上海市大境中学2019-2020学年高中物理沪科版选修3-5：从原子核到夸克 单元测评（含解析）
文档属性
| 名称 | 上海市大境中学2019-2020学年高中物理沪科版选修3-5：从原子核到夸克 单元测评（含解析） |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 261.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 沪科版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-07-28 05:31:24 | ||
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文档简介
从原子核到夸克
1．卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现质子的核反应方程，n的数值为( )
A．18 B．17 C．16 D．8
2．由放射性元素放出的β粒子是
A．电子 B．氦核 C．光子 D．中子
3．第一次发现原子核的组成中有质子的是
A．光电效应现象 B．天然放射现象 C．α粒子散射实验 D．人工转变实验
4．日本福岛核事故是世界上最大的核事故之一，2019年2月13日首次“触及”到了该核电站内部的核残渣，其中部分残留的放射性物质的半衰期可长达1570万年。下列有关说法正确的是
A．衰变成要经过4次衰变和7次衰变
B．天然放射现象中产生的射线的速度与光速相当，穿透能力很强
C．将由放射性元素组成的化合物进行高温分解，会改变放射性元素的半衰期
D．放射性元素发生衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的
5．关于近代物理发展的成果，下列说法正确的是
A．只要增加人射光的强度，光电效应就可以发生
B．若使放射性物质的温度升高，则其半衰期将减小
C．氢原子从激发态向基态跃迁时会辐射特定频率的光子
D．α射线、β射线、γ射线都是高速电子流
6．下列实验或者事实，揭示了原子具有核式结构的是
A．α 粒子散射实验 B．电子的发现
C．光电效应实验 D．天然放射现象
7．卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现质子的核反应方程中，n的数值为
A．18 B．17 C．16 D．8
8．下列说法正确的是
A．氢原子从低能级跃迁到高能级时能量减少
B．在核反应中,X为质子
C．若用蓝光照射某金属表面时有电子逸出,则用红光(频率比蓝光的小)照射该金属表面时一定有电子
D．将放射性元素掺杂到其他稳定元素中并大幅降低其温度后,其半衰期减小
9．旅行者一号探测器1977年9月5日发射升空，探测器进行变轨和姿态调整的能量由钚-238做燃料的同位素热电机提供，其中钚-238半衰期长达88年。则旅行者一号探测器运行到2021年9月初时，剩余钚-238的质量与1977年9月的质量比约为
A．0.3 B．0.5 C．0.7 D．0.9
10．中子n轰击锂核Li，轰击后生成氦核He和另一原子核X，则原子核X的中子数为
A．1 B．2 C．3 D．4
11．下列说法中正确的是
A．为了解释光电效应规律，爱因斯坦提出了光子说
B．在完成α粒子散射实验后，卢瑟福提出了原子的能级结构
C．玛丽·居里首先发现了放射现象
D．在原子核人工转变的实验中，查德威克发现了质子
12．以下核反应方程中属于a衰变的是（ ）
A． B．
C． D．
13．下面的各核反应中能产生中子的是
A．用光子轰击，生成物之一为
B．用氘核轰击，生成物之一为
C．用粒子轰击，生成物之一为
D．用质子轰击，生成物之一为
14．某医院利用放射线治疗肿瘤，被利用的放射源必须具备以下两个条件：（1）放出的射线有较强的穿透能力，能辐射到体内肿瘤所在处；（2）能在较长的时间内提供比较稳定的辐射强度．现有四种放射性同位素的放射线及半衰期如表所示．关于在表中所列的四种同位素，下列说法正确的是
同位素 钴60 锶90 锝99 氡222
放射线
半衰期 5年 28年 6小时 3.8天
A．最适宜作为放疗使用的放射源应是钴60
B．最适宜作为放疗使用的放射源应是锶90
C．放射线的电离能力最强的放射源是锝99
D．放射线的电离能力最强的放射源是氡222
15．如图是发现某种粒子的实验，这种新粒子的原子核符号是________，它是由________预言了它的存在，并由查德威克通过实验发现的。
16．自然界里一些放射性重元素往往会发生一系列连续的衰变，形成放射系．图是锕系图．纵坐标N表示________，横坐标Z表示________，从U→Pb有________次α衰变，________次β衰变．
17．是一种常见的反射性元素，它可以衰变成，需要经过多次α衰变和β衰变。
①写出衰变成的核反应方程。
②用波长为300 nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10-19 J。已知普朗克常量为6.63×10-34 J·s，真空中的光速为3.00×108 m·s-1，能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为多少。（结果保留两位有效数字）
18．某静止放射性元素的原子核在磁感应强度B＝2.5T的匀强磁场中发生衰变，轨迹如图所示，测得两圆的半径之比R1:R2＝42:1，且R1＝0.2m．已知α粒子质量mα＝6.64×10－27kg，β粒子质量mβ＝9.1×10－31kg．
(1)判断发生的是何种衰变；
(2)判断衰变前原子核的种类；
(3)求出放出粒子的速度大小．
参考答案
1．B
【解析】
【详解】
根据核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒，可知，解得：；故选B.
