原子具有核式结构
答案：A
解析：解答：A、半衰期由原子核内部结构决定，与温度、压强等外在因素无关，则若使放射性物质的温度升高，其半衰期不变，故A正确．
B、α粒子散射实验可以估算出原子直径的数量级为10﹣10m，原子核直径的数量级为10﹣15m，故B错误．
C、β衰变所释放的电子是原子核中的中子转化来的；故C错误．
D、汤姆孙发现电子，只表明原子具有复杂结构，α粒子散射实验表明原子具有核式结构，故D错误．
故选：A．
分析：本题根据半衰期与温度、压强等因素无关；原子核直径的数量级为10﹣15m；β衰变所释放的电子是中子转化来的；汤姆孙发现电子，表明原子具有复杂结构；根玻尔理论分析氢原子跃迁时是发出光子还是吸收光子．
8．下列说法正确的是( )
A．链式反应在任何条件下都能发生
B．核反应过程中如果核子的平均质量减小，则要吸收核能
C．中等核的比结合能最小，因此这些核是最稳定的
D．光子的能量与动量成正比关系
答案：D
解析：解答：A、链式反应只有达到临界体积后才能发生；故A错误；
B、核反应过程中如果核子的平均质量减小，说明核反应的过程中由质量亏损，属于要释放核能．故B错误；
C、中等核的比结合能量大，因此这些核最稳定；故C错误；
D、由根据E=mc2=PC知，因光速不变，故光子的能量与动量成正比关系；故D正确；
故选：D．
分析：链式反应需要达到临界体积才能发生；明确质能方程的应用，知道当质量亏损时有能量放出；根据质能方程可明确光子能量与动量间的关系．
9．有关原子结构，下列说法正确的是( )
A．玻尔原子模型能很好地解释氢原子光谱
B．卢瑟福核式结构模型可以很好地解释原子的稳定性
C．玻尔提出的原子模型，否定了卢瑟福的原子核式结构学说
D．卢瑟福的α粒子散射实验肯定了汤姆孙关于原子结构的“西瓜模型”
答案：A
解析：解答：A、玻尔的原子理论：1．电子在一些特定的可能轨道上绕核作圆周运动，离核愈远能量愈高；2．可能的轨道不连续；3．当电子在这些可能的轨道上运动时原子不发射也不吸收能量，只有当电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时原子才发射或吸收能量，而且发射或吸收的辐射是单频的，辐射的频率和能量之间关系由E=hν给出．玻尔的理论成功地说明了原子的稳定性和氢原子光谱线规律．故A正确；
BD、卢瑟福的α粒子散射实验说明（1）原子中绝大部分是空的，（2）α粒子受到较大的库仑力作用，（3）α粒子在原子中碰到了比他质量大得多的东西，否定了汤姆孙关于原子结构的“西瓜模型”，但也不能说明原子内部存在带负电的电子，也不能解释原子的稳定性，故B错误，D不正确；
C、玻尔提出的原子模型，但并没有否定卢瑟福的原子核式结构学说，故C错误．
故选：A．
分析：从玻尔理论及卢瑟福的α粒子散射实验的结果出发，即可解题．
10．关于天然放射现象，下列说法中正确的是( )
A．β衰变说明原子核里有电子
B．某原子核经过一次α衰变和两次β衰变后，核内中子数减少4个
C．放射性物质的温度升高，其半衰期将缩短
D．γ射线的电离作用很强，可用来消除有害静电
答案：B
解析：解答：A、β衰变时，原子核中的一个中子转化为一个质子和一个电子，释放出来的电子就是β粒子，可知β衰变现象不是说明电子是原子核的组成部分．故A错误．
B、某放射性元素经过1次α衰变和2次β衰变共产生：1个24He和2个﹣10e
所以质量数减少：4，核电荷数不变，根据质量数守恒和电荷数守恒得知，中子数减少：4．故B正确．
C、半衰期是由原子核内部性质决定的，与温度无关，所以升高放射性物质的温度，不能缩短其半衰期．故C错误．
D、γ射线的电离作用很弱，不能用来消除有害静电．故D错误．
故选B
分析：β衰变中产生的电子是原子核中的一个中子转化而来的；α衰变过程中，一个原子核释放一个α粒子（由两个中子和两个质子形成的氦原子核），并且转变成一个质量数减少4，核电荷数减少2的新原子核．β衰变过程中，一个原子核释放一个β粒子（电子）．根据质量数守恒和电荷数守恒求解原子核衰变后核内中子数的变化；升高放射性物质的温度，不能缩短其半衰期．γ射线的电离作用很弱，不能用来消除有害静电．
11．下列说法正确的是( )
A．人类关于原子核内部的信息，最早来自天然放射现象
B．在α，β，γ三种射线中γ射线电离作用最强
C．放射性元素的半衰期会随着温度的升高而缩短
