2019-2020学年高中物理 第四章 从原子核到夸克章末检测 沪科版选修3-5

物理沪科版选修3—5第4章从原子核到夸克单元检测（时间：45分钟 满分：100分）一、选择题（每小题6分，共48分。

在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有错选或不答的得0分）1．关于天然放射现象，下列说法正确的是（ ）。

A ．α射线是由氦原子核衰变产生B ．β射线是由原子核外电子电离产生C ．γ射线是由原子核外的内层电子跃迁产生D ．通过化学反应不能改变物质的放射性2．表示放射性元素碘13153131(I)β衰变的方程是（ ）。

A ．131127453512I Sb+He →B ．131131053541I Xe+e -→C ．1311301 53530I I+n →D ．131130153521I Te+H →3．某原子核X A Z 吸收一个中子后，放出电子，分裂为两个α粒子，由此可知（ ）。

A ．A ＝7，Z ＝3 B ．A ＝7，Z ＝4C ．A ＝8，Z ＝3D ．A ＝8，Z ＝44．原子核X A Z 与氘核21He 反应生成一个α粒子和一个质子。

由此可知（ ）。

A ．A ＝2，Z ＝1 B ．A ＝2，Z ＝2C ．A ＝3，Z ＝3D ．A ＝3，Z ＝25．放射性同位素可作为示踪原子，例如，在医学上可以确定肿瘤的位置等等。

今有四种不同的放射性同位素R 、P 、Q 、S ，它们的半衰期分别为半年、38天、15天和2天，则应选用的同位素是（ ）。

A ．SB ．QC ．PD ．R6．天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验结果如图所示，由此可推知（ ）。

A ．②来自于原子核外的电子B ．①的电离作用最强，是一种电磁波C ．③的电离作用较强，是一种电磁波D ．③的电离作用最弱，属于原子核内释放的光子7．铝箔被α粒子轰击后发生了以下核反应：27411320Al+He X+n →。

下列判断正确的是（ ）。

A ．10n 是质子B ．10n 是中子C ．X 是2814Si 的同位素D ．X 是3115P 的同位素8．关于天然放射现象，叙述正确的是（ ）。

4.1 原子核结构探秘〔一〕教学目的1．常识性了解原子核的组成。

2知道什么是核反应，会写核反应方程3．进行物理学研究方法的启蒙教育。

〔二〕教具录像机，监视器，原子弹和氢弹爆炸的录像剪接带。

〔假设没有上述器材可用原子弹、氢弹爆炸的挂图代替〕〔三〕教学过程进行新课原子核的组成(1)电子的发现和放射性现象的发现我们已经学过，物质是由分子、原子构成的，原子已经是很小很小的微粒了，其直径只有10-10米，所以在十九世纪以前，人们一直认为原子是不可再分的中性粒子。

1897年英国物理学家汤姆生在研究阴极射线时发现了电子，而电子比原子小得多，因而人们才认识到原子内部还有结构。

〈电子的发现把人们带入了原子内部的世界〉在同一时期人们还发现了天然放射性现象，对放射性现象的进一步研究，人们认识到原子核内部还有结构，原子核由比它更小的粒子组成。

可见人类对客观世界的认识是没有止尽的。

1.原子核的组成原子核内究竟还有什么结构？原子核又是由什么粒子组成的呢？这是个很复杂的问题，直到目前原子核内部的细微组成情况仍是科学研究的尖端项目之一。

现在我们只是粗浅地、简单地介绍原子核内部的基本组成情况。

①英国物理学家卢瑟福在1919年做核反应实验时发现了质子，经过研究证明，质子带正电荷，其电量和一个电子的电量相同，它的质量等于一个电子质量的1836倍。

进一步研究说明，质子的性质和氢原子核的性质完全相同，所以质子就是氢原子核。

②1932年英国物理学家查德威克又发现了中子，通过研究证明中子的质量和质子的质量基本相同，但是不带电。

是中性粒子。

在对各种原子核进行的实验中，发现质子和电子是组成原子核的两种基本粒子。

〈原子核是由质子和中子组成的〉现在我们已经知道：氢原子核(H)最简单，它就是一个质子，核外有一个电子绕着它转；氦原子核(He)是由2个质子和2个中子组成的，核外有2个电子绕着它转；锂原子核(Li)是由3个质子和4个中子组成的，核外有3个电子分两层绕着它转；铍原子核(Be)由4个质子和5个中子组成，核外有4个电子分两层绕着它转；……同学们可以发现一个规律：板书：〈各种原子核内质子的个数〔核的电荷数〕和核外电子的个数都相同，它也等于该种元素在元素周期表中的原子序数；原子核内质子和中子的总数叫做核的质量数，它等于该元素原子量的整数部分。

