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

从原子核到夸克
1．关于近代物理学，下列说法正确的是
A．核反应方程+X中的X表示电子
B．ɑ粒子散射实验的结果表明原子核由质子和中子构成
C．放射性元素的半衰期随温度的升高而变长
D．一个氢原子从n=4的激发态跃迁时，最多能辐射6种不同频率的光子
2．下列关于核反应及衰变的表述正确的有（　　）
A．中，X表示
B．是轻核聚变
C．半衰期与原子所处的化学状态有关
D．衰变中产生的射线实际上是原子的核外电子挣脱
3．在人类对微观世界进行探索的过程中，下列说法符合历史事实的是
A．贝克勒尔通过对天然放射性现象的研究，发现了原子中存在原子核。
B．玻尔推翻了原子的核式结构，并提出了半经典的量子化原子模型。
C．卢瑟福通过α粒子散射实验，证实了在原子核内存在质子和中子。
D．汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，发现了原子并非不可再分。
4．下列说法正确的是
A．频率越低的光，粒子性越显著
B．无论光强多强，只要入射光的频率小于金属的截止频率，就不能发生光电效应
C．氢原子吸收光子后，电子运动的轨道半径变大，动能也变大
D．发生β衰变时，新核的核电荷数不变
5．下列说法正确的是
A．温度升高时放射性元素的半衰期变长
B．β 衰变所释放的电子是原子核外的最外层电子
C．α、 β 和 γ 三种射线中，γ 射线的穿透能力最强
D．某放射性元素的原子核有 80 个，经过 2 个半衰期后一定只剩 20 个
6．烟雾探测器使用了一种半衰期为432年的放射性元素镅来探测烟雾。当正常空气分子穿过探测器时,镅会释放出射线将它们电离,从而产生电流。烟尘一旦进入探测腔内,烟尘中的微粒会吸附部分射线,导致电流减小,从而触发警报。则下列说法正确的是(　　)
A．镅发出的是伦琴射线
B．镅发出的射线是因为镅原子发生能级跃迁
C．镅在发生火灾时，由于温度升高半衰期变短
D．0.2g 的镅经864年将衰变掉0.15g
7．下列说法正确的是(　　)
A．衰变为要经过4次α衰变和2次β衰变
B．一束光照射到某金属表面上产生了光电效应,增大光的强度可增加光电子的最大初动能
C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与黑体温度有关外，还与黑体的材料及表面状况有关
D．铋210的半衰期是5天,1克铋210经过10天全部衰变为其它原子核
8．下列说法中正确的是（ ）
A．天然放射现象的发现，揭示了原子核是由质子和中子组成的
B．玻尔的原子结构理论是在卢瑟福核式结构学说上引进了量子原理
C．γ射线是波长很短的电磁波，它的贯穿能力很弱
D．卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子核有复杂结构
9．一个静止的放射性同位素的原子核衰变为，另一个也静止的天然放射性元素的原子核衰变为，在同一磁场中得到衰变后粒子的运动轨迹1、2、3、4，如图所示，则这四条径迹依次是（　　）
A．电子、、、正电子
B．、电子、正电子、
C．、正电子、电子、
D．正电子、、、电子
10．以下是有关近代物理内容的若干叙述，其中正确的是(　　)
A．密立根发现电子揭示了原子不是构成物质的最小微粒
B．汤姆孙利用电场力和重力平衡的方法，推测出了带电体的最小带电荷量
C．α粒子散射实验是原子核式结构理论的实验基础
D．卢瑟福发现了中子，在原子结构的研究方面做出了卓越贡献
11．Th具有放射性，经以下连续衰变过程，最后生成稳定的Pb：Th→Ra→Ac→Th→…→Pb，下列说法正确的是
A．Th和Th属于放射性同位素，其原子核中子数相同，质子数不同
B．Ra发生β衰变后变为Ac，说明Ra原子核内有β粒子
C．Ra的半衰期约为6.7年，将该元素掺杂到其他稳定元素中，半衰期将增大
D．整个衰变过程共发生6次α衰变和4次β衰变
12．在衰变中会伴随有射线产生，下列说法正确的是（　　）
A．此衰变方程为
B．粒子是原子核内的中子转化为质子产生的
C．射线是钍原子核放出的
D．衰变为，经过3次α衰变，2次β衰变
13．如图,匀强磁场中的O点有一静止的原子核发生了某种衰变,衰变方程为,反应生成的粒子的速度方向垂直于磁场方向。关于该衰变,下列说法正确的是