D．较重的核分裂成中等质量大小的核，核子的比结合能都会减少
答案：A
解析：解答：A、人类最初对原子核的认识就是来源于天然放射现象，故A正确；
B、α，β，γ三种射线中α射线的电离本领最强，故B错误；
C、半衰期由原子核本身决定，与外界任何因素都无关，故C错误；
D、不同原子核的平均结合能不同，中等质量的核的平均结合能比轻核、重核的平均结合能都大．故D不正确；
故选：A．
分析：根据三种射线的特性、半衰期的特点和裂变聚变的特点去分析，并由平均结合能是核子与核子结合成原子核时平均每个核子放出的能量，从而即可求解．
12．关于原子物理的知识下列说法中错误的为( )
A．电子的发现证实了原子是可分的
B．卢瑟福的α粒子散射实验建立了原子的核式结构模型
C．天然放射现象的发现揭示了原子核是由质子和中子组成的
D．β射线是高速运动的电子流，有较弱的电离本领
答案：C
解析：解答：A、英国科学家汤姆生通过阴极射线的研究，发现电子，电子的发现证实了原子是可分的．故A正确；
B、卢瑟福的α粒子散射实验否定了汤姆生的原子结构模型．故B正确；
C、天然放射现象的发现揭示了原子核有复杂的结构，故C错误；
D、β射线是高速运动的电子流．它贯穿本领比α粒子强，比γ射线弱，则有较弱的电离本领．故D正确；
本题选择错误的，故选：C．
分析：英国科学家汤姆生通过阴极射线的研究，发现电子，电子的发现证实了原子是可分的．
卢瑟福的α粒子散射实验否定了汤姆生的原子结构模型．天然放射现象的发现揭示了原子核有复杂的结构，但原子核是由质子和中子组成．
β射线是高速运动的电子流．它贯穿本领比α粒子强，比γ射线弱．
13．下列说法正确的是( )
A．β射线比α射线更容易使气体电离
B．放射性同位素的半衰期由核本身决定，与外部条件无关
C．核反应堆和太阳内部发生的都是核裂变反就
D．氢原子发生能级跃迁放出光子后，核外电子的动能最终会变小
答案：B
解析：解答：A、α射线的电离能力比β射线的电离能力强，故A错误；
B、半衰期有原子核的种类决定，与外部物理和化学条件无关，故B正确；
C、核反应堆的反应是核裂变，太阳内部的核反应是核聚变反应，不同，故C错误；
D、氢原子辐射出一个光子后，从高轨道到低轨道，库仑引力做正功，电势能减小．根据，有：
v=；
故速度变大，动能变大；故D错误；
故选：B
分析：三种射线中，α射线的电离能力最强，穿透能力最弱；
半衰期有原子核的种类决定；
太阳内部的核反应是核聚变反应；
氢原子辐射出一个光子后，能量减小，轨道半径减小，通过库仑引力提供向心力比较核外电子运动的加速度变化．
14．下列说法正确的有( )
A．黑体辐射的强度与频率的关系是：随着温度的升高，各种频率的辐射都增加，辐射强度极大值的光向频率较低的方向移动
B．α粒子散射实验中少数α粒子发生了较大偏转是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据
C．天然放射现象的发现说明了原子有复杂的结构
D．利用α射线可发现金属制品中的裂纹
答案：B
解析：解答：A、随着温度的升高，一方面各种波长的辐射强度都有增加，另一方面辐射强度的极大值向波长较短、频率较高的方向移动，故A错误；
B、当α粒子穿过原子时，电子对α粒子影响很小，影响α粒子运动的主要是原子核，离核远则α粒子受到的库仑斥力很小，运动方向改变小．只有当α粒子与核十分接近时，才会受到很大库仑斥力，而原子核很小，所以α粒子接近它的机会就很少，因此只有少数α粒子发生较大偏转，卢瑟福正是对这些现象的认真研究提出了原子核式结构模型，故B正确；
C、人们认识到原子核具有复杂结构是从发现天然放射现象开始的，故C错误；
D、α射线的穿透能力最弱，不能用α射线检查金属制品的裂纹，故D错误．
故选：B．
分析：正确解答本题需要掌握：随着温度的升高，一方面各种波长的辐射强度都有增加，另一方面辐射强度的极大值向波长较短的方向移动；α粒子散射实验的实验现象以及结论；了解有关天然放射现象的知识；α射线的穿透能力最弱，不能用α射线检查金属制品的裂纹．
15．下列能揭示原子具有核式结构的实验是( )
A．光电效应实验B．查德威克发现中子
C．α粒子散射实验D．氢原子光谱的发现
答案：C
解析：解答：A、光电效应证明光具有粒子性．故A错误．
B、查德威克发现中子揭示了原子核有复杂结构．故B错误．
