高中物理 第4章 从原子核到夸克 4.1 原子核结构探秘学业分层测评 沪科版选修35
高中物理第4章从原子核到夸克章末总结课件沪科版选修3_5
章末总结
知识网络
原子核的组成：核子
质子( 11H) 中子( 线、β射线、γ射线)的本质和性质
原
意义：原子核自发地放出某种粒子 而转变为新核
子 核 到 原子核 夸 的衰变 克
衰变法则
α衰变：AZX→_AZ_－－_24_Y_＋__42_H_e__ β衰变：AZX→_Z_+A_1Y__＋__－_01e___
作为示踪原子
核
防护
到
质子的发现：147N＋42He→_178_O_＋__11_H__
夸 人工转变 中子的发现：94Be＋42He→_1_26C__＋__10n__
克
正电子的发现：2173Al＋42He→_31_05P_＋__10_n__ 3105P→_31_04S__i＋__01_e_
编后语
老师上课都有一定的思路，抓住老师的思路就能取得良好的学习效果。在上一小节中已经提及听课中要跟随老师的思路，这里再进一步论述听课时如何 抓住老师的思路。
规律：质量数守恒 、电荷数守恒 、动量守恒 ；释放的能量以放
出粒子和反冲核的动能及γ光子能量的形式表现出来.
半衰期：大量原子核有半数 发生衰变需要的时间，它由核_本__身_ 性质 决定，一般与物理、化学性质_无_____关______
从 探测射线的方法：计数器、云室、乳胶照相
原
利用它的射线
子
应用
放射性的应用和防护
③ 根据老师的提示抓住老师的思路。老师在教学中经常有一些提示用语，如“请注意”、“我再重复一遍”、“这个问题的关键是····”等等，这些 用语往往体现了老师的思路。来自：学习方法网
④ 紧跟老师的推导过程抓住老师的思路。老师在课堂上讲解某一结论时，一般有一个推导过程，如数学问题的来龙去脉、物理概念的抽象归纳、语 文课的分析等。感悟和理解推导过程是一个投入思维、感悟方法的过程，这有助于理解记忆结论，也有助于提高分析问题和运用知识的能力。
高中物理 第4章 从原子核到夸克 1 原子核结构探秘精练沪教沪教高二物理试题
点囤市安抚阳光实验学校原子核结构探秘1.了解质子和中子的发现过程以及有关．2.知道原子核的组成，知道核子和同位素的概念．(＋难点)3．会写核反方程．[学生用书P51]一、质子的发现卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，发生了核反，释放出了氢核．人们对多种物质进行了类似的，发现硼、氟、钠、铝、磷原子核在受到α粒子轰击后也会射出氢核．人们把氢核叫做质子，并认为质子是原子核的组成．二、中子的发现卢瑟福预言了中子的存在，居里夫妇的女儿、女婿约里奥居里夫妇利用α粒子轰击铍时，发现了一种穿透力极强的射线，他们误认为是一种γ射线，与中子的发现失之交臂．卢瑟福的学生查德威克对约里奥居里夫妇的进行了更仔细的研究，发现这种射线在磁场中不发生偏转，不带电，又测了它的速度不到光速的十分之一，排除了γ射线，还测了它的质量跟氢核差不多，查德威克在中发现，从各种元素的原子核里都能打出这种粒子，可见它就是卢瑟福所预言的中子——原子核的又一组成．三、原子核的组成1．原子核的组成：原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子．原子核所带的电荷量总是质子电荷的整数倍，通常用这个整数表示原子核的电荷量，叫做原子核的核电荷数；而质子和中子的总数目叫做原子核的质量数．2．同位素：具有相同质子数和不同中子数的原子核，在元素周期表中处于同一位置，它们互称为同位素．(1)质子和中子都不带电，是原子核的组分，统称为核子．( )(2)原子核的电荷数就是核内的质子数，也就是这种元素的原子序数．( )(3)同位素具有不同的化学性质．( )提示：(1)×(2)√(3)×四、核反方程1．义：用原子核的符号表示核反前后各原子核变化情况的式子．2．规律：核反方程两边的质量数和电荷数均是守恒的．发现质子和中子的核反方程分别是什么？提示：42He＋14 7N→17 8O＋11H42He＋94Be→126C＋10n.原子核的组成[学生用书P51]1．质子的发现：19，卢瑟福用α粒子轰击氮核，结果从氮核中打出一种粒子，并测了它的电荷量与质量，知道它是氢原子核，把它叫做质子，后来人们又从其他原子核中打出了质子．