上海市龙柏高中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．由原子核的衰变规律可知(　　)
A．同种放射性元素在化合物中的半衰期比在单质中长
B．氡的半衰期为3.8天，若有四个氡原子核，经过7.6天就只剩下一个
C．M元素经过一次α衰变和两次β衰变形成新元素N，N与M是同位素
D．放射性元素铀放出的γ射线是高速运动的电子流
2．下列说法正确的是(　　)
A．玛丽·居里首先提出了原子的核式结构模型
B．卢瑟福在α粒子散射实验中发现了电子
C．查德威克在原子核人工转变的实验中发现了中子
D．玻尔为解释光电效应的实验规律提出了光子说
3．下列说法正确的是(　　)
A．卢瑟福的原子核式结构学说能够解释氢原子的光谱
B．α、β、γ三种射线都是能量不同的光子
C．用升温、加压或化学的方法都不能改变原子核衰变的半衰期
D．阴极射线与β射线都是带负电的电子流，都是由原子核受激发后产生的
4．下列说法中不正确的是（　　）
A．如果用紫光照射某种金属发生光电效应，改用绿光照射该金属可能发生光电效应
B．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，因此，光子散射后波长变长
C．某放射性原子核经过2次α衰变和一次β衰变，核内质子数减少4个
D．根据玻尔理论，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，同时电子的动能增大，原子的电势能减小
5．下列几幅图的有关说法正确的是
A．图一中少数α粒子穿过金箔后方向不变，大多数α粒子穿过金箔后发生了较大偏转
B．图二光电效应实验说明了光具有粒子性
C．图三中射线丙由α粒子组成，每个粒子带两个单位正电荷
D．图四链式反应属于轻核的聚变，又称为热核反应
6．下列说法中正确的是（　　）
A．钍的半衰期为24天．1g钍90234Th经过120天后还剩0.2g钍
B．一单色光照到某金属表面时，有光电子从金属表面逸出，延长入射光照射时间，光电子的最大初动能不会变化
C．放射性同位素90234Th经α、β衰变会生成86222Rn，其中经过了2次α衰变和3次β衰变
D．大量处于n=4激发态的氢原子向低能级跃迁时，最多可产生4种不同频率的光子
7．下表给出了四种放射性同位素的辐射线和半衰期．
在医疗技术中，常用放射线治疗肿瘤，其放射线必须满足：①具有较强的穿透能力，以辐射到体内的肿瘤处；②在较长时间内具有相对稳定的辐射强度．为此所选择的放射源应为( )
A．钋210 B．锝99 C．钴60 D．锶90
8．下列说法正确的是（）
A．光电效应是金属原子吸收光子向外逸出的现象
B．某元素的半衰期是5天，12g的该元素经过10天后大约还有3g未衰变
C．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的重核裂变反应
D．氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大轨道时，原子的总能量增大，电子的动能也增大
9．（钍）经过一系列α和β衰变，变成（铅），下列说法正确的是（　　 ）
A．铅核比钍核少8个质子 B．铅核比钍核少8个中子
C．共经过4次α衰变和6次β衰变 D．共经过6次α衰变和4次β衰变
10．静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核放出一个α粒子，其速度方向与磁场方向垂直．测得α粒子与反冲核轨道半径之比为30∶1，如图所示，则 (　 　)
A．反冲核的原子序数为62
B．原放射性元素的原子序数是62
C．反冲核与α粒子的速率之比为1∶62
D．α粒子和反冲核的动量大小相等、方向相反
11．下列关于放射线的探测说法中正确的是 (　 　)
A．气泡室探测射线的原理与云室探测射线原理类似
B．气泡室内也能清晰的看到γ粒子的径迹
C．盖革－米勒计数器探测射线也是利用射线的电离本领
D．盖革－米勒计数器不仅能计数，还能用来分析射线的性质
12．一个静止的铝原子核俘获一速度为1.0×107m/s的质子p后，变为处于激发态的硅原子核，下列说法正确的是（ ）
A．核反应方程为
B．核反应过程中系统动量不守恒
C．核反应过程中系统能量不守恒
D．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
13．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(Po).若元素钋发生某种衰变，其半衰期是138天，衰变方程为Po→Pb＋Y＋γ，则下列说法正确的是(　　)
A．该元素发生的是β衰变
