上海市丰华高中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．以下有关近代物理的叙述，正确的是
A．β衰变实质是由原子核内的一个中子转变成一个质子，同时释放出一个电子
B．发生光电效应时，增大入射光强度，光电子的最大初动能也增大
C．α粒子散射实验表明原子核占据原子的绝大部分质量和体积
D．氢原子的核外电子由高能级向低能级跃迁时，要吸收一定频率的光子
2．放射性元素钋（）发生衰变时，会产生和一种未知粒子，并放出γ射线，其核反应方程为→++γ。下列说法正确的是
A．的穿透能力比γ射线强 B．y=214
C．X核的中子个数为124 D．这种核反应为裂变
3．下列与粒子相关的说法中正确的是（ ）
A．天然放射性现象中产生的α射线速度与光速相当，贯穿能力很强
B．丹麦物理学家玻尔进行了α粒子散射实验并首先提出了原子的核式结构模型
C．(铀238)核放出一个α粒子后就变为(钍234)
D．高速α粒子轰击氮核可从氮核中打出中子，核反应方程为
4．一个静止的铀核，放射一个粒子而变为钍核，在匀强磁场中的径迹如图所示，则正确的说法( )
A．1是，2是钍
B．1是钍，2是
C．3是，4是钍
D．3是钍，4是
5．下列说法中正确的是
A．钍的半衰期为24天，1g针经过120天后还剩0.2g
B．发生光电效应时，入射光越强，光电子的最大初动能就越大
C．原子核内的中子转化成一个质子和电子，产生的电子发射到核外，就是β粒子
D．根据玻尔的原子理论，氢原子从n=5的激发态跃迁到n=2的激发态时，核外电子动能减小
6．下列说法中不正确的是（ ）
A．爱因斯坦在光的粒子性的基础上，建立了光电效应方程
B．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波也相等
C．玻尔的原子理论成功解释了氢原子光谱的实验规律
D．卢瑟福根据粒子散射实验提出了原子的核式结构模型
7．用盖革?米勒计数器测定某一放射源的放射强度为t=1/24天内计数=405次,T=10天后再次测量,测得该放射源的放射强度为t=1/24天内计数=101次。设该放射源中放射性元素的原子核的最初个数和半衰期分别用N和τ表示。则以下说法正确的是
A．由半衰期的公式可知
B．由半衰期的公式可知
C．这种放射性元素的半衰期为5天
D．这种放射性元素的半衰期为2.5天
8．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．汤姆逊通过阴极射线在电场和磁场中的偏转实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成的，并测出了该粒子的比荷。密立根通过油滴实验测出了基本电荷的数值
B．贝克勒尔通过对天然放射现象的研究，发现原子核由质子和中子组成
C．居里夫妇从沥青铀矿中分离出钋(Po)和镭(Ra)两种新元素，之后他们的女儿和女婿用实验发现了中子的存在
D．卢瑟福通过α粒子散射实验证实了原子核内部存在质子
9．关于放射线及放射性同位素,下列说法正确的是
A．威尔逊云室和气泡室都是利用射线的穿透本领显示射线的径迹
B．利用放射性同位素的放射作用，可将它作为示踪原子
C．β、γ两种射线都可以用来对金属探伤
D．β射线是放射性元素的原子核外的电子电离而放出的
10．一种天然放射性物质射出α、β、γ三种射线，垂直经过一个匀强磁场和匀强电场共存的区域，调整电场强度E和磁场强度B的大小，使得在MN上只有a、b两个点受到射线照射，再用一块厚纸板放在放射源和调好的电、磁之间，设能穿过纸面板的射线速度的变化可以忽略。则下列判断正确的是
A．不放厚纸板时，射线的轨迹和a、b两个点的位置一定如图1所示
B．不放厚纸板时，射线的轨迹和a、b两个点的位置一定如图2所示
C．放上厚纸板时，射线的轨迹和在MN上得到的照射点一定如图3所示
D．放上厚纸板时，射线的轨迹和在MN上得到的照射点可能如图3所示
11．下列说法正确的是
A．+?→?+?是a衰变方程
B． →??+是核裂变反应方程
C．2+?→??一定是释放核能的核反应
D．+?→+?是发现中子的反应
12．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．电子束通过双缝实验后可以形成干涉图样
B．β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹
C．人们利慢中子衍射来研究晶体的结构
D．电子显微镜发出一束电子,穿透物体后在屏幕上形成条纹
E.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
13．关于天然放射性，下列说法正确的是（ ）
A．所有的元素都可能发生衰变
B．放射性元素的半衰期与外界的温度无关
C．、、三种射线中，射线电离能力最强
D．一个原子核在一次衰变中可同时发出、、三种射线
14．一个 原子核具有天然放射性,它经过若干次衰变,放出个α粒子和个β粒子后会变成一个原子核。下列说法中正确的是
A．核比 少16个核子
B．核比少6个中子
C．=3，=4
D．=4，=2
15．某放射性原子核A经过一系列α衰变和β衰变后变为原子核B．若B核内质量数比A核内少8个，中子数比A核少7个．则发生了____________次α衰变和_________次β衰变．
16．花岗岩、大理石等装修材料，都不同程度地含有放射性元素，比如含有铀、钍的花岗岩等岩石会释放出放射性气体氡，而氡会发生放射性衰变，放出α、β、γ射线，这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道等方面的疾病。在这三种射线中，_____射线的穿透能力最强；α衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了_____个；β衰变所释放的电子是由原子核中的_____转化而来.