因此确质子是原子核的组成．(质子带正电，电荷量与一个电子的电荷量相，其质量m p＝1.672 623 1×10－27 kg)．2．中子的发现(1)卢瑟福的预言：核内还有一种不带电的粒子，名字叫“中子”．(2)查德威克的发现：证明了中子的存在，中子的质量非常接近于质子的质量．3．原子核的组成原子核是由质子、中子组成的，质子带正电，中子不带电．不同的原子核内质子和中子的个数并不相同．核电荷数＝质子数＝元素的原子序数＝核外电子数．(原子呈电中性)(1)核子数：质子数和中子数之和叫核子数．(2)质子数：于原子核的电荷数(Z)．原子核所带的电荷总是质子电荷的整数倍，这个整数叫原子核的电荷数(Z)，原子核所带电荷量为Ze＝Z×1.60×10－19 C，例如6629Cu表示Cu原子的核电荷数即质子数是29，所带电荷量q＝29e＝29×1.60×10－19 C.(3)质量数：原子核的质量于核内质子和中子质量的总和，而中子与质子的质量几乎相，所以原子核的质量几乎于单个核子质量的整数倍，这个倍数叫做原子核的质量数(A)，显然质量数＝质子数＋中子数．例如：22286Rn的质量数为222，质子数为86，则中子数为222－86＝136.原子核的质量几乎于单个核子质量的整数倍，这个倍数称为原子核的质量数，因此质量数就是核子的个数，是一个纯数字，它与质量是不同的．如质子和中子的质量数相同均为1，但它们的质量不同，中子的质量比质子的质量约大千分之一．已知镭的原子序数是88，原子核质量数是226.试问：(1)镭核中有几个质子？几个中子？(2)镭核所带电荷量是多少？(3)若镭原子呈现中性，它核外有几个电子？[思路] 解答本题注意用以下三个关系：(1)原子核的质子数与原子序数相．(2)原子呈中性，核外电子数于核内质子数．(3)原子核的质量数于质子数与中子数之和．[解析] (1)镭核中的质子数于其原子序数，故质子数为88，中子数N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＝88×1.6×10－19 C≈1.41×10－17 C.(3)核外电子数于核电荷数，故核外电子数为88.[答案] (1)88 138 (2)1.41×10－17 C (3)88错误!核电荷数与原子核的电荷量是不同的，组成原子核的质子的电荷量都是相同的，所以原子核的电荷量一是质子电荷量的整数倍，我们把核内的质子数叫核电荷数，而这些质子所带电荷量的总和才是原子核的电荷量．(多选)氢有三种同位素，分别是氕(11H)、氘(21H)、氚(31H)，则( )A ．它们的质子数相B ．它们的核外电子数相C ．它们的核子数相D ．它们的中子数相解析：选AB.氕、氘、氚的核子数分别为1、2、3，质子数和核外电子数相同，都为1，中子数于核子数减去质子数，故中子数各不相同，所以本题A 、B 选项正确．核反方程[学生用书P52]1．核反：利用天然放射性的高速粒子或利用人工加速的粒子去轰击原子核，以产生的原子核，这个过程叫做核反．在核反过程中，所放出或吸收的能量叫做反能．2．常见的几个核反方程14 7N ＋42He →17 8O ＋11H(发现质子)94Be ＋42He →12 6C ＋10n2713Al ＋42He →3015P ＋10n(发现中子)3015P →3014Si ＋01e(发现正电子) 3．写核反方程时注意的问题(1)核反过程一般都是不可逆的，核反方程不能用号连接，只能用单向箭头表示反方向．(2)核反方程以事实为基础，不能凭空杜撰．(3)核反方程遵守质量数守恒而不是质量守恒，核反过程中，一般会发生质量的变化．在下列4个核反方程中，x 表示质子的是( ) A.3015P ―→3014Si ＋x B.23892U ―→23490Th ＋x C.2713Al ＋10n ―→2712Mg ＋x D.2713Al ＋42He ―→3015P ＋x[思路] 首先由核反中电荷数和质量数守恒判断未知粒子的核电荷数及质量数，然后正确写出粒子的符号，并正确标出其质量数与核电荷数．[解析] 在核反中，质量数和电荷数守恒，由此可知，3015P →3014Si ＋01e ，23892U →23490Th ＋42He ，2713Al ＋10n →2712Mg ＋11H ，2713Al ＋42He →3015P ＋10n ，综上知C 对．