2．A
【解析】
由放射性元素放出的β粒子是电子流，故选A.
3．D
【解析】
【详解】
第一次发现原子核的组成中有质子的是人工转变实验,是由卢瑟福发现的，故选D.
4．D
【解析】
【详解】
A、设经x次α衰变和y次β衰变，根据质量数守恒和电荷数守恒得，，解得x=8，y=6，故衰变成要经过6次衰变和8次衰变；故A错误.
B、α射线是速度为0.1c的氦核流，穿透能力最弱；射线的穿透能力最强且速度与光速相当；故B错误.
C、半衰期具有统计规律，只对大量的原子核适用，且半衰期的大小由原子核内部因素决定，与所处的物理环境和化学状态无关；故C错误.
D、衰变放出的电子是来自原子核发生衰变的产物，是中子变成了质子和电子；故D正确.
故选D.
5．C
【解析】
根据光电效应的规律，只要增加入射光的频率，光电效应就可以发生，选项A错误；放射性物质的半衰期与外界因素无关，选项B错误；根据玻尔理论，氢原子从激发态向基态跃迁时会辐射特定频率的光子，选项C正确；α射线是氦核、β射线是高速电子流、γ射线是高速光子流，是电磁波，选项D错误；故选C.
6．A
【解析】
【详解】
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．电子的发现揭示了原子有复杂结构，故B错误；
C．光电效应证明光具有粒子性，故C错误；
D．天然放射现象揭示了原子核有复杂的结构，故D错误；
故选A．
7．B
【解析】
根据核反应中质量数和电荷数守恒可得：n=17，故B正确。
8．B
【解析】
氢原子从低能级跃迁到高能级时需要吸收能量，则能量增加，选项A错误；在核反应中，X的质量数为1，电荷数为1，则X为质子，选项B正确；因红光的频率比蓝光的小，则若用蓝光照射某金属表面时有电子逸出，则用红光照射该金属表面时不一定有电子，选项C错误；外界条件不能改变放射性元素的半衰期，选项D错误；故选B.
9．C
【解析】
【详解】
设1977年9月钚-238的质量为m0，2021年9月钚-238的质量为m
由半衰期公式可得：
所以，故C正确。
故选：C。
10．B
【解析】
【分析】
根据质量数守恒与电荷数守恒即可写出核反应方程.
【详解】
核反应过程中质量数守恒，电荷数也守恒，人工核反应的产物中，其质量数：A=6+1-4=3，核电荷数：z=3+0-2=1，可知另一个核为，故其中子数为3-1=2；核反应方程为：；故选B.
