上海市海滨高中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．某放射性元素经过11.4天有 的原子核发生了衰变，该元素的半衰期为( )
A．11.4天 B．7.6天
C．3.8天 D．2.85天
2．发生放射性衰变成为14N，半衰期约5700年．已知植物存活期间，其体内14C与12C的比例不变；生命活动结束后，14C的比例持续减少．现通过测量得知，某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一．下列说法正确的是 ( )
A．该古木的年代距今约2850年
B．12C、13C、14C具有相同的中子数
C．14C衰变为14N的过程中放出β射线
D．增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变
3．如图所示，放射性元素镭衰变过程中释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强磁场和匀强电场中，下列说法正确的是
A．①④表示α射线，其射出速度最慢但电离能力最弱
B．②⑤表示γ射线，其穿透能力和电离能力都很强
C．②⑤表示γ射线，是由原子核内释放出来的高频电磁波
D．③⑥表示β射线，是高速电子流，可以穿透几毫米厚的铝板
4．以哪位科学家发现了天然发射性现象（ ）
A．汤姆生
B．卢瑟福
C．贝克勒尔
D．居里夫人
5．α射线为（　　）
A．氦原子核
B．电子
C．光子
D．电磁波
6．放射性元素的原子核连续经过三次α衰变和两次β衰变．若最后变成另一种元素的原子核Y，则新核Y的正确写法是( )
A． B． C． D．
7．图中R是一种放射性物质,虚线方框是匀强磁场．LL，是厚纸板，MM，是荧光屏、实验时发现在荧光屏的O、P两点处有亮斑。则此时磁场的方向，到达O点与P点的射线分别是( )
A．向上，β，α
B．向下，α，β
C．由外向里,γ,β
D．由里向外,γ,α
8．放射性元素发生β衰变对，放出一个负电子，该电子是( )
A．核外电子从内层轨道上跃迁出来的
B．核内电子受激发而射出来的
C．核内的一个质子衰变成中子放出来的
D．核内的一个中子衰变成质子放出来的
9．以下说法中正确的是（　　）
A．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时所产生的
B．若使放射物质的温度升高，其半衰期将减小
C．汤姆生通过对阴极射线的研究发现了电子，从而证明了原子核可再分
D．衰变为 的过程中，要经过8次α衰变和10次衰变
10．以下关于物理学史的说法正确的是首发（ ）
A．康普顿的学生，中国留学生吴有训测试了多种物质对X射线的散射，证实了康普顿效应的普遍性；
B．汤姆逊用不同材料的阴极做实验，所得的阴极射线具有相同的比荷，这种粒子后来被称为电子；
C．居里夫妇和贝克勒尔由于对光电效应的研究一起获得了1903年的诺贝尔物理学奖；
D．德国物理学家哈恩和斯特拉斯曼通过中子轰击铀核的实验发现重核裂变．
11．原子核在中子的轰击下一种可能的裂变反应为，则下列叙述正确的是
A．X原子核中含有140个核子
B．X原子核中含有86个中子
C．因为裂变时释放能量，所以裂变后粒子的总质量数增加
D．因为裂变时释放能量，所以裂变后粒子的总质量数减少
12．放射性元素钋（）发生α 衰变，其半衰期是138天，衰变方程为，则下列说法中正确的是（ ）
A．X原子核含有124个中子
B．X原子核含有206个核子
C．γ 射线是由处于激发态的钋核从较高能级向较低能级跃迁时发出的
D．100g的经276天，已衰变的质量为75g
13．下列说法正确的是
A．互感现象是变压器工作的基础
B．麦克斯韦提出了电磁波理论并用实验证实了电磁波的存在
C．α粒子散射实验的结果表明原子核是由质子和中子构成
D．发生β衰变时，元素原子核的质量数不变，电荷数增加1
14．关于近代物理，下列说法正确的是（ ）
A．卢瑟福由α粒子散射实验建立了原子的核式结构模型
B．由可知，衰变后α粒子与钍核的质量之和小于衰变前铀核质量
C．分别用红光和紫光照射金属钾表面均有光电子逸出，红光照射时，逸出的光电子的最大初动能较大
D．基态的一个氢原子吸收一个光子跃迁到n=3激发态后，可能发射3种频率的光子．
15．放射性元素每秒有一个原子核发生衰变时，其放射性活度即为1贝可勒尔．是核电站中核反应的副产物，它可以衰变成，半衰期为8天．福岛核电站泄漏出的放射性物质中就含有，当地政府在某次检测中发现空气样品的放射性活度为本国安全标准值的4倍．则一个核中有____个中子、衰变成时放出的粒子为___粒子．至少经过____天，该空气样品中的放射性活度才会达到本国安全标准值．
16．氡核（）发生衰变后变为钋（），其衰变方程为______，若氡（）经过一系列衰变后的最终产物为铅（），则共经过______次α衰变，______次β衰变．
17．为测定水库的存水量，将一瓶放射性溶液倒入水库中，已知这瓶溶液每分钟衰变8×107次，这种同位素半衰期为2天，10天以后从水库取出1 m3的水，并测得每分钟衰变10次，求水库的存水量为多少？
18．在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于放出一个α粒子，结果得到一张两个相切圆的径迹照片(如图所示)，今测得两个相切圆半径之比r1∶r2＝1∶44.求：
(1)这个原子核原来所含的质子数是多少？
(2)图中哪一个圆是α粒子的径迹？(说明理由)
参考答案
1．D
【解析】
有的原子核发生了衰变，则剩余的质量为原来的；根据半衰期公式：，可得：，所以t=4T=11.4天，T=2.85天.故A，B，C错误，D正确；故选D.