B．Y原子核含有4个核子
C．γ射线是衰变形成的铅核释放的
D．200 g的Po经276天，已发生衰变的质量为150 g
14．2011年3月11日，日本发生里氏九级大地震，造成福岛核电站的核泄漏事故．在泄露的污染物中含有131I和137Cs两种放射性元素，它们通过一系列衰变产生对人体有危害的辐射，其中131I的衰变方程为，其半衰变期为8天．下列说法正确的是(　　)
A．该核反应的实质是131I原子核内一个中子转变成了一个质子和一个电子
B． 原子核中含有78个中子
C．16个 原子核经过16天有12个发生了衰变
D．已知该反应中生成的原子核处于高能级，则其在向低能级跃迁过程中可能释放γ光子
15．研究发现，在核辐射形成的污染中影响最大的是铯137（），可广泛散布到几百公里之外，且半衰期大约是30年左右．请写出铯137发生β衰变的核反应方程（新核可用X表示）：_______．如果在该反应过程中释放的核能为E，光速为c，则其质量亏损为_______．
16．一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量为mH＝1.007 3 u，中子质量为mn＝1.008 7 u，氚核质量为m＝3.018 0 u,1 u相当于931.5 MeV。
这个聚变方程为______________________________________________；
释放出的核能为_________________________________________
平均每个核子释放的能量是______________________________________
17．一个静止的氡核，放出一个α粒子后衰变为钋核 ，同时放出一定的能量。已知M氡＝222.086 63 u、mα＝4.002 6 u、M钋＝218.076 6 u，1 u相当于931.5 MeV的能量。
（1）写出上述核反应方程；
（2）求出发生上述核反应放出的能量。
18．已知原子核质量为209.982 87u,原子核的质量为205.974 46u,原子核的质量为4.002 60u,静止的核在α衰变中放出α粒子后变成,求:
(1)在衰变过程中释放的能量;
(2)α粒子从Po核中射出的动能;
(3)反冲核的动能(已知1u相当于931.5MeV,且核反应释放的能量只转化为动能).
参考答案
1．C
【解析】
【详解】
半衰期与元素所处的物理环境和化学状态无关，A错误；半衰期具有统计规律，对大量的原子核适用，B错误；一次衰变的过程中电荷数少2，质量数少4，一次衰变的过程中电荷数增1，质量数不变．某原子核经过一次衰变和两次衰变后，电荷数不变，它们是同位素，C正确；射线是高速运动的光子流，D错误．
【点睛】
解决本题的关键知道半衰期的定义，以及影响半衰期的因素，知道半衰期与元素所处的物理环境和化学状态无关，注意半衰期对大量的原子核适用，对几个原子核不适用．
2．C
【解析】
A、卢瑟福在α粒子散射实验中发现极少数粒子发生极大角度的偏转，从而提出了原子核式结构学说，本实验中没有发现质子，是其在用α粒子轰击氮核时发现了质子，故AB错误；
C、查德威克在原子核人工转变的实验中发现了中子，故C正确；
D、贝可勒尔发现的天然放射现象说明原子核有复杂结构，故D正确．
点睛：本题考查物理学史，是常识性问题，对于物理学上重大发现、发明、著名理论要加强记忆，这也是考试内容之一．
3．C
【解析】
【详解】
卢瑟福的粒子散射实验揭示了原子具有核式结构，玻尔理论能够解释氢原子的光谱，A错误；射线、射线都是高速运动的带电粒子流，射线不带电，是光子，B错误；半衰期与外界因素无关，用升温、加压或化学的方法都不能改变原子核衰变的半衰期，C正确；阴极射线是阴极发热产生的电子，该电子在电场力作用下被加速而射向阳极，射线是原子核中的一个中子转化为质子同时释放一个电子，D错误．
4．C
【解析】
如果用紫光照射某 种金属发生光电效应，改用绿光照射时由于绿光的频率小于紫光，故该金属不一定发生光电效应，故A错误；α粒子散射实验中少数α粒子发生了较大偏转，这是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据之一，故B正确；
在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，由 可知光子散射后动量减小，波长变长，故C正确；某放射性原子核经过2次α衰变和一次β衰变，核内质子数减少3个，故D错误．根据玻尔理论，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，同时
电子的动能增大，原子的电势能减小，选项E正确；故选BCE.
