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

从原子核到夸克
1．原子核 表示（）
A．核外有90个电子 B．核内有234个质子
C．核内有144个中子 D．核内有90个核子
2．下列说法中正确的是
A．碘131(即)核不稳定，会发生β衰变，其半衰期为8天，经过8天后，30个放射性碘131衰变的个数一定是15个
B．用某种单色光照射容器中大量处于n=2能级的氢原子，氢原子吸收这种关子后，能发出波长分别为、、的三种光子(),则照射光关子的波长为
C．α射线，β射线，γ射线本质上都是电磁波，且γ射线的波长最短
D．当某种单色光照射某金属表面时，能产生光电效应，则入射光的波长越大，产生的光电效应的最大初动能越大
3．关于天然放射现象，下列叙述正确的是（ ）
A．若使放射性物质的温度升高，其半衰期将缩短
B．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时产生的
C．β衰变所释放的电子是原子核外的电子电离形成的
D．α、β、γ三种射线中，γ射线的穿透力最强，电离本领最强
4．核X经过α衰变后变为核Y，再经过β衰变后变为核Z，即，下列关系中不正确的是（ ）
A．a=e+4 B．c=e C．d=f－1 D．b=f＋2
5．有三种射线，射线1很容易穿透黑纸，速度接近光速；射线2可穿透几十厘米厚的混凝土，能量很高；用射线3照射带电的导体，可使电荷很快消失．则下列判断正确的是（ ）
A．1是α射线，2是β射线，3是γ射线
B．1是γ射线，2是α射线，3是β射线
C．1是β射线，2是γ射线，3是α射线
D．1是γ射线，2是β射线，3是α射线
6．有甲、乙两种放射性元素，它们的半衰期分别是15天、30天，开始时二者质量相等，经过60天后，这两种元素的质量之比为（ ）
A．1：2 B．1：4 C．1：8 D．1：16
7．三个原子核X、Y、Z，X核放出一个正电子后变为Y核，Y核与质子发生核反应后生成Z核并放出一个氦（He），则下面说法正确的是（ ）
A．X核比Z核多一个质子
B．X核比Z核少一个中子
C．X核的质量数比Z核质量数大3
D．核与Z核的总电荷是Y核电荷的3倍
8．据媒体报道，叛逃英国的俄罗斯前特工利特维年科在伦敦离奇身亡．英国警方调查认为毒杀利特维年科的是超级毒药——放射性元素钋（）．若元素钋发生某种衰变，其半衰期是138天，衰变方程为→＋Y＋，则下列说法正确的是（ ）
A．该元素发生的是β衰变
B．Y原子核含有2个核子
C．γ射线是衰变形成Y原子核释放的
D．200 g的经276天，已发生衰变的质量为150 g
9．在下列4个核反应方程中，X表示质子的是（ ）
A．
B．
C．
D．
10．原来都静止在同一匀强磁场中放射性元素原子核的衰变示意图，运动方向都与磁场方向垂直．图中a、b分别表示各粒子的运动轨迹，大小圆的半径之比是45:1．下列说法中正确的是
A．磁场方向一定为垂直纸面向里
B．这可能是发生了β衰变
C．这可能是发生衰变
D．这可能是发生衰变
11．如图所示，静止的核发生 衰变后生成反冲核，两个产物都在垂直于它们的速度方向的匀强磁场中做匀速圆周运动，下列说法错误的是：(　 　)
A．衰变方程可表示为
B．Th核和粒子的圆周轨道半径之比为1:45
C．Th核和粒子的动能之比为1:45
D．Th核和粒子在匀强磁场中旋转的方向相同
12．下列关于图的说法中正确的是

A．原子中的电子绕原子核高速运转时，运行轨道的半径是任意的
B．发现少数α粒子发生了较大偏转，说明原子的质量绝大部分集中在很小的空间范围
C．光电效应实验说明了光具有波动性
D．射线甲由α粒子组成，每个粒子带两个单位正电荷
13．下列说法正确的是( )
A． 经过6次α衰变和4次β衰变后，成为稳定的原子核
B．发现中子的核反应方程为
C．γ射线一般伴随着α或β射线产生，在这三种射线中γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱
D．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，电子的动能减小，电势能增大，原子能量减小
14．下列说法正确的是( )
A．方程式 是重核裂变反应方程
B．光电效应和康普顿效应都说明光具有粒子性
C．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子时所产生的
D．德布罗意首先提出了物质波的猜想，而电子衍射实验证实了他的猜想
15．质子数为________，中子数为________．
16．一小瓶含有某种放射性同位素的溶液，它每分钟衰变6 000次．将他注射到一个病人的血液中，经过15小时，从病人身上取出10 cm3的血样，测得每分钟衰变2次．已知这种同位素的半衰期是5小时，试根据上述数据，计算人体血液的总体积．
17．已知镭的原子序数是88，原子核的质量数是226，问：
(1)镭核中有几个质子？几个中子？
(2)镭核所带电荷量是多少？
(3)若镭原子呈电中性，它核外有几个电子？
(4)22888Ra是镭的一种同位素，让22688Ra和22888Ra核以相同速度垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中，它们运动的轨迹半径之比是多少？
18．两种质量相等，半衰期分别为T1和T2的放射性元素A、B，经过t=T1·T2时间后，这两种元素的剩余质量之比为多少?
