上海市甘泉高中2019-2020学年高中物理沪科版选修3-5：从原子核到夸克 单元测评题（含解析）

从原子核到夸克
1．2018年8月19日报道，日本福岛第一核电站核污水净化后的含氚水中，仍残留有其他放射性物质，其中部分物质半衰期长达1570万年。有关原子核物理知识，下列说法正确的是
A．有8个放射性元素的原子核，当有4个发生衰变所需的时间就是该元素的半衰期
B．天然放射现象中产生的α射线的速度与光速相当，穿透能力很强
C．放射性元素发生衰变时所释放出电子是原子核内的中子转化为质子时产生的
D．汤姆孙首先发现了中子，从而说明原子核内有复杂的结构
2．关于原子、原子核结构和波粒二象性，下列说法正确的是
A．根据玻尔理论可知，一群氢原子从n=5能级向低能级跃迁最多可辐射10种频率的光子
B．α、β、γ三种射线都是从原子核内放射出来的，其中γ射线的电离本领最强，α射线的穿透本领最强
C．在核反应中，质量数守恒，电荷数守恒，但能量不一定守恒
D．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应是因为这束光的强度太弱
3．下列说法正确的是
A．Th核发生一次α衰变时，新核与原来的原子核相比，中子数减少了4
B．太阳辐射的能量最主要来自太阳内部的核裂变反应
C．若使放射性物质的温度升高，其半衰期可能变小
D．用14eV的光子照射处于基态的氢原子，可使其电离
4．下列说法正确的是( )
A．的半衰期会随着周围环境温度的变化而改变
B．爱因斯坦为解释光的干涉现象提出了光子说
C．处于n＝3能级状态的大量氢原子自发跃迁时，能发出3种频率的光子
D．普朗克在研究黑体辐射问题时提出了光子说
5．如图所示，放射性元素镭衰变过程中释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是（　　）
A．①和④是α射线，它们有很强的穿透本领
B．③和⑥是β射线，它们是高速电子流
C．②和⑤是γ射线，它由原子核外的内层电子跃迁产生
D．③和④是α射线，它们有很强的电离本领
6．在人类认识微观世界的历史长河中，许多伟大的发现构成了一个又一个科学发展的里程碑。在下列核反应中，约里奥居里夫妇发现人工放射性同位素的方程是
A．
B．
C．
D．
7．核能作为一种新能源在现代社会中已不可缺少，我国在完善核电安全基础上将加大核电站建设．核泄漏中的钚(Pu)是一种具有放射性的超铀元素，它可破坏细胞基因，提高患癌的风险．已知钚的一种同位素的半衰期为24100年，其衰变方程为→X++γ，下列有关说法正确的是
A．衰变发出的γ射线是波长很短的光子，穿透能力很强
B．X原子核中含有92个中子
C．8个经过24100年后一定还剩余4个
D．由于衰变时释放巨大能量，根据E=mc2，衰变过程总质量不变
8．关于α、β、γ三种射线,下列说法中正确的是
A．α射线的穿透能力最强 B．β射线是带正电的高速粒子流
C．γ射线是能量很高的电磁波 D．α、β、γ三种射线都是高速运动的带电粒子流
9．放射性同位素碘131是对甲状腺癌有辅助治疗作用．研究表明，碘131只在甲状腺组织聚集，利用碘131的放射性能有效的清除残留甲状腺组织及转移的癌细胞．已知碘131的半衰期为8天，其衰变变方程为，下列说法正确的是（ ）
A．碘131衰变中释放出的X粒子为中子
B．碘131衰变中释放出的X粒子为质子
C．碘131与碘127具有相同的核子数
D．10g的碘131经过16天有7.5g发生了衰变
10．下列说法中不正确的是
A．β射线的本质是电子流，所以β衰变说明原子核是由质子、中子、电子组成
B．居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋和镭两种新元素
C．某种色光照射金属发生光电效应，若增大光照强度，则单位耐间内发射的光电子数增加
D．玻尔认为原子中电子轨道是量子化的，能量也是量子化的
11．在下列关于近代物理知识的说法中，正确的是（ ）
A．玻尔理论可以成功解释氢原子的光谱现象
B．氢原子的核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，原子的能量增大
C．γ射线为原子的核外电子电离后形成的电子流
D．元素的半衰期随温度的升高或压强的增大而变小
12．下列说法正确的是　　
A．卢瑟福通过对粒子散射实验现象的研究，提出了原子的核式结构学说
B．同一元素的两种同位素具有相同的中子数
C．放射性元素的半衰期是指大量该元素的原子核中有半数发生衰变需要的时间
D．为解释光电效应现象，爱因斯坦提出了光子说
E.根据玻尔理论可知，氢原子放出一个光子后，氢原子的核外电子运动速度减小
F.氘核和氚核聚合成氦核，同时会放出一个正电子和核能
13．目前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装修材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素，比如，有些含有铀、钍的花岗岩等岩石会释放出放射性惰性气体氡，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，根据有关放射性知识可知，下列说法正确的是（　　）
A．氡的半衰期为3.8天，若取4个氡原子核，经7.6天后就一定剩下一个原子核了
