上海市甘泉高中2019-2020学年高中物理沪科版选修3-5：从原子核到夸克 综合复习题（含解析）

从原子核到夸克
1．关于原子和原子核的结构，下列说法正确的是（ ）
A．汤姆逊发现了电子，并测量出了电子的电量，从而认识到原子是可以分割的，是由更小的微粒组成的
B．卢瑟福通过粒子散射实验得到这样的结论：电子在库仑力的作用下绕原子核做圆周运动，并且电子的轨道是量子化的
C．卢瑟福通过实验验证了质子和中子的存在，质子和中子是原子核的组成部分，统称为核子
D．玛丽居里夫妇发现了天然放射性元素镭，约里奥居里夫如发现了人工放射性同位素
2．核反应方程式Be+HeC+X中的X表示
A．质子 B．电子 C．光子 D．中子
3．PET（正电子发射型计算机断层显像）的基本原理是：将放射性同位素注入人体，参与人体的代谢过程．在人体内衰变放出正电子，与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清晰的图象．根据PET原理，下列说法正确的是（ ）
A．衰变的方程式为
B．将放射性同位素注入人体，的主要用途作为示踪原子
C．一对正负电子湮灭后也可能只生成一个光子
D．PET中所选的放射性同位素的半衰期应较长
4．在医疗技术中有时需要利用放射线治疗肿瘤，所用的放射源必须具备以下两个条件：（1）放出的放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。
同位素 钋210 锶90 锝99 钴60
放射线 α β γ γ
半衰期 138天 28年 6小时 5年
上表给出了四种放射性同位素的放射线及半衰期，在表中所列的四种同位素中，最适宜作为放疗使用的放射源应是
A．钋210 B．锶90 C．锝99 D．钴60
5．物理学家通过对实验的深入观察和研究，获得正确的科学认知，推动物理学的发展，下列说法符合事实的是（ ）
A．光电效应说明光具有粒子性，康普顿效应说明光具有波动性
B．卢瑟福用人工转变的方法，发现了质子并预言了中子的存在
C．玻尔的原子理论成功地解释了原子发光的规律
D．贝克勒尔通过对天然放射现象的研究，发现了原子中存在原子核
6．下列说法中不正确的是（ ）
A．天然放射现象的发现揭示了原子核有复杂的结构
B．、和三种射线，射线的穿透力最强
C．衰变成要经过6次衰变和8次衰变
D．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
7．关于物质的放射性，下列说法正确的是（ ）
A．α、β和γ射线都是电磁波
B．、和三种射线中，射线的穿透能力最强
C．天然放射现象中产生的射线都能在电场中发生偏转
D．发生β衰变时原子核放出电子，说明电子是原子核的组成部分
8．下列说法正确的是
A．太阳内部发生的核反应是重核裂变
B．光电效应说明光具有粒子性、康普顿效应说明光具有波动性
C．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，由于电子的动能减少，所以原子总能量减少
D．碳14的半衰期为5730年，若测得一古生物遗骸中碳14含量只有活体中的1/8，则此遗骸距今约有17190年
9．铀238吸收中子后变成铀239，铀239是不稳定的，经过两次β衰变，变成钚239，则钚239核相比于铀239核（ ）
A．少2个核子 B．少2个质子
C．少2个中子 D．少2个电子
10．天然放射现象的发现，证明了原子核具有复杂的结构。关于原子核，下列说法正确的是
A．β射线是原子的核外电子电离后形成的电子流
B．某原子核经过一次α衰变后，核内质子数减少4个
C．增大压强不能改变原子核衰变的半衰期
D．α射线的贯穿作用很强，可用来进行金属探伤
11．下列说法正确的是
A．处于n=3激发态的一个氢原子回到基态时一定会辐射三种频率的光子
B．α射线的穿透能力比γ射线强
C．β衰变中的电子来自原子的内层电子
D．放射性元素的半衰期与压力、温度无关
12．下列关于放射性现象的说法中，正确的是(　　)
A．单质的铀238与化合物中铀238的半衰期是相同的
B．原子核发生α衰变时，生成核与α粒子的总质量等于原来的原子核的质量
C．原子核发生β衰变时，生成的新核的质量数比原来的原子核的质量数多1
D．原子核发生α衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了4
13．下列说法正确的是( )
A．贝克勒尔发现了天然放射现象，并提出了原子的核式结构
B．用加温或加压的方法能改变原子核衰变的半衰期
C．某原子核经过一次α衰变后，核内质子数减少2个
D．β射线是原子的核外电子电离后形成的电子流
14．中微子是一种不带电、质量很小的粒子．早在1942年我国物理学家王淦昌首先提出证实中微子存在的实验方案．静止的铍核(Be)可能从很靠近它的核外电子中俘获一个电子(动能忽略不计)形成一个新核并放出中微子，新核处于激发态，放出γ光子后回到基态．通过测量新核和γ光子的能量，可间接证明中微子的存在．则________．
A．产生的新核是锂核(Li)
B．反应过程吸收能量
C．中微子的动量与处于激发态新核的动量大小相等
D．中微子的动能与处于激发态新核的动能相等
15．Li核是不稳定的，它会分裂成为一个α粒子和X粒子，其中X粒子是_________________，该过程是__________（选填吸收，放出）能量过程.