【点睛】
本题考查了有关半衰期的运算，学生要明确剩余质量和衰变前的质量关系并会进行有关运算，即公式的应用，明确半衰期的含义.
2．C
【解析】
设原来的质量为，衰变后剩余质量为M则有，其中n为发生半衰期的次数，由题意可知剩余质量为原来的，故n=1，所以死亡时间为5700年，故A错误；12C、13C、14C具有相同的质子数和不同的中子数，B错误；14C衰变为14N的过程中质量数没有变化而核电荷数增加1，所以是其中的一个中子变成了一个质子和一个电子，所以放出β射线，C正确；放射元素的半衰期与物理环境以及化学环境无关，故D错误．
3．C
【解析】
A、是高速运动的氦核流，带正电，垂直进入匀强电场后，受电场力作用向右⑥偏转转，垂直进入磁场后，受洛伦茨力的作用，向右③偏转，α射线其射出速度最慢但电离能力最强，故A错误。
γ射线不带电，在电场中不偏转⑤，在磁场中不偏转②，其穿透能力最强但电离能力最弱，γ射线是由原子核内释放出来的高频电磁波，故B错误，C正确。
D、β射线是高速电子流，可以穿透几毫米厚的铝板，在电场中受电场力向左④偏转，在磁场中受洛伦茨力向左①偏转，故D错误。
故选：C
4．C
【解析】
汤姆孙研究阴极射线时发现了电子，故A错误；卢瑟福根据粒子散射实验的研究结果，提出原子核式结构模型，故B错误；贝克勒尔发现了天然放射现象，故C正确；居里夫人经过反复试验发现了镭元素，故D错误；故选C。
5．A
【解析】
【详解】
射线是由衰变产生的氦原子核，故A正确，BCD错误；故选A。
6．C
【解析】
【详解】
每进行一次α衰变质量数减少4，电荷数减少2，每进行一次β衰变质量数增加1，电荷数不变，根据质量数守恒和电荷数守恒，得到新核Y的正确写法是，故C正确。故选C。
7．C
【解析】
【详解】
因为α粒子的贯穿本领较小，一张纸即可把它挡住，所以亮斑中不可能有α射线，ABD错误；因为γ射线不带电，所以不受磁场约束，直接打在O点，由左手定则可知，带负电的β射线向下偏转，可知磁场由外向里，故C正确。故选C。
【点睛】
本题考查了三种射线的特点，知道α、β和γ电离本领依次减弱，贯穿本领依次增强，γ射线不带电．
8．D
【解析】
【详解】
在β衰变中放出一个负电子，核内的一个中子转变为质子，同时释放一个电子，故D正确；故选D。
9．A
【解析】
【详解】
β衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时所产生的，故A正确；放射性物质的半衰期与温度无关，故B错误；汤姆生通过对阴极射线的研究发现了电子，从而证明了原子可再分，故C错误；衰变为的过程中，质量数少32，由于1次α衰变，电荷数少2，质量数少4，1次β衰变，质量数不变，电荷数多1，则经过8次α衰变，6次β衰变，故D错误。所以A正确，BCD错误。
10．ABD
【解析】
【详解】
A、康普顿效应说明光具有粒子性，该效应表明光子不仅具有能量，还具有动量，康普顿的学生中国物理学家吴有训测试了多种物质对X射线的散射，证实了康普顿效应的普遍性，故A正确；
B、1897年，英国物理学家汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况断定，它的本质是带负电的粒子流并求出了这种粒子的比荷，这种粒子后来被称为电子，但是电荷量是后来有密立根通过油滴实验测定，故B正确；
C、因为对天然放射现象的研究，居里夫妇和贝克勒尔一起获得了诺贝尔物理学奖，爱因斯坦因光电效应规律的发现而获得诺贝尔物理学奖，故C错误；
D. 德国物理学家哈恩和斯特拉斯曼通过中子轰击铀核的实验发现重核裂变，故选项D正确．
【点睛】
本题考查物理学史，是常识性问题，对于物理学上重大发现、发明、著名理论要加强记忆，这也是考试内容之一．
11．AB
【解析】
【详解】
ABD.设X的原子核中含有x个质子，质量数为y，根据电荷数和质量数守恒有：，，解得，，所以X的中子数为：，故AB正确，D错误；
C.裂变反应过程中质量数守恒，质量数不会增加，裂变过程存在质量有亏损，质量不守恒，故C错误；
故选AB.