参考答案
1．C
【解析】
【详解】
原子核其中234是质量数，90是电荷数，所以Th内有90个质子，中子数234-90=144个，质子和中子统称为核子，所以核内有234个核子．
A．核外有90个电子，与结论不相符，选项A错误；
B．核内有234个质子 ，与结论不相符，选项D错误；
C．核内有144个中子，与结论相符，选项C正确；
D．核内有90个核子，与结论不相符，选项D错误；
故选C。
2．B
【解析】
半衰期是对大量原子核的一个统计规律，对少数粒子不适用，故A错误；处于激发态的氢原子并不稳定，能够自发向低能级跃迁并发射光子，氢原子只发出三种不同频率的色光，知氢原子处于n=3能级。所以某种单色光照射容器中大量处于n=2能级的氢原子，跃迁到氢原子处于n=3能级。氢原子吸收这种光子后，能发出波长分别为λ1、λ2、λ3，的三种光子，（λ1＞λ2＞λ3）根据光子频率v=得光子波长越小，频率越大。显然从n=3直接跃迁到n=2能级时辐射光子的能量等于入射光子的能量，故入射光子的能量E=hv1，所以照射光光子的波长为λ1．故B正确；α射线是氦核，β射线是高速运动的电子，只有γ射线本质上是电磁波。故C错误；根据光电效应方程：Ekm＝?W0，可知能产生光电效应时，入射光的波长越大，产生的光电效应的最大初动能越小。故D错误。故选B.
3．B
【解析】
放射性元素的半衰期与温度无关，故A错误．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时产生的，故B正确，C错误．α、β、γ三种射线中，γ射线的穿透力最强，电离本领最弱．故D错误．故选B．
4．D
【解析】
经过一次α衰变，电荷数少2，质量数少4，经过一次β衰变，电荷数多1，质量数不变，则a=e+4，c=e；b=f+1，d=f-1．故ABC正确，D错误．本题选择不正确的，故选D.
【点睛】
解决本题的关键知道在衰变方程中电荷数守恒、质量数守恒．知道α衰变和β衰变的衰变特点.
5．C
【解析】
射线1很容易穿透黑纸，速度接近光速，说明射线1是β射线；射线2可穿透几十厘米厚的混凝土，能量很高，结合γ射线的穿透本领特别强可知2是γ射线；用射线3照射带电的导体，可使电荷很快消失，结合α射线的电离本领强可知3射线是α射线。故C正确，ABD错误。
6．B
【解析】
根据半衰期的定义，经过t=60天时间，甲乙分别经过了4个和2个半衰期，则两种元素的质量之比，故选B.
【点睛】
知道半衰期的意义，经过一个半衰期，就有一半质量的物质衰变，并能加以定量计算．
7．C
【解析】
设原子核X的质量数为x，电荷数为y，根据质量数守恒和电荷数守恒，可得原子核Y的质量数为x，电荷数为y-1，原子核Z的质量数为x-3，电荷数为y-2．由此可得X核的质子（y）比Z核的质子（y-2）多2个，故A错误；由A可得X核的中子（x-y）比Z核的中子（x-y-1）多1个，故B错误；X核的质量数（x）比Z核的质量数（x-3）多3个，故C正确；X核与Z核的总电荷（2y-2）是Y核电荷（y-1）的2倍，故D错误．故选C．
8．D
【解析】
A. 根据衰变方程为→＋Y＋可知，Y是，属于α衰变，而γ射线是伴随着α衰变产生的，故A错误，C错误；
B. 根据电荷数守恒和质量数守恒得，Y的电荷数为2，质量数为4，则核子数为4.故B错误；
D. 根据m=知，200g的经276天，已衰变的质量为150g，故D正确。
故选：D
9．C
【解析】
A中x质量数0，电荷数1，表示正电子；B中x质量数为4，电荷数为2，表示α粒子；C中x质量数1，电荷数1，表示质子；D中x质量数1，电荷数0，表示中子，故ABD错误，C正确．故选C．
【点睛】
本题比较简单，考查了核反应方程中的质量数和电荷数守恒的应用．
10．C
【解析】
AB．根据动量守恒定律可知，衰变后的两个粒子运动方向相反，这两个圆外切说明两个粒子偏转方向相反，洛伦兹力方向相向，说明两个粒子性相同，说明是α衰变，但不能判断磁场的方向是垂直纸面向里，还是向外，故AB错误；
CD．带电粒子在磁场中做圆周运动的向心力由洛伦兹力提供
解得
两个带电粒子的动量一样，磁感应强度一样，可见
新核做圆周运动的半径较小，所以新核的电荷量与α粒子的电荷量之比
新核核电荷量是
所以发生衰变的核的核电荷量是
说明是铀238发生衰变，故C正确，D错误．
故选C.
