高中物理 第四章 從原子核到夸克單元測試 滬科版選修35

第四章 從原子核到夸克本章測評(時間：90分鐘分值：100分)一、選擇題(共10個小題，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)部變化有關的是()A粒子散射現(xiàn)象 B天然放射現(xiàn)象C光電效應現(xiàn)象 D原子發(fā)光現(xiàn)象2關于、三種射線，下列說法中正確的是()A射線是原子核自發(fā)放射出的氦核，它的穿透能力最強B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射線一般伴隨著或射線產(chǎn)生，它的穿透能力最強D射線是電磁波，它的穿透能力最弱32000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放射性元素衰變時放出三種射線，按穿透能力由強到弱的排列順序是 ()A射線，射線，射線 B射線，射線，射線C射線，射線，射線 D射線，射線，射線5放射性同位素可作為示蹤原子，例如，在醫(yī)學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，則應選用的同位素是()AS BQ CP DR6光子的能量為h，動量的大小為，如果一個靜止的放射性元素的原子核發(fā)生衰變時只發(fā)射出了一個光子，則衰變后的原子核()A仍然靜止B沿著與光子運動方向相同的方向運動C沿著與光子運動方向相反的方向運動D可能在任何方向運動7聯(lián)合國環(huán)境公署對科索沃地區(qū)的調(diào)查表明，北約對南聯(lián)盟進行的轟炸中，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112號元素的原子的同時向外釋放出一個中子。下列說法錯誤的是()A112號元素是金屬元素B112號元素的質(zhì)子數(shù)為112C科學家合成的112號元素的原子的中子數(shù)為166D112號元素為放射性元素9原子核E經(jīng)衰變變成F，再經(jīng)衰變變成G，再經(jīng)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()AQ是G的同位素，R是H的同位素BR是E的同位素，S是F的同位素CR是G的同位素，S是H的同位素DQ是E的同位素，R是F的同位素10某放射性元素經(jīng)過6次衰變和8次衰變，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)減少了20C中子數(shù)減少了14 D核子數(shù)減少了24二、填空題(共3個小題，每小題6分，共18分。把答案填寫在題中的橫線上)11一個原子核，它的符號是Sr，那么該原子核中有_個質(zhì)子，_個中子，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，則開始時兩種核的個數(shù)之比為_；若經(jīng)過2T后兩種核的個數(shù)相等，則開始時兩種核的質(zhì)量之比為_。13如圖所示，放射性元素X，在云霧室里進行衰變，放射線受到垂直紙面出來的勻強磁場的作用，徑跡如圖，設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、計算題(共3個小題，共32分。解答時寫出必要的文字說明、方程式、計算結果及單位)14(10分)1930年科學家發(fā)現(xiàn)釙放出的射線貫穿能力極強，它甚至能穿透幾厘米厚的鉛板，1932年，英國年輕物理學家查德威克用這種未知射線分別轟擊氫原子和氮原子，結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vH3.5107 m/s，被打出的氮核的最大速度vN4.7106 m/s，假定正碰時無機械能損失，設未知射線中粒子質(zhì)量為m，初速為v，質(zhì)子的質(zhì)量為m。(1)推導被打出的氫核和氮核的速度表達式；(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)靜止在勻強磁場中的核發(fā)生衰變后，粒子和反沖核在垂直于它們運動方向的勻強磁場中分別做勻速圓周運動，其半徑之比為451，周期之比為90117。求粒子和反沖核的動能之比為多少？16(12分)人類認識原子結構和開發(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、查德威克等科學家在原子結構或原子核的研究方面作出了卓越的貢獻。請選擇其中的兩位，指出他們的主要成績。_(2)在可控核反應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。