[答案] C一个原子核 X ，用一个中子轰击它后，生成ab Y 核并放出一个质子，写出核反方程．对于原子核 X，原子序数是多少？核内有多少个质子？多少个中子？核外有多少个电子？解析：核反方程为：a b＋1X＋10n→11H＋a b Y.所以这个原子核 X的：原子序数＝质子数＝核外电子数＝b＋1.核子数＝质量数＝中子数＋质子数＝a，中子数＝核子数－质子数＝a－(b＋1)．答案：a b＋1X＋10n→11H＋a b Y b＋1 b＋1 a－(b＋1)b＋1原子知识与力学知识的综合用[学生用书P53]1930年发现，在真空条件下用α粒子(42He)轰击铍(94Be)时，会产生一种看不见的、贯穿能力极强且不带电的粒子，查德威克认为这种粒子就是中子．(1)写出α粒子轰击铍核的核反方程．(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v0，与碳核碰后的速率为v1，运动方向与原来运动方向相反，碳核质量视为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，求该磁场的磁感强度大小．[思路] 写核反方程时要注意电荷数守恒和质量数守恒，运用动量守恒律列方程时，要注意速度的方向．[解析] (1)94Be＋42He→10n＋12 6C.(2)根据动量守恒律有m n v0＝－m n v1＋12m n v2解得v2＝112(v1＋v0)．(3)根据牛顿第二律和洛伦兹力公式有6eBv2＝12m n v22R解得B＝m n（v1＋v0）6eR.[答案] (1)94Be＋42He→10n＋12 6C(2)112(v1＋v0) (3)m n（v1＋v0）6eR错误!本题考查了电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒、牛顿第二律和洛伦兹力，综合性强，考查学生综合思维能力．[随堂检测][学生用书P53]1．(多选)关于质子与中子，下列说法正确的是( )A．原子核由质子和中子构成B．质子和中子统称为核子C．卢瑟福发现了质子，并预言了中子的存在D．卢瑟福发现了中子，并预言了质子的存在解析：选ABC.原子核内存在质子和中子，质子和中子统称为核子，卢瑟福只发现了质子，以后又预言了中子的存在．2．如图所示为查德威克示意图，由天然放射性元素钋(Po)放射的α射线轰击铍时会产生粒子流A，用粒子流A轰击石蜡时，会打出粒子流B，经研究知道( )A．A为中子，B为质子B．A为质子，B为中子C．A为γ射线，B为中子D．A为中子，B为γ射线答案：A3．原子核的表示符号为A Z X，下列说法正确的是( )A．原子核的质量数为Z B．原子的质量数为AC．原子的质量数为Z D．原子核的质子数为Z解析：选D.原子核的符号中A表示质量数，Z表示质子数．4．19卢瑟福通过如图所示的装置，第一次完成了原子核的人工转变，并由此发现________．图中A为放射源发出的________粒子，B为________气．完成该的核反方程：________＋________ →17 8O＋________．解析：题图所示为α粒子轰击 N原子核生成质子的装置，放射源A发出的是α粒子，B为氮气，其核反方程为：42He＋14 7N→17 8O＋11H.答案：质子α氮42He 14 7N 11H5．三个原子核m n X、Y、Z，m n X核放出一个正电子后变为Y核，Y核与质子发生核反后生成Z核并放出一个氦(42He)，写出这两个核反方程式．解析：原子核X的核电荷数为n，质量数为m，则由已知可得两个核反方程式分别为：mnX→01e＋m n－1Y，m n－1Y＋11H→42He＋m－3n－2Z.答案：见解析[课时作业][学生用书P108(单独成册)]一、单项选择题1．下列关于32He的叙述正确的是( )A.32He与31H互为同位素B.32He原子核内中子数为2C.32He原子核外电子数为2D.32He代表原子核内有2个质子和3个中子的氦原子解析：选C.32He核内质子数为2，31H核内质子数为1.