上海市民立中学2019-2020学年高中物理沪科版选修3-5：从原子核到夸克 章末复习题（含解析）

从原子核到夸克
1．物理学是一门以实验为基础的科学，任何学说和理论的建立都离不开实验．下面给出了几个在物理学发展史上有重要地位的物理实验，以及与之相关的物理学发展史实的说法，其中错误的是( )
A．光的偏振现象说明光是横波
B．光电效应实验表明光具有粒子性
C．天然放射现象的发现证实了玻尔原子理论是正确的
D．电子的发现揭示了原子不是构成物质的最小微粒
2．下列射线中，来自于原子核内部，且穿透能力最强的射线是（）
A．γ射线 B．α射线? C．阴极射线 D．X射线
3．我国的“神舟”六号载人飞船已发射成功，“嫦娥”探月工程也已正式启动．据科学家预测，月球上的土壤中吸附着数百万吨的，每百吨核聚变释放出的能量，相当于目前人类一年消耗的能量．下列关于的叙述正确的是（?? ）
A．和互为同位素 B．原子核内中子数为2
C．的原子核外电子数为2 D．代表原子核内有2个质子和3个中子的氦原子
4．下列说法正确的是（?? ）
A．光电效应表明光具有能量，且具有波粒二象性
B．根据波尔理论可知，氢原子辐射出一个光子后，氢原子的电势能增大，核外电子的运动速度减小
C． 的半衰期是5天，12g 经过15天后衰变了1.5g
D．α粒子散射实验时卢瑟福建立原子核结构模型的重要依据
5．下列说法中正确的是（）
A．α粒子散射实验发现极少数α粒子发生了较大角度偏转，说明原子的质量绝大部分集中在很小空间范围
B．按照玻尔理论，氢原子核外电子向高能级跃迁后动能增加
C．对放射性物质施加压力，其半衰期将减小
D．天然放射现象中发出的三种射线是从原子核外放出的
6．下列说法中正确的是（）
A．光电效应是原子核吸收光子向外释放电子的现象
B．一群处于n=3能级激发态的氢原子，自发跃迁时能发出3种不同频率的光
C．放射性元素发生一次β衰变，原子序数增加2
D．汤姆生通过α粒子散射实验建立了原子的核式结构模型
7．以下说法中正确的是（?? ）
A．照相机镜头表面的镀膜是光的偏振现象的应用????
B．β衰变所放出的电子来自原子核外
C．γ射线是一种波长很短的电磁波???????????????????????????
D．放射性元素的半衰期随温度的升高而变短
8．目前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素，下列有关放射性知识的说法中正确的是（?? ）
A．β射线与γ射线一样是电磁波，但穿透本领远比γ射线弱
B．放射性元素发生β衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的
C．氡的半衰期为3.8天，4个氡原子核经过7.6天后就一定只剩下1个氡原子核
D．某放射性原子核经过2次α衰变和一次β衰变，核内质子数减少4个
9．与原子核内部变化有关的现象是（ ? ）
A．α粒子散射现象
B．光电效应现象
C．电离现象
D．天然放射现象
10．二十世纪初，为了研究物质的内部结构，物理学家做了大量的实验，揭示了原子内部的结构，发现了电子、中子和质子，如图中M是显微镜，S是荧光屏，窗口F处装有银箔，氮气从阀门T充入，A是放射源．则该装置是（）