A．发生的是衰变
B．发生的是衰变
C．A=234,Z=91
D．新核和粒子在磁场中的轨迹外切于O点
14．下列说法中正确的是(　　)
A．1896年，法国的玛丽·居里首先发现了天然放射线
B．查德威克通过实验验证了原子核内有中子
C．人类认识原子核的复杂结构并进行研究是从发现天然放射现象开始的
D．氢有三种同位素（氕(H)、氘(H)、氚(H)）化学性质不同
15．天然放射性现象发出的射线中，存在α射线、________和γ射线，其中α射线的本质是高速运动的?________核（填写元素名称）．
16．铀235在核反应堆中被中子射中后会发生裂变。裂变后产生的碘131、铯137、氙133、氪88等新原子大都具有放射性。其中碘（放出射线，是裂变产物中份额比较多的物质，其半衰期约为8天；铯放出射线其半衰期约30年。
依据上面信息
（1）请写出碘衰变为X原子核后的衰变方程_____________________________________________。
（2）设福岛核泄漏产生的铯质量为m，经过60年后还有质量为________的铯没有发生衰变。
17．放射性同位素被考古学家称为“碳钟”，它可用来断定古生物的年代，此项研究获得1960年诺贝尔化学奖．
(1)很不稳定，易发生衰变，衰变时会放出β射线，试写出有关核反应方程．
(2)若已知的半衰期为n年，测得一古生物遗骸中含量只有活体中的12.5%，则此遗骸的年代约有多少年？
18．某实验室工作人员用初速度的粒子轰击静止的氮原子核，产生了质子．若某次碰撞可看作对心正碰，碰后新核与质子同方向运动，运动方向垂直磁场方向，通过分析偏转半径可得出新核与质子的速度大小之比为1:20，已知质子的质量为m．
(1)写出核反应方程
(2)求出质子的速度
参考答案
1．A
【解析】
【详解】
A、核反应方程，X的质量数为，电荷数，可知X表示电子，故A正确；
B、卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子具有核式结构，不能说明原子是由质子与中子组成的，故B错误；
C、放射性元素的半衰期不受到环境的变化而变化，与温度无关，故C错误；
D、一个氢原子从n=4的激发态跃迁时，最多能辐射种不同频率的光子，故D错误；
说法正确的是选A。
2．B
【解析】
【详解】
根据质量数和电荷数守恒得 中，X的质量数为17+1-14=4，电荷数：z=8+1-7=2，表示He，故A错误；轻核聚变是把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应称聚变反应，因此核反应是轻核聚变，故B正确；半衰期是一个统计规律，只与放射性元素本身有关，与所处的化学状态无关，故C错误；β衰变中产生的β射线实际上是原子核中的中子转变成质子，而放出电子，故D错误；故选B。
3．D
【解析】
【详解】
贝克勒尔通过对天然放射性现象的研究，证明原子核有复杂结构，α粒子散射实验说明原子中存在原子核，故A错误；玻尔在原子的核式结构理论基础上提出了半经典的量子化原子模型，选项B错误。卢瑟福通过α粒子散射实验，建立了原子的核式结构理论，选项C错误；汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，发现了原子并非不可再分，选项D正确。故选D.
4．B
【解析】
【分析】
【详解】
A．频率越低的光，光子的能量值越小，其动量越小，粒子性越不显著；故A错误.
B．光电效应实验中，无论入射光多强，只要入射光的频率低于金属的截止频率，就不可能发生光电效应，故B正确；
C．氢原子吸收光子后，电子运动的轨道半径变大，根据，可知电子的动能减小；故C错误.
D．发生β衰变时，原子核内的每一个中子转化为一个质子和一个电子，新核的质量数不变，核电荷数增加一个；故D错误.
故选B.
5．C
【解析】
【详解】
放射性元素的半衰期与外界因素无关，选项A错误；β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时放出的电子，选项B错误；α、β和γ三种射线中，γ射线的穿透能力最强，选项C正确；半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少量原子核的衰变不适用，选项D错误；故选C.