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．γ射线一般伴随着α或β射线而产生，在这3种射线中，γ射线的穿透能力最强，但电离能力最弱
D．发生α衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了4
14．以下给出的核反应方程中，说法正确的是（ ）
A．， X为中子，核反应为聚变
B．，Y为质子，核反应为聚变
C．，Z为中子，核反应为聚变
D．，K为3个中子，核反应为裂变
15．如图所示，放射性元素镭释放出、、三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，其中______是射线，______是射线，______是射线。
16．如图所示，是利用放射线自动控制铝板厚度的装置．假如放射源能放射出α、β、γ三种射线，而根据设计，该生产线压制的是3mm厚的铝板，那么是三种射线中的________射线对控制厚度起主要作用．当探测接收器单位时间内接收到的放射性粒子的个数超过标准值时，将会通过自动装置将M、N两个轧辊间的距离调________一些．
17．用中子轰击锂核（）发生核反应，产生氚和核α粒子并亏损了质量△m．
（1）写出核反应方程式；
（2）求上述反应中的释放出的核能为多少；
（3）若中子与锂核是以等大反向的动量相碰，则α粒子和氚的动能之比是多少？
18．已经证实，质子、中子都是由称为上夸克和下夸克的两种夸克组成的，上夸克带电为e，下夸克带电为－e，e为电子所带电量的大小，如果质子是由三个夸克组成的，且各个夸克之间的距离都为l，l＝1.5×10－15 m．试计算质子内相邻两个夸克之间的静电力（库仑力）．
参考答案
1．C
【解析】
A、半衰期具有统计规律，对大量的原子核才适用。故A错误；
B、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。故B错误；
C、放射性元素发生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，并且将电子释放出来，故C正确；
D、电子的发现，表明原子有复杂的结构；天然放射现象的发现，表面原子核有复杂的结构，D错误。
故选C。
2．A
【解析】
根据玻尔理论可知，一群氢原子从n=5能级向低能级跃迁最多可辐射种频率的光子，选项A正确；α、β、γ三种射线都是从原子核内放射出来的，其中α射线的电离本领最强，γ射线的穿透本领最强，选项B错误；在核反应中，质量数守恒，电荷数守恒，能量也一定守恒，选项C错误；一束光照射到某种金属上不能发生光电效应是因为这束光的频率太小，选项D错误；故选A.
3．D
【解析】
A、Tn核发生一次α衰变时，新核与原来的原子核相比，质量数减少了4，中子数减少2，故A错误；
B、太阳辐射的能量主要来自太阳内部的聚变反应，故B错误；
C、半衰期与外界因素无关，故温度改变时，半衰期不变，故C错误；
D、用14eV的光子照射处于基态的氢原子，吸收的热量大于13.6ev，可使其电离，故D正确；
故选D。
【点睛】
关键知道α衰变生成氦原子核，质量数少4，质子数少2，太阳辐射的能量主要来自太阳内部的聚变反应，半衰期与外界因素无关，用大于13.6eV的光子照射处于基态的氢原子，即可使其电离。
4．C
【解析】
【详解】
放射性元素的半衰期与外界环境无关，选项A错误；爱因斯坦为解释光电效应现象提出了光子说，选项B错误；处于n＝3能级状态的大量氢原子自发跃迁时，能发出种频率的光子，选项C正确；普朗克在研究黑体辐射问题时提出了能量子假说，建立了量子论，选项D错误；故选C.
5．D
【解析】
α射线实质为氦核，带正电，有很强的电离本领；β射线为高速电子流，带负电，由核内中子衰变而来；γ射线为高频电磁波，不带电，有很强的穿透本领．根据电荷所受电场力特点可知：①为β射线，②为γ射线，③为α射线，
根据左手定则，α射线受到的洛伦兹力向左，故④是α射线．β射线受到的洛伦兹力向右，故⑥是β射线．γ射线在磁场中不受磁场的作用力，轨迹不会发生偏转．故⑤是γ射线．故D正确，ABC错误．
故选D
6．D
【解析】
【详解】
约里奥-居里夫妇发现人工放射性同位素的方程为，故D正确；
7．A
【解析】衰变发出的γ放射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力．故A正确．根据电荷数守恒、质量数守恒知，X的电荷数为92，质量数为235，则中子数为143．故B错误．半衰期具有统计规律，对大量的原子核适用．故C错误．由于衰变时释放巨大能量，根据E=mC2，衰变过程总质量减小．故D错误．故选A.
8．C
【解析】A、α射线的穿透能力最弱，故A错误；
B、 β射线由放射性同位素(如32P、35S等)衰变时放出来带负电荷的粒子，故B错误；
C、γ射线是原子核能级跃迁蜕变时释放出的射线，能量高穿透力强，故C正确；
D、可知γ射线不带电，故D错误；
故选C。
9．D
【解析】
【分析】
【详解】
由反应方程可知，X的质量数为0，电荷数为-1，可知碘131衰变中释放出的X粒子为电子，选项AB错误；碘131与碘127是同位素，具有相同的质子数，但是核子数不同，选项C错误；10g的碘131经过16天，即两个半衰期，剩余的碘为，即有7.5g发生了衰变，选项D正确；故选D.