让射线造福人类1.了解正电子的发现过程．2。

了解探测射线的仪器和方法．（重点＋难点）3。

了解放射性的应用和保护．（难点)［学生用书P57]一、人工放射性元素的发现1．约里奥。

居里夫妇在发现中子时错失一次良机，但后来的一个重大发现，为发现更多的放射性元素开辟了全新的途径,他们的重大发现是发现了放射性同位素．用α粒子轰击铝箔时除探测到预料中的中子，还意外地探测到了正电子．原来是α粒子轰击铝箔后,得到了一种新元素，磷的一种同位素：错误!P，这种新元素具有正电子放射性．2．核反应方程是:4，2He＋错误!Al→错误!P＋错误!n,错误!P→错误!Si＋错误!e．人们用原子反应堆和加速器生产的放射性同位素已达2 000 多种．二、探测射线的仪器和方法1．计数器的原理：在金属丝和圆筒两极间加上一定的电压，这个电压稍低于管内气体的击穿电压．当某种射线粒子进入管内时，它使管内的气体分子电离，产生电子…这样，一个粒子进入管中后可以产生大量电子，这些电子到达阳极,正离子到达阴极，在计数管电路中产生了一个相当强脉冲放电,利用电子仪器可以把放电次数记录下来．2．云室（1)原理：粒子在云室内气体中飞过，使沿途的气体分子电离，过饱和酒精蒸汽就会以这些离子为核心凝结成雾滴,于是显示出射线的径迹．(2）粒子径迹:α粒子的径迹直而粗．β粒子的径迹比较细,而且常常弯曲．γ粒子的电离本领更小，在云室中一般看不到它的径迹．3．乳胶照相的原理：利用高速运动的带电粒子能使照相底片感光的特征，可以直接用照相底片来得到粒子的径迹．三、放射性的应用与防护1．射线的应用应用共有两个方面：一方面是作为射线源,另一方面是作为示踪原子．2．放射性污染及其防护（1）在人类生活中存在着自然辐射,像空气、水、还有一些生活用品等，这类放射源的辐射都很弱，没有发现对人体健康有什么影响．（2）过强的辐射,无论是哪种射线(包括电磁辐射）都会对生物体造成危害．防护方法是:远离放射源，对废弃的放射源要交给公安部门或在指定地点深埋,并要远离水源等等．医学上做射线治疗用的放射性元素,应用半衰期长的还是短的？为什么？提示：半衰期短的．因为半衰期短的放射性废料容易处理，并且射线对人体组织有破坏作用．探测射线的方法［学生用书P58］1．威尔逊云室:α粒子的质量比较大，在气体中飞行不易改变方向，并且电离本领大，沿途产生的离子多,所以它在云室中的径迹直而短粗；β粒子的质量小，跟气体碰撞时容易改变方向，并且电离本领小，沿途产生的离子少,所以它在云室中的径迹比较细,且常常发生弯曲；γ粒子的电离本领更小，一般看不见它的径迹．如果把云室放在磁场中，从带电粒子运动轨迹的弯曲方向，还可知道粒子所带电荷的正负．2．气泡室：气泡室的原理同云室的原理类似，所不同的是气泡室里装的是液体，如液态氢．控制气泡室内液体的温度和压强,使温度略低于液体的沸点．当气泡室内压强突然降低时，液体的沸点变低,因此液体过热，粒子通过液体时在它的周围就有气泡形成,从而显示粒子径迹．3．盖革—米勒计数器(1）构造：盖革－米勒计数器的主要部分是盖革－米勒计数管．它的外面是玻璃管,里面有一个接在电源负极的导电圆筒（或在玻璃管上镀导电膜代替),筒的中间有一条接正极的金属丝．玻璃管中装有低压的惰性气体，如氩、氖等,以及少量酒精蒸气或溴蒸气，管内压强约为10~20 kPa.金属丝和圆筒间的电压约100 V，这个电压稍低于管内气体的电离电压．(2)原理：当射线粒子进入管内时，它使管内的气体电离，产生的电子在电场中加速．电子跟管中的气体分子碰撞时，又使气体分子电离，产生电子……这样，一个粒子进入管中可以产生大量电子．这些电子到达阳极，正离子到达阴极，在电路中就产生一次脉冲放电，利用电子仪器可以把放电次数记录下来．根据径迹的长短和粗细,可以知道粒子的性质;把云室放在磁场中，从带电粒子运动轨迹的弯曲方向，还可以知道粒子所带电荷的正负．（多选)关于放射线的探测,下列说法正确的是（)A．气泡室探测射线的原理与云室探测射线的原理类似B．由气泡室内射线的径迹可以分析粒子的带电、动量、能量等情况C．盖革－米勒计数器探测射线的原理中也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［思路点拨］了解各种探测仪的工作原理,并能区别其不同点．［解析] 气泡室探测射线的原理与云室类似,不同的是通过射线在气泡室中经过时产生气泡来显示射线径迹，故A选项正确；由气泡室内径迹中气泡的多少及径迹在磁场中的弯曲方向等，可分析射线的带电、动量、能量等情况,故B选项正确;盖革－米勒计数器利用射线的电离作用，产生电脉冲进而计数,所以C选项正确;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．[答案］ABC错误!威耳逊云室和气泡室都是依据径迹探测射线的性质和种类，而盖革－米勒计数器只能计数,不能区分射线的种类．放射线的应用和防护［学生用书P59] 1．人工放射性同位素的优点（1）放射强度容易控制．（2)可制成各种所需的形状．（3)半衰期短，废料易处理．2．放射性同位素的主要应用(1)利用它的射线①利用γ射线的贯穿本领，可用γ射线探伤等．②利用α射线的电离作用很强，可消除有害静电．③利用γ射线对生物组织的物理和化学作用，可用来使种子发生变异,培育良种、灭菌消毒．④利用放射线的能量,在医疗上，常用以抑制甚至杀死病变组织，还可以轰击原子核,诱发核反应．(2）作为示踪原子①在农业生产中,探测农作物在不同的季节对元素的需求．②在工业中,检查输油管道上的漏油位置．③在生物医疗上,可以检查人体对某元素的吸收情况，也可以帮助确定肿瘤的部位和范围．人造放射性同位素与天然放射性物质相比有许多优点,因此，凡是用到射线时,用的都是人造放射性同位素．3．放射性的污染与防护污染与防护举例与措施说明污染核爆炸核爆炸的最初几秒钟辐射出来的主要是强烈的γ射线与中子流核泄漏核工业生产和核科学家研究中使用放射性原材料，一旦泄露就会造成严重污染医疗照射医疗中如果放射线的剂量过大,也会导致病人受到损害，甚至造成病人的死亡防护密封防护把放射源密封在特殊的包壳里，或者用特殊的方法覆盖,以防止射线泄漏距离防护距放射源越远，人体吸收的剂量就越少,受到的危害就越轻时间防护尽量减少受辐射的时间屏蔽防护在放射源与人体之间加屏蔽物能起到防护作用．铅的屏蔽作用最好用人工方法得到放射性同位素，这是一个很重要的发现，天然放射性同位素只不过40几种,而今天人工制造的同位素已达2 000多种，每种元素都有放射性同位素，放射性同位素在农业、医疗卫生、科研等许多方面得到广泛应用．(1）如图是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图，如工厂生产的是厚度 1 mm铝板，在α、β、γ三种射线中，你认为对铝板的厚度起主要作用的是________射线．（2）在我国首先用人工方法合成牛胰岛素时需要证明人工合成的牛胰岛素结晶跟天然牛胰岛素结晶是同一物质,为此曾采用放射性同位素14C做________．［解析] （1）α射线穿透物质的本领弱，不能穿透厚度1 mm 的铝板，因而探测器不能探到，γ射线穿透本领最强，穿透 1 mm的铝板和几毫米厚铝板打在探测器上很难分辨，β射线也能穿透几毫米厚的铝板,但厚度不同，穿透后β射线中的电子运动状态不同，探测器容易分辨．(2)把掺入14C的人工合成牛胰岛素与天然牛胰岛素混合在一起，经多次重新结晶后，得到了放射性14C分布均匀的牛胰岛素结晶，这就证明了人工合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素合为一体,它们是同一物质，把这种放射性同位素的原子掺到其他物质中去，让它们一起运动迁移，再用放射性探测仪器进行追踪，就可以知道放射性原子通过什么路径,运动到哪里了,是怎样分布的，从而可了解某些不容易查明的情况或规律，人们把这种用途的放射性同位素叫做示踪原子．［答案] （1)β（2）示踪原子错误!（1)用射线来测量厚度，一般不选取α射线是因为其穿透能力太差,更多的是选取γ射线,也有部分选取β射线的．（2)给病人治疗癌症、培育优良品种、延长食物保质期一般选取γ射线．(3）使用放射线时安全是第一位的．（多选）近几年,我国北京、上海、山东、洛阳、广州各地引进了十多台γ刀，治疗患者5 000余例，效果极好，成为治疗脑肿瘤的最佳仪器,令人感叹的是，用γ刀治疗时不用麻醉,病人清醒，时间短，半小时内完成手术，无需住院，因而γ刀被誉为“神刀"．据报道，我国自己研制的旋式γ刀性能更好，即将进入各大医院为患者服务．γ刀治疗脑肿瘤主要是利用（）A．γ射线具有很强的贯穿本领B．γ射线具有很强的电离作用C．γ射线具有很高的能量D．γ射线能很容易地绕过阻碍物到达目的地解析：选AC.γ射线是一种波长很短的电磁波,具有较高的能量,它的贯穿本领很强，甚至可以穿透几厘米的铅板，但它的电离作用很小．γ刀治疗肿瘤时，通常是同时用多束γ射线，使它们穿透脑颅和健康区域在病灶处会聚,利用γ射线的高能杀死肿瘤细胞．如图所示．综上所述，本题正确选项为A、C。

粒子物理与宇宙的起源1．“轨道电子俘获”也是放射性同位素衰变的一种形式，它是指原子核（称为母核）俘获一个核外电子，其内部一个质子变为中子，从而变成一个新核（称为子核），并且放出一个中微子的过程。

中微子的质量很小，不带电，很难被探测到，人们最早就是通过子核的反冲而间接证明中微子的存在的。

一个静止的原子的原子核发生“轨道电子俘获”，衰变为子核并放出中微子。

下面的说法中正确的是（ ）。

A ．母核的质量数等于子核的质量数B ．母核的电荷数大于子核的电荷数C ．子核的动量与中微子的动量相同D ．子核的动能大于中微子的动能2．目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u 夸克和d 夸克的两类夸克组成的。

u 夸克带电荷量为23e ，d 夸克的带电荷量为13e -，e 为元电荷量，下列论断可能正确的是（ ）。

A ．质子由1个u 夸克和1个d 夸克组成，中子由1个u 夸克和2个d 夸克组成B ．质子由2个u 夸克和1个d 夸克组成，中子由1个u 夸克和2个d 夸克组成C ．质子由1个u 夸克和2个d 夸克组成，中子由2个u 夸克和1个d 夸克组成D ．质子由2个u 夸克和1个d 夸克组成，中子由1个u 夸克和1个d 夸克组成3．近几年，我国北京、上海、山东、洛阳、广州等地引进了十多台γ刀，治疗患者5 000余例，效果极好，成为治疗脑肿瘤的最佳仪器，令人感叹的是，用γ刀治疗时不用麻醉，病人清醒，时间短，半个小时内完成手术，无需住院，因而γ刀被誉为“神刀”。

据报道，我国自己研究的旋式γ刀性能更好，即将进入各大医院为患者服务。

问：γ刀治疗脑肿瘤主要是利用（ ）。

A ．γ射线具有很强的贯穿本领B ．γ射线具有很强的电离作用C ．γ射线具有很高的能量D ．γ射线能很容易地绕过阻碍物到达目的地4．两个同位素原子符号分别为X M A 和Y N B ，那么正确的是（ ）。

A ．M ＝NB ．A ＝BC ．M －A ＝N －BD ．M －N ＝A －B5．质子和中子是由更基本的粒子“夸克”组成的，两个强作用电荷相反（类似于正负电荷）的夸克在距离很近时几乎没有相互作用（称为“渐近自由”）；在距离较远时，它们之间就会出现很强的引力（导致所谓“夸克禁闭”）。

