上海市大境中学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．物理学重视逻辑, 崇尚理性, 其理论总是建立在对事实观察基础上, 下列说法正确的是
A．电子的发现使人们认识到原子具有核式结构
B．β射线的发现证实了原子核内部存在电子
C．密立根油滴实验表明核外电子的轨道是不连续的
D．天然放射现象说明原子核是可以再分的粒子
2．设想一个原来静止的天然放射性元素的原了核在匀强磁场中发生了衰变，如果所产生的新核和所放射出的粒子的运动方向均垂直于磁场方向，且用箭头指向表示粒子的运动方向，那么表示发生β衰变的轨迹图应该是（）
A． B． C．D．
3．在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到了非常重要的作用．下列说法符合历史事实的是
A．居里夫妇通过对天然放射现象的研究，明确了原子核具有复杂结构
B．贝克勒尔从沥青铀矿中分离出了钋(Po)和镭(Ra)两种新元素
C．卢瑟福通过α粒子散射实验证实了在原子核内部存在质子
D．汤姆逊通过阴极射线在电场和磁场中偏转的实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成的，并测出了该粒子的比荷
4．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．射线、射线、射线都是高速运动的带电粒子流
C．氢原子从激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子
D．发生光电效应时光电子的动能只与入射光的强度有关
5．碳的同位素的原子核中有
A．8个质子 B．8个电子 C．8个中子 D．8个核子
6．某放射性元素经过了3个半衰期，发生衰变的原子核约为总数的
A．1/4 B．3/4 C．1/8 D．7/8
7．下列四幅图涉及到不同的物理知识，其中说法正确的是
A．甲图中，原子核D和E聚变成原子核F要放出能量
B．乙图中，若氢原子从n=2能级跃迁到n=1能级时辐射出A光，只要用波长小于A光波长的光照射，都能使氢原子从n=1跃迁到n=2
C．丙图中，卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子和中子
D．丁图中，汤姆孙通过对阴极射线的研究揭示了原子核内还有复杂结构
8．原子核俘获一个中子，生成一个核 并释放一个质子。由此可知
A．A=13 Z=6 B．A= 13 Z=7 C．A=14 Z=6 D．A=14 Z=7
9．钴60(Co)是金属元素钠的放射性同位素发生一次β衰变后放出γ射线，产生新的原子核X，则下列说法正确的是
A．原子核Ⅹ的电荷数为26 B．原子核X的中子数比质子数多4
C．β粒子是钻60原子核最外层电子 D．γ射线由钴60原子核释放
10．下列说法中不正确的是
A．光电效应表明光子有能量，康普顿效应表明光子有动量，这两者均证明了光的粒子性
B．卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子的核式结构
C．玻尔的原子理论第一次将量子观念引入原子领域，成功地解释了原子的光谱
D．天然放射现象表明原子核有更为精细的结构
11．下列说法正确的是
A．光电效应揭示了光的粒子性，康普顿效应揭示了光的波动性
B．玻尔原子理论提出了定态和跃迁的概念，能解释氦原子的光谱现象
C．钍核）经过6次衰变和4次衰变后变成铅核
D．大量氢原子处在的能级，最多可能辐射6种不同频率的光子
12．下列说法正确的是（　　）
A．只有原子序数大于或等于83的元素才具有放射性
B．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
C．在光电效应实验中，某金属的截止频率对应的波长为λ0，若用波长为（λ＞λ0）的单色光做该实验，会产生光电效应
D．某种放射性元素的样品经过8小时后还有没有衰变，它的半衰期是2小时
13．一静止的铝原子核Al俘获一速度为1.0×107 m/s 的质子p后,变为处于激发态的硅原子核Si,下列说法正确的是(　　)
A．核反应方程为
B．核反应过程中系统能量不守恒
C．核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和