两者质子数不，不是同位素，A错误；32He核内中子数为1，B错误，C正确；32He代表原子核内有2个质子和1个中子的氦原子核，D错误．2．据最报道，放射性同位素钬166 67Ho，可有效治疗癌症，该同位素原子核内中子数与核外电子数之差是( )A．32 B．67C．99 D．166解析：选A.根据原子核的表示方法得核外电子数＝质子数＝67，中子数为166－67＝99，故核内中子数与核外电子数之差为99－67＝32，故A对，B、C、D错．3．某原子核A Z X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＝3 D．A＝8，Z＝4解析：选A.依题意知核反方程为AZX＋10n→242He＋0－1e根据核反前后质量数和电荷数守恒有A＝2×4－1＝7，Z＝2×2－1＝3.故正确答案为A.4．用高能8636Kr(氪)离子轰击208 82Pb(铅)，释放出一个中子后，生成了一个核．关于核的推断正确的是( )A．其质子数为122 B．其质量数为294C．其原子序数为118 D．其中子数为90解析：选C.核反方程为208 82Pb＋8636Kr→10n＋293118X.核质量数为293，质子数为118, 中子数为293－118＝175.故正确选项为C.5．若用x代表一个中性原子核外电子数，y代表此原子的质子数，z代表此原子的中子数，则对234 90Th的原子来说( )A．x＝90，y＝90，z＝234B．x＝90，y＝90，z＝144C．x＝144，y＝144，z＝90D．x＝234，y＝234，z＝324解析：选B.在23490Th中，左下标为质子数，左上标为质量数，则y＝90；核外电子数于质子数，所以x＝90；中子数于质量数减去质子数，z＝234－90＝144，所以B选项正确．6．以下是物理学史上3个著名的核反方程x＋73Li→2y y＋14 7N→x＋17 8O y＋94Be→z＋12 6Cx、y和z是3种不同的粒子，其中z是( )A．α粒子B．质子C．中子D．电子解析：选C.设z为A Z z，则由第三个方程式可得，y为A＋3z＋2y，再由第一个方程式可得，x为2A－12z＋1x，代入第二个方程式可得：⎩⎪⎨⎪⎧A＋3＋14＝2A－1＋17Z＋2＋7＝2Z＋1＋8，所以⎩⎪⎨⎪⎧A＝1Z＝0，即z为10z，z为中子．二、多项选择题7．关于2412X，下列说法正确的是( )A．它表示一个原子B．它表示一个原子核C．它表示原子核中有12个质子D．它表示原子核中有12个中子解析：选BCD.2412X表示一个原子核，说明核电荷数为12(即12个质子)，质量数为24(中子数24－12＝12)，故B、C、D正确．8.228 88Ra是镭226 88Ra的一种同位素，对于这两种镭的中性原子而言，下列说法正确的有( )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解析：选AC.原子核的原子序数与核内质子数、核电荷数、中性原子的核外电子数都是相的，且原子核内的质量数(核子数)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，核子数分别为228和226，中子数分别为140和138；原子的化学性质由核外电子决，因它们的核外电子数相同，故它们的化学性质也相同．9．关于以下各个核反方程，说法正确的是( )A.14 7N＋42He→17 8O＋11H是卢瑟福发现质子的方程B.2311Na＋21H→2411Na＋11H是卢瑟福发现质子的方程C.94Be＋42He→12 6C＋10n是查德威克发现中子的方程D.10 5B＋42He→13 7N＋10n是查德威克发现中子的方程解析：选AC.卢瑟福发现质子的核反方程为：147N＋42He→178O＋11H，查德威克发现中子的核反方程为：94Be＋42He→126C＋10n，所以正确选项为A、C.10．铝箔被α粒子轰击后发生了以下核反：2713Al＋42He→X＋10n.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的同位素解析：选BD.符号10n为中子，质子的符号为11H，故A错，B对．根据核电荷数守恒和质量数守恒可算出X的核电荷数为15，质量数为30.所以X是3115P的同位素，C错，D对．