11．A
【解析】
【分析】
【详解】
为了解释光电效应规律，爱因斯坦提出了光子说，选项A 正确；在完成a粒子散射实验后，卢瑟福提出了原子的核式结构理论，选项B错误；首先发现了放射现象的是贝克勒尔，选项C 错误；在原子核人工转变的实验中，查德威克发现了中子，选项D 错误．
12．D
【解析】
【分析】
α衰变是指原子核分裂并只放射出氦原子核的反应过程，根据这一特定即可判断。
【详解】
核反应方程 ，是人工核反应方程，故A错误；核反应方程，是人工核反应方程，是发现质子的核反应方程，属于α衰变，故B错误；核反应方程，释放出一个电子，是β衰变的过程，故C错误；核反应方程，是U原子核分裂并只放射出氦原子核的反应过程，属于α衰变，故D正确。所以D正确，ABC错误。
13．BC
【解析】
【详解】
根据质量数和电荷数守恒可得：A反应中：12=11+1，A中生成正电子；B反应中生成粒子的质量数为2+9-10=1，电荷数4+1-5=0，则B中生成物为中子；C反应中生成粒子的质量数为4+7-10=1，电荷数2+3-5=0，则C中生成物为中子；D中生成物的质量数和电荷数均为0，为光子，BC正确，AD错误；故选BC。
14．AD
【解析】
【分析】
【详解】
钴60放出的射线穿透能力强，半衰期长，选项A正确，B错误；射线电离能力最强，射线的电离能力最弱，氡222放出的是射线，选项C错误，D正确，故选AD．
【点睛】
本题只要知道三种射线的电离与穿透能力关系就可正确解题．
15． 卢瑟福
【解析】
【详解】
[1][2]．如图是发现某种粒子的实验，这种新粒子的原子核符号是，它是由卢瑟福预言了它的存在，并由查德威克通过实验发现的。
16．中子数 质子数 7 4
【解析】
【分析】
根据α衰变的过程中电荷数少2，质量数少4，β衰变的过程中电荷数多1，质量数不变，进行判断．
【详解】
[1][2]因为在衰变的过程中，横坐标不是多1，就是少2，知横坐标为电荷数，即质子数．纵坐标少2或少1，知纵坐标表示中子数．
[3][4]从U→Pb，质子数少10，中子数少18，则质量数少28，由于Pb是不稳定的还会继续衰变的，设经过n次α衰变，m次β衰变，有
4n=28
2n-m=10
解得
n=7，m=4．
【点睛】
解决本题的关键知道衰变的实质，知道衰变的过程中电荷数守恒、质量数守恒．
17．① ②
【解析】
【分析】
【详解】
①发生α衰变是放出42He，发生β衰变是放出电子°-1e，设发生了x次α衰变和y次β衰变，则根据质量数和电荷数守恒有
2x-y+82=92，4x+207=235
解得
x=7，y=4
故衰变过程中共有7次α衰变和4次β衰变。核反应方程为
②根据光电效应方程，光速、波长、频率之间关系为：
将数据，代入上式，则有：
根据据逸出功，得
；
【点睛】
正确解答本题的关键是：理解α、β衰变的实质，正确根据衰变过程中质量数和电荷数守恒进行解题。在学习中要牢记公式以及物理量之间的关系，例如光电效应方程，同时注意逸出功计算时的单位及运算的准确性。
18．(1) α衰变 (2) 氡核 (3) 2.4×107m/s
【解析】
试题分析：通过轨迹圆外切，结合速度的方向和洛伦兹力的方向判断出粒子的带电性质，从而判断出是何种衰变；结合洛伦兹力提供向心力，通过半径公式，动量守恒定律求出衰变后的粒子电荷的比值，从而确定衰变前原子核的电荷数，得出原子核的种类；结合半径公式，求出放出粒子的速度大小．
(1)衰变过程中动量守恒，因初动量为零，故衰变后两粒子动量大小相等，方向相反．粒子轨迹为外切圆，说明两粒子所受的洛伦兹力方向相反，均带正电，故发生的是α衰变．
(2)由动量守恒0＝mv－mαvα，粒子做圆周运动向心力等于洛伦兹力，又qα＝2e，R1:R2＝42:1，由以上关系得该放射性元素的电荷量q＝84e，即衰变前原子核的电荷数为86，是氡核．
(3)因，代入数据可得：vα≈2.4×107m/s．
点睛：本题主要考查了动量守恒定律、粒子在磁场中做圆周运动的半径公式等知识点．
1．卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现质子的核反应方程，n的数值为( )
A．18 B．17 C．16 D．8
2．由放射性元素放出的β粒子是
A．电子 B．氦核 C．光子 D．中子
3．第一次发现原子核的组成中有质子的是
A．光电效应现象 B．天然放射现象 C．α粒子散射实验 D．人工转变实验
4．日本福岛核事故是世界上最大的核事故之一，2019年2月13日首次“触及”到了该核电站内部的核残渣，其中部分残留的放射性物质的半衰期可长达1570万年。下列有关说法正确的是