C、α粒子散射实验中少数α粒子能发生大角度偏转，说明原子中绝大部分质量和全部正电荷都集中在原子核上，卢瑟福就此提出了原子具有核式结构学说．故C正确．
D、氢原子光谱的发现是玻尔模型提出依据．故D错误．
故选：C．
分析：α粒子散射实验是卢瑟福提出原子核式结构学说的实验依据，从而即可求解．
二．填空题
16．卢瑟福提出了原子的核式结构模型，这一模型建立的基础是 ．
答案：α粒子的散射实验
解析：解答：卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型；
故答案为：α粒子的散射实验．
分析：卢瑟福在α粒子的散射实验基础上提出了原子的核式结构模型，要了解各种模型提出的历史背景以及物理意义．
17．卢瑟福通过 实验，否定了汤姆孙的原子结构模型，提出了原子的 结构模型．
答案：α粒子散射|核式
解析：解答：卢瑟福和他的同事们所做的α粒子散射实验否定了汤姆逊的枣糕模型，据此实验卢瑟福提出了原子的核式结构模型．
故答案为：α粒子散射，核式
分析：汤姆逊的枣糕模型被卢瑟福和他的同事们所做的α粒子散射实验所否定，他提出了原子的核式结构模型．
18．天然放射性现象发出的射线中，存在α射线、 和γ射线，其中α射线的本质是高速运动的 核（填写元素名称）．
答案：β射线|氦
解析：解答：天然放射性现象会发出α射线、β射线和γ射线：α射线是具有放射性的元素的原子核在发生衰变时两个中子和两个质子结合在一起而从原子核中释放出来；故放出的是氦原子核．β射线是具有放射性的元素的原子核中的一个中子转化成一个质子同时释放出一个高速电子即β粒子．γ射线是原子核在发生α衰变和β衰变时产生的能量以γ光子的形式释放．
故答案为：β射线，氦
分析：解答本题应掌握，天然放射性现象发出的粒子包括：α射线、β射线和γ射线；并能并确各种射线的性质以及所对应的成分．
19．如图所示，是利用放射线自动控制铝板厚度的装置．假如放射源能放射出α、β、γ三种射线，而根据设计，该生产线压制的是3mm厚的铝板，那么是三种射线中的 射线对控制厚度起主要作用．当探测接收器单位时间内接收到的放射性粒子的个数超过标准值时，将会通过自动装置将M、N两个轧辊间的距离调 一些．
答案：β|大
解析：解答：α、β、γ三种射线的穿透能力不同，α射线不能穿过3mm厚的铝板，γ射线又很容易穿过3mm厚的铝板，厚度的微小变化不会使穿过铝板的γ射线的强度发生较明显变化，所以基本不受铝板厚度的影响．而β射线刚好能穿透几毫米厚的铝板，因此厚度的微小变化会使穿过铝板的β射线的强度发生较明显变化，即是β射线对控制厚度起主要作用．若超过标准值，说明铝板太薄了，应该将两个轧辊间的距离调大些．
故答案为：β，大
分析：α射线穿透本领太弱，γ射线穿透能力又太强，而β射线穿透能力β居中．
20．原子的核式结构模型是根据 实验基础提出的，原子是由 和 组成的，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在 里．
答案：a粒子散射|原子核|电子|原子核
解析：解答：卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型：原子是由位于原子中心的原子核和核外绕原子核做圆周运动的电子组成的，原子核几乎集中了原子所有质量．
故答案为：a粒子散射，原子核，电子，原子核．
分析：解决本题应掌握原子的核式结构模型为：原子是由原子核及核外电子组成，原子核几乎集中了原子所有质量；原子核由带正电的质子和不带电的中子组成．
三．解答题
21．已知镭的原子序数是88，原子核质量数是226．试问：
（1）镭核中有几个质子？几个中子？
答案：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N=A﹣Z=226﹣88=138．
（2）镭核所带电荷量为多少？
答案：镭核所带电荷量Q=Ze=88×1.6×10﹣19C=1.41×10﹣17C．
（3）若镭原子呈中性，它核外有几个电子？
答案：核外电子数等于核电荷数，故核外电子数为88．
（4）是镭的一种同位素，让Ra和Ra以相同速度垂直射入磁应强度为B的匀强磁场中，它们运动的轨道半径之比是多少？
答案：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Bqv=m．r=，两种同位素具有相同的核电荷数，但质量数不同，故
