上海市北虹高中2019-2020学年高中物理沪科版选修3-5：从原子核到夸克 单元测试题（含解析）

从原子核到夸克
1．2019年1月，中国散裂中子源加速器打靶束流功率超过50kW，技术水平达到世界前列，散裂中子源是由加速器提供高能质子轰击重金属靶而产生中子的装置，一能量为109eV的质子打到汞、钨等重核后，导致重核不稳定而放出20～30个中子，大大提高了中子的产生效率。关于质子和中子，下列说法中正确的有 （　　）
A．中子和质子的质量相等
B．原子核由质子和中子组成，稳定的原子核内，中子数一定大于质子数
C．原子核的β衰变，实质是核内中子转化为质子和电子
D．中子不带电，比质子更容易打入重核内
2．在微观世界，我们常见的粒子有：质子、中子、α粒子、β粒子，下列对四种粒子的符号书写全都正确的是：（ ）
A．、、、 B．、、、
C．、、、 D．、、、
3．关于近代原子物理，下列说法正确的是( )
A．根据玻尔理论可知，一个氢原子从n=4能级向低能级跃迁最多可辐射6种频率的光子
B．放射性物质的半衰期受环境温度的影响
C．α粒子散射实验揭示了原子核是可分的
D．能量为30eV的光子照射到某一金属表面时从金属表面逸出的电子最大初动能为l5eV，为使该金属发生光电效应，入射光子的能量至少为15eV
4．β粒子的符号是
A． B． C． D．
5．如图为天然放射性元素放出的α、β、γ三种射线贯穿物体情况的示意图，其中
A．①是α射线
B．②是γ射线
C．③是β射线
D．③是α射线
6．卢瑟福发现质子，并第一次实现原子核人工转变的实验示意图是
A．B．
C．D．
7．以下来自原子核内的带负电的射线是（ ）
A．阴极射线 B．α射线 C．γ射线 D．β射线
8．天然放射性元素衰变时放出的β射线是
A．氦核流 B．质子流 C．中子流 D．电子流
9．关于天然放射性，下列说法错误的是
A．所有元素都可能发生衰变
B．β射线的实质是电子
C．放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性
D．α、β和γ三种射线中，γ射线的穿透能力最强
10．说明原子核具有复杂结构的是
A．质子的发现 B．天然放射性现象的发现
C．电子的发现 D．α粒子散射实验
11．以下科学家中，发现中子的是
A．J·J汤姆孙 B．查德威克
C．卢瑟福 D．约里奥·居里夫妇
12．以下科学家中，发现质子的是
A．J·J汤姆孙 B．密立根
C．卢瑟福 D．G·P汤姆孙
13．下列有关原子结构和原子核的认识，其中正确的是
A．γ射线是高速运动的电子流
B．氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能减少
C．太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变
D．的半衰期是5天，100克经过10天后还剩下25克
14．已知氡222的半衰期为3.8天.那么4g的放射性物质氡222经过7.6天，还剩下没有发生衰变的质量为
A．2g B．1g C．0.5g D．0g
15．某些元素自发地放射某些射线的现象称为_______________,这些元素称为_______________具有这种性质的元素的原子序号大于或等于_______________.
16．星系按外形大致分为____________、____________、____________。
17．恒星离我们非常遥远,我们可以利用地球绕太阳运动的性质来测量恒星的距离,这种测距方法叫做____________。
18．一个原来静止的锂核(Li)俘获一个速度为7.7×104m/s的中子后，生成一个氚核和一个氦核，已知氚核的速度大小为1.0×103 m/s，方向与中子的运动方向相反．计算结果保留两位有效数字。
(1)试写出核反应方程；
(2)求出氦核的速度大小；
(3)若让一个氘核和一个氚核发生聚变时可产生一个氦核，同时放出一个中子，写出该核反应方程，并求这个核反应释放出的能量．(已知氘核质量为mD＝2.014102u，氚核质量为mT＝3.016050u，氦核质量mHe＝4.002603u，中子质量mn＝1.008665u，1u＝1.6606×10－27kg)
参考答案
1．D
【解析】
【详解】
根据原子结构可知，原子中绝大部分质量集中在原子核中，在原子核中质量主要集中在质子上，中子质量和质子质量并不相等，故A错误。根据原子核内部质量数与质子数及中子数的关系可知，质子数和中子数的关系只与元素的种类有关，即中子数不一定大于质子数，故B错误。根据β衰变的实质可知，在衰变过程中中子转为质子的过程中会放出电子，不是转化为电子，故C错误。因为在原子核中所有的正电荷集中在原子核，在重核内部，原子核所带的正电荷量较大，对于质子的库仑力斥力较大，而中子不带电，核对于中子没有库仑力，因此中子比质子更容易打入内部，故D正确。
2．B
【解析】
【详解】
质子是中子是α粒子是β粒子是电子即故B正确，ACD错误．
3．D
【解析】
【详解】
根据玻尔理论可知，一个氢原子从n=4能级向低能级跃迁最多可辐射3种频率的光子，选项A错误；放射性物质的半衰期由内部因素决定，不受环境温度的影响，选项B错误；卢瑟福通过α粒子散射实验建立了原子的核式结构理论，选项C错误；能量为30eV的光子照射到某一金属表面时从金属表面逸出的电子最大初动能为l5eV，则金属的逸出功为15eV，则为使该金属发生光电效应，入射光子的能量至少为15eV，选项D正确.