16．在β衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出。中微子的性质十分特别，因此在实验中很难探测.1953年，莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用中微子与水中的核反应，间接地证实了中微子的存在。
（1）中微子与水中的发生核反应，产生中子（）和正电子（），即中微子+→+可以判定，中微子的质量数和电荷数分别是_______。（填写选项前的字母）
A．0和0 B．0和1 C．1和0 D．1和1
（2）上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体后，可以转变为两个光子（γ），即+→2γ正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子，原因是________。
（3）试通过分析比较，具有相同动能的中子和电子的物质波波长的大小。λn_____λe（填“＞”“＜”或“＝”）
17．如下一系列核反应是在恒星内部发生的。
p＋―→ ―→＋e＋＋ν
p＋―→ p＋―→
―→＋e＋＋ν P＋―→＋α
其中p为质子，α为α粒子，e＋为正电子，ν为中微子，已知质子的质量为mp＝1.672 648×10－27kg，α粒子的质量为mα＝6.644 929×10－27kg, 正电子的质量为me＝9.11×10－31kg，中微子的质量可忽略不计，真空中的光速c＝3.00×108m/s，试计算该系列核反应完成后释放的能量。
18．天文观测表明,几乎所有远处的恒星（或星系）都在以各自的速度背离我们而运动,离我们越远的星体,背离我们运动的速度（称为退行速度）越大;也就是说,宇宙在膨胀。星体的退行速度v和它们离我们的距离r成正比,即v=Hr。式中H为一常量,称为哈勃常数,已由天文观察测定。为解释上述现象,有人提出一种理论,认为宇宙是从一个大爆炸的火球开始形成的。假设大爆炸后各星体以不同的速度向外匀速运动,并设想我们就位于其中心,则速度越大的星体现在离我们越远。这一结果与上述天文观测一致。
（1）由上述理论和天文观测结果,可估算宇宙年龄T,其计算式是什么?
（2）根据观测,哈勃常数H=3×10-2米/（秒·光年）,其中光年是光在一年中行进的距离,由此估算宇宙的年龄约为多少年?
参考答案
1．D
【解析】
【分析】
本题比较简单考查了学生对物理学史的了解情况，在物理学发展的历史上有很多科学家做出了重要贡献，大家熟悉的汤姆孙、卢瑟福、查德威克等，在学习过程中要了解、知道这些著名科学家的重要贡献。
【详解】
A、汤姆逊发现了电子，美国物理学家罗伯特密立根通过油滴实验测量出电子的带电量，故A错误。
B、卢瑟福通过对粒子散射实验的研究确立了原子的核式结构模型，认为电子在库仑力的作用下绕原子核做圆周运动；波尔认为氢原子能级是分立的，即电子的轨道是量子化的。故B错误。
C、1919年英国物理学家卢瑟福通过对粒子轰击氮原子核实验的研究，首次完成了人工核转变，发现了质子，并猜测“原子核是由质子和中子组成的”；查德威克通过原子核人工转变的实验发现了中子。故C错误。
D、玛丽居里夫妇发现了天然放射性元素镭，约里奥居里夫如发现了人工放射性同位素。故D正确。
故选：D。
【点睛】
物理学史也是高考考查内容之一。对于著名物理学家、经典实验和重要学说一定要记牢，不能张冠李戴
2．D
【解析】
核反应方程式遵循电荷数守恒和质量数守恒，设X的质量数为，电荷数为，则有，，可得，，所有对应得粒子是中子，选项D对．
3．B
【解析】
由质量数守恒和电荷数守恒得：的衰变的方程式是，故A正确；将放射性同位素注入人体，的主要用途作为示踪原子，故B正确；正负电子湮灭生成两个光子，故C错误；氧在人体内的代谢时间不长，因此PET中所选的放射性同位素的半衰期应较短，故D错误；故选AB．
4．D
【解析】
AB：射线、射线的穿透能力不强。放射源必须放出的放射线有较强的穿透能力，能辐射到体内肿瘤所在处。故AB两项错误。
CD：放射源必须能在较长的时间内提供比较稳定的辐射强度。锝的半衰期是6小时，钴的半衰期是5年。故C项错误，D项正确。
5．B
【解析】
A. 光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性，故A错；
B、卢瑟福用人工转变的方法，发现了质子并预言了中子的存在，故B正确；
C、波尔的原子理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律，而不是原子发光的规律，故C错误；
D、卢瑟福通过粒子的散射发现了原子中存在原子核，故D错误；
故选B
点睛：本题是物理学史问题，根据爱因斯坦、卢瑟福、波尔等科学家的成就进行解答．
6．B
【解析】
【详解】
A、天然放射现象的发现揭示了原子核有复杂的结构。A正确；
B、射线的电离能力最强，穿透能力最弱；B错误。
C、由质量数守恒与核电荷数守恒得：设经过m次衰变，n次衰变，
，，解得：，C正确；
D、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。D正确；故本题选B。
7．B
【解析】A、α、β是粒子，不是电磁波，γ射线是电磁波，故A错误；
B、、和三种射线中，射线的穿透能力最强，故B正确；
C、由于不带电，天然放射现象中产生的射线在电场中不偏转，故C错误；
D、β粒子是原子核衰变时由中子转化而来，不能说明原子核中含有电子，故D错误；
故选B。
8．D
【解析】
太阳内部发生的核反应是轻核聚变，A错误；光电效应与康普顿效应都说明光具有粒子性，光 的干涉与衍射才说明光具有波动性，B错误；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需要吸收一定的能量，所以原子总能量增加，C错误；测得一古生物遗骸中的含量只有活体中的，知经过了3个半衰期，则此遗骸距今约有5730×3=17190年，D正确。
9．C
【解析】
铀239是不稳定的，经过两次衰变，变成钚239，质量数不变，电荷数多2，即质子数多2，可知中子数少2．同位素的电荷数相同，质量数不同，故C正确，ABD错误．故选C.