17．的质量是3.016 050 u，质子的质量是1.007 277 u，中子的质量是1.008 665 u．1uc2=931.5 MeV（兆电子伏特），c为光速，普朗克常量h=6.63×10-34Js，则：
(1)写出一个质子和两个中子结合为氚核时的核反应方程。
(2)氚核的结合能和比结合能各是多少？
(3)如果这些能量是以射出2个相同光子的形式释放，则每个光子的频率是多少？
18．放射性元素氡经衰变为钋()，半衰期为3.8天．
(1)请将氡的衰变方程补充完整(写出一种元素的质量数和电荷数)
______
(2)100g氡经7.6天后，剩余氡的质量为多少？
参考答案
1．A
【解析】
β粒子是由原子核内的一个中子转变成一个质子，同时释放出一个电子；根据光电效应方程分析光电子的最大初动能与哪些因素有关；根据α粒子散射实验得出的结论作答；氢原子的核外电子由高能级向低能级跃迁时，能量减小，要放出一定频率的光子。
【详解】
A. β衰变释放的β粒子，是由原子核内的一个中子转变成一个质子，同时释放出一个电子，故A正确；
B. 根据光电效应方程，光电子的最大初动能等于入射光的能量减去金属的逸出功，与入射光强度无关，故B错误；
C. α粒子散射实验表明原子内部大部分空间是空的，原子核占据原子的很小体积和大部分质量，故C错误；
D. 氢原子的核外电子由高能级向低能级跃迁时，能量减小，要放出一定频率的光子，故D错误。
故选：A
2．C
【解析】
根据质量数等于质子数和中子数之和，核反应过程质量数守恒，电荷数守恒判断质子数和质量数。α、β、γ射线中的穿透能力最弱。这种核反应为α衰变。
【详解】
A、的穿透能力比γ射线弱，故A错误；
B、根据核反应过程质量数守恒，y=210-6=206，故B错误；
C、X核的中子个数为206-82=124，故C正确；
D、题设中的核反应为α衰变，故D错误。
故选：C。
3．C
【解析】
【分析】
天然放射性现象中产生的α射线速度为光速的十分之一，电离能力较强，穿透能力较弱．根据电荷数守恒、质量数守恒判断衰变后的新核；卢瑟福用α粒子轰击氮核，第一次实现了原子核的人工转变．
【详解】
天然放射性现象中产生的射线，只有γ射线速度与光速相当，贯穿能力很强，α射线速度为光速的十分之一，电离能力较强，穿透能力较弱．选项A错误；卢瑟福进行了α粒子散射实验并首先提出了原子的核式结构模型，选项B错误；铀(238）核放出一个α粒子，电荷数少2，质量数少4，则电荷数为90，质量数为234，变为钍234．故C正确．高速α粒子轰击氮核可从氮核中打出质子，核反应方程为．故D错误．故选C.