三、非选择题11．易曾经报道，俄家合成具有极强放射性的117号元素，该元素是在室人工创造的最的超重元素．元素有两种同位素，其中一种有176个中子，而另一种有177个中子，则：(1)该元素两种同位素的原子核的核电荷数各为多少？原子的核外电子数各为多少？(2)该元素两种同位素的原子核的质量数各为多少？(3)若用X表示117号元素的元素符号，该元素的两种同位素用原子核符号如何表示？解析：(1)元素的原子序数于该元素原子核的核电荷数，于核内质子数．故117号元素的核电荷数和核内质子数也为117，原子呈中性，故核外电子数于核内质子数也为117.(2)原子核的质量数于质子数与中子数之和，故该元素中子数为176的原子核的质量数为117＋176＝293中子数为177的原子核的质量数为117＋177＝294.(3)元素符号一般用A Z X表示，其中A表示质量数，Z表示核电荷数，由前两问得：该元素的两种同位素的原子核符号，中子数为176的原子核的符号为293117X，中子数为177的原子核的符号为294117X.答案：(1)均为117 均为117 (2)293 294(3)293117X 294117X12．质谱仪是一种测带电粒子的质量及分析同位素的重要工具，它的构造原理如图所示，离子源S产生的各种不同正离子束(速度可看成为零)，经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达记录它的照相底片P上，设离子在P 上的位置到入口处S1的距离为x.(1)设离子质量为m、电荷量为q、加速电压为U、磁感强度大小为B，求x 的大小；(2)氢的三种同位素11H、21H、31H从离子源S出发，到达照相底片的位置距入口处S1的距离之比x H∶x D∶x T为多少？解析：(1)离子在电场中被加速时，由动能理qU＝12mv2，进入磁场时洛伦兹力提供向心力，qvB＝mv2r，又x＝2r，由以上三式得x＝2B2mUq.(2)氢的三种同位素的质量数分别为1、2、3，由(1)结果知，x H∶x D∶x T＝m H∶m D∶m T＝1∶2∶ 3.答案：(1)2B2mUq(2)1∶2∶3。
高中物理第4章从原子核到夸克4.2原子核的衰变课件沪科版选修35
第二十二页，共40页。
1
yyαβ＝qqαβ·mmαβ
·vv2α2β
＝
2 1
×1
8436×
00.9.19cc22＝371.5，C错，D对.选项E中，若α粒子不发
生偏转，则有Bvαq＝Eq，此时因β粒子的速度大些，有Bvβq>Eq，电子将向右偏
转，故E正确.
【答案】 ADE
第二十三页，共40页。
判断三种射线性质的方法 (1)射线的电性：α射线带正电、β射线带负电、γ射线不带电.α、β是实物粒 子，而γ射线是光子流，它是波长很短的电磁波. (2)射线的偏转：在电场或磁场中，通过其受力及运动轨迹半径的大小来判断 α和β射线偏转方向，由于γ射线不带电，故运动轨迹仍为直线. (3)射线的穿透能力：α粒子穿透能力较弱，β粒子穿透能力较强，γ射线穿透 能力最强，而电离作用相反.
第十六页，共40页。
【解析】 α射线是在α衰变中产生的，本质是氦核，A正确；β射线是在β衰 变中产生的，本质是高速电子流，B错误，E正确；γ射线是发生α衰变和β衰变时 原子核发生能级跃迁而产生的电磁波，C错误；物质的放射性由原子核内部自身 的因素决定，与原子所处的化学状态和外部条件无关，D正确.
【答案】 ADE
第三十页，共40页。
2.确定原子核衰变次数的方法与技巧 (1)方法：设放射性元素AZX经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素AZ′′ Y，则衰变方程为： AZX―→AZ′′Y＋n42He＋m－01e 根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程： A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m. 以上两式联立解得：n＝A－4A′，m＝A－2A′＋Z′－Z. 由此可见，确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组.
