上海市中原中学2019-2020学年高中物理沪科版选修3-5：从原子核到夸克 单元复习题（含解析）

从原子核到夸克
1．如图所示，天然放射性元素，放出ɑ、β、γ三种射线同时射入互相垂直的匀强电场和匀强磁场中，射入时速度方向和电场、磁场方向都垂直，进入场区后发现β射线和γ射线都沿直线前进，则ɑ射线
A．向右偏
B．向左偏
C．沿直线前进
D．即可能向右偏也可能向左偏
2．匀强磁场中，个静止的铀核发生衰变放出一个ɑ粒子，产生的新核与ɑ粒子恰在纸面内做匀速圆周运动，运动方向和轨迹示意如图1、2所示，则
A．磁场方向垂直纸面向里
B．轨迹1是ɑ粒子的
C．衰变后产生的新核的中子数比铀核少两个
D．衰变后产生的新核与ɑ粒子的质量之和等于衰变前铀核的质量
3．2013年12月中旬，中国自行研制的“玉兔”号月球车，在38万千米之外的月球表面闲庭信步。月球的表面长期受到宇宙射线的照射，使得“月壤”中的含量十分丰富，科学家认为， 是发生核聚变的极好原料，将来也许是人类重要的能源，所以探测月球意义十分重大。关于，下列说法正确的是 ( )
A．的原子核内有三个中子两个质子
B．的原子核内有一个中子两个质子
C．发生核聚变，放出能量，一定不会发生质量亏损
D．原子核内的核子靠万有引力紧密结合在一起
4．钍核（）具有放射性，它能放出一个新的粒子而变为镤核（），同时伴随有射线产生，其方程为→+X．则x粒子为（ ）
A．电子 B．中子 C．质子 D．粒子
5．下列说法正确的是(　　)
A．用加温或加压的方法不能改变原子核衰变的半衰期
B．Pu与U互为同位素
C．放射性物质放出的射线中，α粒子动能很大，因此贯穿本领很强
D．铀核(U)衰变为铅核(Pb)的过程，要经过8次α衰变和10次β衰变
6．在α粒子轰击金箔的散射实验中，α粒子可以表示为， 中的4和2分别表示（ ）
A．4为核子数，2为中子数
B．4为质子数和中子数之和，2为质子数
C．4为核外电子数，2为中子数
D．4为中子数，2为质子数
7．计数器是一种探测射线的仪器，如图所示，X为未知放射源，它向右方发射放射线．放射线首先通过一块薄铝箔P(厚度约为1mm)，并经过一个强磁场区域后到达计数器，计数器上单位时间内记录到的射线粒子是一定的，现将强磁场移开，计数器单位时间内所记录的射线粒子基本保持不变，然后将薄铝箔P移开，则计数器单位时间内记录的射线粒子明显上升，据此可以判定X为( )
A．纯β放射源 B．纯γ放射源
C．α和γ的混合放射源 D．α和β的混合放射源
8．碳14的衰变周期如图所示，其中2个半衰期的时间为11460年．1g碳14经22920年的衰变，衰变的碳14质量约为
A．0.0625 g B．0.25 g C．0.5 g D．0.9375 g
9．（题文）以下说法正确的是（　　）
A．卢瑟福通过实验发现了质子的核反应方程为：He+N→O+H
B．铀核裂变的核反应是：U→Ba+Kr+2n
C．质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3．两个质子和两个中子结合成一个粒子，释放的能量是：（2m1+2m2-m3）c2
D．原子从a能级状态跃迁到b能级状态时发射波长为λ1的光子；原子从b能级状态跃迁到c能级状态时吸收波长λ2的光子，已知λ1＞λ2．那么原子从a能级状态跃迁到c能级状态时将要吸收波长为的光子
10．在能源需求剧增的现代社会，核能作为一种新能源被各国竞相开发利用．核原料中的钚（Pu）是一种具有放射性的超铀元素，钚的一种同位素的半衰期为24100年，其衰变方程为→X＋＋γ，下列有关说法中正确的是
A．X原子核中含有92个中子
B．钚衰变发出的γ射线具有很强的电离能力
C．20克的经过48200年后，还有5克未衰变
D．钚核衰变前的质量等于衰变后X、He核的质量之和
11．是一种半衰期是5730年的放射性同位素,若考古工作者探测到某古木中的含量为原来的,则该古树死亡的时间距今大约（ ）
A．22920年 B．2856年 C．5730年 D．11460年
12．以下说法正确的是（ ）
A．衰变中产生的β射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的
B．在核反应中，X是质子，这个反应过程叫α衰变
C．原子核内部某个质子转变为中子时，放出β射线
D．电子的衍射现象说明实物粒子具有波动性