D．硅原子核速度的数量级为m/s，方向与质子初速度的方向一致
14．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．则下列说法不正确的是
A．镅发出的是α射线
B．镅发出的是β射线
C．镅发出的是γ射线
D．0.2 mg的镅经864年将衰变掉0.15 mg
15．如图所示，R为一含有的放射源，它能放出α、β、γ三种射线，变为．LL′为一张厚纸板，MN为涂有荧光物质的光屏，虚线框内存在平行于边界ab的匀强电场若射线正对光屏的中心O点射出，在光屏上只观察到O、P两个亮点， 则打在O点的是_____射线，虚线 框内匀强电场的方向_______选填“由a指向b”或“由b指向a”）．
16．如图所示，x为放射源，L为一纸板，纸板与计数器之间有强磁场B．当强磁场移开时，计数器的计数率不变，说明放射源中没有 （选填“α”、“β”或“γ”）粒子；将纸板L移开，计数器计数率大幅度上升，这表明放射源中有 （选填“α”、“β”或“γ”）粒子．
17．静止的锂核（）俘获一个速度为10.7×l06m/s的中子，发生核反应后若只产生两个新的粒子．其中一个粒子为氦核（），它的速度大小为8×l06m/s，方向与反应前中子的速度方向相同．则：
（1）写出核反应方程：
（2）求反应后产生的另一个粒子的速度大小及方向：
（3）通过计算说明此反应过程中是否产生了质童亏损：
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，已知氚核的速度大小为，方向与中子的运动方向相反．
(1)试写出核反应方程；
(2)求出氦核的速度大小；
参考答案
1．D
【解析】A，电子的发现使人们认识到原子具有复杂结构，但不能说明原子具有核式结构，故A错误；
B，β射线是原子核发生衰变是的产物，实质是由原子核内一个中子转化为一个质子和电子，并不是说原子核内存在电子，故B错误
C，密立根油滴实验测出了电子的电量，但没有说明电子轨道是不连续的，故C错误；
D，天然放射现象是原子核发生的，所以表明原子核实可以再分的，故D正确；
综上所述本题的答案是: D
2．C
【解析】
放射性元素放出β粒子时, β粒子与反冲核的速度相反,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，故C正确，ABD错误。
故选C
【点睛】
放射性元素的原子核,沿垂直于磁场方向放射出一个粒子后进入匀强磁场,在洛伦兹力的作用下都做匀速圆周运动.放射性元素放出粒子,动量守恒,分析粒子和粒子与反冲核半径关系,根据洛伦兹力分析运动轨迹是内切圆还是外切圆,
3．D
【解析】
【详解】
A．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，故A错误；
B．居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋（PO)和镭（Ra)两种新元素，故B错误；
C．卢瑟福通过粒子散射实验，证实了原子中存在原子核，故C错误；
D．汤姆孙通过阴极射线在电场和在磁场中的偏转实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成，并测出了该粒子的比荷，故D正确；
故选D
4．C
【解析】
试题分析：原子核发生衰变时，电荷守恒，但会有质量亏损，遵循的是爱因斯坦的质能方程而非质量守恒规律，故A错误；射线和射线分别是带正电的氦核流和带负电的电子流，而射线不带电，故B错误；根据玻尔氢原子模型的相关理论，电子轨道和能量都是量子化的，而在“跃迁”过程中要遵循，故只能辐射特定频率的光子，故C正确；由光电效应的方程可知，光电子的动能由入射光频率决定，故D错误．
考点：氢原子的能级公式和跃迁
【名师点睛】本题主要考察原子结构和原子核的相关知识．选项的迷惑性大，关键要熟悉教材，牢记这些基本的知识点，以及加强训练．
5．C
【解析】
根据原子符号中，左下角数字表示质子数，左上角数字表示质量数，以及中子数=质量数-质子数来解答．
【详解】
表示的碳原子核内有6个质子，质量数为14，核子数14，中子数=14-6=8，故C正确，ABD错误．
【点睛】
本题主要考查了原子符号的含义以及各微粒数目之间的关系.