11．C
【解析】
【详解】
由电荷守恒及质量守恒可知，衰变方程可表示为，故A正确；粒子在磁场中运动，洛伦兹力作向心力，所以有，；而P=mv相同、B相同，故Th核和α粒子的圆周轨道半径之比： ，故B正确；由动量守恒可得衰变后，所以Th核和α粒子的动能之比 ，故C错误；Th核和α粒子都带正电荷，所以在图示匀强磁场中都是逆时针旋转，故D正确；此题选择错误的选项，故选C．
【点睛】
此题类似反冲问题，结合动量守恒定律和轨道半径公式讨论；写衰变方程时要注意电荷、质量都要守恒即反应前后各粒子的质子数总和不变，相对原子质量总数不变，但前后结合能一般发生改变．
12．B
【解析】
【详解】
根据玻尔理论可以知道，电子绕原子核运动过程中是沿着特定轨道半径运动的，A错；根据卢瑟福的α粒子散射实验现象，发现少数α粒子发生了较大偏转，说明原子的质量绝大部分集中在很小的空间范围，则B对；光电效应表明了光的粒子性，C错；根据左手定则可以判断射线甲带负电，是电子流，D错．故选B.
13．ABC
【解析】
【详解】
经过6次α衰变和4次β衰变后，质量数是：m＝232－6×4＝208，电荷数：z＝90－2×6＋4＝82，成为稳定的原子核Pb，故A正确；发现中子的核反应方程是，故B正确；γ射线一般伴随着α或β射线产生，在这三种射线中γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱，故C正确；根据波尔理论可知，核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，氢原子的电势能增大，核外电子遵循：，据此可知电子的动能减小；再据能级与半径的关系可知，原子的能量随半径的增大而增大，故D错误；故选ABC．
【点睛】
此题考查的知识较多，解题的关键是掌握核反应方程、玻尔理论、天然放射现象和光电效应的规律，注意核外电子的动能、电势能和能量与轨道半径的关系．
14．BCD
【解析】
【详解】
是衰变反应，不是重核裂变反应方程，故A错误；光电效应和康普顿效应都说明光具有粒子性，故B正确；β衰变所释放的电子，是原子核内的中子转化成质子和电子时所产生的，故C正确；德布罗意首先提出了物质波的猜想，之后电子衍射实验证实了他的猜想，故D正确；故选BCD．
15．82 127
【解析】
【分析】
【详解】
的质量数为209，核电荷为82，质子数等于核电荷数，故质子数为82，中子数为（209-82）=127个
16．3750 cm3
【解析】每分钟衰变次数与原子核的总数成正比，
故
将t=15h，T=5h代入，得△N=750次/分
因
得．
【点睛】本题考查了半衰期的知识，难点在于如何把衰变次数与血液容量结合在一起．
17．(1)88　138　(2)1.41×10－17 C　(3)88　(4)113∶114
【解析】因为原子序数与核内质子数、核电荷数、中性原子的核外电子数都是相等的，原子核的质量数等于核内质子数与中子数之和．由此可得：
(1)镭核中的质子数等于其原子序数，故质子数为88，中子数N等于原子核的质量数A与质子数Z之差，即N＝AZ＝22688＝138.
(2)镭核所带电荷量
Q＝Ze＝88×1.6×1019C≈1.41×1017C.
(3)镭原子呈中性，则核外电子数等于质子数，故核外电子数为88.
(4)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的向心力为洛伦兹力，故有Bqv＝m，两种同位素具有相同的核电荷数，但质量数不同，故＝＝.
18．
【解析】根据半衰期的定义，经过时间后剩下的放射性元素的质量相同，则，
故．