A．衰变成要经过4次衰变和7次衰变
B．天然放射现象中产生的射线的速度与光速相当，穿透能力很强
C．将由放射性元素组成的化合物进行高温分解，会改变放射性元素的半衰期
D．放射性元素发生衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的
5．关于近代物理发展的成果，下列说法正确的是
A．只要增加人射光的强度，光电效应就可以发生
B．若使放射性物质的温度升高，则其半衰期将减小
C．氢原子从激发态向基态跃迁时会辐射特定频率的光子
D．α射线、β射线、γ射线都是高速电子流
6．下列实验或者事实，揭示了原子具有核式结构的是
A．α 粒子散射实验 B．电子的发现
C．光电效应实验 D．天然放射现象
7．卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现质子的核反应方程中，n的数值为
A．18 B．17 C．16 D．8
8．下列说法正确的是
A．氢原子从低能级跃迁到高能级时能量减少
B．在核反应中,X为质子
C．若用蓝光照射某金属表面时有电子逸出,则用红光(频率比蓝光的小)照射该金属表面时一定有电子
D．将放射性元素掺杂到其他稳定元素中并大幅降低其温度后,其半衰期减小
9．旅行者一号探测器1977年9月5日发射升空，探测器进行变轨和姿态调整的能量由钚-238做燃料的同位素热电机提供，其中钚-238半衰期长达88年。则旅行者一号探测器运行到2021年9月初时，剩余钚-238的质量与1977年9月的质量比约为
A．0.3 B．0.5 C．0.7 D．0.9
10．中子n轰击锂核Li，轰击后生成氦核He和另一原子核X，则原子核X的中子数为
A．1 B．2 C．3 D．4
11．下列说法中正确的是
A．为了解释光电效应规律，爱因斯坦提出了光子说
B．在完成α粒子散射实验后，卢瑟福提出了原子的能级结构
C．玛丽·居里首先发现了放射现象
D．在原子核人工转变的实验中，查德威克发现了质子
12．以下核反应方程中属于a衰变的是（ ）
A． B．
C． D．
13．下面的各核反应中能产生中子的是
A．用光子轰击，生成物之一为
B．用氘核轰击，生成物之一为
C．用粒子轰击，生成物之一为
D．用质子轰击，生成物之一为
14．某医院利用放射线治疗肿瘤，被利用的放射源必须具备以下两个条件：（1）放出的射线有较强的穿透能力，能辐射到体内肿瘤所在处；（2）能在较长的时间内提供比较稳定的辐射强度．现有四种放射性同位素的放射线及半衰期如表所示．关于在表中所列的四种同位素，下列说法正确的是
同位素 钴60 锶90 锝99 氡222
放射线
半衰期 5年 28年 6小时 3.8天
A．最适宜作为放疗使用的放射源应是钴60
B．最适宜作为放疗使用的放射源应是锶90
C．放射线的电离能力最强的放射源是锝99
D．放射线的电离能力最强的放射源是氡222
15．如图是发现某种粒子的实验，这种新粒子的原子核符号是________，它是由________预言了它的存在，并由查德威克通过实验发现的。
16．自然界里一些放射性重元素往往会发生一系列连续的衰变，形成放射系．图是锕系图．纵坐标N表示________，横坐标Z表示________，从U→Pb有________次α衰变，________次β衰变．
17．是一种常见的反射性元素，它可以衰变成，需要经过多次α衰变和β衰变。
①写出衰变成的核反应方程。
②用波长为300 nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10-19 J。已知普朗克常量为6.63×10-34 J·s，真空中的光速为3.00×108 m·s-1，能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为多少。（结果保留两位有效数字）
18．某静止放射性元素的原子核在磁感应强度B＝2.5T的匀强磁场中发生衰变，轨迹如图所示，测得两圆的半径之比R1:R2＝42:1，且R1＝0.2m．已知α粒子质量mα＝6.64×10－27kg，β粒子质量mβ＝9.1×10－31kg．
(1)判断发生的是何种衰变；
(2)判断衰变前原子核的种类；
(3)求出放出粒子的速度大小．
参考答案
1．B
【解析】
【详解】
根据核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒，可知，解得：；故选B.