13．为了说明光的本性，牛顿提出了光的微粒说，惠更斯提出了光的波动说，如今人们对光的本性有了更进一步的认识，在下面四幅示意图所表示的实验中，属于探索光的波动性的( )
A． B． C．D．
14．实物粒子和光都具有波粒二象性，下列事实中突出体现波动性的是（ ）
A．光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关
B．β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹
C．人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构
D．人们利用电子显微镜观测物质的微观结构
15．一个密封的罐子里有100克碘131，放置24天后，这个罐子里只剩下12.5克碘131．则碘131半衰期是________天．
16．10g某放射性元素经过20天后还剩下0.625g，求；
（1）该元素的半衰期是多少天，
（2）如果再经过30天，还剩多少g该元素．（结果保留三位有效数字）
17．在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了一次α衰变．放射出的α粒子()在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R。用m、q分别表示α粒子的质量和电荷量。
(1)写出α衰变的实质方程，放射性原子核用表示，新核的元素符号用Y表示，写出该放射性原子核α衰变的核反应方程。
(2)设该衰变过程释放的核能都转为α粒子和新核的动能，新核的质量为M，求衰变过程的质量亏损Δm。
18．质量为m1的He核，以速度v0轰击质量为m2的静止的N核，发生了核反应，最终产生两种新粒子A和B．其中A为O核，质量为m3，速度为v3；B的质量为m4.
(1)写出核反应方程式；
(2)计算粒子B的速度vB；
(3)粒子A的速度符合什么条件时，粒子B的速度方向与He核的运动方向相反？
参考答案
1．A
【解析】
由于β射线（电子，带负电）没有偏转，说明它受到水平向左的电场力与水平向右的洛仑兹力平衡．对于α射线（氦核），它进入场区时受到水平向左的洛仑兹力与水平向右的电场力．由于它的速率比β射线的速率小，所以它受到的洛仑兹力小于电场力，即它在向右偏转．故选择A.
【点睛】该题通过带电粒子在磁场中运动和在电场中的运动，考查三种射线的特性，根据左手定则判断洛伦兹力方向，再结合电场强度和电性判断电场力的方向，再根据速度的大小关系即可得到洛伦兹力和电场力的大小关系，进而判断偏转方向．
2．C
【解析】
【详解】
AB．原子核发生α衰变时，根据动量守恒可知两粒子的速度方向相反，动量的方向相反，大小相等；由半径公式r=，（P是动量），分析得知，r与电荷量成反比，所以半径比较大的轨迹1是衰变后α粒子的轨迹，轨迹2是新核的．新核沿顺时针方向运动，由左手定则可知，磁场的方向向外；故AB错误．
C．反应后生成的新核质量数比铀核少4，电荷数少2，则中子数比铀核少两个，选项C正确；
D．衰变后产生的新核与ɑ粒子的质量数之和等于衰变前铀核的质量数，选项D错误；
故选C．
点睛：本题考查动量守恒定律、衰变以及带电粒子在磁场中运动，考查左手定则、带电粒子在磁场中做圆周运动的半径公式以及动量的表达式，运用控制变量的方法分析判断即可求解．
3．B
【解析】
的原子核内有2个质子、（3-2）=1个中子，故A错误B正确；无论是聚变还是裂变，核反应过程一定会发生质量亏损放出能量，C正确；原子核内的核子靠核力结合在一起，核力与万有引力性质不同．核力只存在于相邻的核子之间，故D错误．
4．A
【解析】
【详解】
元素衰变过程中，质量数守恒，电荷数守恒，故X粒子的核电荷数为-1，质量数为0，则X粒子是电子，属于衰变．
故选A。
5．A
【解析】外部条件不能改变原子核衰变的半衰期，选项A正确；与的质子数不同，不是互为同位素关系，选项B错误；放射性物质放出的射线中，α粒子动能很大，速度最小，因此贯穿本领很弱，选项C错误；根据一次α衰变，质量数减小4，质子数减小2，而一次β衰变，质量数不变，质子数增加，因此铀核（）衰变为铅核（Pb）的过程中，质量数减少32，而质子数减少10，因此要经过8次α衰变，导致质子数减少16，由于质子数只减少10，所以只有发生6次β衰变，故D错误；故选A。
6．B
【解析】
中的4为质子数和中子数之和，即质量数，2为质子数或电荷数；故选B.