4．B
【解析】
【详解】
是中子；是β粒子；是质子；是α粒子；故选B.
5．A
【解析】
【详解】
三种射线中，α射线的穿透本领很弱，用一张薄纸就能挡住；β射线贯穿本领较强，可以穿透几厘米的铝板；γ射线贯穿本领最强，能穿透几厘米的铅板。结合图可知：①是α射线，②是β射线，③是γ射线，故选A
6．D
【解析】
【详解】
卢瑟福用粒子，轰击氮原子核,产生了氧的一种同位素，并发现了质子，第一次实现原子核人工转变，所以ABC错误，实验示意图是D
7．D
【解析】
【详解】
天然放射现象中的α、β、γ射线都是来自放射性元素的原子核，α射线带正电，β射线带负电，γ射线不带电；阴极射线是从低压气体放电管阴极发出的电子在电场加速下形成的电子流，故选项D正确，A、B、C错误；
故选选项D。
8．D
【解析】
【详解】
天然放射性元素衰变时放出的β射线是电子流，故选D.
9．A
【解析】
【详解】
有些原子核不稳定，可以自发地衰变，但不是所有元素都可能发生衰变，故A错误；β射线是原子核的中子转变为质子时释放出来的电子，故B正确；放射性元素的放射性与核外电子无关，故放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性，故C正确；α、β和γ三种射线，γ射线的穿透力最强，电离能力最弱，故D正确；此题选则错误的选项，故选A。
10．B
【解析】
【详解】
贝克勒尔发现的天然放射现象说明原子核具有复杂的结构，卢瑟福进行α粒子散射实验提出的一种原子结构模型．
11．B
【解析】
【详解】
1932年，英国物理学家查德威克才在卡文迪许实验室里发现了中子。
12．C
【解析】
【详解】
J·J汤姆孙通过阴极射线在电场和在磁场中的偏转实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成，并测出了该粒子的比荷，最终发现了电子，故A错误；美国物理学家密立根测出电荷量e的数值，故B错误；1919年卢瑟福用α粒子撞击核发现了质子，故C正确；G·P汤姆孙利用电子束在晶体中的衍射实验，证实了电子的波动性，故D错误。
13．D
【解析】
【详解】
γ射线是高速运动的光子流，不是电子，故A错误；氢原子辐射出一个光子后，从高能级向低能级跃迁，轨道半径减小，能级减小，速度增大，动能增大，故B错误；太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的轻核聚变，故C错误；的半衰期是5天，经过10天，即经过2个半衰期，未衰变的质量，故D正确。
14．B
【解析】
【详解】
根据衰变的半衰期公式，其中，n为半衰期的个数,，联立可得：；故选B.
15．天然放射现象 放射性元素 83
【解析】
【详解】
[1][2][3]贝克勒尔发现某些元素自发地放射某些射线的现象称为天然放射现象，这些元素称为放射性元素，具有这种性质的元素的原子序号大于或等于83
16．旋涡星系 椭圆星系 不规则星系
【解析】
【详解】
[1][2][3]星系按外形大致分为旋涡星系、椭圆星系、不规则星系三种。
17．周年视差法
【解析】
【详解】
[1]恒星离我们非常遥远,我们可以利用地球绕太阳运动的性质来测量恒星的距离,这种测距方法叫做周年视差法。
18．(1) （2） （3）
【解析】（1）＋―→＋
（2）取中子的运动方向为正方向，由动量守恒定律得
mnv0＝－mTv1＋mHev2
v2＝
＝m/s
＝2×104m/s
（3）质量亏损为
Δm＝mD＋mT－mHe－mn
＝（2．014 102＋3．016 050－4．002 603－1．008 665） u
＝0．018 884 u≈3．136×10－29kg
根据爱因斯坦质能方程
ΔE＝Δmc2＝3．136×10－29×（3×108）2J≈2．82×10－12J