2．A
【解析】
由放射性元素放出的β粒子是电子流，故选A.
3．D
【解析】
【详解】
第一次发现原子核的组成中有质子的是人工转变实验,是由卢瑟福发现的，故选D.
4．D
【解析】
【详解】
A、设经x次α衰变和y次β衰变，根据质量数守恒和电荷数守恒得，，解得x=8，y=6，故衰变成要经过6次衰变和8次衰变；故A错误.
B、α射线是速度为0.1c的氦核流，穿透能力最弱；射线的穿透能力最强且速度与光速相当；故B错误.
C、半衰期具有统计规律，只对大量的原子核适用，且半衰期的大小由原子核内部因素决定，与所处的物理环境和化学状态无关；故C错误.
D、衰变放出的电子是来自原子核发生衰变的产物，是中子变成了质子和电子；故D正确.
故选D.
5．C
【解析】
根据光电效应的规律，只要增加入射光的频率，光电效应就可以发生，选项A错误；放射性物质的半衰期与外界因素无关，选项B错误；根据玻尔理论，氢原子从激发态向基态跃迁时会辐射特定频率的光子，选项C正确；α射线是氦核、β射线是高速电子流、γ射线是高速光子流，是电磁波，选项D错误；故选C.
6．A
【解析】
【详解】
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．电子的发现揭示了原子有复杂结构，故B错误；
C．光电效应证明光具有粒子性，故C错误；
D．天然放射现象揭示了原子核有复杂的结构，故D错误；
故选A．
7．B
【解析】
根据核反应中质量数和电荷数守恒可得：n=17，故B正确。
8．B
【解析】
氢原子从低能级跃迁到高能级时需要吸收能量，则能量增加，选项A错误；在核反应中，X的质量数为1，电荷数为1，则X为质子，选项B正确；因红光的频率比蓝光的小，则若用蓝光照射某金属表面时有电子逸出，则用红光照射该金属表面时不一定有电子，选项C错误；外界条件不能改变放射性元素的半衰期，选项D错误；故选B.
9．C
【解析】
【详解】
设1977年9月钚-238的质量为m0，2021年9月钚-238的质量为m
由半衰期公式可得：
所以，故C正确。
故选：C。
10．B
【解析】
【分析】
根据质量数守恒与电荷数守恒即可写出核反应方程.
【详解】
核反应过程中质量数守恒，电荷数也守恒，人工核反应的产物中，其质量数：A=6+1-4=3，核电荷数：z=3+0-2=1，可知另一个核为，故其中子数为3-1=2；核反应方程为：；故选B.