原子核结构探秘学习目标知识脉络1.了解质子、中子的发现过程，知道原子核的组成.(重点)2.理解核子、同位素的概念.(重点)3.了解核反应的概念，会书写核反应方程.(重点、难点)质子和中子的发现[先填空]1.质子的发觉(1)实验：为探测原子核的结构，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发觉了质子.(2)结论：质子是原子核的组成部份.2.中子的发觉(1)卢瑟福的猜想卢瑟福发觉质子后，猜想核内还有一种不带电的中性粒子，并给这种“粒子”起名为中子.(2)中子的发觉是许多科学家研究的结晶.①1930年，用钋发出的α射线轰击铍时，会产生一种穿透能力极强的射线.②1932年，约里奥·居里夫妇用这种射线轰击石蜡，能从石蜡中打出质子.③1932年，查德威克对云室中这种射线进行研究，发觉这种射线是一种不带电、质量接近质子的粒子流，即为中子.[再判定]1.卢瑟福在α粒子散射实验中发觉了质子.(×)2.玻尔在实验中发觉了中子.(×)[后试探]卢瑟福是如何证明α粒子轰击氮原子核产生的新核是质子的？【提示】卢瑟福把这种粒子别离引进电场和磁场，依照该粒子在电场和磁场中的偏转，测出了其质量和电量，确信它确实是氢原子核，又叫质子.[核心点击]1.质子的发觉(1)实验背景电子的发觉令人们熟悉到，原子再也不是组成物质的大体单位，进一步研究发觉，原子的中心有一个原子核，原子核集中了原子的全数正电荷和几乎全数的质量.原子核的结构如何？1919年，卢瑟福做了用α粒子轰击氮原子核的实验.(2)实验装置(如图4­1­1所示)图4­1­1T进气孔、A放射源、F铝箔、S荧光屏、M显微镜，C真空容器.(3)实验进程容器C里放有放射性物质A，从A放射出的α粒子射到铝箔F上，适被选取铝箔的厚度，使α粒子恰好被它完全吸收，而不能透过.在F的后面放一荧光屏S，M是显微镜，通过M能够观看到S是不是有闪光.(4)实验现象开始，S上无闪光(因为α粒子没有穿过铝箔).打开进气孔T的阀门，通入氮气，能够观看到S上有闪光.(5)实验分析容器C中通入氮气后，用显微镜观看到荧光屏上有闪光，闪光必然是α粒子击中氮核后产生的新粒子透过铝箔引发的.(6)新粒子性质研究①把这种粒子引进电磁场中，依照它在电磁场中的偏转，测出了它的质量和电量，进而确信它确实是氢原子核，又叫质子.用符号表示为11H或11P.②人们用一样的方法从其他元素的原子核中也轰击出了质子.(7)实验结论质子是原子核的组成部份.2.中子的发觉(1)科学家在1930年利用Po放出的α射线轰击铍原子核时，产生了一种看不见的贯穿能力很强、不受电场和磁场阻碍的射线.(2)1932年，约里奥·居里夫妇发觉若是用来自铍的射线去轰击石蜡，能从石蜡中打出质子，如图4­1­2所示.图4­1­2(3)1932年，查德威克进一步研究这种射线时发觉，这种射线是一种不带电的、质量接近质子的粒子流，即是卢瑟福猜想的中子.(4)结论：中子是原子核的组成部份.1.卢瑟福发觉质子后，猜想到原子核中还有中子的存在，其判定依据与下列事实不相符的是( )A.电子数与质子数相等B.原子核的质量大约是质子质量的整数倍C.原子核的核电荷数只是质量数的一半或少一些D.质子和中子的质量几乎相等E.原子核中存在不带电且质量与质子相近的中性粒子【解析】卢瑟福发觉原子核的核电荷数与质子的质量数不相等，大约是原子核质量数的一半或少一些，因此猜想到在原子核内还存在有质量而不带电的中性粒子，即中子，故不符合事实的是A、B、D.【答案】ABD2.如图4­1­3所示为查德威克研究原子核内部结构的实验示用意，由天然放射性元素钋(Po)放出α射线轰击铍时会产生粒子流a，用粒子流a轰击石蜡后会打出粒子流b，则粒子流a为________，粒子流b为________.图4­1­3【解析】不可见的粒子轰击石蜡时打出的应是质子，因为质子确实是氢核，而石蜡中含有大量氢原子，轰击石蜡的不可见粒子应该是中子，故a为中子，b为质子.【答案】中子质子年卢瑟福通过如图4­1­4所示的实验装置，第一次完成了原子核的人工转变，并由此发觉了质子.图中A为放射源发出的________粒子，B为________气.图4­1­4【解析】题图为α粒子轰击氮原子核生成质子的实验装置，放射源A发出的是α粒子，B为氮气.【答案】α氮(1)卢瑟福通过原子核的人工转变发觉了质子并预言了中子的存在.(2)查德威克第一从实验中发觉了中子，证明了卢瑟福的预言.(3)在卢瑟福发觉质子的实验装置中，穿过铝箔抵达荧光屏的不可能是放射源放出的α粒子.原子核的组成和核反应方程[先填空]1.原子核的组成(1)组成：原子核由质子和中子组成，并将质子和中子统称为核子.(2)原子核的符号：A Z X，其中X为元素符号；A表示原子核的质量数，Z表示核电荷数.(3)两个大体关系：①核电荷数＝质子数＝原子序数.②质量数＝质子数＋中子数＝核子数.2.同位素具有相同质子数、不同中子数的原子核，互称为同位素.如氢的三种同位素11H、21H、31H.3.核反映与核反映方程(1)核反映：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的进程.(2)核反映方程：用原子核符号描述核反映进程的式子.(3)核反映规律：在核反映中，质量数和核电荷数守恒.[再判定]1.原子核内只有质子而没有中子.(×)2.同位素具有相同的物理、化学性质.(×)3.核反映方程只要知足质量数、电荷数守恒能够随意写.(×)[后试探]铅的原子序数为82，一个铅原子质量数为207，其核外电子有多少个？中子数又是多少？【提示】铅的原子序数为82，即一个铅原子中有82个质子，由于原子是电中性的，质子与电子电性相反、电量相同，故核外电子数与核内质子数相同为82个，依照质量数等于质子数与中子数之和的关系，铅原子核的中子数为207－82＝125(个).[核心点击]1.原子核的大小和组成2.对核子数、电荷数、质量数的明白得(1)核子数：质子和中子质量不同超级微小，二者统称为核子，因此质子数和中子数之和叫核子数.(2)电荷数(Z)：原子核所带的电荷等于质子电荷的整数倍，通经常使用那个数表示原子核的电荷量，叫作原子核的电荷数.(3)质量数(A)：原子核的质量等于核内质子和中子的质量总和，而质子与中子质量几乎相等，因此原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，那个倍数叫作原子核的质量数.3.同位素：原子核内的质子数决定了核外电子的数量，进而也决定了元素的化学性质，同种元素的质子数相同，核外电子数也相同，因此有相同的化学性质，但它们的中子数能够不同，因此它们的物理性质不同.把具有相同质子数、不同中子数的原子核互称为同位素.4.已知228 88Ra是226 88Ra的一种同位素，则下列说法正确的是( )A.它们具有相同的质子数和不同的质量数B.它们具有相同的中子数和不同的原子序数C.它们具有相同的核电荷数和不同的中子数D.它们具有相同的核外电子数和不同的化学性质E.它们具有相同的核外电子数和相同的化学性质【解析】原子核的原子序数与核内质子数、核电荷数、核外电子数都是相等的，且原子核内的质量数(核子数)等于核内质子数与中子数之和.由此知这两种镭的同位素核内的质子数均为88，核子数别离为228和226，中子数别离为140和138；原子的化学性质由核外电子数决定，因为它们的核外电子数相同，因此它们的化学性质也相同.故正确答案为A、C、E.【答案】ACE5.完成下列各核反映方程，并指出哪个核反映是第一次发觉质子、中子的( )B＋42He→13 7N＋( )Be＋( )→12 6C＋10nAl＋( )→2712Mg＋11HN＋42He→17 8O＋( )U→234 90Th＋( )Na＋( )→2411Na＋11H【解析】B＋42He→13 7N＋10nBe＋42He→12 6C＋10n此核反映使查德威克第一次发觉了中子Al＋10n→2712Mg＋11HN＋42He→17 8O＋11H此核反映使卢瑟福第一次发觉了质子U→234 90Th＋42HeNa＋21H→2411Na＋11H【答案】观点析6.已知镭的原子序数是88，原子核质量数是226.试问：(1)镭核中有多少个质子？多少个中子？(2)镭核所带的电荷量是多少？(3)呈中性的镭原子，核外有多少个电子？【解析】(1)镭核中的质子数等于其原子序数，故质子数为88，中子数N等于原子核的质量数A与质子数Z之差，即N＝A—Z＝226－88＝138.(2)镭核所带电荷量：Q＝Ze＝88××10－19 C＝×10－17 C.(3)核外电子数等于核电荷数，故核外电子数为88.【答案】(1)88 138 (2)×10－17 C (3)88写核反映方程的三点提示(1)遵循的原则：反映前后电荷数守恒，质量数守恒.(2)核反映方程中的箭头“―→”表示核反映进行的方向，不能把箭头写成等号.(3)写核反映方程必需要有实验依据，决不能毫无依照地编造.。