A．卢瑟福的α粒子散射实验装置?????????????????????????????? B．卢瑟福发现质子的实验装置
C．汤姆生发现电子的实验装置???????????????????????????????? D．查德威克发现中子的实验装置
11．衰变为要经过次衰变和次衰变，则、分别为（ ）
A．， B．， C．， D．，
12．下列说法正确的是( )
A．原子核发生衰变时要遵守电荷守恒和质量守恒的规律
B．根据爱因斯坦的“光子说”可知光的波长越大，光子的能量越小
C．由玻尔理论知道氢原子从激发态跃迁到基态时会放出光子
D．发生光电效应时光电子的动能只与入射光的强度有关
E.天然放射现象是与原子核内部变化有关的现象
13．下列关于放射性元素的半衰期的几种说法正确的是（?? ）
A．同种放射性元素，在化合物中的半衰期比在单质中长
B．放射性元素的半衰期与元素所处的物理和化学状态无关，它是一个统计规律，只对大量的原子核才适用
C．氡的半衰期是3.8天，若有4g氡原子核，则经过7.6天就只剩下1g氡
D．氡的半衰期是3.8天，若有4个氡原子核，则经过7.6天就只剩下一个氡
14．静止的镭原子核 经一次α衰变后变成一个新核Rn，则下列说法正确的是（?? ）
A．该衰变方程为
B．若该元素的半衰期为τ，则经过2τ的时间，2kg的 中有1.5kg已经发生了衰变
C．若该元素的半衰期为τ，则经过2τ的时间，4个 原子核中有3个已经发生了衰变
D．随着该元素样品的不断衰变，剩下未衰变的原子核 越来越少，其半衰期也变短
E.若把该元素放到密闭的容器中或者升高温度，则可以减慢它的衰变速度
15．用中子轰击锂核反位，产生氖和粒子并放出的能量则该核反应方程式为______ ，上述反应中的质量亏损为______ 电子的电荷量C．真空中的光速，结果保留两位有效数字．
16．1993年，中国科学院上海原子核研究所制得了一种新的铂元素的同位素，制取过程如下：
(1)用质子轰击铍94Be产生快中子，核反应方程：__________；
(2)用快中子轰击汞，反应过程可能有两种：
①生成，放出氦原子核，核反应方程：____________；
②生成，放出质子、中子，核反应方程：____________；
(3)生成的铂t发生两次β衰变，变成稳定的原子核汞，核反应方程：________________，
17．（4分）一个电子和一个正电子对撞发生湮灭而转化为一对光子，设正负电子对撞前的质量均为m，动能均为Ek，光速为c，普朗克常量恒为h.求：
①写出该反应方程；
②对撞过程中的质量亏损和转化成的光子在真空中波长λ．
18．一个原来静止的锂核俘获一个速度为，的中子后，生成一个氚核和一个氦核，已知氚核的速度为，方向与中子的运动方向相反．
（1）请写出核反应方程；
（2）求出氦核的速度v2．
参考答案
1．C
【解析】
A、光的偏振现象说明光是横波因为偏振现象是横波的特有属性，故A不符合题意；
B、光电效应实验表明光不连续性.表明光具有粒子性，故B不符合题意；
C、天然放射现象的发现就说明原子核能够再分,不能证实玻尔原子理论，故C符合题意；
D、电子的发现说明原子可以再分，故D不符合题意。
【点睛】
偏振现象是横波的特有属性,光电效应实验表明光具有粒子性,能量不可累加.天然放射现象的发现就说明原子核能够再分,不能证实玻尔原子理论.电子的发现说明原子可以再分.