5．B
【解析】
α粒子大多数穿过金箔侯方向不变，少数α粒子穿过金箔后发生了较大偏转，故A错误；光电效应实验说明了光具有粒子性，故B正确；图三中射线由左手定则可判断射线丙带负电为电子流，所以C错误；图四链式反应属于重核的裂变，故D错误．
6．B
【解析】
【分析】
【详解】
钍的半衰期为24天，1g钍经过120天后，发生5个半衰期，1g钍经过120天后还剩0.03125g．故A错误；根据得知，光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，与光照射时间无关，故B正确； C、设钍衰变成氡，经过次α衰变，经过次β衰变，由质量数和核电荷数守恒列示得：，，解得：，．故C错误． D、大量处于n=4激发态的氢原子向低能级跃迁时，最多可产生=6种不同频率的光子．故D错误．故本题选B.
【点睛】
本题需要熟记半衰期公式；利用质量数守恒和核电核数守恒，列方程求解衰变次数；知道爱因斯坦光电效应方程；
7．C
【解析】
【分析】
【详解】
AD．三种射线中γ射线的穿透能力最强，α射线与β射线的穿透性都相对于γ射线较弱，不适合用做医学的放射源．故AD错误．
BC．三种射线中γ射线的穿透能力最强，锝99的半衰期较短，而钴60的半衰期较长，钴60在较长时同内具有相对稳定的辐射强度，适合用做医学的放射源；故D错误，C正确．
故选C．
【点睛】
本题考查了三种射线的特点和半衰期的规律，也是科学技术与生活实际相联系的题目．
8．B
【解析】
【详解】
A．光电效应是在光的照射下，某些物质内部的电子会被光子激发向外溢出的现象，故A错误；
B．经过10天，即两个半衰期，每个半衰期有一半原子核发生衰变，所以10天后约还有3g未衰变，故B正确；
C．太阳的能量来自于内部发生聚变反应。故C错误；
D．氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大轨道时，库仑力做负功，原子的总能量增大，电子的动能减小。故D错误。
故选：B
9．AD
【解析】
【分析】
【详解】
A、铅核比钍核少90-82=8个质子，故A正确； B、铅核中子数为208-82=126，钍核中子数为232-90=142，所以铅核比钍核少142-126=16，B错误； C、D：设衰变过程经历了次α衰变、次β衰变，则由电荷数与质量数守恒得：，，得，，故C错D正确；故选AD
【点睛】
根据原子核的组成分析质子数和中子数，由电荷数与质量数守恒判断发生了几次α衰变和几次β衰变．
10．BD
【解析】
ABD、粒子间相互作用遵守动量守恒定律，所以反冲核与α粒子的动量大小相等，方向相反，根据 可知反冲核的电荷量为60，则原放射性元素的原子序数为62，故A错误，BD正确；
C、反冲核与α粒子的动量大小相等，方向相反，所以它们的速率应该和质量成反比，由于不知道质量之比，所以速率之比也不确定，故C错误；
故选BD
点睛：本题需要运用力学（动量守恒、向心力、圆周运动）、电学（洛伦兹力）以及衰变规律等综合知识，具有学科内综合特征
11．AC
【解析】
【详解】
气泡室探测射线原理与云室类似，不同的是气泡室中是在射线经过时产生气泡来显示射线径迹的，故A选项正确；γ粒子不带电，且电离能力很弱，所以气泡室内看不到γ粒子的径迹，故B选项错误；盖革—米勒计数器利用射线电离作用，产生电脉冲进而计数，所以C选项正确；由于对于不同射线产生的脉冲现象相同，因此计数器只能用来计数，不能区分射线的种类，所以D选项错误.故本题选AC.