第四章从原子核到夸克第五章核能与社会(时间：90分钟满分：100分)一、选择题(本题共10小题，每小题4分，共40分)1．下列说法正确的是( )A．康普顿发现了电子B．卢瑟福提出了原子的核式结构模型C．贝可勒尔发现了铀和含铀矿物的天然放射现象D．伦琴发现了X射线答案BCD解析汤姆生发现了电子，卢瑟福提出了原子的核式结构模型，贝可勒尔发现了天然放射现象，1895年，德国物理学家伦琴发现了伦琴射线，又叫做X射线．2．放射性同位素在工业、农业、医疗卫生和科学研究的许多方面得到广泛应用的原因是( )A．它衰变释放的核能少，容易控制B．它衰变缓慢，应用效果好C．它的射线有电离作用和穿透本领，以及对生物组织有物理、化学效应D．它可作为示踪原子答案CD3．下列说法不正确的是( )A.21H＋31H→42He＋10n是聚变B.235 92U＋10n→140 54Xe＋9438Sr＋210n是裂变C.226 88Ra→222 86Rn＋42He是α衰变D.2411Na→2412Mg＋0－1e是裂变答案 D解析原子核的变化通常包括衰变、人工转变、裂变和聚变．衰变是指原子核放出α粒子或β粒子后，变成新的原子核的变化，如本题中的C和D两选项．原子核的人工转变是指在其他粒子的轰击下产生新的原子核的过程．裂变是重核分裂成质量较小的核，像B选项．聚变是轻核结合成质量较大的核，像A选项．由上述知D选项是错误的．4．原子核A Z X与氘核21H反应生成一个α粒子和一个质子．由此可知( )A．A＝2，Z＝1 B．A＝2，Z＝2C．A＝3，Z＝3 D．A＝3，Z＝2答案 D解析本题考查核反应方程．由题意可知核反应方程为A Z X＋21H→42He＋11H，反应过程中遵守质量数守恒和电荷数守恒，由此可判断A＝3，Z＝2，选项D正确．5．科学家发现在月球上含有丰富的32He(氦3)．它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为32He＋32He―→211H＋42He.关于32He聚变，下列表述正确的是( )A．聚变反应不会释放能量B．聚变反应产生了新的原子核C．聚变反应没有质量亏损D．目前核电站都采用32He聚变反应发电答案 B解析该聚变反应释放了能量，是因为发生了质量亏损，A、C错；该聚变反应产生了新的原子核11H，B对；目前核电站都是用重核裂变发电而不是用轻核聚变，D错．6．原子核聚变可望给人类未来提供丰富的洁净能源．当氘等离子体被加热到适当高温时，氘核参与的几种聚变反应可能发生，放出热量．这几种反应的总效果可以表示为621H―→k42He＋d11H＋210n＋43.15 MeV由平衡条件可知( )A．k＝1，d＝4 B．k＝2，d＝2C．k＝1，d＝6 D．k＝2，d＝3答案 B解析根据核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒得12＝4k＋d＋2①6＝2k＋d②解①②得k＝2，d＝2.7．一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个γ光子．已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3，普朗克常量为h，真空中的光速为c.下列说法正确的是( ) A．核反应方程是11H＋10n→31H＋γB．聚变反应中的质量亏损Δm＝m1＋m2－m3C ．辐射出的γ光子的能量E ＝(m 3－m 1－m 2)cD ．γ光子的波长λ＝hm 1＋m 2－m 3c 2答案 B解析 根据核反应过程中质量数守恒、电荷数守恒可知核反应方程为：11H ＋10n→21H ＋γ，故选项A 错误；聚变过程中辐射出γ光子，质量亏损Δm ＝m 1＋m 2－m 3，故选项B 正确；由质能方程知，辐射出的γ光子的能量E ＝(m 1＋m 2－m 3)c 2，故选项C 错误；由E ＝hc λ知，λ光子的波长λ＝hm 1＋m 2－m 3c，故选项D 错误．8.23592U 吸收一个慢中子后，分裂成13654Xe 和9038Sr ，还放出( ) A ．1个α粒子 B ．3个中子 C ．10个中子 D ．10个质子 答案 C解析 设放出的粒子的质量数为x ，电荷数为y ，核反应过程满足质量数守恒和电荷数守恒．由题意可得⎩⎪⎨⎪⎧ 235＋1＝136＋90＋x ，92＝54＋38＋y ，解得⎩⎪⎨⎪⎧x ＝10，y ＝0.由此判断该核反应放出的一定是中子，且个数是10.9．(2014·新课标Ⅱ·35(1))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 ．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，发现了原子中存在原子核C ．居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋(Po)和镭(Ra)两种新元素D ．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E ．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 答案 ACE解析 密立根通过油滴实验，验证了物体所带的电荷量都是某一值的整数倍，测出了基本电荷的数值，选项A 正确．贝克勒尔通过对天然放射现象的研究，明确了原子核具有复杂结构，选项B 错误．居里夫妇通过对含铀物质的研究发现了钋(Po)和镭(Ra)，选项C 正确．卢瑟福通过α粒子散射实验证实了原子的核式结构，选项D 错误．汤姆逊通过阴极射线在电场和磁场中偏转的实验，说明了阴极射线是带负电的粒子，并测出了粒子的比荷，选项E 正确． 10．一个原来静止的238U 核发生α衰变，它的两个产物在垂直于它们速度方向的匀强磁场中运动，它们的轨迹和运动方向(图中用箭头表示)可能是下列图中的(图中半径大小没有按比例画)( )答案 D解析由于发生的是α衰变，产物是两个带正电的粒子，根据动量守恒定律Mv1＋mvα＝0，这两个新核的运动方向相反，受到的洛伦兹力方向相反，即轨迹应该是外切圆，再利用左手定则判断洛伦兹力的方向，故D项正确．二、填空题(本题共4小题，共24分)11．(6分)用α粒子轰击氩40时，产生一个中子和一个新的核，这个新的核是________，核反应方程是________________________________．用α粒子轰击硼10，产生一个中子和一个具有放射性的核，这个新的核是________，这个核能放出正电子，它衰变后变成的新核为________，核反应方程是____________________________．答案4320Ca 4018Ar＋42He→4320Ca＋10n137N 136C 137N→136C＋01e图112. (6分)贝可勒尔发现天然放射现象，揭开了人类研究原子核结构的序幕．如图1中P为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线在电场中分成A、B、C三束．(1)构成A射线的粒子是______；构成B射线的粒子是________；构成C射线的粒子是________．(2)三种射线中，穿透能力最强，经常用来对金属探伤的是________射线；电离作用最强，动量最大，经常用来轰击原子核的是____________射线；当原子核中的一个核子由中子转化为质子时将放出一个________粒子．(3)请完成以下与上述粒子有关的两个核反应方程式：23490Th→23491Pa ＋________；________＋2713Al→3015P ＋10n.答案 (1)电子e (β粒子) γ光子 氦核He(α粒子) (2)γ α β (3)0－1e 42He 解析 (1)由a ＝Eq m可知，在电场中加速度最大的是电子，不偏转的是γ光子，偏转时加速度较小的是氦核，故A 射线的粒子是电子，B 射线的粒子是光子，C 射线的粒子是氦核． (2)三种射线中，穿透能力最强的是γ射线，电离作用最强的是α射线，在原子核中，一个核子由中子转化为质子时将放出一个负电子即β粒子． (3)由质量数和电荷数守恒可得23490Th→23491Pa ＋0－1e42He ＋2713Al→3015P ＋10n.13．(6分)历史上第一次利用加速器实现的核反应，是用加速后动能为0.5 MeV 的质子11H 轰击静止的AZ X ，生成两个动能均为8.9 MeV 的42He.(1 MeV ＝1.6×10－13J)(1)上述核反应方程为___________________________________； (2)质量亏损为________kg.答案 (1)11H ＋73Li→42He ＋42He (2)3.1×10－29解析 (1)11H ＋73Li→42He ＋42He(2)Δmc 2＝E 末－E 初Δm ＝E 末－E 初c 2＝2×8.9－0.5×1.6×10－133×1082kg ≈3.1×10－29 kg14．(6分)约里奥—居里夫妇因发现人工放射性而获得了1935年的诺贝尔化学奖，他们发现的放射性元素3015P 衰变成3014Si 的同时放出另一种粒子，这种粒子是________.3215P 是3015P 的同位素，被广泛应用于生物示踪技术.1 mg 3215P 随时间衰变的关系如图2所示，请估算4 mg 的3215P 经____天的衰变后还剩0.25 mg.图2答案 正电子 60解析 衰变方程为3015P→3014Si ＋01e ，即这种粒子是正电子．由图像可以看出3215P 的半衰期为15天，则4×⎝ ⎛⎭⎪⎫12t15＝0.25，得t ＝60天．三、计算题(本题共3小题，共36分)15．(12分)2008年北京奥运会场馆周围80%～90%的路灯利用太阳能发电技术来供电，奥运会90%的洗浴热水采用全玻璃真空太阳能集热技术．科学研究发现太阳发光是由于其内部不断发生从氢核到氦核的核聚变反应，即在太阳内部四个氢核(11H)转化成一个氦核(42He)和两个正电子( 0＋1e)并放出能量．已知质子质量m p ＝1.007 3 u ，α粒子的质量m α＝4.002 6 u ，正电子的质量m e ＝0.000 5 u,1 u 的质量相当于931.5 MeV 的能量． (1)写出该核反应方程；(2)一次这样的热核反应过程中释放出多少能量？(结果保留四位有效数字) 答案 (1)411H→42He ＋2 0＋1e (2)23.85 MeV解析 (1)根据质量数守恒、电荷数守恒，该核反应方程为： 411H→42He ＋2 0＋1e. (2)质量亏损：Δm ＝4m p －m α－2m e ＝4×1.007 3 u－4.002 6 u －2×0.000 5 u＝0.025 6 u ΔE ＝0.025 6×931.5 MeV≈23.85 MeV.16．(12分)(1)美国科研人员正在研制一种新型镍铜长效电池，它是采用铜和半衰期为100年的放射性同位素镍63(6328Ni)两种金属作为长寿命电池的材料，利用镍63(6328Ni)发生一次β衰变变成铜(Cu)，同时释放电子给铜片，把镍63(6328Ni)和铜片做电池两极．镍63(6328Ni)的衰变方程为______________________，16 g 镍63经过400年还有________g 尚未衰变． (2)一静止的质量为M 的镍核(6328Ni)发生β衰变，放出一个速度为v 0，质量为m 的β粒子和一个反冲铜核，若镍核发生衰变时释放的能量全部转化为β粒子和铜核的动能．求此衰变过程中的质量亏损(亏损的质量在与粒子质量相比时可忽略不计)．答案 (1)6328Ni→0－1e ＋6329Cu 1 (2)Mmv 202M －m c2解析 (1)6328Ni → 0－1e ＋6329Cu ；1 (2)设衰变后铜核的速度为v ， 由动量守恒得mv 0＝(M －m )v由能量守恒得ΔE ＝12mv 20＋12(M －m )v 2由质能方程得ΔE ＝Δmc 2，解得Δm ＝Mmv 202M －m c217．(12分)钚的放射性同位素23994Pu 静止时衰变为铀核激发态23592U *和α粒子，而铀核激发态23592U *立即衰变为铀核23592U ，并放出能量为0.097 MeV 的γ光子．已知：23994Pu 、23592U 和α粒子的质量分别为m Pu ＝239.052 1 u 、m U ＝235.043 9 u 和m α＝4.002 6 u,1 u 的质量相当于931.5 MeV 的能量． (1)写出衰变方程；(2)已知衰变放出的光子的动量可忽略，求α粒子的动能． 答案 (1)23994Pu→23592U *＋42He 23592U *→235 92U ＋γ(或239 94Pu→235 92U ＋42He ＋γ) (2)5.034MeV解析 (1)衰变方程为239 94Pu→235 92U *＋42He ① 23592U *→23592U ＋γ②或合起来有23994Pu→23592U ＋42He ＋γ③(2)上述衰变过程的质量亏损为Δm ＝m Pu －m U －m α④ 放出的能量为ΔE ＝c 2·Δm ⑤此能量是铀核23592U 的动能E U 、α粒子的动能E α和γ光子的能量E γ之和，即ΔE ＝E U ＋E α＋E γ⑥由④⑤⑥式得E U ＋E α＝(m Pu －m U －m α)c 2－E γ⑦设衰变后的铀核和α粒子的速率分别为v U 和v α，则由动量守恒有m U v U ＝m αv α⑧又由动能的定义知E U ＝12m U v 2U ，E α＝12m αv 2α⑨由⑧⑨式得E U E α＝m αm U⑩ 由⑦⑩式得E α＝m U m U ＋m α[(m Pu －m U －m α)c 2－E γ]代入题给数据得E α≈5.034 MeV。