2．A
【解析】
CD．题目要求射线来自原子核内部，则CD错误；
AB．α射线的电离作用最强，γ射线的穿透能力最强，故A正确，B错误．
故选A．
3．C
【解析】
的质子数为2，质子数为1，不是同位素，故A错误；的质子数为2，中子数为3-2=1，故B错误；的质子数为2，核外电子数=质子数=2，故C正确；含有的质子数为2，中子数为1，故D错误；故选C．
【点睛】
元素符号的左上角数字表示质量数，左下角数字表示质子数，中子数=质量数-质子数，质子数=核外电子数；质子数相同但中子数不同的一类原子叫同位素．
4．D
【解析】
光电效应现象和康普顿效应现象说明光具有粒子性．氢原子辐射出一个光子后，氢原子的电势能减小，核外电子的运动速度增大．放射性元素的原子核有半数发生衰变时所需要的时间叫半衰期．卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子核式结构模型．
【详解】
光电效应现象说明光具有粒子性．故A错误．根据玻尔理论可知，氢原子辐射出一个光子后，电子从高轨道跃迁到低轨道，电子与原子核之间的距离变小，库仑力做正功，氢原子的电势能减小；电子与原子核之间的距离变小，由库仑力提供向心力可得，核外电子的运动速度增大．故B错误．半衰期是5天，12g经过15天后，衰变后剩余质量为，则衰变了10.5g，还剩下1.5g还没有衰变．故C错误．卢瑟福依据α粒子散射实验提出了原子核式结构模型．故D正确．故选D．
【点睛】
特别要理解并掌握理论玻尔理论和半衰期的意义，知道半衰期是放射性元素的原子核有半数发生衰变时所需要的时间，根据时间能算出没有衰变的原子核的质量；解决本题的关键：1、理清物理学史实；2、氢原子辐射光子，从高能级跃迁到低能级，吸收光子，从低能级跃迁到高能级．
5．A
【解析】
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空间范围，α、β、γ三种射线分别是氦核、电子、电磁波，都是从原子核内放出的，半衰期是有半数发生衰变所需的时间，由原子核内部因素决定，与所加的压力、温度、化学性质无关；
【详解】
α粒子散射实验中少数α粒子发生较大角度偏转是由于原子所有正电荷和几乎全部质量都集中在很小空间范围内，故A正确；按照玻尔理论，氢原子核外电子向高能级跃迁后，轨道半径变大，动能减少，故B错误；原子核的半衰期与物质所受压力无关，故C错误；天然放射现象中发出的三种射线均是从原子核内放出的，故D错误；故选A.
【点睛】
本题考查了半衰期、α粒子散射实验、能级跃迁等基础知识点，比较简单，关键要熟悉教材，牢记这些基础知识点．
6．B
【解析】
光电效应是原子吸收光子向外释放电子的现象；一群处于n=3能级激发态的氢原子，根据，即可求解；发生一次β衰变，中子放出电子，多一个质子，原子序数增加1；卢瑟福通过α粒子散射实验建立了原子的核式结构模型．
【详解】
光电效应是原子中的电子吸收光子，从而摆脱原子核的束缚，向外释放光电子的现象，故A错误；一群处于n=3能级激发态的氢原子，自发跃迁时能发出3种不同频率的光，故B正确；放射性元素发生一次β衰变，少一个中子，多一个质子，使原子序数增加1，故C错误；卢瑟福通过α粒子散射实验建立了原子的核式结构模型，故D错误．故选B．
【点睛】
考查光电效应是原子吸收光子，掌握跃迁放出几种频率光子的方法，注意β衰变的原子序数增加1，同时知道α粒子散射实验的意义．
7．C
【解析】
照相机镜头表面的镀膜是光的干涉现象的应用，选项A错误； β衰变所放出的电子来自原子核内的中子转化为质子时放出的，选项B错误； γ射线是一种波长很短的电磁波，选项C正确； 放射性元素的半衰期随温度的升高不发生改变，选项D错误；故选C.
8．B
【解析】
β射线的实质是电子流，γ射线的实质是电磁波；半衰期具有统计规律，对大量的原子核适用；β衰变的电子来自原子核中的中子转化为质子时产生的．根据两种衰变的特点判断出质子数的变化．
【详解】
β衰变时，原子核中的一个中子，转变为一个质子和一个电子，电子释放出来，β射线的实质是电子流，γ射线的实质是电磁波，γ射线的穿透本领比较强．故A错误，B正确．半衰期是统计规律，对少数原子核不适用，C错误；某放射性原子核经过2次α衰变，核内质子数减少4个，再经过一次β衰变后，质子数又增加1个，所以核内质子数共减少3个．故D错误．故选B．
9．D
【解析】
A.?α粒子散射实验表明了原子内部有一个很小的核，并没有涉及到核内部的变化．故A错误；
B. 光电效应是原子核外层电子脱离原子核的束缚而逸出，没有涉及到原子核的变化，故B错误；
C. 电离现象是电子脱离原子核的束缚，不涉及原子核内部变化．故C错误；
D. 天然放射现象是原子核内部自发的放射出α粒子或电子的现象，反应的过程中核内核子数，质子数，中子数发生变化，涉及到原子核内部的变化．故D正确．
故选D.
