上海市海滨高中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．铝箔被粒子轰击后，发生的核反应方程为．方程中X的中子数为（ ）
A．15
B．16
C．30
D．31
2．原子核自发地放出电子的现象称为β衰变。开始时科学家曾认为β衰变中只放出电子，即β粒子；后来发现这个过程中除了放出电子以外，还放出一种叫做“反中微子”的高速粒子，反中微子不带电。则（ ）
A．原子核能发生β衰变，说明原子核内含有电子
B．发生β衰变后的原子核的核子数不变，质子数却减少
C．静止的原子核发生β衰变时放出的能量大于β粒子与衰变后的核的动能之和
D．静止的原子核发生β衰变时β粒子与衰变后的核的动量矢量和一定为零
3．关于放射性元素的衰变，下列说法正确的是（ ）
A．放射性是原子序数大于或等于83的少数元素才有的
B．原子核发生β衰变，说明原子核内存在电子
C．射线不一定来自原子核，也有可能是核外电子
D．1g经过一个半衰期后剩余0.5g没有发生衰变
4．关于原子结构和原子核的结构，经过不断的实验探索，我们已经有了一定的认识，对于这个探索的过程，下列描述错误的是 （ ）
A．卢瑟福根据α粒子轰击金箔时发生散射，提出了原子的核式结构模型
B．为了解释原子的稳定性和辐射光谱的不连续性，波尔提出了氢原子结构模型
C．卢瑟福通过利用α粒子轰击铍原子核，最终发现了中子
D．人类第一次实现的原子核的人工转变核反应方程是
5．物理学家通过对实验的深入观察和研究，获得正确的科学认知，推动物理学的发展，下列说法符合事实的是（ ）
A．光电效应说明光具有粒子性，康普顿效应说明光具有波动性.
B．卢瑟福用人工转变的方法，发现了质子并预言了中子的存在
C．汤姆生通过α散射实验，得出了原子核内部存在电子
D．贝克勒尔通过对天然放射现象的研究，发现了原子中存在原子核
6．关于天然放射现象，以下叙述正确的是(　 　)
A． 衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时所产生的
B．若使放射性物质的温度升高，其半衰期将减小
C．在α、β、γ这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，射线的电离能力最强
D．铀核 衰变为铅核 的过程中，要经过8次α衰变和10次β衰变
7．核电池是通过半导体换能器，将放射性同位素衰变过程中释放出的能量转变为电能。有种核电池使用放射性同位素 ，Pu衰变为和X粒子，并释放出y光子。已知、U和X粒子的质量分别为mpu、mu、m，则( )
A．X粒子是He原子核
B．与的中子数相等
C．核电池使用过程由于发热会导致的半衰期变短
D．一个核衰变释放出的能量转变的电能为
8．有一钚的同位素核静止在匀强磁场中，该核沿与磁场垂直的方向放出x粒子后，变成轴的一个同位素原子核。则（ ）
A．放出的x粒子是
B．该核反应是核裂变反应
C．铀核与x粒子在该磁场中的旋转半径之比为1：46
D．铀核与x粒子在该磁场中的旋转周期相等
9．放射性元素衰变时放出三种射线，按电离由强到弱的排列顺序是(　　)
A．α射线，β射线，γ射线
B．γ射线，β射线，α射线
C．γ射线，α射线，β射线
D．β射线，α射线，γ射线
10．一个静止的放射性原子核处于垂直纸面向里的匀强磁场中,由于发生衰变而形成如图所示的两个圆形径迹，则 ( )
A．反冲核沿大圆做逆时针方向的运动
B．沿大圆和小圆运动的粒子周期相同
C．该原子核发生了α衰变
D．该原子核发生了β衰变
11．下列说法中正确的是(　　)
A．核反应堆是人工控制链式反应的装置
B． ，式中d＝3
C．β衰变中产生的β射线是原子核外电子挣脱原子核束缚后形成的
D．4个放射性元素的原子核经过一个半衰期后一定还剩下2个没有发生衰变
12．如图所示，放射性元素镭衰变过程中释放α，β，γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法中正确的是
A．①表示γ射线，③表示α射线
B．②表示β射线，③表示α射线
C．④射线的电离能力最强
D．⑥射线的穿透能力最强
13．以下是物理学史上3个著名的核反应方程 ， ， 、y和z是三种不同的粒子，则（ ）
A．x是α粒子
B．x是质子
C．z是中子
D．z是电子
14．据媒体报道，叛逃英国的俄罗斯前特工利特维年科在伦敦离奇身亡，英国警方调查认为毒杀利特维年科的是超级毒药——放射性元素钋()．若该元素发生α衰变，其半衰期是138天，衰变方程为，则下列说法中正确的是(　　)
A．X原子核含有124个中子
B．X原子核含有206个核子
C．γ射线是由处于激发态的钋核从较高能级向较低能级跃迁时发出的
D．100g的经276天，已衰变的质量为75g
15．1956年，李政道和杨振宁提出在弱相互作用中宇称不守恒，1957年吴健雄用钴原子核（60Co）在极低温（0.01K）和强磁场中的β衰变实验结果给出了令人信服的证明．在极低温下的半衰期____（选填“大于”、“等于”或“小于”）常温下的半衰期；
16．铀衰变为铅核的过程中，要经过_______次α衰变和______次β衰变
17．发生β衰变生成镍（Ni）的方程式为____．
18．已知钍234的半衰期是24天，1g钍234经过120天后还剩下多少？
19．已知铀235的质量为235.043 9 u,钡141的质量为140.913 9 u,氪92 的质量为91.897 3 u,每个中子质量为1.0087 u,1 kg铀235发生的铀核裂变所放出的能量相当于多少吨优质煤完全燃烧时放出的能量?(1 kg优质煤完全燃烧时能产生 2.9×107 J的热量)
参考答案
1．A
【解析】
根据电荷数守恒、质量数守恒知，X的电荷数为15，质量数为30，中子数为30-15=15；
A．15，与结论相符，选项A正确；
B．16，与结论不相符，选项B错误；
C．30，与结论不相符，选项C错误；
D．31，与结论不相符，选项D错误；
故选A.