第四章从原子核到夸克章末检测(第4章)(时间：90分钟满分：100分)一、选择题(1～7题为单项选择题，8～12题为多项选择题，每小题5分，共60分)1．下列现象中，与原子核内部变化有关的是( )A．α粒子散射现象B．天然放射现象C．光电效应现象D．原子发光现象答案 B解析α粒子散射现象说明了金箔原子中有一个很小的核；光电效应现象说明了光的粒子性，原子发光现象说明核外电子跃迁具有量子化的特征；只有天然放射现象才能说明原子核具有内部结构，选项B正确．2．下列与α粒子相关的说法中正确的是( )A．天然放射现象中产生的α射线速度与光速相当，穿透能力很强B.238 92U(铀238)核放出一个α粒子后就变为234 90Th(钍234)核C．高速α粒子轰击氮核可从氮核中打出中子，核反应方程为42He＋14 7N―→16 8O＋10nD．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答案 B解析α粒子的速度是c10，A错；根据核反应遵循的电荷数守恒、质量数守恒可知，B对，C 错；D项中应是卢瑟福，D错．3．放射性元素(222 86Rn)经α衰变成为钋(218 84Po)，半衰期约为3.8天；但勘测表明，经过漫长的地质年代后，目前地壳中仍存在天然的含有放射性元素222 86Rn的矿石，其原因是( ) A．目前地壳中的222 86Rn主要来自于其他放射性元素的衰变B．在地球形成的初期，地壳中元素222 86Rn的含量足够高C．当衰变产物218 84Po积累到一定量以后，218 84Po的增加会减慢222 86Rn的衰变进程D.222 86Rn主要存在于地球深处的矿石中，温度和压力改变了它的半衰期答案 A4．人们在海水中发现了放射性元素钚(239 94Pu). 239 94Pu可由铀239(239 92U)经过n次β衰变而产生，则n为( )A．2 B．239C．145 D．92答案 A解析 β衰变规律是质量数不变，质子数增加1，239 94Pu 比23992U 质子数增加2，所以发生了2次β衰变，A 正确．5．物理学重视逻辑，崇尚理性，其理论总是建立在对事实观察的基础上．下列说法正确的是( )A ．天然放射现象说明原子核内部是有结构的B ．电子的发现使人们认识到原子具有核式结构C ．α粒子散射实验的重要发现是电荷是量子化的D ．密立根油滴实验表明核外电子的轨道是不连续的 答案 A解析 放射现象中释放出了其他粒子，说明原子核内部具有一定的结构，A 正确；电子的发现使人们认识到原子是可以分割的，是由更小的微粒组成的，B 错误；α粒子散射实验否定了汤姆孙提出的枣糕式原子模型，建立了核式结构模型，C 错误；密立根油滴实验测定了电子的电荷量，D 错误．6．在匀强磁场中有一个静止的氡原子核(22286Rn)，由于衰变它放出一个粒子，此粒子的径迹与反冲核的径迹是两个相互外切的圆，大圆与小圆的直径之比为42∶1，如图1所示，那么氡核的衰变方程应为( )图1A.22286Rn ―→22287Fr ＋ 0－1e B.22286Rn ―→21884Po ＋42He C.22286Rn ―→22285At ＋01e D.22286Rn ―→22085At ＋21H答案 B解析 由于粒子与反冲核的径迹是外切的，据左手定则可知，该粒子一定带正电．由于粒子与反冲核的动量大小相等，据r ＝mvBq，又由已知大圆与小圆的直径之比为42∶1，所以粒子与反冲核的电荷量之比为1∶42，故B 正确．7．如图2甲是α、β、γ三种射线穿透能力的示意图，图乙是工业上利用射线的穿透性来检查金属内部伤痕的示意图，请问图乙中的检查利用的射线是( )图2A ．α射线B ．β射线C ．γ射线D ．三种射线都可以答案 C8．对放射性的应用和防护，下列说法正确的是( )A ．放射线能杀伤癌细胞或阻止癌细胞分裂，对人体的正常细胞不会有伤害作用B ．核工业废料要放在厚厚的重金属箱内，沉于海底C ．γ射线探伤仪中的放射源必须存放在特制的容器里，而不能随意放置D ．对可能有放射性污染的场所或物品进行检测是很有必要的 答案 BCD解析 放射线能杀伤癌细胞或阻止癌细胞分裂，但也会对人体的正常细胞有伤害，选项A 错．正因为放射性具有伤害作用，选项B 、C 、D 均正确．9．天然放射性元素23990Th(钍)经过一系列α衰变和β衰变之后，变成20882Pb(铅)．下列说法中正确的是( )A ．衰变的过程共有6次α衰变和4次β衰变B ．铅核比钍核少8个质子C ．β衰变所放出的电子来自原子核核外轨道D ．钍核比铅核多24个中子 答案 AB解析 由于β衰变不会引起质量数的减少，故可先根据质量数的减少确定α衰变的次数为：x ＝232－2084＝6，再结合核电荷数的变化情况和衰变规律来判定β衰变的次数应满足：2x －y ＝90－82＝8，y ＝2x －8＝4.钍232核中的中子数为232－90＝142，铅208核中的中子数为208－82＝126，所以钍核比铅核多16个中子，铅核比钍核少8个质子．β衰变所放出的电子来自原子核内，所以选项A 、B 正确．10．关于云室探测射线，下列说法中正确的是( )A ．云室内充满过饱和蒸气，射线经过时可显示射线运动的轨迹B ．云室中径迹直而清晰的是α射线C ．云室中径迹细而长的是γ射线D ．云室中显示粒子径迹的原因是蒸气电离，即使放入磁场中也无法判断射线所带电荷的正负 答案 AB解析 云室内充满过饱和蒸气，射线经过时使气体电离，凝结成雾滴，雾滴沿射线的路线排列，显示出射线的径迹，故选项A 正确；由于α粒子的质量比较大，飞行时不易改变方向，电离本领大，产生的离子多，所以α射线在云室中的径迹直而清晰，则选项B 正确；由于γ射线的电离本领很弱，所以在云室中一般看不到它的径迹，而径迹细长的是β射线，所以选项C错误；把云室放在磁场中，由射线径迹的弯曲方向就可判断射线所带电荷的正负，所以选项D错误．11．美国科研人员正在研制一种新型镍铜长效电池，它是采用半衰期长达100年的放射性同位素镍63(6328Ni)和铜两种金属作为长寿命电池的材料，利用镍63发生β衰变时释放电子给铜片，把镍63和铜片作电池两极，外接负载为负载提供电能．下面有关该电池的说法正确的是( )A．镍63的衰变方程是6328Ni―→6327Cu＋0－1eB．镍63的衰变方程是6328Ni―→6429Cu＋0－1eC．外接负载时镍63的电势比铜片高D．该电池内电流方向是从铜片到镍片答案CD解析镍63的衰变方程为6328Ni―→6329Cu＋0－1e，选项A、B错误；电流方向为正电荷定向移动方向，在电池内部电流从铜片到镍片，镍片电势高，选项C、D均正确．12．关于放射性同位素的应用，下列说法正确的是( )A．利用γ射线使空气电离，把静电荷导走B．利用γ射线照射植物的种子，使产量显著增加C．利用α射线来治疗肺癌、食道癌等疾病D．利用放射性同位素跟它的非放射性同位素的化学性质相同，作为示踪原子答案BD二、填空题(本题共2个小题，共10分)13．(5分)约里奥—居里夫妇因发现人工放射性而获得了1935年的诺贝尔化学奖，他们发现的放射性元素3015P衰变成3014Si的同时放出另一种粒子，这种粒子是________.3215P是3015P的同位素，被广泛应用于生物示踪技术.1 mg 3215P随时间衰变的关系如图3所示，请估算4 mg的3215P经________天的衰变后还剩0.25 mg.图3答案正电子60解析 衰变方程为3015P→3014Si ＋01e ，即这种粒子是正电子．由图像可以看出3215P 的半衰期为15天，则4 mg×⎝ ⎛⎭⎪⎫12t15＝0.25 mg ，得t ＝60天．14．(5分)1934年，约里奥—居里夫妇在用α粒子轰击铝箔靶时，除探测到预料中的中子外，还探测到正电子，α粒子停止轰击后，铝箔靶仍继续发射正电子，这是因为反应生成了放射性同位素．(1)完成上述反应的核反应方程式2713Al ＋42He→________＋10n ；________→3014Si ＋01e(2)放射性同位素的作用有____________________________________________________． 答案 (1)3015P3015P (2)作为放射源；作为示踪原子三、计算题(本题共3个小题，共30分)15．(10分)3015P 是人类首先制造出的放射性同位素，其半衰期为2.5 min ，能衰变为3014Si 和一个未知粒子．(1)写出该衰变的方程；(2)已知容器中原有纯3015P 的质量为m ，求5 min 后容器中剩余3015P 的质量． 答案 (1)3015P→3014Si ＋0＋1e(正电子) (2)14m解析 (1)衰变的方程为：3015P→3014Si ＋0＋1e(正电子)(2)半衰期为2.5 min ，则经过5 min 后发生2次衰变，则容器中剩余3015P 的质量为：M ＝m (12)t T 1/2＝14m . 16．(10分)1930年发现，在真空条件下用α粒子(42He)轰击铍核(94Be)时，会产生一种看不见的、贯穿能力极强且不带电的粒子．后来查德威克证实了这种粒子就是中子． (1)写出α粒子轰击铍核的核反应方程．(2)若一个中子与一个静止的碳核发生正碰，已知中子的质量为m n 、初速度为v 0，与碳核碰后的速率为v 1，运动方向与原来运动方向相反，碳核质量为12m n ，求碳核与中子碰撞后的速率．(3)若与中子碰撞后的碳核垂直于磁场方向射入匀强磁场，测得碳核做圆周运动的半径为R ，已知元电荷的电荷量为e ，求该磁场的磁感应强度的大小． 答案 (1)42He ＋94Be→126C ＋10n (2)v 1＋v 012(3)m n (v 1＋v 0)6eR解析 (1)42He ＋94Be→126C ＋10n(2)中子与碳核的碰撞满足动量守恒 则m n v 0＝－m n v 1＋12m n v 2，得v 2＝v 1＋v 012(3)碳核垂直进入磁场后，洛伦兹力提供向心力做匀速圆周运动 则有B ·6e ·v 2＝12m n ·v 22R ，解得B ＝m n (v 1＋v 0)6eR.17．(10分)如图4甲所示，静止在匀强磁场中的63Li 核俘获一个速度为v 0＝7.7×104m/s 的中子而发生核反应，即63Li ＋10n ―→31H ＋42He ，若已知42He 的速度v 2＝2.0×104m/s ，其方向与反应前中子速度方向相同，试求：图4(1)31H 的速度大小和方向；(2)在图乙中，已画出并标明两粒子的运动轨迹，请计算出轨道半径之比； (3)当42He 旋转三周时，粒子31H 旋转几周？ 答案 (1)1.0×103m/s 方向与v 0方向相反 (2)3∶40 (3)2周解析 (1)反应前后动量守恒：m 0v 0＝m 1v 1＋m 2v 2(v 1为氚核速度，m 0、m 1、m 2分别代表中子、氚核、氦核的质量) 代入数值可解得：v 1＝－1.0×103m/s ，负号表示方向与v 0方向相反． (2)31H 和42He 在磁场中均受洛伦兹力，做匀速圆周运动的半径之比r 1∶r 2＝m 1v 1Bq 1∶m 2v 2Bq 2＝3∶40 (3)31H 和42He 做匀速圆周运动的周期之比T 1∶T 2＝2πm 1Bq 1∶2πm 2Bq 2＝3∶2所以它们的旋转周数之比n 1∶n 2＝T 2∶T 1＝2∶3， 即42He 旋转三周，31H 旋转2周．。

