上海市龙柏高中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．关于天然放射现象，下列说法正确的是( )
A．放射性元素的原子核有半数发生变化所需的时间就是半衰期
B．放射性物质放出的射线中，α粒子动能很大，因此贯穿物质的本领很强
C．当放射性元素的原子的核外电子具有较高能量时，将发生β衰变
D．放射性元素放出的射线中，β粒子是从原子核外放出的
2．正电子发射计算机断层显像(PET)的基本原理是将放射性同位素O注入人体，参与人体的代谢过程， O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像，则根据PET原理判断下列表述正确的是( )
A．在人体内衰变方程是
B．正、负电子湮灭方程是
C．在PET中，主要用途是参与人体的新陈代谢
D．计算机断层显像技术在医学检查时对人的辐射危害较大
3．同位素是指 ( ）
A．核子数相同而中子数不同的原子
B．核子数相同而质子数不同的原子
C．中子数相同而质子数不同的原子
D．质子数相同而核子数不同的原子
4．下列关于原子核的衰变规律的说法中，正确的是　　
A．放射性元素一次衰变可同时产生射线和射线
B．放射性元素发生衰变，新核的化学性质不变
C．随着放射性元素的衰变，其半衰期也在变
D．放射性元素的半衰期跟它所处的物理、化学状态无关
5．如图所示，一种元素的同位素的质量数与中子数的关系可用图象来表示的是　　
A．B．C．D．
6．在威耳逊云室中，关于放射产生的射线径迹，下列说法中正确的是
A．由于射线的能量大，更容易显示其径迹
B．由于粒子的速度大，其径迹粗而且长
C．由于粒子的速度小，更不易显示其径迹
D．由于粒子的电离作用强，其径迹直而粗
7．如图，铅盒A中装有天然放射性物质，放射线从其右端小孔中水平向右射出，在小孔和荧光屏之间有垂直于纸面向里的匀强磁场，则下列说法中正确的有
A．打在图中a、b、c三点的依次是射线、射线和射线
B．射线和射线的轨迹是抛物线
C．射线和射线的轨迹是圆弧
D．如果在铅盒和荧光屏间再加一竖直向下的匀强电场，则屏上的亮斑可能只剩下b
8．在存放放射性元素时，若把放射性元素置于大量水中；密封于铅盒中；与轻核元素结合成化合物则
A．措施可减缓放射性元素衰变
B．措施可减缓放射性元素衰变
C．措施可减缓放射性元素衰变
D．上述措施均无法减缓放射性元素衰变
9．介子衰变方程为K－→π－＋π0，其中K－介子和π－介子带负的基元电荷，π0介子不带电．一个K－介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为圆弧(图中虚线)，π－介子和π0介子运动轨迹可能是下图中的( )
A． B． C．D．
10．贫铀炸弹是一种杀伤力很强的武器，贫铀是提炼铀235以后的副产品，其主要成分为铀238，贫铀炸弹不仅有很强的穿甲能力，而且铀238具有放射性，残留物可长期对环境起破坏作用而造成污染.人长期生活在该环境中会受到核辐射而患上皮肤癌和白血病.下列结确的是（ ）
A．铀238的衰变方程式为：
B．和互为同位素
C．人患皮肤癌和白血病是因为核辐射导致了基因突变
D．贫铀弹的穿甲能力很强，也是因为它的放射性
11．下列关于物理史实的说法中正确的是 ．
A．普朗克根据黑体辐射的规律，提出了能量子的观点
B．贝克勒尔通过研究铀矿石，发现了天然放射现象
C．玻尔根据粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型
D．汤姆逊通过研究阴极射线发现了电子，并精确测量出点子的电荷量
12．目前，在家庭装修中经常用到花岗岩、大理石等装修材料，这些岩石斗不同程度地含有放射性元素，这些放射性元素衰变时可能会放出、或射线，对人的健康产生影响为了鉴别放射性元素释放射线的种类，现使它们进入图示匀强磁场，三种射线在磁场中的偏转情况如图所示，则
A．射线1是射线
B．射线2是射线
C．射线2是中子流
D．射线3是原子核外的电子形成的电子流
13．下列说法正确的是
A．许多元素能自发地放出射线，使人们开始认识到原子是有复杂结构的
B．工业部门可以使用放射线来测厚度
C．利用射线照射种子，会使种子的遗传基因发生变异，从而培育出新的优良品种
D．放射性同位素可以用来做示踪原子
14．关于天然放射性现象，下列说法正确的是
A．是玛丽居里夫妇首先发现的
B．首先说明了原子核不是单一的粒子
C．射线必须伴随或射线而产生
D．任何放射性元素都能同时发出三种射线
15．一个高能γ光子，经过重核附近时与原子核场作用，能产生一对正负电子，请完成相应的反应方程：_______________．已知电子质量，光在真空中的传播速度为速为，则γ光子的能量至少为___________J．
16．核动力航母利用可控核裂变释放核能获得动力。核反应23592U+10n→14156Ba+9236Kr+yX是若干核反应的一种,其中X为待求粒子,y为X的个数,则X是___(选填“质子”、“中子”、“电子”)，y=___.若反应过程中释放的核能为E，光在真空中的传播速度为c，则核反应的质量亏损表达式为△m=___.