12．AD
【解析】
【详解】
A. 由质量数守恒和电荷数守恒可知,核反应方程为，故A正确；BC、核反应方程过程中系统动量守恒，能量也守恒，故B错误，C错误；
D.设质子的质量为m，则铝原子原子核的质量约为27m，以质子初速度方向为正，根据动量守恒定律得：?
解得：，数量级为，方向与质子初速度方向一致，故D正确．本题选AD．
【点睛】
由质量数、电荷数守恒可知核反应方程，核反应方程过程中系统动量守恒，能量也守恒，核反应过程中质量发生亏损，根据动量守恒定律求解硅原子核的速度．
13．BCD
【解析】
根据衰变方程为．可知，Y是，属于α衰变，而γ射线是伴随着α衰变产生的，故A错误；根据电荷数守恒和质量数守恒得，Y的电荷数为2，质量数为4，则核子数为4．故B正确．γ射线是衰变形成的铅核释放的．故C正确．根据 知，200g的经276天，已衰变的质量为150g，故D正确．故选BCD．
点睛：解决本题的关键知道核反应过程中电荷数、质量数守恒，以及知道核子数等于质量数，同时注意γ射线是伴随着α衰变，或β衰变产生的．
14．ABD
【解析】
【详解】
由题可知，衰变方程为是β衰变，该核反应的实质是131I原子核内一个中子转变成了一个质子和一个电子．故A正确；原子核中含有131和核子，53个质子，所以有：131-53=78个中子．故B正确；半衰期是大量放射性元素衰变的统计规律，对个别的原子没有意义，故C错误；该反应中生成的原子核处于高能级，在原子核由高能级向低能级跃迁过程中可能释放γ光子．故D正确，故选ABD.
【点睛】
衰变是自发的过程，而核反应过程则是人工转变的，它们均满足质量数与质子数守恒规律；同时要注意半衰期是大量放射性元素衰变的统计规律．
15．
【解析】
根据质量数和电荷数守恒可得核反应方程为，根据质能方程可得质量亏损为
16． ; ; ;
【解析】
【详解】
（1）根据电荷数守恒，质量数守恒，知聚变方程为：；
（2）核反应的质量亏损为：
（3）平均每个核子释放的能量为：
【点睛】
据电荷数守恒和质量数守恒确定聚变方程；根据爱因斯坦质能方程求出核反应过程中放出的核能；释放的核能与核子数的比值即平均每个核子释放的能量。
17．（1）（2）6.92 MeV
【解析】(1)
(2)质量亏损Δm＝222.086 63 u－4.002 6 u－218.076 6 u＝0.007 43 u　
根据质能方程，核反应放出的能量ΔE＝Δmc2＝6.92 MeV
18．(1)5.412 MeV　(2)5.31 MeV　(3)0.102 MeV
【解析】（1）根据质量数与质子数守恒规律，则有，衰变方程：
衰变过程中质量亏损为，反应过程中释放的能量为；
（2）因衰变前后动量守恒，则衰变后粒子和铅核的动量大小相等，方向相反
而，则有：，即，
则
又因核反应释放的能量只能转化为两者的动能，故有
所以粒子从钋核中射出的动能为
（3）反冲核即铅核的动能为