本章优化总结α衰变和β衰变在磁场中轨迹的分析[学生用书P65] 1．在解决原子核的衰变问题时应把握以下三点(1)衰变过程中，质量数、电荷数守恒．(2)衰变过程中动量守恒．(3)带电粒子在垂直磁场方向做匀速圆周运动时，洛伦兹力提供向心力．2．静止的原子核发生α衰变和β衰变的规律以及它们在磁场中运动的轨迹特点如下表：α衰变M Z X→M－4Z－2Y＋42He匀强磁场中轨迹两圆外切，α粒子半径大β衰变M Z X→M Z＋1Y＋0－1e 匀强磁场中轨迹两圆内切，β粒子半径大在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于天然衰变放出一个粒子而得到相内切的两条圆形轨迹，两圆半径之比为44∶1，则该放射性元素的原子序数为多少？[解析] 原子核放出一个粒子后，新核将受到一个反向冲量，根据动量守恒定律，新核和粒子的动量大小相等，方向相反；设匀强磁场方向垂直纸面向里，如图所示，因为两圆轨迹内切，由左手定则可知，粒子一定带负电，即为β衰变，衰变方程为AZX → A Z ＋1Y ＋ 0－1e ，由qvB ＝mv 2R 得R ＝mvqB，可知在mv 相同时，R 与q 成反比，设新核转动半径为R 1，粒子转动半径为R 2，则R 1R 2＝q 2q 1＝e（Z ＋1）e ＝1Z ＋1，即144＝1Z ＋1，解得Z ＝43.[答案] 43关于原子核在磁场中衰变形成的反冲运动问题，如果两条圆形轨迹相内切，则一定是β衰变；如果两条圆形轨迹相外切，则一定是α衰变．关于核反应方程[学生用书P65]1．几个重要的核反应方程核反应式与其相关的重要内容 23892U →234 90Th ＋42Heα 衰变实质211H ＋210n →42He 234 90Th →23491Pa ＋0－1eβ衰变实质10n →11H ＋0－1e 14 7N ＋42He →178O ＋11H质子的发现(1919年) 卢瑟福 94Be ＋42He →126C ＋10n 中子的发现(1932)年 查德威克 2713Al ＋42He →3015P ＋10n人工放射性同位素的发现 居里夫妇 3015P →3014Si ＋01e正电子的发现(1934年)居里夫妇2.核反应遵守两个守恒：核电荷数守恒，质量数守恒．3．核反应方程用“→”表示核反应的方向，不能用等号；熟记常见粒子的符号，如：42He 11H 10n0－1e 01e 21H 31H235 92U4．确定衰变次数的方法 AZ X →A ′Z ′Y ＋n 42He ＋m 0－1e 根据质量数、核电荷数守恒得Z ＝Z ′＋2n －m A ＝A ′＋4n二式联立求解得α衰变次数n ，β衰变次数m .核反应通常是不可逆的，方程中只能用箭头符号“→”来连接，并指示反应的方向，而不能用“＝”连接核反应方程．本题中用大写字母代表原子核．E 经α衰变成为F ，再经β衰变成为G ，再经α衰变成为H.上述系列衰变可记为下式：E ――→αF ――→βG ――→αH ；另一系列衰变如下：P ――→βQ ――→βR ――→αS.已知P 是F 的同位素，则( )A ．Q 是G 的同位素，R 是H 的同位素B ．R 是E 的同位素，S 是F 的同位素C ．R 是G 的同位素，S 是H 的同位素D ．Q 是E 的同位素，R 是F 的同位素[解析] y x E →y －4x －2F ＋42He ，y －4x －2F →y －4x －1G ＋ 0－1e ，y －4x －1G →y －8x －3H ＋42He ； z x －2P → z x －1Q ＋ 0－1e ， z x －1Q →z x R ＋ 0－1e ，zx R →z －4x －2S ＋42He.同位素具有相同的质子数和不同的中子数，由核衰变方程式中各原子核的上下标可得到R 是E 的同位素，S 是F 和P 的同位素，Q 是G 的同位素，所以B 选项正确．[答案] B解决此类题一般从核衰变方程入手，正确地写出核衰变方程是解决此类题的关键．。

