高中物理 第四章 從原子核到夸克單元測試 滬科版選修35

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1、 第四章 從原子核到夸克 本章測評 (時(shí)間：90分鐘　分值：100分) 一、選擇題(共10個(gè)小題，每小題5分，共50分) 1(2009北京高考，14)下列現(xiàn)象中，與原子核內(nèi)部變化有關(guān)的是(　　) A．α粒子散射現(xiàn)象　　　　 　B．天然放射現(xiàn)象 C．光電效應(yīng)現(xiàn)象 D．原子發(fā)光現(xiàn)象 2關(guān)于α、β、γ三種射線，下列說法中正確的是(　　) A．α射線是原子核自發(fā)放射出的氦核，它的穿透能力最強(qiáng) B．β射線是原子核外電子電離形成的電子流，它具有中等的穿透能力 C．γ射線一般伴隨著α或β射線產(chǎn)生，它的穿透能力最強(qiáng) D．γ射線是電磁波，它的穿透能力最弱 3

2、2000年8月21日，俄羅斯“庫爾斯克”號核潛艇在巴倫支海遇難，沉入深度約為100 m的海底?！皫鞝査箍恕碧柡藵撏У某翛]再次引起人們對核廢料與環(huán)境問題的重視。幾十年來人們向以巴倫支海海域傾倒了不少核廢料，核廢料對海洋環(huán)境有嚴(yán)重的污染作用，其原因有(　　) A．鈾、钚等核廢料有放射性 B．鈾、钚等核廢料的半衰期很長 C．鈾、钚等重金屬有毒性 D．鈾、钚等核廢料會造成爆炸 4放射性元素衰變時(shí)放出三種射線，按穿透能力由強(qiáng)到弱的排列順序是 …(　　) A．α射線，β射線，γ射線　 　B．γ射線，β射線，α射線 C．γ射線，α射線，β射線 D．β

3、射線，α射線，γ射線 5放射性同位素可作為示蹤原子，例如，在醫(yī)學(xué)上可以確定腫瘤的位置等等，今有四種不同的放射性同位素R、P、Q、S，它們的半衰期分別為半年、38天、15天和2天，則應(yīng)選用的同位素是(　　) A．S　　　 　B．Q　　　 C．P　　　 　D．R 6光子的能量為hυ，動(dòng)量的大小為，如果一個(gè)靜止的放射性元素的原子核發(fā)生γ衰變時(shí)只發(fā)射出了一個(gè)γ光子，則衰變后的原子核(　　) A．仍然靜止 B．沿著與光子運(yùn)動(dòng)方向相同的方向運(yùn)動(dòng) C．沿著與光子運(yùn)動(dòng)方向相反的方向運(yùn)動(dòng) D．可能在任何方向運(yùn)動(dòng) 7聯(lián)合國環(huán)境公署對科索沃地區(qū)的調(diào)查

4、表明，北約對南聯(lián)盟進(jìn)行的轟炸中，大量使用了貧鈾炸彈，貧鈾是從金屬鈾中提煉鈾235以后的副產(chǎn)品，其主要成分是鈾238。貧油炸彈貫穿能力是常規(guī)炸彈的9倍，殺傷力極大而且殘留物可長期危害環(huán)境，下列關(guān)于其殘留物長期危害環(huán)境的理由正確的是(　　) A．爆炸后的彈片存在放射性，對環(huán)境產(chǎn)生長期危害 B．爆炸后的彈片不會對人體產(chǎn)生危害，會對環(huán)境產(chǎn)生長期危害 C．鈾238的衰變速度很快 D．鈾的半衰期很長 8．迄今為止合成的最重的元素是112號元素，它是用Zn高能原子轟擊Pb的靶子，使鋅核與鉛核熔合而得，每生成一個(gè)112號元素的原子的同時(shí)向外釋放出一個(gè)中子。下列說法錯(cuò)誤的是(　　) A．112號元素

5、是金屬元素 B．112號元素的質(zhì)子數(shù)為112 C．科學(xué)家合成的112號元素的原子的中子數(shù)為166 D．112號元素為放射性元素 9．原子核E經(jīng)α衰變變成F，再經(jīng)β衰變變成G，再經(jīng)α衰變變成H，上述系列衰變可記為下式：EFGH，另一系列衰變?nèi)缦拢篜QRS；已知P與F是同位素，則(　　) 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 10某放射性元素經(jīng)過6次α衰變和8次β衰變，生成了新核。則新核和原來的原子核相比(　　) A．質(zhì)子數(shù)減少了12 B．質(zhì)子數(shù)減