6．D
【解析】
根据半衰期的次数，抓住经过一个半衰期有半数发生衰变，即可求出发生衰变的原子核约为总数的多少。
【详解】
根据，可知3个半衰期后还剩余的原子核未衰变，所以发生衰变的原子核约为总数的，故D正确，ABC错误。
【点睛】
本题只要结合半衰期的衰变公式即可确定发生衰变的原子核约为总数的比例。
7．A
【解析】
【详解】
A、甲图中，原子核D和E聚变成原子核F的过程属于聚变反应，是该反应的过程中要放出能量，故A正确；
B、根据能级间跃迁辐射的光子能量等于两能级间的能级差，若氢原子从n=2能级跃迁到n=1能级时辐射出A光，只要有用波长等于A光波长的光照射，才能使氢原子从n=1跃迁到n=2，故B错误；
C、?卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，得出原子的核式结构模型，故C错误；
D、丁图中，汤姆孙通过电子的发现揭示了原子有一定结构，天然放射现象的发现揭示了原子核内还有复杂结构，故D错误；
故选A。
【点睛】
卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，得出原子的核式结构模型；在聚变反应的过程中要释放能量；汤姆孙通过电子的发现揭示了原子有一定结构，天然放射现象的发现揭示了原子核内还有复杂结构。
8．D
【解析】
【分析】
核反应过程中，电荷数守恒，质量数守恒。
【详解】
核反应方程为：，则，即，，故选D。
【点睛】
解决本题的关键知道在核反应过程中电荷数守恒、质量数守恒的特点。
9．B
【解析】
【分析】
原子核发生衰变时电荷数和质量数守恒；质子数和中子数之和等于核子数。
【详解】
发生一次β衰变，产生新原子核的电荷数为28，质量数为60，因此中子数为32，中子数比质子数对4，选项A错误，B正确；β粒子来源于钴60原子核，选项C错误；γ射线由钴60衰变后产生的新核释放，选项D错误；故选B.
10．C
【解析】
【详解】
A、光电效应表明光子具有能量，康普顿效应表明光子除了具有能量之外还具有动量，它们都是光的粒子性的证明，故A正确；
B、卢瑟福通过粒子的散射实验，提出原子的核式结构模型，故B正确；
C、玻尔原子理论第一次将量子观念引入原子领域，成功地解释了氢原子光谱的实验规律，不能解释所有原子光谱的实验规律，故C错误；
D、天然放射现象表明原子核有更为精细的结构，故D正确。
【点睛】
该题考查了原子物理的基础知识，明确卢瑟福通过α粒子的散射实验、波尔理论、光电效应以及天然放射现象是解题的关键。
11．CD
【解析】
【分析】
光电效应揭示了光的粒子性，即光的能量与光频率有关；康普顿效应也揭示光的粒子性，证明光具有动量及能量与频率有关；玻尔氢原子能级结构能很好地解释了氢原子光谱，但是不能解释其它原子光谱现象，可见其原子结构模型是有局限性的；大量氢原子从第n高能级向低能级辐射光子，最多产生种不同频率的光子；要了解原子核衰变的实质，一次衰变原子核减少4个核子数，其中减少2个质子，一次衰变原子核增加一个质子，减少一个中子，质量数不变．
【详解】
爱因斯坦提出光子假说，认为光子是一份一份能量，即，从而建立的光电效应方程：，很好地解释了光电效应现象；康普顿效应也是揭示了光的粒子性，即光子和石墨中的电子发生相互作用后，光子的频率减小，且运动方向发生改变，满足动量守恒和能量守恒，故A错误；玻尔提出的氢原子能级结构模型，利用定态概念和能级跃迁的规律，只能很好地解释氢原子光谱，但是无法解释氦原子的光谱现象，故B错误；钍核质量数为232，铅核质量数为208，则衰变次数为，衰变次数为y：，次，故C正确；大量氢原子从向低能级跃迁，最多产生种不同频率的光子，故D正确．故选CD．
12．BD
【解析】
【分析】
小于83元素的同位素也有放射性；β衰变所释放的电子是原子核内的中子衰变得来的；比结合能越大，原子中核子结合的越牢固，原子核越稳定；根据光电效应的条件：入射光的频率大于极限频率，且波长越长，频率越小；半衰期是半数发生衰变所需的时间，经过8小时后还有1/16没有衰变，求出半衰期的次数，从而求出半衰期的时间.