绝密★启用前2019沪科版高中物理选修3-5第4章《从原子到夸克》测试题本试卷分第Ⅰ卷和第Ⅱ卷两部分，共100分，考试时间150分钟。

第Ⅰ卷一、单选题(共20小题,每小题3.0分,共60分)1.下列关于α粒子的说法正确的是()A．物理学家卢瑟福通过α粒子散射实验说明了原子核内部有复杂的结构B．原子核放出α粒子即α衰变，α衰变的核反应方程式为X→Y＋HeC．原子核放出α粒子即α衰变，α衰变的实质是一个中子转化为一个质子和电子D．比较α、β、γ三种射线，由α粒子组成的α射线，电离能力最弱、穿透能力最强【答案】B【解析】卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，没有涉及到原子核内部结构．故A错误；α粒子是氦的原子核，其组成为2个质子和2个中子，所以α衰变时，中子数减少2，质子数减少2.故B正确；β衰变产生的电子，是原子核内部的中子转变为质子和电子，电子释放出来，不是α衰变.故C错误；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.故D错误．2.研究放射性元素射线性质的实验装置如图所示．两块平行放置的金属板A、B分别与电源的两极a、b连接，放射源发出的射线从其上方小孔向外射出．则()A．a为电源正极，到达A板的为α射线B．a为电源正极，到达A板的为β射线C．a为电源负极，到达A板的为α射线D．a为电源负极，到达A板的为β射线【答案】B【解析】β射线为高速电子流，质量约为质子质量的，速度接近光速；α射线为氦核流，速度约为光速的.在同一电场中，β射线偏转的轨迹曲率半径小于α射线的曲率半径，由图知，向左偏的为β射线，向右偏的为α射线，即到达A板的为β射线；因α粒子带正电，向右偏转，说明电场方向水平向右，即a为电源正极，故B正确，A、C、D错误．3.最早发现天然放射现象的科学家为()A．卢瑟福B．贝可勒尔C．爱因斯坦D．查德威克【答案】B【解析】卢瑟福发现质子，查德威克发现中子，爱因斯坦发现了光电效应，贝可勒尔发现天然放射现象，故B正确，A、C、D错误．4.关于原子核的衰变，下列说法中正确的是()A．用任何方法都不能改变原子核的半衰期B．β射线为原子的核外电子电离后形成的电子流C．γ射线是波长很长的电磁波D．α射线有很强的穿透本领【答案】A【解析】半衰期的大小由原子核内部因素决定，与原子核所处的物理环境和化学状态无关，故A 正确；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B错误；γ射线是波长很短的电磁波，故C错误；三种射线中，α射线的电离能力最强，穿透能力最弱，故D 错误．5.表格中是某种元素的计数率及放射时间的数据记录，从表中可以得出该元素的半衰期约为()A． 2.5 sB． 3.5 sC． 4.0 sD． 7.0 s【答案】B【解析】根据半衰期公式：m余＝m原()可知：经过一个周期，有半数发生衰变，在0时刻，有1 280个，7 s时刻，仍有317个没有衰变，由数据可知，元素发生2次衰变，所以即半衰期为3.5 s，故A、C、D错误，B正确．6.原子核X与氘核H反应生成一个α粒子和一个质子．由此可知()A．A＝2，Z＝1B．A＝2，Z＝2C．A＝3，Z＝3D．A＝3，Z＝2【答案】D【解析】核反应方程为X＋H→He＋H，根据质量数、电荷数守恒有A＋2＝4＋1，Z＋1＝2＋1.解得A＝3，Z＝2，只有选项D正确．7.在匀强磁场中有一个静止的氡原子核(Rn)，由于衰变它放出一个粒子，此粒子的径迹与反冲核的径迹是两个相互外切的圆，大圆与小圆的直径之比为42∶1，如图所示，那么氡核的衰变方程应是下列方程中的哪一个()A．Rn Fr ＋eB．Rn Po＋HeC．Rn At＋eD．Rn At＋H【答案】B【解析】原子核衰变过程中动量守恒，所以粒子与反冲核的动量等大反向，由径迹是两外切圆知，放出的是正粒子，是α衰变，由于粒子和反冲核均做匀速圆周运动，由r＝知，＝＝＝.所以反冲核的电荷数是84，由电荷数守恒和质量数守恒知，正确答案为B.8.下列说法正确的是()A．氢原子从激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子B．卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子核具有复杂的结构C．采用物理或化学方法可以有效地改变放射性元素的半衰期D．α射线、β射线、γ射线都是高速运动的带电粒子流【答案】A【解析】氢原子从激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子，A正确；卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子具有核式结构，天然放射现象揭示了原子核具有复杂的结构，B错误；半衰期与外界因素无关，C错误；α射线、β射线都是高速运动的带电粒子流，γ射线不带电，D错误．9.天文学家测量毗邻恒星的距离是利用()A．α射线B． X射线C．视差D．γ射线【答案】C【解析】天文学家一般通过视差法去测量毗邻恒星的距离．故C正确．10.太阳放出的大量中微子向地球飞来，但实验测定的数目只有理论的三分之一，后来科学家发现中微子在向地球传播过程中衰变成一个μ子和一个τ子．若在衰变过程中μ子的速度方向与中微子原来的方向一致，则τ子的运动方向()A．一定与μ子同方向B．一定与μ子反方向C．一定与μ子在同一直线上D．不一定与μ子在同一直线上【答案】C【解析】中微子衰变成μ子和τ子，满足动量守恒，μ子的速度方向与中微子原来的方向一致，τ子的运动方向必定也在这条直线上，选项C是正确的．11.放射性在技术上有很多应用，不同的放射源可用于不同目的．下表列出了一些放射性元素的半衰期和可供利用的射线.某塑料公司生产聚乙烯薄膜，方法是让厚的聚乙烯膜通过轧辊把聚乙烯膜轧薄，利用适当的放射线来测定通过轧辊后的薄膜厚度是否均匀．可利用的元素是()A．钋210B．氡222C．锶90D．铀238【答案】C【解析】要测定聚乙烯薄膜的厚度，则要求射线可以穿透薄膜，因此α射线不合适；另外，射线穿透作用还要受薄膜厚度影响，γ射线穿透作用最强，薄膜厚度不会影响γ射线穿透，所以只能选用β射线，而氡222 半衰期太小，铀238半衰期太长，所以只有锶90较合适．12.下列射线在真空中的速度与光速相同的是()A．阴极射线B．α射线C．β射线D．γ射线【答案】D【解析】阴极射线中的电子是电热丝经通电发热而激发出来的，不同部位吸热量不同，所以激发飞出后的速度也不尽相同，比光速小；由实验测得α射线的速度约是光速的十分之一，β射线的速度约是光速的十分之九；γ射线是光子流，速度与光速相同，故D正确．13.一中性原子的质量数等于下列数目()A．质子和电子数的和B．质子、中子和电子数的和C．中子和质子数的和D．质子数【答案】C【解析】原子的质量数等于中子数加质子数，故C正确．14.关于粒子，下列说法正确的是()A．电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子B．