某反應堆中快中子與靜止的靶核發(fā)生對心正碰，通過計算說明，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？參考答案1解析：粒子散射實驗表明了原子內(nèi)部有一個很小的核，并沒有涉及核內(nèi)部的變化，故A項錯誤；天然放射現(xiàn)象是原子核內(nèi)部發(fā)生變化自發(fā)的放射出粒子或電子，從而發(fā)生衰變或衰變，故B項正確；光電效應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項錯誤；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項錯誤。答案：B2解析：射線是原子核發(fā)生衰變放出的氦核流，它的電離能力強，但穿透能力弱；射線也是原子核發(fā)生衰變放出的電子流，具有較強的電離能力和穿透能力；射線是一種電磁波，一般伴隨著或射線產(chǎn)生，它的穿透能力強，電離能力弱。答案：C3答案：ABC4解析：由于三種射線的能量不同，所以貫穿能力最強的是射線，射線次之，射線最弱，故正確答案選B。答案：B5解析：作為示蹤原子的放射性同位素，應該有穩(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，所以一旦研究結束，就希望放出的射線量大大減小，因此應選擇半衰期較短、衰變稍快的放射性元素作示蹤原子，用2天就可以了。答案：A6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，它們的總動量保持不變，這就是動量守恒定律。動量守恒定律不但適用于宏觀物體，也適用于微觀粒子。靜止的原子核動量為零，在原子核發(fā)出一個光子衰變后，原子核和光子的動量值和仍為零，即衰變后原子核的動量和發(fā)出光子的動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動。答案：C7解析：鈾238的半衰期很長，所以會長時間產(chǎn)生環(huán)境危害。答案：AD8解析：人工轉(zhuǎn)變方程為ZnPb？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)應為156。因為大于83號的元素都具有放射性，該元素也不會例外。答案：C9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)任何核反應都遵循電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒。(3)衰變和衰變得核反應方程表達式分別為：XYHe(衰變)，MNe(衰變)P和F是同位素，設電荷數(shù)均為Z，則衰變過程可記為：Z2EZFZ1GZ1H，ZPZ1QZ2RZS顯然，E和R的電荷數(shù)均為Z2，G和Q的電荷數(shù)均為Z1，F(xiàn)、P和S的電荷數(shù)均為Z，故B正確。答案：B10答案：D11解析：A95，Z38，所以有：質(zhì)子數(shù)38個，中子數(shù)為953857個，中性原子的電子數(shù)為38個，核電荷數(shù)38個。答案：3857383812解析：若開始時兩種核的個數(shù)分別為N1和N2，則經(jīng)時間2T后剩下的核的個數(shù)就分別為N1和N2，而此時兩種核的質(zhì)量相等，則有N1aN2b，由此可得。若開始時兩種核的質(zhì)量分別為m1和m2，則經(jīng)時間2T后剩下的核的質(zhì)量就分別為m1和m2，而此時兩種核的個數(shù)相等，于是有，由此可得m1m2a4b。答案：a4b13解析：根據(jù)左手定則可知衰變后的射線為射線，所以新核的電荷數(shù)為Z1，質(zhì)量數(shù)為M。答案：Z1M14解：(1)碰撞滿足動量守恒和機械能守恒，與氫核碰撞時有mvmv1mHvH，mv2mvmHv解之，得vHv，同理可得vNv。(2)由上面可得，代入數(shù)據(jù)得1.016 5。答案：(1)vHv，vNv(2)1.016 515解析：根據(jù)衰變時系統(tǒng)的總動量守恒，做勻速圓周運動時由洛倫茲力提供向心力這樣兩個基本關系，即可解得。衰變時，粒子和反沖核的動量大小相等，即mvmxvx，式中mx，vx為反沖核的質(zhì)量與速度。在磁場中，它們做勻速圓周運動時都由洛侖茲力作為向心力，由qvB得r。由此可見，粒子和反沖核的圓周運動半徑之比為，所以反沖核的核電荷數(shù)為qx90。因為由洛侖茲力作向心力時，做圓周運動的周期為T，所以粒子和反沖核的周期之比為，得mxm4234。所以粒子和反沖核的動能之比為。答案：117216答案：(1)盧瑟福提出了原子的核式結構模型；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