10．A
【解析】
【详解】
β射线的本质是核内的中子转化为质子时放出的电子流，所以β衰变不能说明原子核是由质子、中子、电子组成，选项A错误；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正确；某种频率的光照射某金属能发生光电效应，若增加入射光的强度，就增加了单位时间内射到金属上的光子数，则单位时间内发射的光电子数将增加，故C正确；玻尔认为原子中电子轨道是量子化的，能量也是量子化的，选项D正确；此题选择不正确的选项，故选A。
11．AB
【解析】
【详解】
玻尔理论可以成功解释氢原子的光谱现象，但是不能解释其它的原子光谱，选项A正确；氢原子的核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，原子的电势能增加，电子的动能减小，原子的总能量增大，选项B正确；γ射线是不带电的光子流，选项C错误；元素的半衰期与外界条件无关，选项D错误；故选AB.
12．ACD
【解析】
【分析】
本题考查粒子散射实验中只有极少数入射粒子发生了较大的偏转，说明原子核只占原子很小部分的体积，从而提出原子的核式结构学说；同位素的定义是：质子数相同而中子数不同的同种元素；半衰期的定义是大量该元素的原子核中有半数发生衰变需要的时间；为解释光电效应现象，爱因斯坦提出了光子说；根据玻尔理论的内容，氢原子放出一个光子后能量减小，要从高能级跃迁到低能级，圆周运动半径减小，速度增大，加速度增大；根据电荷数与质量数守恒放出的应该是质量数为1的中子．
【详解】
A.根据物理学史，卢瑟福通过对粒子散射实验现象的研究，提出了原子的核式结构学说，故A正确；
B.同位素是指具有相同的质子数不同中子数的两种元素，故B错误；
C.放射性元素的半衰期是指大量该元素的原子核中有半数发生衰变需要的时间，故C正确；
D.为解释光电效应现象，爱因斯坦提出了光子说，故D正确；
E.根据玻尔理论可知，氢原子放出一个光子后，能量减小，要跃迁到低能级，氢原子的核外电子运动速度增大，故E错误；
F.根据质量数和电荷数守恒：氘核和氚核聚合成氦核，同时会放出一个不带电的中子，故F错误。
故选ACD。
【点睛】
本题需要注意据玻尔理论可知，氢原子放出一个光子后，能量减小，要从高能级跃迁到低能级，库仑力变大，库仑力提供向心力知氢原子的核外电子运动速度增大．
13．BC
【解析】
半衰期具有统计规律，对大量的原子核适用，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和电子所产生的，故B正确；γ射线一般伴随α或β射线产生，三种射线中，γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱，故C正确；α衰变时，电荷数少2，质量数少4，中子数少2，故D错误．所以BC正确，AD错误．
14．AD
【解析】
【详解】
， X电荷数为0，质量数为1，则为中子，核反应为聚变反应，选项A正确；，Y电荷数为1，质量数为1，则为质子，核反应为人工转变方程，选项B错误；，Z电荷数为0，质量数为1，为中子，核反应为人工转变方程，选项C错误；，K的质量总数为235+1-144-89=3，总电荷数为0，则为3个中子，核反应为重核的裂变方程，选项D正确；故选AD.
15．③④ ①⑥ ②⑤
【解析】
【详解】
由放射现象中，α射线是氦核，带正电，β射线是高速电子流，带负电，γ射线是高频率电磁波，不带电，结合在电场与磁场中的偏转可知②⑤是γ射线，③④是α射线，①⑥是β射线。
16． ； 大；
【解析】
α射线不能穿过3 mm厚的铝板，γ射线又很容易穿过3 mm厚的铝板，基本不受铝板厚度的影响．而β射线刚好能穿透几毫米厚的铝板，因此厚度的微小变化会使穿过铝板的β射线的强度发生较明显变化．即β射线对控制厚度起主要作用．若超过标准值，说明铝板太薄了，应该将两个轧辊间的距离调节得大些．故B正确．
17．（1）核反应方程式为（2）△mc2（3）3：4
【解析】（1）根据质量数守恒和电荷数守恒得：
（2）反应中的释放出的核能为：△E=△mc2
（3）设m1、m2、v1、v2分别为氦核、氚核的质量和速度，取碰撞前中子的速度方向为正，由动量守恒定律得：0=m1v1+m2v2
氦核、氚核的动能之比为：Ek1：Ek2==m2：m1=3：4．
点睛：本题的核反应与碰撞相似，遵守动量守恒定律和能量守恒定律，书写核反应方程式时要遵循质量数守恒和电荷数守恒的原则．
18．上夸克间静电力F＝46 N，为斥力
上、下夸克间静电力为23 N，为吸力
【解析】质子带电为＋e，所以它是由2个上夸克和1个下夸克组成的．按题意，三个夸克必位于等边三角形的三个顶点处，这时上夸克与上夸克之间的静电力应为
Fuu＝k＝k
代入数值解得Fuu＝46 N，为斥力
上、下夸克之间的静电力F′ud＝k＝k
代入数值解得：F′ud＝23 N，为吸引力．