6．D
【解析】
【详解】
镅会释放出射线将它们电离，从而产生电流，而三种射线中，α射线能使空气电离，原子核自发放出的氦核，故A B错误；半衰期与外界因素无关，故C错误；的半衰期为432.6年，则经过865年是经过了两个半衰期，剩余的质量为，将衰变掉0.15g，故D正确。所以D正确，ABC错误。
7．A
【解析】
【详解】
A、衰变为，质量数减小16，而质子数减小6，而经过一次衰变,质量数减小4，质子数减小2，而经过一次衰变质量数不变，质子数增大1，因此要经过4次衰变和2次衰变，故A正确；
B、根据光电效应方程，光电子最大初动能与入射光的频率有关，而与光的强度无关，故B错误；
C、根据黑体辐射规律：黑体辐射电磁波的强度，按波长的分布，只与黑体的温度有关，故C错误；
D、铋210的半衰期是5天，经过10天后，还剩下没有衰变为其他原子核的质量为，故D错误；
故选A。
8．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，故A错误；
B．玻尔的原子结构理论是在卢瑟福核式结构学说的基础上引人了量子理论，故B正确；
C．γ射线是波长极短的电磁波，它的贯穿能力很强，故C错误；
D．卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子核式结构的模型，故D错误；
9．B
【解析】
【详解】
放射性元素放出正电子时，正粒子与反冲核的速度方向相反，而电性相同，则两个粒子受到的洛伦兹力方向相反，两个粒子的轨迹应为外切圆．而放射性元素放出β粒子时，β粒子与反冲核的速度方向相反，而电性相反，则两个粒子受到的洛伦兹力方向相同，两个粒子的轨迹应为内切圆．放射性元素放出粒子时，两带电粒子的动量守恒．由半径公式，可得轨迹半径与动量成正比，与电量成反比，而正电子和β粒子的电量比反冲核的电量小，则正电子和β粒子的半径比反冲核的半径都大，故轨迹1、2、3、4依次是：、电子、正电子、，故B正确，ACD错误．
10．C
【解析】
【详解】
A．汤姆孙发现电子揭示了原子不是构成物质的最小微粒，选项A错误；
B．密立根利用油滴实验，根据电场力和重力平衡的方法，推测出了带电体的最小带电荷量，选项B错误；
C．α粒子散射实验是原子核式结构理论的实验基础，选项C正确；
D．卢瑟福发现了质子，查德威克发现中子，在原子结构的研究方面做出了卓越贡献，选项D错误．
11．D
【解析】
【详解】
A、和具有相同的质子数属于放射性同位素，其原子核质子数相同，中子数不同，故A错误；
B、发生衰变后变为，是原子核内一个中子转化为一个质子数放出电子，并非原子核内有电子，故B错误；
C、元素的半衰期不随物理和化学状态的改变而改变，故C错误；
D、衰变质量数不变，故，则，发生6次衰变，根据电荷数守恒可知：，得到：，故发生4次衰变，故D正确。
12．BD
【解析】
A、此衰变方程为，不能写成等号，故A错误；
B、β衰变时释放的电子是由核内一个中子转化成一个质子同时产生的，故B正确；
C、γ光子是衰变过程中镤原子核放出的，故C错误；
D、衰变为，设经过n次α衰变和m次β衰变，则：234=222+4n，90=86+2n-m，解得n=3、m=2，所以经过了3次α衰变，2次β衰变，D正确；
故选BD．
13．BC
【解析】
【详解】
A、B项：衰变放出一个电子，所以为衰变，故A错误，B正确；
C项：由质量数守恒和电荷数守恒得：A=234,Z=91，故C正确；
D项：由于新核和粒子电性相反，由左手定则可知，新核和粒子在磁场中的轨迹内切于O点，故D错误。
故选：BC。
14．BC
【解析】
【详解】
A．贝克勒尔首先发现了天然放射现象，故A错误；
B．查德威克通过实验验证了原子核内有中子，选项B正确；
C．人类认识原子核的复杂结构并进行研究是从发现天然放射现象开始的，选项C正确；
D．同位素最外层电子排布相同，化学性质几乎完全相同，故D错误．
15．β射线 氦
【解析】
【分析】
【详解】
天然放射性现象发出的射线中，存在α射线、β射线和γ射线，其中α射线的本质是高速运动的氦核．
16．
【解析】
【详解】
（1）[1]．碘衰变为X原子核后的衰变方程：
（2）[2]．设福岛核泄漏产生的铯质量为m，经过60年后还有质量为的铯没有发生衰变。
17．(1) （2）3n
【解析】
【详解】
（1）根据质量数守恒、电荷数守恒写出核反应方程
（2）活体中碳含量不变，生物死亡后，按其半衰期衰变，设活体中146C的含量为ρ0，遗骸中为ρ，则由半衰期的定义得
可得
解得
点睛：本题主要考查了写核反应方程要注意配平方程式，正确理解半衰期的概念，利用公式即可求解此类问题．
18．（1）（2）
【解析】
【详解】
（1）根据电荷数守恒、质量数守恒得：；
（2）设粒子、新核的质量分别为4m、17m，质子的速度为，对心正碰，由动量守恒定律得：
解得：．
点睛：解决本题的关键知道在核反应方程中电荷数守恒、质量数守恒，以及掌握动量守恒定律．