【详解】
原子序数大于83的元素都具有放射性，但不是只有原子序数大于83的元素才具有放射性，故A错误；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，故B正确；某金属的截止频率对应的波长为λ0，根据，结合光电效应发生的条件可知，若用波长为λ（λ＞λ0）的单色光做该实验，其频率变小，不会产生光电效应，故C错误；每经过一个半衰期，有半数发生衰变，经过8小时后还有没有衰变，根据公式：m＝m0?（）n知，经过了4个半衰期，所以半衰期等于2小时，故D正确。所以BD正确，AC错误。
【点睛】
理解β衰变的电子从何而来，注意光电效应的作用，掌握光电效应的条件，及对截止频率与截限波长的理解，同时理解半衰期公式。
13．AD
【解析】
【分析】
根据核反应的质量数和电荷数守恒判断核反应方程的正误；核反应过程中系统能量守恒，动量守恒；由于有能量放出，则反应后质量减小.
【详解】
根据核反应的质量数和电荷数守恒，可知核反应方程为正确，选项A正确；核反应过程中系统能量总是守恒的，选项B错误；核反应前后核子数相等，所以生成物的质量数等于反应物的质量数之和，该反应因放出能量，有质量亏损，则生成物的质量小于反应物的总质量，选项C错误；根据动量守恒定律可知：，解得，即硅原子核速度的数量级为105m/s，方向与质子初速度的方向一致，选项D正确；故选AD.
14．BC
【解析】
【分析】
据三种射线可知，电离能力大小，即可判定镅会释放出什么射线；再结合半衰期的概念，即可求解．
【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，故A正确，BC错误；半衰期为432年，当经864年，发生两次衰变，0.2?mg的镅将衰变掉0.15?mg，还剩下0.05?mg没有衰变，故D正确；此题选择不正确的选项，故选BC.
15． 由b 指向a
【解析】
【详解】
[1]α、β、γ三种射线中γ射线不带电，在电场中不偏转，所以打在O点的是γ射线
[2]一张纸就能挡住α射线，所以打在P点的是β射线，而β粒子带负电，要使β射线向下偏转，虚线框内匀强电场的方向应由b指向a．
16．
【解析】
【分析】
【详解】
试题分析：将磁铁移开后，计数器所得计数率保持不变，说明穿过纸板的粒子中无带电粒子，故没有射线；将薄纸板L移开，计数率大幅上升，说明射线中有穿透力很弱的粒子，因此放射源有．
17．（1）
（2）方向与反应前中子速度方向相反
（3）质量亏损
【解析】
【分析】
【详解】
根据质量数守恒和电荷数守恒，书写核反应方程；Li俘获中子发生核反应的过程，动量守恒，根据动量守恒定律求解未知粒子X的速度大小和方向；表示出反应前后得总动能进行比较解答；
解：(1)
(2)用m1、m2和m3分别表示中子()、氦核()和氚核（ )的质量，用v1、v2和v3分别表示中子、氦核和氚核的速度，由动量守恒定律得，则有，代入数值，得，即反应后生成的氚核的速度大小为8.1×106m/s，方向与反应前中子的速度方向相反；
(3)反应前的总动能
反应后的总动能
经计算知
故可知反应中发生了质量亏损．
18．(1) (2)
【解析】
【分析】
【详解】
（1）根据质量数守恒和电荷数，核反应方程为：
（2）静止的锂核36Li俘获中子的过程中，二者组成的系统的动量守恒，取中子运动的方向为正方向，由动量守恒定律
mnv0=-mcv1+mαv2
得
v2=
由于质子与中子的质量相等，结合中子在质量数是1，氚核的质量数是3，氦核的质量数为4，代入方程得
v2=2×104m/s