4．B
【解析】
一个静止的铀核发生衰变后变为钍核，粒子和钍核都在匀强磁场中做匀速圆周运动，根据动量守恒定律知，两粒子的动量大小相等，速度方向相反，都为正电，根据左手定则，为两个外切圆；根据，因两粒子的动量大小相等、磁感应强度B相同，则电量大的轨道半径小，知1是钍核的径迹，2是粒子的径迹，B正确，ACD错误，选B．
【点睛】衰变生成的新核与粒子动量守恒，根据左手定则判断粒子的受力方向，从而判断出是内切圆还是外切圆．
5．C
【解析】
【分析】
半衰期是大量原子衰变时所表现出的统计规律，根据m=m0计算剩余的质量；光电子的最大初动能Ek=hυ-W；β衰变所释放的电子是由原子核内中子转化成质子后释放出的电子；氢原子向低能级跃时，半径减小，库仑力做正功，电子运动的动能增大．
【详解】
A. 氡的半衰期为3.8天,1克氡经过7.6天即经过2个半衰期,还剩m=m0=m0=1×=克氡未衰变，故A错误；
B.入射光子能量E=hυ，某种材料的逸出功是W，则光电子的最大初动能Ek=hυ-W，入射光频率越高，光电子的最大初动能就越大，故B错误；
C. β衰变所释放的电子是由原子核内中子转化成质子后释放出的电子，故C正确；
D.一个处于n=5能级的氢原子从n=5的激发态跃迁到n=2的激发态时，原子核对核外电子做正功，核外电子动能增加，故D错误．
故选C
6．B
【解析】
A项：爱因斯坦提出了光子假说，建立了光电效应方程，故A正确；
B项：根据，知动能相等，质量大动量大，由得，电子动量小，则电子的德布罗意波长较长，故B错误；
C项：玻尔的原子结构假说第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功地解释了氢原子光谱的实验规律，故C正确．
D项：卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型，故D正确 ．
7．C
【解析】
【分析】
半衰期公式N1＝N()n中，n表示半衰期的次数，根据衰变的时间，结合衰变后的强度是原来强度的关系，求出半衰期的次数，从而得出半衰期的大小．
【详解】
半衰期公式N1＝N()n中，n表示半衰期的次数，n=，t为初状态到下次测量的时间，故AB错误。由题意可知，经过10天衰变后放射性强度是原来的，可知经历了2个半衰期，则半衰期为5天，故C正确，D错误。故选C。
【点睛】
题考查了半衰期的基本运用，知道经历一个半衰期，有半数发生衰变，基础题．
8．A
【解析】
【详解】
汤姆逊通过阴极射线在电场和磁场中的偏转实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成的，并测出了该粒子的比荷。密立根通过油滴实验测出了基本电荷的数值，选项A正确；贝克勒尔发现了天然放射性现象，但没有发现原子中存在原子核，以及原子核的组成；故B错误。居里夫妇从沥青铀矿中分离出钋（Po）和镭（Ra）两种新元素，之后查德威克用实验发现了中子的存在，故C错误；卢瑟福通过α粒子散射实验，提出了原子核式结构模型；而卢瑟福α粒子轰击氮核，证实了在原子核内存在质子，故D错误；故选A。
9．B
【解析】
【分析】
在云室中能够观察到射线的径迹是利用射线在云室里发生电离作用；放射性同位素可以作为失踪原子；β射线不能用来金属探伤；β衰变释放的电子来自原子核，不是核外电子．
【详解】
在云室中能够观察到射线的径迹是利用射线在云室里发生电离作用，故A错误。利用放射性同位素的放射作用，可将它作为示踪原子，故B正确。由于β射线的穿透能力较弱，金属可以挡住β射线，不能用β射线进行金属探伤，故C错误。β射线是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，故D错误。故选B。
【点睛】
本题考查了威尔逊云室和气泡室径迹产生的原因、放射性同位素、射线的性质、衰变的实质等基础知识点，关键要熟悉教材，牢记这些基础知识点，注意β衰变释放的电子来自原子核，不是核外电子．
10．D
【解析】
【分析】
α、β射线分别带正电和负电，在电磁场中受到电场力和洛伦兹力，γ射线不带电，不受电场力和洛伦兹力．纸板能挡住α射线．结合左手定则分析．
【详解】
不放厚纸板时，粒子向左偏转，若打在b点的α射线，应有 qvB＞qE，即 v＞E/B．β射线的速度比α射线更大，也有qvB＞qE，β射线应打在a点的右侧，故AB错误。放上厚纸板后，纸板能挡住α射线。γ射线不带电，不受电场力和洛伦兹力，直接打在a点。β射线带负电，所受的电场力向左，洛伦兹力向右，若qvB＜qE，β射线打在b点，若qvB=qE，β射线打在a点，故C错误，D正确。故选D。
【点睛】
本题考查了α、β、γ三种射线的特性，结合力学的受力分析即可判断．要知道纸板能挡住α射线．
11．C
【解析】
【分析】
α衰变生成氦原子核，自发进行；β衰变生成电子，自发进行；聚变是质量轻的核结合成质量大的核。裂变是质量较大的核分裂成较轻的几个核.