强子都是带电的粒子C．夸克模型是探究三大类粒子结构的理论D．夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单元【答案】D【解析】由于质子、中子是由不同夸克组成的，它们不是最基本的粒子，不同夸克构成的强子，有的强子带电，有的强子不带电，故A、B错误；夸克模型是研究强子结构的理论，不同夸克带电不同，分别为＋e和－，说明电子电荷不再是电荷的最小单元，故C错误、D正确．15.如图所示，x为未知放射源．若将由N、S磁极产生的强力磁场M移开，发现计数器单位时间接收到的射线粒子数保持不变；若再将铝薄片也移开，发现计数器单位时间接收到的射线粒子数大幅度上升．则x可能为()A．α、β混合放射源B．α、γ混合放射源C．纯β放射源D．纯γ放射源【答案】B【解析】将磁铁移开后，计数器所得计数率保持不变，说明穿过铝片的粒子中无带电粒子，故只有γ射线；将薄铝片移开，计数率大幅上升，说明射线中有穿透力很弱的粒子，因此放射源可能是α和γ的混合放射源．16.关于天然放射性现象中产生的三种射线，以下说法中正确的是()A．α、β、γ三种射线中，α射线的电离作用最强，穿透能力也最强B．α、β、γ三种射线中，β射线的速度最快，可以达到0.9cC．人们利用γ射线照射种子，可以使种子内的遗传物质发生变异，培育出新的优良品种D．人们利用β射线射线穿透能力强的特点，可以探查较厚的金属部件内部是否有裂痕【答案】C【解析】α、β、γ三种射线中，α射线的电离作用最强，穿透能力最弱，故A错误；α、β、γ三种射线中，α射线射出速度约0.1c，β射线射出速度接近c，γ射线射出速度为c，所以三种射线中γ射线的速度最快，故B错误；人们利用γ射线照射种子，可以使种子内的遗传物质发生变异，培育出新的优良品种，故C正确；人们利用γ射线射线穿透能力强的特点，可以探查较厚的金属部件内部是否有裂痕，故D错误．17.在下列四个核反应方程中，X1、X2、X3和X4各代表某种粒子①1X1＋H→He＋n②N＋He→O＋X2③He＋Be→C＋X3④Mg＋He→Al＋X4则以下判断中正确的是()A． X1是质子B． X2是中子C． X3是电子D． X4是质子【答案】D【解析】根据核反应的质量数和电荷数守恒知，X1为H，A错；X2为H，B错；X3为n，C错；X4为H，D对．18.下列说法正确的是()A．放射性元素的样品不断衰变，虽然剩下未衰变的原子核越来越少，但元素的半衰期不变B．放射性元素放在真空中衰变加快C．Bi的半衰期是1小时，质量为m的Bi经过3小时后还有m没有衰变D．温度越高，放射性元素衰变越快【答案】A【解析】放射性元素的半衰期，由核内部本身因素决定，与其他条件无关，A正确，B、D错误；Bi的半衰期是1小时，3小时经过了3个半衰期，由M余＝M原()可知还有m没有衰变，C 错误．19.K－介子衰变的方程为K－→π－＋π0，其中K－介子和π－介子带负的基元电荷，π0介子不带电．一个K－介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁强中，其轨迹为圆弧AP，衰变后产生的π－介子的轨迹为圆弧PB，两轨迹在P点相切，它们的半径R k－与Rπ－之比为2∶1，π0介子的轨迹未画出，如图所示．由此可知π－的动量大小与π0的动量大小之比为()A． 1∶1B． 1∶2C． 1∶3D． 1∶6【答案】C【解析】圆弧AP与PB在P处相切，说明衰变前K－介子的速度方向与衰变后π－介子的速度方向完全相反．设衰变前K－介子的动量大小为p0，衰变后π－介子和π0介子的动量大小分别为p1和p2，根据动量守恒定律可得：p0＝p2－p1①K－介子和π－介子在磁场中分别做匀速圆周运动，轨道半径为：R k－＝②Rπ－＝③又由题意知：R k－＝2Rπ－④q k＝qπ－⑤解以上方程可得：p1∶p2＝1∶3.20.用中子轰击Al，产生Na和X；Na具有放射性，它衰变后变成Mg和Y，则X和Y分别是()A．质子和α粒子B．电子和α粒子C．α粒子和正电子D．α粒子和电子【答案】D【解析】用中子轰击Al，产生Na和X；根据质量数和电荷数守恒有：n＋Al→Na＋He可知X是α粒子；Na具有放射性，它衰变后变成Mg和Y，根据质量数和电荷数守恒有：Na→Mg＋e可知Y是电子．第II卷二、计算题(共4小题,每小题10.0分,共40分)21.U核经一系列的衰变后变为Pb核，问：(1)一共经过几次α衰变和几次β衰变？(2)Pb与U相比，质子数和中子数各少了多少？(3)综合写出这一衰变过程的方程．【答案】(1)8次α衰变6次β衰变(2)10个22个(3)U→Pb＋8He＋6e【解析】(1)设U衰变为Pb经过x次α衰变和y次β衰变，由质量数守恒和电荷数守恒可得238＝206＋4x①92＝82＋2x－y②联立①②解得x＝8，y＝6.即一共经过8次α衰变和6次β衰变．(2)由于每发生一次α衰变质子数和中子数均减少2，每发生一次β衰变中子数少1，而质子数增加1，故Pb较U质子数少10，中子数少22.(3)核反应方程为U→Pb＋8He＋6 e.22.一瓶有放射性同位素的溶液，测得平均每分钟内有8×1014个原子发生衰变．已知该同位素的半衰期为2天，衰变后的物质不具有放射性．现将该溶液倒入水库，设10天后溶液均匀分布到水库中，这时从水库中取出1 cm3的水，测得平均每分钟内有20个原子发生衰变，能否由此推算该水库中现存的水量？【答案】1.25×106m3【解析】由题意得：8×1014×()5×＝20，V＝1.25×106m3，即水库中水量为1.25×106m3.23.在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于放出一个α粒子，结果得到一张两个相切圆的径迹照片(如图所示)，今测得两个相切圆半径之比r1∶r2＝1∶44.求：反冲核的电荷数是多少？(已知新核电荷量大于α粒子电荷量)．【答案】88【解析】原子核放出α粒子的过程动量守恒，由于初始动量为零，所以末态动量也为零，α粒子和反冲核的动量大小相等、方向相反，即p1＝p2＝pα粒子和反冲核在磁场中均做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力，qvB＝m，解得r＝，可知粒子运动的半径大小与其所带的电荷量成反比，则2是α粒子的运动轨迹，1是新核的运动轨迹．所以α粒子的半径：r2＝设反冲核的电荷量为Q，则反冲核的半径：r1＝所以：＝＝，Q＝88e.即反冲核的电荷数是88.24.某些建筑材料可产生放射性气体——氡，氡可以发生α衰变．如果人长期生活在氡浓度过高的环境中，氡通过人的呼吸沉积在肺部，并大量放出射线，从而危害人体健康，原来静止的氡核Rn发生一次α衰变生成新核钋Po.已知放出的α粒子速度为v.(1)写出衰变方程．(2)求衰变生成的钋核的速度大小．【答案】(1)Rn→Po＋He(2)v【解析】(1)Rn→Po＋He(2)由于衰变过程中满足动量守恒，则：m Po v Po＋mαv＝0故v Po＝－v＝－v即衰变生成的钋核的速度大小为v.。