11．A
【解析】
【分析】
【详解】
为了解释光电效应规律，爱因斯坦提出了光子说，选项A 正确；在完成a粒子散射实验后，卢瑟福提出了原子的核式结构理论，选项B错误；首先发现了放射现象的是贝克勒尔，选项C 错误；在原子核人工转变的实验中，查德威克发现了中子，选项D 错误．
12．D
【解析】
【分析】
α衰变是指原子核分裂并只放射出氦原子核的反应过程，根据这一特定即可判断。
【详解】
核反应方程 ，是人工核反应方程，故A错误；核反应方程，是人工核反应方程，是发现质子的核反应方程，属于α衰变，故B错误；核反应方程，释放出一个电子，是β衰变的过程，故C错误；核反应方程，是U原子核分裂并只放射出氦原子核的反应过程，属于α衰变，故D正确。所以D正确，ABC错误。
13．BC
【解析】
【详解】
根据质量数和电荷数守恒可得：A反应中：12=11+1，A中生成正电子；B反应中生成粒子的质量数为2+9-10=1，电荷数4+1-5=0，则B中生成物为中子；C反应中生成粒子的质量数为4+7-10=1，电荷数2+3-5=0，则C中生成物为中子；D中生成物的质量数和电荷数均为0，为光子，BC正确，AD错误；故选BC。
14．AD
【解析】
【分析】
【详解】
钴60放出的射线穿透能力强，半衰期长，选项A正确，B错误；射线电离能力最强，射线的电离能力最弱，氡222放出的是射线，选项C错误，D正确，故选AD．
【点睛】
本题只要知道三种射线的电离与穿透能力关系就可正确解题．
15． 卢瑟福
【解析】
【详解】
[1][2]．如图是发现某种粒子的实验，这种新粒子的原子核符号是，它是由卢瑟福预言了它的存在，并由查德威克通过实验发现的。
16．中子数 质子数 7 4
【解析】
【分析】
根据α衰变的过程中电荷数少2，质量数少4，β衰变的过程中电荷数多1，质量数不变，进行判断．
【详解】
[1][2]因为在衰变的过程中，横坐标不是多1，就是少2，知横坐标为电荷数，即质子数．纵坐标少2或少1，知纵坐标表示中子数．
[3][4]从U→Pb，质子数少10，中子数少18，则质量数少28，由于Pb是不稳定的还会继续衰变的，设经过n次α衰变，m次β衰变，有
4n=28
2n-m=10
解得
n=7，m=4．
【点睛】
解决本题的关键知道衰变的实质，知道衰变的过程中电荷数守恒、质量数守恒．
17．① ②
【解析】
【分析】
【详解】
①发生α衰变是放出42He，发生β衰变是放出电子°-1e，设发生了x次α衰变和y次β衰变，则根据质量数和电荷数守恒有
2x-y+82=92，4x+207=235
解得
x=7，y=4
故衰变过程中共有7次α衰变和4次β衰变。核反应方程为
②根据光电效应方程，光速、波长、频率之间关系为：
将数据，代入上式，则有：
根据据逸出功，得
；
【点睛】
正确解答本题的关键是：理解α、β衰变的实质，正确根据衰变过程中质量数和电荷数守恒进行解题。在学习中要牢记公式以及物理量之间的关系，例如光电效应方程，同时注意逸出功计算时的单位及运算的准确性。
18．(1) α衰变 (2) 氡核 (3) 2.4×107m/s
【解析】
试题分析：通过轨迹圆外切，结合速度的方向和洛伦兹力的方向判断出粒子的带电性质，从而判断出是何种衰变；结合洛伦兹力提供向心力，通过半径公式，动量守恒定律求出衰变后的粒子电荷的比值，从而确定衰变前原子核的电荷数，得出原子核的种类；结合半径公式，求出放出粒子的速度大小．
(1)衰变过程中动量守恒，因初动量为零，故衰变后两粒子动量大小相等，方向相反．粒子轨迹为外切圆，说明两粒子所受的洛伦兹力方向相反，均带正电，故发生的是α衰变．
(2)由动量守恒0＝mv－mαvα，粒子做圆周运动向心力等于洛伦兹力，又qα＝2e，R1:R2＝42:1，由以上关系得该放射性元素的电荷量q＝84e，即衰变前原子核的电荷数为86，是氡核．
(3)因，代入数据可得：vα≈2.4×107m/s．
点睛：本题主要考查了动量守恒定律、粒子在磁场中做圆周运动的半径公式等知识点．
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