上海市丰华高中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．下列说法正确的是（ ）
A．所有的核反应都具有质量亏损
B．β衰变本质是原子核中一个质子释放一个电子而转变成一个中子
C．光子既具有能量，又具有动量
D．宏观粒子不具有波动性
2．目前核电站所用核燃烧主要是浓缩铀发生裂变反应，一种可能的裂变方程为，则下列说法正确的是
A．X原子核中含有86个中子
B．因为裂变释放能量，出现质量亏损，所以裂变后总质量数减少
C．是天然放射性元素，半衰期约为7亿年，随着地球环境的不断变化，半衰期可能变短
D．现已建成的核电站的能量也有利用热核聚变
3．如图，天然放射源铀发出的一束射线经过匀强电场时分裂成1、2、3三种射线，下列说法正确是
A．三种射线都是带电的粒子流
B．射线1实质是高速的质子流
C．射线3是原子的核外电子电离后形成的电子流
D．三种射线都具有很高的能量，说明原子核是一个能量宝库
4．钴-60（）放射性的应用非常广泛，几乎遍及各行各业。在农业上，常用于辐射育种、刺激增产、辐射防治虫害和食品辐照保藏与保鲜等；在医学上，常用于癌和肿瘤的放射治疗。一个钴-60原子核（）放出一个β粒子（）后衰变成一个镍核（），并伴随产生了γ射线。已知钴-60（）的半衰期为5.27年，该反应中钴核、β粒子（）、镍核（）的质量分别为m1、m2、m3。下列说法正确的是
A．核反应中释放的能量为 （J）
B．核反应中释放出的γ射线的穿透本领比β粒子强
C．若有16个钴-60原子核，经过5.27年后只剩下8个钴-60原子核
D．β粒子是钴原子核外的电子电离形成的
5．物理学家查德威克用α粒子轰击铍核Be，发现了中子，其核反应方程是α+Be→n+X，则Ⅹ的质量数和原子序数分别为
A．9和2 B．9和3 C．12和5 D．12和6
6．2018年中国散裂中子源（CSNS）将迎来验收，目前已建设的3台谱仪也将启动首批实验．有关中子的研究，下列说法正确的是
A．核发生一次α衰变，新核与原来的原子核相比，中子数减少了4
B．一个氘核和一个氚核经过核反应后生成氦核和中子是原子核衰变反应
C．卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子和中子
D．中子和其他微观粒子，都具有波粒二象性
7．下列说法中错误的是(　　)
A．100个经过一个半衰期后可能还剩余50个
B．α、β、γ射线比较，α射线的电离作用最强
C．原子的全部正电荷和全部质量都集中在原子核里
D．由玻尔的原子模型可以推知，氢原子处于激发态，量子数越大，核外电子动能越小
8．下列四个核反应方程式书写正确的是（ ）
A．
B．
C．
D．
9．一放射性原子核X静止在与纸面垂直的匀强磁场中，衰变后产生的原子核Y及粒子的运动轨迹如图，则
A．此次衰变可能为β衰变
B．Y的质子数比X的质子数小4
C．Y的中子数比X的中子数小4
D．轨迹2为Y的运动轨迹
10．下列射线中，穿透本领最强的是（ ）
A．α射线 B．β射线 C．γ射线 D．阴极射线
11．据悉我国第四代反应堆—钍基熔盐堆能源系统(TMSR)研究已获重要突破。该反应堆以钍为核燃料，钍俘获一个中子后经过若干次β衰变转化成铀；轴的一种典型裂变产物是钡和氪，同时释放巨大能量。下列说法正确的是
A．钍核Th有90个中子，142个质子
B．铀核裂变的核反应方程为U+n→Ba+Kr+3n
C．放射性元素衰变的快慢与核内部自身因素无关，由原子所处的化学状态和外部条件决定
D．重核分裂成中等大小的核，核子的比结合能减小
12．下列方程属于原子核人工转变的是（ ）
A． B．
C． D．
13．下列几幅图的有关说法中正确的是
图甲 图乙 图丙 图丁
A．甲图中少数α粒子发生了较大角度偏转，是由于原子的全部正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上
B．乙图中射线丙由 α 粒子组成，每个粒子带两个单位正电荷，射线乙不带电，是高速运动的中子流
C．丙图中强黄光和弱黄光曲线交于 U 轴同一点，说明发生光电效应时最大初动能与光的强度无关
D．丁图为粒子通过气泡室时的照片，通过照片可以分析粒子的动量、能量及带电情况
14．以下说法正确的
A．一种元素具有放射性，与它是以单质还是化合物存在有关
B．（碳14）衰变可以用来进行物质年代的测定
C．普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一
D．卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子和中子
15．（1）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_____________。他所根据的实验是_______________
（2）写出下列两个核反应的反应方程（铝核）俘获一个粒子后放出一个中子：____________；粒子轰击（氮核）放出一个质子：_______________________.