6、少了20 C．中子數(shù)減少了14 D．核子數(shù)減少了24 二、填空題(共3個(gè)小題，每小題6分，共18分。把答案填寫在題中的橫線上) 11一個(gè)原子核，它的符號是Sr，那么該原子核中有________個(gè)質(zhì)子，________個(gè)中子，中性原子中的電子數(shù)是________，核子數(shù)是________。 12兩種放射性元素的原子A和B，其半衰期分別為T和T。若經(jīng)過2T后兩種元素的核的質(zhì)量相等，則開始時(shí)兩種核的個(gè)數(shù)之比為__________；若經(jīng)過2T后兩種核的個(gè)數(shù)相等，則開始時(shí)兩種核的質(zhì)量之比為__________。 13如圖所示，放射性元素X，在云霧室里進(jìn)行衰變，放射線受

7、到垂直紙面出來的勻強(qiáng)磁場的作用，徑跡如圖，設(shè)射線由下向上射入磁場，則生成的新核原子序數(shù)為__________，質(zhì)子數(shù)為__________。 三、計(jì)算題(共3個(gè)小題，共32分。解答時(shí)寫出必要的文字說明、方程式、計(jì)算結(jié)果及單位) 14(10分)1930年科學(xué)家發(fā)現(xiàn)釙放出的射線貫穿能力極強(qiáng)，它甚至能穿透幾厘米厚的鉛板，1932年，英國年輕物理學(xué)家查德威克用這種未知射線分別轟擊氫原子和氮原子，結(jié)果打出一些氫核和氮核。若未知射線均與靜止的氫核和氮核正碰，測出被打出的氫核最大速度為vH＝3.5107 m/s，被打出的氮核的最大速度vN＝4.7106 m/s，假定正碰時(shí)無機(jī)械能損失，設(shè)未知射線中粒

8、子質(zhì)量為m，初速為v，質(zhì)子的質(zhì)量為m′。 (1)推導(dǎo)被打出的氫核和氮核的速度表達(dá)式； (2)根據(jù)上述數(shù)據(jù)，推算出未知射線中粒子的質(zhì)量m與質(zhì)子的質(zhì)量m′之比(已知氮核質(zhì)量為氫核質(zhì)量的14倍)。 15(10分)靜止在勻強(qiáng)磁場中的核發(fā)生α衰變后，α粒子和反沖核在垂直于它們運(yùn)動(dòng)方向的勻強(qiáng)磁場中分別做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其半徑之比為45∶1，周期之比為90∶117。求α粒子和反沖核的動(dòng)能之比為多少？ 16(12分)人類認(rèn)識原子結(jié)構(gòu)和開發(fā)利用原子能經(jīng)歷了十分曲折的過程，請按要求回答下列問題。 (1)盧瑟福、玻爾、查德威克等科學(xué)家在原子結(jié)構(gòu)或原子核的研究方面作出了卓越的貢獻(xiàn)。 請選擇其中的兩位，指出他

9、們的主要成績。 ①________________________________________________________________________ ②________________________________________________________________________ (2)在可控核反應(yīng)堆中需要給快中子減速，輕水、重水和石墨等常用作減速劑。中子在重水中可與H核碰撞減速，在石墨中與C核碰撞減速。上述碰撞可簡化為彈性碰撞模型。某反應(yīng)堆中快中子與靜止的靶核發(fā)生對心正碰，通過計(jì)算說明，僅從一次碰撞考慮，用重水和石墨作減速劑，哪種減速效果更好？

10、 參考答案 1解析：α粒子散射實(shí)驗(yàn)表明了原子內(nèi)部有一個(gè)很小的核，并沒有涉及核內(nèi)部的變化，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；天然放射現(xiàn)象是原子核內(nèi)部發(fā)生變化自發(fā)的放射出α粒子或電子，從而發(fā)生α衰變或β衰變，故B項(xiàng)正確；光電效應(yīng)是原子核外層電子脫離原子核的束縛而逸出，沒有涉及原子核的變化，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；原子發(fā)光是原子躍遷形成的也沒有涉及原子核的變化，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案：B 2解析：α射線是原子核發(fā)生α衰變放出的氦核流，它的電離能力強(qiáng)，但穿透能力弱；β射線也是原子核發(fā)生β衰變放出的電子流，具有較強(qiáng)的電離能力和穿透能力；γ射線是一種電磁波，一般伴隨著α或β射線產(chǎn)生，它的穿透能力強(qiáng)，電離能力弱。