17．一个静止的氮核N俘获一个速度为2.3×107m/s的中子后又变成B、C两个新核。设B、C的速度方向与中子速度方向相同，B的质量是中子的11倍，B的速度是106m/s,B、C两原子核的电荷数之比为5∶2。求:
①C为何种粒子？并写出核反应方程。
②C核的速度大小。
18．太阳能资源，不仅包括直接投射到地球表面上的太阳辐射能，而且也包括像所有矿物燃料能、水能、风能等间接的太阳能资源，严格地说，除了地热能、潮汐能和原子核能以外，地球上所有其他能源全部来自太阳能，太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核的热核反应，这种核反应释放出的能量就是太阳能的能源。
(1)写出核反应方程。
(2)若mH=1.007 3 u,mHe=4.002 6 u,me=0.000 55 u,则该反应中的质量亏损是多少u？
如果1 u相当于931.5 MeV的能量，则该反应中释放的能量是多少MeV？
参考答案
1．A
【解析】
【详解】
A．放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间，就是半衰期，故A正确；
B．α粒子的速度最小，贯穿本领很弱，故B错误；
CD．原子核发生β衰变放出的电子并不是核外电子，而是原子核内的中子转化为质子时放出的电子，故C、D错误．
故选A.
2．A
【解析】
【详解】
A．由题意知，由质量数守恒和电荷数守恒知，应该生成正电子，A正确；
B．正负电子湮灭生成两个光子，B错误；
C．显像的原理是采集γ光子，即注入人体内的衰变放出正电子和人体内的负电子湮灭转化为γ光子，因此主要用途是作为示踪原子，故C错．
D．医学中应用放射性同位素注入人体，进行医学检查时，人体呼吸沉积的量很小，对人体造成的影响很小，检查过程安全，D错误．
故选A.
3．D
【解析】
【详解】
同位素是质子数相同，而中子数或核子数不同的原子；
A．核子数相同而中子数不同的原子，与结论不相符，选项A错误；
B．核子数相同而质子数不同的原子，与结论不相符，选项B错误；
C．中子数相同而质子数不同的原子，与结论不相符，选项C错误；
D．质子数相同而核子数不同的原子，与结论相符，选项D正确；
故选D．
4．D
【解析】
放射性元素一次衰变不可能同时产生α射线和β射线；根据原子序数是否改变判断化学性质是否改变；放射性元素的半衰期跟它所处的物理、化学状态无关，由原子核内部因素决定；
【详解】
A、放射性元素一次衰变不可能同时产生α射线和β射线，只可能同时产生α射线和γ射线或β射线和γ射线，故A错误；
B、放射性元素发生α衰变，电荷数少2，原子序数发生改变，化学性质改变，故B错误；
C、半衰期的大小由原子核内部因素决定，随着元素的衰变，半衰期不变，故C错误；
D、放射性元素的半衰期跟它所处的物理、化学状态无关，故D正确．
【点睛】
解决本题的关键知道衰变的实质，以及知道影响半衰期的因素．
5．C
【解析】
【详解】
同位素的质子数相同，中子数不同，而质量数等于质子数加中子数，设质子数为M，则有：A=N+M，所以C正确．故选C.
6．D
【解析】
【详解】
A、射线电离本领小，一般看不到其径迹或只能看到一些细碎的雾滴；故A错误。
B、粒子的速度大，但其电离本领较小，所以其径迹细而且长；故B错误。
C、D、粒子的质量大，不易改变方向，粒子电离本领大，产生的粒子多，故径迹直而粗短；故C错误，D正确。
故选D.