解析：解答：（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N=A﹣Z=226﹣88=138．（2）镭核所带电荷量Q=Ze=88×1.6×10﹣19C=1.41×10﹣17C．（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Bqv=m．r=，两种同位素具有相同的核电荷数，但质量数不同，故．
答：（1）镭核中有88个质子，138个中子；（2）镭核所带电荷量是1.41×10﹣17C（3）若镭原子呈中性，它核外有88个电子；（4）运动的轨道半径之比是113：114．
分析：根据原子中质子数和中子数以及质量数存在关系解析：解答：中子数+质子数=质量数，质子数=原子序数=核外电子数．
22．一种铀原子核的质量数是235，问：它的核子数，质子数和中子数分别是多少？
答案：解答：原子核是由质子和中子组成的，质子和中子统称为核子．
U的原子序数为92，即质子数为92，中子数等于质量数减去质子数，即为235﹣92=143．
答：它的核子数，质子数和中子数分别是235、92、143．
解析：
分析：原子核是由质子和中子组成的，质子和中子统称为核子．原子序数等于质子数，质子数与中子数的和等于质量数．
23．利用学过的知识解释实验室中电子云的形成原因和特点．
答案：解答：电子云形成的原因：在距离原子核很远处的电子出现的概率几乎为零，而有些非常靠近原子核的电子出现的概率也几乎为零．
电子云的特点：把电子在原子核外各处区域出现的概率分布用图象表示，以不同的浓淡程度表示出现的概率大小，象电子在原子核外周围形成的云雾．
解析：
分析：人们常用一种能够表示电子在一定时间内在核外空间各处出现机会的模型来描述电子在核外的运动．在这个模型里，某个点附近的密度表示电子在该处出现的机会的大小．密度大的地方，表明电子在核外空间单位体积内出现的机会多；反之，则表明电子出现的机会少．电子云是电子在原子核外空间概率密度分布的形象描述，电子在原子核外空间的某区域内出现，好像带负电荷的云笼罩在原子核的周围，人们形象地称它为“电子云”．
24．在汤姆孙发现电子后，对于原子中正负电荷的分布的问题，科学家们提出了许多模型，最后他们认定：占原子质量绝大部分的正电荷集中在很小的空间范围内，电子绕正电荷旋转．此模型称原子的有核模型．最先提出原子有核模型的科学家是谁？他所根据的实验是什么？
答案：解答：卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构；
故答案为：卢瑟福；α粒子散射实验．
解析：
分析：卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构．
25．如图是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图．
（1）请你简述自动控制的原理．
答案：放射线具有穿透本领，如果向前运动的铝板的厚度有变化，则探测器接收到的放射线的强度就会随之变化，这种变化被转化为电信号输入到相应装置，进而自动地控制图中右侧的两个轮间的距离，使铝板的厚度恢复正常
（2）如果工厂生产的为的铝板，在、和三种射线中，你认为哪一种射线在的厚度控制中起
主要作用，为什么？
答案：β射线起主要作用
解析：解答：（1）放射线具有穿透本领，如果向前运动的铝板的厚度有变化，则探测器接收到的放射线的强度就会随之变化，这种变化被转化为电信号输入到相应装置，进而自动地控制图中右侧的两个轮间的距离，使铝板的厚度恢复正常．（2）β射线起主要作用．因为α射线的穿透本领很小，一张薄纸就能把它挡住；γ射线的穿透本领非常强，能穿透几厘米的铝板，1mm左右的铝板厚度发生变化时，透过铝板的射线强度变化不大；β射线的穿透本领较强，能穿透几毫米的铝板，当铝板的厚度发生变化时，透过铝板的射线强度变化较大，探测器可明显地反应出这种变化，使自动化系统做出相应的反应．
故答案为：β射线起主要作用
分析：（1）根据穿过铝板射线的强度大小来调节两轮间距，从而控制铝板厚度．（2）α射线的穿透本领很小，穿不透铝板，而γ射线穿透本领又太强，在厚度变化在毫米级是几乎不受影响．
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