10．B
【解析】
【详解】
本装置是卢瑟福通过用α粒子轰击氮核发现了质子的装置，核反应方程为，故B正确．故选B．
【点睛】
卢瑟福用α粒子轰击氮核发现质子并实现原子核人工转变在近代物理上有着重要意义；以及查德威克发现中子、居里夫妇发现人工放射同位素磷和正电子的人工核转变．
11．B
【解析】
衰变为
根据质量数守恒得：，
根据电荷数守恒得：，
解得，，故B正确，ACD错误．
故选：B．
12．BCE
【解析】
【分析】
【详解】
A、原子核发生衰变时要遵守电荷守恒和质量数守恒的规律，质量有亏损，故A错误；
B、根据，可知，光的波长越大，光子的能量越小，故B正确；
C、由玻尔理论知道氢原子从激发态跃迁到基态时要放出能量，并以光子的形式释放出来．故C对；
D、发生光电效应时光电子的动能只与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，故D错误；
E、天然放射现象表示原子核有复杂的结构即与原子核内部变化有关的现象，故E对；
故选BCE
13．BC
【解析】
【详解】
AB．放射性元素的原子核有半数发生衰变时所需要的时间叫半衰期，这是一个统计规律，对于大量的原子核才适用，对于少量原子核是不成立的，放射性元素衰变的快慢是由原子核内部自身决定的，与外界的物理和化学状态无关，故AD错误，B正确；
CD．设原来氡的质量为M0，衰变后剩余质量为M则有：
M=M0×，其中n为半衰期的次数，氡的半衰期是3.8天，经过7.6天即n=2，带入数据得，M=1g，故C正确．
故选BC.
14．AB
【解析】
【详解】
根据电荷数守恒、质量数守恒，镭原子核经一次α衰变后的核反应方程．故A正确；若该元素的半衰期为τ，则经过2τ的时间，2kg的中有：2-2×()2=1.5kg已经发生了衰变．故B正确；半衰期具有统计意义，对大量的原子核适用，4个原子核经过2个半衰期后不一定中有3个已经发生了衰变．故C错误；放射性元素的半衰期仅仅与元素本身有关，不会随它所处的化学环境的变化而变化，改变该元素所处的物理状态，则其半衰期不变；故D E错误；故选AB．
【点睛】
解决本题的关键知道核反应过程中电荷数守恒、质量数守恒，知道衰变的过程中的半衰期仅仅与元素本身有关．
15．；
【解析】
【分析】
根据质量数和电荷数守恒可正确书写出该核反应方程；
依据，算出亏损质量．
【详解】
根据质量数和电荷数守恒得：?MeV
依据，
?kg；
【点睛】
本题比较简单考查了核反应方程、核能计算、动量守恒等基础知识，越是简单基础问题，越要加强理解和应用，为解决复杂问题打下基础．
16．（1） （2）① ② （3）
【解析】
【分析】
【详解】
（1）[1]．
（2）[2]．①
②
（3）[3]． ；
【点睛】
书写核反应方程遵循的原则是电荷数和质量数守恒，同时要注意中间是箭头，不是等号；记住常用的基本粒子的符号.
17．①；②
【解析】
（1）该反应方程为：
（2）由于光子的静止质量为零，所以质量的亏损为：△m=2m，
由质能方程，对应的能量为：ΔE=2mC2
根据能量守恒可知2hv=2EK+△E，即有：
所以光子在真空中波长：
18．（1）核反应方程：（2）
【解析】
【分析】
【详解】
（1）核反应方程：
（2）设氚核速度为v1，氦核的速度为v2，中子质量为m，则氚核质量为3m，氦核质量为4m
根据动量守恒定律得： mvo=3mv1+4mv2
代人数据得： v2=4×104m/s