12．ABD
【解析】
【详解】
AB、根据电荷数守恒和质量数守恒得，X的电荷数为82，质量数为206，则中子数为206?82=124，故A、B正确；
C、衰变发出的γ放射线是伴随着α衰变产生的，故C错误；
D、根据知100g的经276天，已衰变的质量为75g，故D正确；
故选ABD。
【点睛】
根据电荷数守恒和质量数守恒得出X原子核的电荷数和质量数，从而得出中子数，根据半衰期的公式求衰变的质量。
13．AD
【解析】
【分析】
【详解】
A项：变压器的工作原理是利用互感，故A正确；
B项：麦克斯韦提出了电磁波理论，赫兹通实验证实了电磁波的存在，故B错误；
C项：α粒子散射实验的结果表明原子的核式结构，故C错误；
D项：发生β衰变时，即放出一个电子，根据质量数和电荷数守恒可知，元素原子核的质量数不变，电荷数增加1，故D正确．
故应选AD．
14．AB
【解析】
【分析】
【详解】
A项：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项：由爱因斯坦质能方程可知，衰变后α粒子与钍核的质量之和小于衰变前铀核质量，故B正确；
C项：别用红光和紫光照射金属钾表面均有光电子逸出，由于紫色光的频率大，由：Ekm=hγ-W0可知，紫光照射时，逸出的光电子的最大初动能较大，故C错误；
D项：基态的一个氢原子吸收一个光子跃迁到n=3激发态后，当该原子向地能级跃迁时，可能的途径是：n=3→n=2→n=1，最多能发射2种频率的光子，故D错误．
故应选AB．
15．78 β 16
【解析】
【详解】
质子、中子统称为核子，质量数为质子数与中子数之和，中的质量数为131，因此中子为131-53=78；衰变成时，质量数不变而电荷数增加1，根据质量数和电荷数守恒可知，可知此过程放出粒子为粒子；放射性元素剩余质量与总质量之间的关系为：，经过16天时，即n=2，剩余质量为原来的四分之一．
16． 4 4
【解析】
【分析】
【详解】
根据电荷数守恒、质量数守恒，衰变方程为．设经过了n次α衰变，m次β衰变．有：4n=16，2n-m=4，解得n=4，m=4．
17．2.5×105 m3
【解析】设放射性同位素原有质量为m0,10天后的剩余质量为m，水库存水量为Qm3，由每分钟衰变次数与其质量成正比可得＝，
由半衰期公式得：m＝m0，
由以上两式联立代入数据得
＝＝，
解得水库存水量为Q＝2.5×105 m3.
18．(1)90 (2)见解析
【解析】(1)设衰变后新生核的电荷量为q1，α粒子的电荷量为q2＝2e，它们的质量分别为m1和m2，衰变后的速度分别为v1和v2，所以原来原子核的电荷量q＝q1＋q2.
根据轨道半径公式有＝＝，
又由于衰变过程中遵循动量守恒定律，则m1v1＝m2v2，
以上三式联立解得q＝90e.
即这个原子核原来所含的质子数为90.
(2)因为动量相等，所以轨道半径与粒子的电荷量成反比．所以圆轨道2是α粒子的径迹，圆轨道1是新生核的径迹．