11、答案：C 3答案：ABC 4解析：由于三種射線的能量不同，所以貫穿能力最強(qiáng)的是γ射線，β射線次之，α射線最弱，故正確答案選B。 答案：B 5解析：作為示蹤原子的放射性同位素，應(yīng)該有穩(wěn)定的放射性，半衰期越長，放射性越穩(wěn)定；但考慮到放射性對人體的危害，半衰期越長，對人體的危害越大，所以一旦研究結(jié)束，就希望放出的射線量大大減小，因此應(yīng)選擇半衰期較短、衰變稍快的放射性元素作示蹤原子，用2天就可以了。 答案：A 6解析：相互作用的物體，如果不受外力的作用，或它們所受外力的合力為零，它們的總動(dòng)量保持不變，這就是動(dòng)量守恒定律。動(dòng)量守恒定律不但適用于宏觀物體，也適用于微觀粒子。靜止的原子核動(dòng)量為零

12、，在原子核發(fā)出一個(gè)光子衰變后，原子核和γ光子的動(dòng)量值和仍為零，即衰變后原子核的動(dòng)量和發(fā)出γ光子的動(dòng)量大小相等方向相反。故衰變后的原子核仍沿著與光子方向相反的方向運(yùn)動(dòng)。 答案：C 7解析：鈾238的半衰期很長，所以會長時(shí)間產(chǎn)生環(huán)境危害。 答案：AD 8解析：人工轉(zhuǎn)變方程為Zn＋Pb→？＋n，新元素原子核的總核子數(shù)為277，質(zhì)子數(shù)為112，所以中子數(shù)應(yīng)為156。因?yàn)榇笥?3號的元素都具有放射性，該元素也不會例外。 答案：C 9解析：(1)互稱同位素的原子核電荷數(shù)相同而質(zhì)量數(shù)不同。 (2)任何核反應(yīng)都遵循電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒。 (3)α衰變和β衰變得核反應(yīng)方程表達(dá)式分別為： X→

13、Y＋He(α衰變)，M→N＋e(β衰變) P和F是同位素，設(shè)電荷數(shù)均為Z，則衰變過程可記為： Z＋2EZFZ＋1GZ－1H， ZPZ＋1QZ＋2RZS 顯然，E和R的電荷數(shù)均為Z＋2，G和Q的電荷數(shù)均為Z＋1，F(xiàn)、P和S的電荷數(shù)均為Z，故B正確。 答案：B 10答案：D 11解析：A＝95，Z＝38，所以有：質(zhì)子數(shù)38個(gè)，中子數(shù)為95－38＝57個(gè)，中性原子的電子數(shù)為38個(gè)，核電荷數(shù)38個(gè)。 答案：38　57　38　38 12解析：若開始時(shí)兩種核的個(gè)數(shù)分別為N1和N2，則經(jīng)時(shí)間2T后剩下的核的個(gè)數(shù)就分別為N1和N2，而此時(shí)兩種核的質(zhì)量相等，則有N1a＝N2b，由此可得＝。若開

14、始時(shí)兩種核的質(zhì)量分別為m1和m2，則經(jīng)時(shí)間2T后剩下的核的質(zhì)量就分別為m1和m2，而此時(shí)兩種核的個(gè)數(shù)相等，于是有＝，由此可得m1∶m2＝a∶4b。 答案：　a∶4b 13解析：根據(jù)左手定則可知衰變后的射線為β射線，所以新核的電荷數(shù)為Z＋1，質(zhì)量數(shù)為M。 答案：Z＋1　M 14解：(1)碰撞滿足動(dòng)量守恒和機(jī)械能守恒，與氫核碰撞時(shí)有 mv＝mv1＋mHvH，mv2＝mv＋mHv 解之，得vH＝v， 同理可得vN＝v。 (2)由上面可得＝，代入數(shù)據(jù)得＝＝1.016 5。 答案：(1)vH＝v，vN＝v (2)1.016 5 15解析：根據(jù)衰變時(shí)系統(tǒng)的總動(dòng)量守恒，做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)

15、由洛倫茲力提供向心力這樣兩個(gè)基本關(guān)系，即可解得。 衰變時(shí)，α粒子和反沖核的動(dòng)量大小相等，即mαvα＝mxvx，式中mx，vx為反沖核的質(zhì)量與速度。 在磁場中，它們做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)都由洛侖茲力作為向心力， 由qvB＝得r＝。 由此可見，α粒子和反沖核的圓周運(yùn)動(dòng)半徑之比為＝＝＝， 所以反沖核的核電荷數(shù)為qx＝90。 因?yàn)橛陕鍋銎澚ψ飨蛐牧r(shí)，做圓周運(yùn)動(dòng)的周期為T＝， 所以α粒子和反沖核的周期之比為＝，得mx＝mα＝4＝234。 所以α粒子和反沖核的動(dòng)能之比為＝＝＝＝。 答案：117∶2 16答案：(1)盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型；玻爾把量子理論引入原子模型，并成功解釋了氫光譜；查德威克發(fā)現(xiàn)了中子。 (2)重水減速效果更好 6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375