16．2012年9月25日我国首艘航母“辽宁舰”正式服役．可控核反应堆是驱动航空母舰的理想设备，其工作原理是利用重核裂变反应释放出大量核能获得动力．是若干核反应的一种，其中为中子，X为待求粒子，y为X的个数，则X是__________________(填“质子”“中子”或“电子”)，y=__________________．
17．测得某矿石中铀、铅的质量之比,假设开始时矿石只含有铀238,发生衰变的铀238全部变成铅206,已知铀的半衰期年,求矿石的年龄。
18．在微观领域，动量守恒定律和能量守恒定律依然适用．在轻核聚变的核反应中，两个氘核（）以相同的动能E0做对心碰撞，该反应中释放的核能为△E，假设释放的核能全部转化为氦核（）和另一种粒子的动能．
①写出核反应方程式；
②在上述轻核聚变的核反应中生成的氦核和另一种粒子的动能各是多少？
参考答案
1．C
【解析】
【详解】
由结合能图象可知，只有较重的原子核裂变成中等质量的原子核或较轻的原子核聚变为中等质量的原子核时才有能量释放，具有质量亏损，选项A错；β衰变本质是原子核中一个中子释放一个电子而转变成一个质子，B错；光子作为一种粒子，具有质量、能量和动量，选项C正确；无论是宏观粒子还是微观粒子，都同时具有粒子性和波动性，选项D错。
2．A
【解析】
【详解】
由核反应方程的质量数守恒和电荷数守恒可知：X原子核中含有92-38=54个质子，质量数为235+1-94-2=140个，中子数是140-54=86个；故A正确；因为裂变释放能量，出现质量亏损，所以裂变后总质量减小，但是质量数不变，选项B错误；半衰期与外界因素无关，选项C错误；现已建成的核电站的能量都是利用重核裂变反应，选项D错误；故选A.
3．D
【解析】
A,2射线是不带点的电磁波.
B,1射线是带正电的氦核流；
C,3射线是带负电的电子流；这些电子是原子核内的中子发生变化生成质子和电子，电子被释放出来
4．B
【解析】
计算出反应前后的质量亏损，根据E=mc2计算放出的能量；γ射线的穿透本领比β粒子强；半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少数原子核衰变不适应；根据β衰变的本质回答选项D.
【详解】
该反应的质量亏损为（m1-m2-m3），则根据质能方程可知，反应放出的能量为（m1-m2-m3）c2，选项A错误；核反应中释放出的γ射线的穿透本领比β粒子强，选项B正确；半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少数原子核不适应，选项C错误；β粒子是钴原子核内的中子转变为质子时放出的负电子，选项D错误；故选B.
5．D
【解析】
【分析】
根据“核反应方程 ”可知，本题考查原子核的反应类型，根据质量数守恒和核电荷数守恒判断生成物分析推断.
【详解】
由质量数守恒和核电荷数守恒知，X的质量数为4+9-1=12，原子序数为2+4-0=6；故选D.
【点睛】
人工核转变是指通过人工技术（射线，激光，粒子撞击等手段）是原子发生反应；典型的人工核转变是三大发现的核反应.