7．C
【解析】
因α粒子无法穿透铝箔，且将薄铝箔移开，计数器单位时间内记录的射线粒子数明显上升，说明有α射线，若β射线通过电场会在电场中发生偏转，计数器接受不到，将强电场移开后，计数器单位时间内记录的射线粒子数明显上升，则说明有β射线；本题将强磁场移开，计数器单位时间内所记录的射线粒子基本保持不变，说明没有β射线；而γ光子不带电，故在电场中不会偏转，故肯定有γ射线，结合以上分析，可得C正确，ABD错误．
8．D
【解析】
由题意，2个半衰期的时间为11460年，则半衰期为5730年．1g碳14经22920年的衰变剩余质量，则衰变的碳14质量约为．故D项正确．
9．B
【解析】卢瑟福通过α粒子轰击氮核得到质子，该核反应方程式电荷数、质量数都守恒，A正确．铀核裂变的核反应是，两边中子不能约，B错误；质子、中子、α粒子的质量分别为．质子和中子结合成一个α粒子，质量亏损，根据质能方程，释放的能量为，C错误；已知，所以，知从a能级状态跃迁到b能级状态时发射光子的能量小于从b能级状态跃迁到c能级状态时吸收光子的能量，所以a能级的能量小于c能级的能量，有，即，解得，D正确．
10．C
【解析】
根据核反应方程可知，X原子核中电荷数为92个，质量数为235，则中子数为143个，选项A错误；钚衰变发出的γ射线具有很强的穿透能力，但是电离能力很弱，选项B错误；20克的经过48200年后，剩余的量为克，即还有5克未衰变，选项C正确；由于反应要放出能量，则钚核衰变前的质量大于衰变后X、He核的质量之和，选项D错误；故选C.
11．D
【解析】
根据得，探测到某古木中14C的含量为原来的，知经历了2个半衰期，则
t=2×5730年=11460年
D正确，ABC错误；
故选D．
【点睛】
解决本题的关键知道每经过一个半衰期，有半数发生衰变，衰变后的质量和初始质量的关系为，n表示半衰期的次数．
12．D
【解析】AC、β射线实际上是原子核内部一个中子转变成一个质子而放出一个电子而形成的，故A错误，C错误；
B、根据核反应过程前后，质量数守恒，电荷数守恒，在核反应中，X的质量数时1，电荷数是1，即X是质子，这个反应过程叫原子核的人工转变，故B错误；
D、衍射现象是波特有的性质，电子的衍射现象说明实物粒子具有波动性，故D正确。
故选：D。
13．B
【解析】
A图是α粒子散射实验，依据此实验卢瑟福提出了原子核式结构学说，与光的性质无关．故A错误．B图是研究双缝干涉实验装置，干涉是波的特有性质，因此双孔干涉实验说明光具有波动性．故B正确．C图是光电效应的实验，说明光具有粒子性．故C错误．D图是三种射线在磁场偏转的实验，能判定射线的电性，不能说明光的性质．故D错误．故选B．
14．CD
【解析】
光电效应实验，说明的是能够从金属中打出光电子，说明的是光的粒子性，故A错误；β粒子在云室中受磁场力的作用，与波动性无关，故B错误；可以利用慢中子衍射来研究晶体的结构，说明中子可以产生衍射现象，说明具有波动性，因为衍射是波特有的现象，故C正确；人们利用电子显微镜观测物质的微观结构，说明电子可以产生衍射现象，说明具有波动性，因为衍射是波特有的现象，故D正确．所以CD正确，AB错误．
15．8
【解析】
一个密封的罐子里有100克碘131，放置24天后，这个罐子里只剩下12.5克碘131．由公式知，所以T=8天
16．（1）5天 （2）0.00977
【解析】
【详解】
（1）10g铋210经过20天后还剩下0.625g，由公式知，所以T=5天；
（2）如果再经过30天，还剩该元素.
17．（1） （2）
【解析】
【分析】
(1) 写α衰变的实质方程；(2)应用带电粒子在匀强磁场中的半径公式、动量守恒、质能方程等知识求衰变过程的质量亏损Δm。
【详解】
(1)
(2)由，得衰变后α粒子的速度
设衰变后新核Y的速度大小为，据系统动量守恒得，则
据质能方程
解得：衰变过程的质量亏损
18．（1）He＋N O＋H （2） （3）
【解析】
【详解】
(1)
(2)由动量守恒定律有m1v0＝m3v3＋m4vB，
解得vB＝.
(3)当m1v0－m3v3＜0时，B的速度与He核的速度方向相反．
解得v3＞