2．C
【解析】
原子核能发生β衰变，是因为内部的中子转化为质子而同时发出一个电子，故A错误；发生β衰变后的原子核的核子数不变，质子数增加1，故B错误；原子核发生β衰变时，放出的能量等于β粒子、“反中微子”与衰变后的核的动能之和，即静止的原子核发生β衰变时放出的能量大于β粒子与衰变后的核的动能之和，故C正确；衰变后β粒子、“反中微子”与新核的总动量一定为零，故D错误。所以C正确，ABD错误。
3．D
【解析】
原子序数大于83的元素都具有放射性，能自发发出射线，原子序数小于83的元素有的具有放射性，有的不具有放射性，故A错误．原子核发生β衰变，是核内的中子转化为质子时放出的电子，而不是原子核内就存在电子，选项B错误；射线都是由原子核内放出的，不是核外电子，选项C错误；1g经过一个半衰期后会有半数发生衰变，即剩余0.5g没有发生衰变，选项D正确；故选D.
4．C
【解析】
A、卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型,所以A选项是正确的;?
B、为了解释原子的稳定性和辐射光谱的不连续性,波尔提出了氢原子结构模型,所以B选项是正确的;?
C、查德威克在α粒子轰击铍核时实现了人工转变发现了中子,并获得诺贝尔物理奖.故C错误;?
D、卢瑟福用α粒子轰击氮原子核,产生了氧的一种同位素--氧17和一个质子,这是人类第一次实现的原子核的人工转变,该反应方程为.所以D选项是正确的;?
本题选择错误的,所以选C
【点睛】
物理常识：卢瑟福提出了原子核式结构;波尔提出玻尔理论,解释了原子的稳定性和辐射光谱的不连续性;查德威克发现了中子;卢瑟福用α粒子轰击氮核发现质子,并首次实现原子核的人工转变.
5．B
【解析】
康普顿效应说明光具有粒子性，选项A错误；卢瑟福用α粒子轰击，获得反冲核，发现了质子并预言中子的存在，选项B正确；卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，提出了原子的核式结构模型，1897年汤姆生在研究稀薄气体放电的实验中，证明了电子的存在，测定了电子的荷质比，轰动了整个物理学界，选项C错误。贝克勒尔发现的天然放射性现象，说明原子核具有复杂结构，选项D错误； 故本题选B。
【点睛】
此题是对近代物理学史的考查；都是课本上涉及的物理学家的名字及其伟大贡献，只要多看书、多积累即可很容易得分；对物理学史的考查历来都是考试的热点问题，必须要熟练掌握。
6．A
【解析】
β衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时所产生的，选项 A正确； 若使放射性物质的温度升高，其半衰期不变，选项B错误； 在α、β、γ这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强，选项C错误； 铀核衰变为铅核的过程中，要经过（238-206）÷4=8次α衰变和82-（92-2×8）=6次β衰变，选项D错误；故选A.