6．D
【解析】
【分析】
依据质量数与质子数守恒，裂变是较重的原子核分裂成较轻的原子核的反应；卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型；所有粒子都具有波粒二象性，即可求解；
【详解】
A、α衰变的本质是发生衰变的核中减小2个质子和2个中子形成氦核，所以一次α衰变，新核与原来的核相比，中子数减小了2，故A错误；
B、裂变是较重的原子核分裂成较轻的原子核的反应，而该反应是较轻的原子核的聚变反应，故B错误；
C、卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型，查德威克通过α粒子轰击铍核获得碳核的实验发现了中子，故C错误；
D、所有粒子都具有波粒二象性，故D正确；
故选D。
7．C
【解析】
【分析】
放射性元素的半衰期具有统计规律；α、β、γ射线电离能力逐渐减弱，穿透能力逐渐增强；原子核中集中了全部正电荷和几乎全部质量；根据库仑引力提供向心力，得出轨道半径与动能的关系，从而判断出量子数变大，核外电子动能的变化．
【详解】
A. 放射性元素的半衰期具有统计规律，对大量的原子核适用。故A正确；
B.?α、β、γ射线比较，α射线的电离作用最强，穿透能力最弱。故B正确；
C. 原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，因为电子也有质量。故C错误。
D. 由玻尔的原子模型可以推知，氢原子处于激发态，量子数越大，轨道半径越大，根据知，电子的动能越小。故D正确。
本题选择错误答案，故选：C
8．C
【解析】
【分析】
核反应前和反应后的质量数和电荷数守恒．
【详解】
A项：为发现质子的人工转变方程，但质量数不守恒，故A错误；
B项：钠的质子数为11，失去电子是核外电子变化不是核反应方程式，故B错误；
C项：是核反应方程，且质量数和电荷数守恒，故C正确；
D项：质量数不守恒，故D错误．
故选C．
【点睛】
本题考查了核反应方程的分析判断，要注意反应前后质量数和电荷数要守恒．
9．D
【解析】
【分析】
静止的放射性原子核发生了衰变放出粒子后，新核的速度与粒子速度方向相反，由外切圆可知，原子核发生了衰变．衰变前后，动量守恒，衰变后的粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力可得半径公式，结合轨迹图分析解答即可
【详解】
A．衰变瞬间粒子和原子核Y速度方向相反，根据轨迹图可知，两者在切点处受到的洛伦兹力方向相反，而两者处于同一磁场中，根据左手定则可判断出两者带同种电荷，即X发生大的是衰变，选项A错误；
BC．Y质子数比X质子数小2，Y的中子数比X的中子数小2，选项BC错误；
衰变过程遵循动量守恒定律，可得粒子和Y的动量大小相等，方向相反，结合可D．得电荷量越大，运动半径越小，故轨迹2为Y的运动轨迹，故选项D正确。
【点睛】
本题中原子核衰变过程类似于爆炸，遵守动量守恒和能量守恒，应用半径和周期公式解决
10．C
【解析】
【分析】
【详解】
放射性元素放出的三种射线中，γ射线的穿透本领最强，电离本领最弱，故选C.
11．B
【解析】
【分析】
根据质量亏损，结合爱因斯坦质能方程求出释放的能量。铀核裂变放出的能量很高，反应前后质量数守恒，有质量亏损。
【详解】
A项：钍核有90个质子，142个中子，故A错误；
B项：根据反应前后质量数守恒，电荷数守恒可知，故B正确；
C项：根据半衰期的特点可知，放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系，故C错误；
D项：较重的核分裂成中等质量大小的核或较轻的核合并成中等质量大小的核的过程中会释放一定的能量，所以核子的比结合能都会增加，故D错误。
故选：B。
【点睛】
解决本题的关键知道核反应前后质量数守恒，在重核裂变的过程中有质量亏损，向外放出能量。
12．D
【解析】
【详解】
A反应放出电子，属于β衰变方程；
B是聚变反应；
C反应放出α粒子，属于α衰变方程；
D属于原子核的人工转变方程；
故选D.
13．ACD
【解析】
甲图中少数α粒子发生了较大角度偏转，是由于原子的全部正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上，选项A正确；乙图中射线丙向右偏转，由左手定则可知，它由 α 粒子组成，每个粒子带两个单位正电荷；射线乙不偏转，故不带电，是高速运动的光子流，选项B错误；根据eU截=mvm2=hγ-W，当强黄光和弱黄光曲线交于U轴同一点，说明发生光电效应时最大初动能与光的强度无关，只与光的频率有关，故C正确．由图和根据玻尔理论知道，通过照片可以分析粒子的动量、能量及带电情况．故D正确．故选ACD.
14．BC
【解析】
【详解】
一种元素具有放射性，与它是以单质还是化合物存在无关，选项A错误；根据放射性元素的剩余质量公式：可使用 14C（碳14）衰变进行物质年代的测定，选项B正确；普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一，选项C正确；卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构理论，选项D错误；故选BC.
15．卢瑟福 α粒子散射实验
【解析】
【详解】
（1）[1][2]．最先提出原子有核模型的科学家是卢瑟福。他所根据的实验是α粒子散射实验；
（2）[3]．（铝核）俘获一个粒子后放出一个中子：；
[4]．粒子轰击（氮核）放出一个质子：
16．中子 3
【解析】
【详解】
略
17．4.5×109（年）
【解析】设矿石的年龄为，开始时矿石中的铀原子核的个数为。经过时间后的铀原子核的个数为,由题意有：；已经衰变的铀原子核的个数即为生成的铅原子核的个数，设经过时间后，生成的铅原子核的个数为，有；由题意可知：
解得： (年)
18．（1）或 （2）；
【解析】或
②根据核反应中系统的能量守恒，有，
根据核反应中系统的动量守恒，有
可知： ，解得，
点睛：在核反应中遵循的物理规律是动量守恒和能量守恒，所以要根据这两点知识求解本题待求量。