【详解】
A反应是原子核的人工转变，不是α衰变，α衰变是自发进行的，故A错误。B反应是α衰变方程，故B错误。C反应是轻核聚变方程，该核反应释放核能，故C正确。查德威克发现中子的核反应用α粒子轰击铍核，故D错误。故选C。
12．ACD
【解析】
【详解】
干涉是波具有的特性，电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样，说明电子具有波动性，所以A正确；β粒子在云室中受磁场力的作用，做的是圆周运动，与波动性无关，所以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，说明中子具有波动性，所以C正确；电子显微镜发出一束电子，穿透物体后在屏幕上形成条纹，属于电子束的衍射现象，说明电子束的波动性，选项D正确；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E错误；故选ACD.
13．BCD
【解析】
【分析】
自然界中有些原子核是不稳定的，可以自发地发生衰变，衰变的快慢用半衰期表示，与元素的物理、化学状态无关.
【详解】
有些原子核不稳定，可以自发地衰变，但不是所有元素都可能发生衰变，故A错误；放射性元素的半衰期由原子核决定，与外界的温度无关，故B正确；α、β和γ三种射线，γ射线的穿透力最强，电离能力最弱，故C错误；一个原子核在一次衰变中不可能同时放出α、β和γ三种射线，故D错误．故选B．
14．AD
【解析】
【分析】
核子数等于质量数，根据质量数和电荷数求出中子数，从而比较出中子数的多少。根据电荷数守恒、质量数守恒，结合衰变的实质求出α衰变、β衰变的次数。
【详解】
核子数等于质量数，可知核比少16个核子，故A正确。核中子数132，核的中子数为142，可知核比少10个中子，故B错误。整个过程中，电荷数少6，质量数少16，根据4N1=16，2N1-N2=6知，N1=4，N2=2，故C错误，D正确。故选AD。
【点睛】
解决本题的关键知道衰变的实质，知道α衰变的过程中，电荷数少2，质量数少4，β衰变过程中电荷数多1，质量数不变。
15．2次 3次
【解析】
设原子核A变为原子核B需要经过x次α衰变和y次β衰变，根据质量数和电荷数守恒则有：4x=8，2x-y=1，
所以解得：x=2，y=3．
点晴：解决本题关键理解电荷数、质子数以及质量数之间的关系；能正确根据质量数和电荷数守恒判断发生α和β衰变的次数．
16．γ 2 中子
【解析】
【详解】
第一空.γ射线一般伴随着α或β射线产生，在这三种射线中，γ射线的穿透能力最强；
第二空.发生α衰变时，电荷数少2，质量数少4，则中子数少2；
第三空.β衰变所释放的电子来自原子核，是原子核中的一个中子转变为一个电子和一个质子，电子释放出来。
17．(1) (2) 2.66 MeV(3) 9.6×1020 Hz.
【解析】(1)核反应方程式是：
(2)反应前各核子总质量为：
反应后新核的质量为：
质量亏损为：
释放的核能为：.
氚核的结合能即为：
它的比结合能为：.
(3)放出光子的频率为：
。
点睛：本题考查了核反应方程和爱因斯坦质能方程的基本运用，知道在核反应方程中电荷数守恒、质量数守恒。
18．(1) (2)25g
【解析】
试题分析：根据衰变过程中质量数和电荷数守恒列出衰变方程，得出是什么粒子，然后写出核反应方程．运用半衰期的定义进行定量计算．
解：（1）根据衰变过程中质量数和电荷数守恒，由于生成物质量数减小4，电荷数减小2，所以放出的粒子是α粒子．该核反应的方程是：
（2）根据半衰期的定义得，由于T=3.8天，t=7.6天，
解得