7．A
【解析】
（1）根据质量数守恒和电荷数守恒可知，的衰变方程为，可知X粒子是原子核，故A正确；
（2）有中子239-94=145个，有中子235-92=143个，可知二者的中子数不相等，故B错误；
（3）半衰期与放射性元素本身有关，与环境无关，所以核电池使用过程中发热不会导致的半衰期变短，故C错误；
（4）释放的光子的能量为，核反应的过程中释放的能量，由于核反应的过程中释放的核能转化为新核与α粒子的动能以及光子的能量，所以光子的能量小于，转变的电能小于，故D错误。
故本题正确答案选A。
【点睛】
根据质量数守恒与电荷数守恒写出核反应方程；核反应的过程中亏损的质量等于反应前后质量的差；核反应的过程中释放的核能转化为新核与α粒子的动能以及光子的能量；半衰期与温度无关。
8．C
【解析】
AB、根据质量数守恒和电荷数守恒可得该反应放出粒子（），是衰变，故AB项错误；
CD、由动量守恒定理，，即有粒子和铀核动量大小相等，方向相反，而由于微观粒子在匀强磁场中匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，满足方程，粒子运动半径为，由于铀核与粒子的电荷量之比46：1，铀核与粒子在该磁场中的旋转半径之比为，粒子运动的周期为，由于铀核与x粒子比荷不同，所以 铀核与x粒子在该磁场中的旋转周期不相等，故C正确，D错误；
故选C。
9．A
【解析】试题分析：γ射线的穿透能力最强，电离本领最弱；α射线的电离本领最强，穿透能力最弱；β射线的穿透能力和电离本领都介于二者之间.故选B。
考点：放射性射线
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10．D
【解析】
【详解】
CD：由运动轨迹知，衰变时产生粒子与新核所受洛仑兹力方向相同，两者运动方向相反，则该原子核发生了β衰变。故C项错误，D项正确。
A：由洛仑兹力作用下的圆周运动半径公式得，反冲核的轨道半径较小，沿小圆运动，据左手定则知，反冲核做逆时针方向的运动。故A项错误。
B：由洛仑兹力作用下的圆周运动半径公式得，周期与比荷有关，反冲核与电子的比荷不同，则沿大圆和小圆运动的粒子周期不同。故B项错误。
【点睛】
衰变前后动量守恒，衰变后的粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，若发生β衰变，两轨迹内切；若发生α衰变，两轨迹外切。
11．A
【解析】
【详解】
A.核电站的核心是核反应堆，核反应堆中核的链式反应可以在人工控制下进行，故A正确；
B.根据核反应前后电荷数守恒规律，B选项中的d＝2，故B错误；
C.β衰变是原子核内释放出电子的核反应，不是核外电子的逃逸，故C错误；
D.4个放射性元素的原子核经过一个半衰期后，衰变的结果有多种情况，半衰期是对大量原子核的行为的统计预测，对几个核的衰变无法预测，故D错误．
故选：A
12．C
【解析】
【分析】
【详解】
α射线实质是高速氦核流，带正电；β射线实质是电子流，带负电；γ射线实质是高频电磁波，不带电．
AB：匀强电场场强向右，①向左偏，为β射线；②不偏转，为γ射线；③向右偏，为α射线．故AB两项错误．
CD：匀强磁场方向垂直纸面向里，据左手定则，α射线受的洛仑兹力向左为④，α射线电离能力最强；β射线受的洛仑兹力向右为⑥；γ射线不受洛仑兹力为⑤，γ射线穿透能力最强．故C项正确，D项错误．
【点睛】
β衰变所释放的电子是原子核内所形成的，原子发生一次β衰变，原子序数增加1．
13．BC
【解析】
【分析】
【详解】
设x、y、z的电荷数为a、b、c，质量数为d、e、f，根据电荷数守恒、质量数守恒知，d+7=2e，a+3=2b，e+14=d+17，b+7=a+8，e+9=f+12，b+4=c+6，解得?? c=0，f=1，可知z为中子；b=2，e=4，可知y是α粒子；a=1，d=1，可知a是质子，故BC正确，AD错误．故选BC．
【点睛】
解决本题的关键知道核反应方程电荷数守恒、质量数守恒，基础题．
14．ABD
【解析】
【详解】
AB.X原子核中的核子数为210－4＝206(个)，中子数为206－(84－2)＝124(个)，故A正确，B正确；
C.γ射线是由于核反应前后因质量亏损释放的能量以γ光子的形式放出，故C错误；
D.经过两个半衰期，剩余的钋的质量为原来的四分之一，则已衰变的质量为原来的四分之三，故D正确．
故选：ABD
【点睛】
根据电荷数守恒和质量数守恒得出X原子核的电荷数和质量数，从而得出中子数．根据半衰期的意义求衰变的质量．
15．等于
【解析】
【详解】
半衰期由原子核本身决定，与外界条件无关，所以半衰期不变。
16．8 6
【解析】
【详解】
设发生x次α衰变，y次β衰变，衰变方程为：，则：238=206+4x，解得：x=8，又：92=82+8×2-y，得：y=6．
17．
【解析】
【详解】
根据题意可知，发生β衰变生成镍（Ni）的方程式为，反应过程应保证质量数守恒，电荷数守恒。
18．1/32 g
【解析】已知钍234的半衰期是24天，经过120天后，发生5个半衰期，剩下的质量为
19．2.84×103 t
【解析】质量亏损为Δm=(mU+mn)-(mBa+mKr+3mn)=236.052 6u-235.837 3 u=0.2153u。
释放的能量ΔE=Δmc2≈201 MeV
1 kg铀235 含有的铀原子核数目为N=×6.02×1023=2.56×1024个
1 kg铀完全反应释放的总能量为E总=N·ΔE=2.56×1024×201×106×1.60×10-19 J=8.23×1013 J
1 t煤完全燃烧释放的能量为E=1000×2.9×107 J=2.9×1010 J
故 1kg 铀完全反应相当于这样的煤完全燃烧的质量为n=2.84×103t。
【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，以及掌握爱因斯坦质能方程和能量守恒定律．