【点睛】
该题基于威耳逊云室的工作原理考查三种射线的特点，理解威耳逊云室的工作原理是解答的关键．
7．C
【解析】
【详解】
A、由左手定则知正电荷向上偏，负电荷向下偏，不带电的射线不偏转，所以打在图中a、b、c三点的依次是射线、射线和射线，故A错误；
B、射线和射线受的洛伦兹力与粒子速度方向垂直，轨迹是圆，故B错误；
C、由B知射线和射线轨迹是圆弧，故C正确；
D、再加一竖直向下的匀强电场射线受到的合力，偏转变小，亮斑不可能只剩下b，故D错误；
故选C。
【点睛】
本题考查了天然放射现象及洛伦兹力的特点，由左手定则判断偏转方向，由洛伦兹力特点判断轨迹．
8．D
【解析】
【详解】
放射性元素的半衰期是由原子核本身决定的，不随外界条件改变的改变而改变，即与放射性元素所处的环境、位置、温度，状态、是单质还是化合物等无关，故将放射性物质存放在水中并不能增大它的半衰期故选D．
【点睛】
记住了半衰期的定义和半衰期的决定因素，本题就能顺利解决．故要加强基本知识的积累．
9．AB
【解析】
【详解】
由于K－介子带负电荷，由左手定则可知衰变时运动方向向右，衰变后由于π0不带电，必然沿水平方向运动．由于衰变过程动量守恒，若π0水平向右，π－可能向左也可能向右，若π0向左，π－必向右，由左手定则可知，A、B中轨迹是可能的，故AB正确，CD错误．
【点睛】
衰变后动量守恒，运动方向正好相反．同时注意带电粒子的电性，相同的磁场方向、运动方向，而不同的电性，则洛伦兹力的方向也不相同．
10．ABC
【解析】
根据质量数和电荷数守恒可知铀238的衰变方程式为：，故A正确；电荷数（质子数）相同，而质量数不同的同一类元素成为同位素，和互为同位素，故B正确；长时间接受核辐射会导致基因突变，易患癌症如皮肤癌和白血病等，故C正确；贫铀弹的穿甲能力很强一是由于贫铀密度大，二是其硬度大，故D错误．所以ABC正确，D错误．
11．AB
【解析】
普朗克为解释黑体辐射的规律，提出了能量子的观点，所以A正确；贝克勒尔通过研究铀矿石，发现了天然放射现象，故B正确；卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型，所以C错误；汤姆逊通过研究阴极射线发现了电子，密立根通过油滴实验精确测量出点子的电荷量，故D错误．
12．ACD
【解析】
【详解】
A、由图示可知，射线1所示洛伦兹力向右，由左手定则可知，射线1带正电，则射线1是射线，故A正确；
B、C、由图示可知，射线2不是洛伦兹力作用，该射线不带电，是中子流，故B错误，C正确；
D、由图示可知，射线3受到的洛伦兹力向左，由左手定则可知，该射线带负电，是射线，射线3是原子核外的电子形成的电子流，故D正确；
故选ACD．
【点睛】
本题考查了判断射线的类型，分析清楚图示情景、应用左手定则即可正确解题．
13．BCD
【解析】
【详解】
A、自发地放出射线，使人们开始认识到原子核是有复杂结构的；故A错误。
B、工业部门可以使用放射线来测厚度，不同的放射线，可测量不同厚度；故B正确。
C、射线照射种子，会使种子的遗传基因发生变异，从而培育出新的优良品种；故C正确。
D、放射性同位素可以用来做示踪原子；故D正确。
故选BCD．
【点睛】
考查原子核与原子结构的区别，掌握放射性的穿透能力，注意放射性同位素的作用，因此要求掌握这些内容，便于解题．
14．BC
【解析】
【详解】
A、1896年，法国物理学家贝克勒尔发现，铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线，这种射线可以穿透黑纸使照相底片感光，故A错误；
B、关于天然放射现象和对放射性的研究，说明了原子核不是单一的粒子，故B正确；
C、射线伴随射线或射线而产生，故C正确；
D、放射性元素不一定都能同时发出三种射线，故D错误；
故选BC．
【点睛】
α射线是氦原子核，β射线是电子流，γ射线是电阻跃迁产生的光子流，放射性元素的放射性由其本身决定．
15． 1.64×10-13J.
【解析】
【详解】
一个高能γ光子，经过重核附近时与原子核场作用，能产生一对正负电子， ．
根据质能关系得，γ光子的能量至少为△mc2=2mec2=1.64×10-13J.
16．中子3
【解析】
【详解】
根据电荷数守恒、质量数守恒得，yX的总电荷数为0，总质量数为3，知X为中子，y等于3。根据爱因斯坦质能方程E=△mc2，则。
17．（1）；（2）
【解析】试题分析：根据电荷数守恒、质量数守恒确定c为何种粒子，根据动量守恒定律求出c核的速度大小．
①根据电荷数守恒、质量数守恒得，B、C电荷数之和为7，因为B、C两原子核的电荷数之比为5：2．则C的电荷数为2，B、C质量数之和为15．因为B的质量是中子的11倍，则B的质量数为11，则C的质量数为4，所以C为粒子．
②根据动量守恒得，代入数据
解得．
18．（1） （2）23.75MeV
【解析】（1）核反应方程为：
（2）核反应的质量亏损为：
．
该核反应释放的能量为：．