【点睛】发生衰变，质量数不变，电荷数多1，质量数等于质子数加上中子数．
10．C
【解析】
A、β射线是原子核内的中子转化为质子同时生成一个电子形成的．故A错误；B、α衰变是原子核自发放射α粒子的核衰变过程．α粒子是电荷数为2、质量数为4的氦核He．质子数等于电荷数2，所以“核内质子数减少4个”是错误的，则B错误；C、原子核的半衰期有其自身决定，与所处的物理、化学等外界环境无关，故改变压强不能改变半衰期，C正确；D、γ射线的贯穿作用很强，可用来进行金属探伤，α射线的电离本领最强，D错误。故选C.
【点睛】该题考查半衰期的特点，衰变的实质和三种射线的性质等多个知识点的内容，解答的关键是正确理解半衰期的意义，理解半衰期是大量放射性原子衰变的统计规律．
11．D
【解析】
处于n=3的一个氢原子回到基态时可能会辐射一种频率的光子，或两种不同频率的光子，处于n=3的“一群”氢原子回到基态时会辐射三种频率的光子，故A错误；α射线的穿透能力最弱，电离本领最强，故B错误；β衰变中的电子来自原子内部的中子转化为质子同时释放出一个电子．故D错误；放射性元素的半衰期与压力、温度无关，故D正确。所以D正确，ABC错误。
12．A
【解析】
A、半衰期是对大量放射性元素的统计规律，是由元素本身决定，与原子核所处环境、状态无关，故A正确；
B、原子核发生衰变时，要释放能量，故质量要发生亏损，故B错误；
C、原子核发生衰变后电荷数增加1，质量数不变，故C错误；
A、衰变时，电荷数少2，质量数少4，核子数少4，故中子数少2，故D错误。
点睛：本题要注意半衰期的定义以及有关半衰期运算，要明确α衰变，β衰变的实质，知道生成的新核的电荷数、质量数、中子数。
13．C
【解析】
贝克勒尔发现了天然放射现象，说明了原子核可以再分，具有复杂的结构．故A错误；用加温或加压的方法不能改变原子核衰变的半衰期，选项B错误；α衰变放出的氦核，则某原子核经过一次α衰变后，核内质子数减少2个，选项C正确； β射线是原子核内的中子转化为质子时放出的电子，形成的电子流，选项D错误；故选C.
14．AC
【解析】
根据题意可知发生的核反应方程为：，所以产生的新核是锂核，反应过程放出能量，故A正确，B错误；根据动量守恒可知中微子的动量与处于激发态新核的动量大小相等，方向相反，故C正确；因为中微子的动量与处于激发态新核的动量大小相等，因为质量不等，根据，可知中微子的动能与处于激发态新核的动能不相等，故D错误．所以AC正确，BD错误．
15．质子 放出
【解析】
【详解】
核反应过程遵守质量数守恒和电荷数守恒，核反应方程可为，所以粒子是质子，核反应过程质量亏损，该过程是放出能量过程；
16．A 要遵循动量守恒 ＜
【解析】
【详解】
（1）根据质量数守恒、电荷数守恒，知中微子的质量数和电荷数为0和0．故A正确，BCD错误。
（2）正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子，因为要遵循动量守恒。
（3）EK＝mv2，P=mv，联立两式得，粒子的动量。
物质波的波长，由于中子和电子的动能相等，中子的质量大于电子的质量，所以中子的波长小于电子的波长。
17． 3.95×10－12J
【解析】为求出系列反应后释放的能量，将题中所给的诸核反应方程左右两侧分别相加，消去两侧相同的项，系统反应最终等效为
4p―→α＋2e＋＋2ν
设反应后释放的能量为Q，根据质能关系和能量守恒得
4mpc2＝mαc2＋2mec2＋Q
代入数值可得
Q＝3.95×10－12J
18．（1）T= （2）1×1010年
【解析】（1）由于爆炸后各星体做的是匀速运动,令宇宙年龄为T,则星球现距我们的距离为r=vT=HrT,得:T=。
（2）T==1×1010年。