第二十七页，共40页。
高中物理 第4章 从原子核到夸克 4.3 让射线造福人类学
4.3 让射线造福人类3．知道放射线的应用与保护。
一、人工放射性元素的发现1．1934年约里奥居里夫妇在用α粒子轰击铝箔时，发现了一种具有放射性的新元素3015P ，这种新元素能不断地放射出正电子。
2．天然放射性同位素只有几十种，而人们利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。
预习交流1能写出约里奥居里夫妇用α粒子轰击铝箔发现放射性新元素的核反应方程吗？ 答案：核反应方程是：42He ＋2713Al→3015P ＋10n ，3015P→3014Si ＋01e 。
二、探测射线的仪器和方法1．计数器（1）原理：射线引起管内气体发生一连串的电离，使计数器电路中出现一个强脉冲电流。
（2）作用：记录粒子进入计数管的次数。
2．云室（1）原理：射线使气体分子电离产生离子，过饱和汽以离子为核心凝结成一条雾迹。
（2）作用：记录粒子径迹。
3．乳胶照相（1）原理：高速运动的带电粒子能使照相底片感光。
（2）作用：连续记录粒子完整的径迹。
预习交流2计数器是如何工作的？答案：一个带电粒子或一个γ光子射入管内，使管内气体电离，进而引起连续碰撞、电离，在极短时间产生大量电子，使计数管电路出现脉冲电流而计数。
三、射线是把双刃剑12（1）危害：过强的射线（包括电磁辐射）会对生物体造成危害。
（2）防护：①使用放射性物质时严格遵守操作规程，不准用手接触。
②废弃不用的放射性物质，应交有关部门处理，或者在指定地点深埋于地下，并远离水源。
③注意防止放射性物质对空气、水源和食品的污染。
预习交流3医学上做射线治疗的放射性元素，半衰期长的好还是半衰期短的好？答案：半衰期短的好。
半衰期短的放射性元素对人体组织破坏作用小，其废料也容易处理。
一、核反应与核反应方程人工转变核反应与衰变相比有什么相同点和不同点？答案：不同点：原子核的人工转变，是其他粒子与原子核相碰撞的结果，需要一定的装置和条件才能发生，而衰变是原子核的自发变化，它不受物理或化学条件的影响；相同点：人工转变与衰变都是核反应，都遵守质量数守恒和电荷数守恒，反应前后粒子的总动量也守恒。
201x-201x版高中物理 第4章 从原子核到夸克章末总结 沪科版选修3-5
章末总结
知识网络
原子核的组成：核子
质子(11H 中子(10n
) )
从 天然放射现象：3种射线(α射线、β射线、γ射线)的本质和性质
原
意义：原子核自发地放出某种粒子
而转变
子 核 到 原子核 夸 的衰变 克
为 衰新 变核法则
α 衰 变AZ：X→_AZ_－－_24_Y_＋__42_H_e__
夸 人工转变 中子的发现：94Be＋42He→_1_26C__＋__10n__
克
正电子的发现：2173Al＋42He→_31_05P_＋__10_n__ 3105P→_31_04Z：X→_Z_+A_1Y__＋__－_01e___
守恒
守恒
守恒
规律：质量数
、电荷数
、动量
；
释放的能量以放
半数
本身
性质
无关
出粒子和反冲核的动能及γ光子能量的形式表现
出来.
从 探测射线的方法：计数器、云室、乳胶照相
原
利用它的射线
子
应用
放射性的应用和防护
作为示踪原子
核
防护
到
质子的发现：147N＋42He→_178_O_＋__11_H__
高中物理 第4、5章 从原子核到夸克 核能与社会章末检测 沪科版选修35
高中物理第4、5章从原子核到夸克核能与社会章末检测沪科版选修35(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54Xe＋9438Sr＋210n是裂变92U＋10n→140B.23586Rn＋42He是α衰变88Ra→222C.226D.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＋1H，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―→21H＋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1H ，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―→k 42He ＋d11H ＋210n ＋43.15 MeV由平衡条件可知( )A ．k ＝1，d ＝4B ．k ＝2，d ＝2C ．k ＝1，d ＝6D ．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 ＋d ②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1H ＋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 ＝(m3－m1－m2)cD ．γ光子的波长λ＝h m1＋m2－m3c2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：1H ＋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 ＝m1＋m2－m3，故选项B 正确；由质能方程知，辐射出的γ光子的能量E ＝(m1＋m2－m3)c2，故选项C 错误；由E ＝hc λ知，λ光子的波长λ＝hm1＋m2－m3c，故选项D 错误． 8.235 92U 吸收一个慢中子后，分裂成136 54Xe 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4320Ca4018Ar＋42He→4320Ca＋10n137N136C137N→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：234 90Th→234 91Pa ＋________；________＋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234 90Th→234 91Pa ＋ 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1H 轰击静止的A Z X ，生成两个动能均为8.9 MeV 的42He.(1 MeV ＝1.6×10－13 J)(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)Δmc2＝E 末－E 初Δm ＝E 末－E 初c2＝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×⎝⎛⎭⎫12t 15＝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mp ＝1.007 3 u ，α粒子的质量mα＝4.002 6 u ，正电子的质量me ＝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 ＝4mp －mα－2me ＝4×1.007 3 u －4.002 6 u －2×0.000 5 u ＝0.025 6 uΔE ＝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v0，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)Mmv202M －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mv0＝(M －m)v由能量守恒得ΔE ＝12mv20＋12(M －m)v2 由质能方程得ΔE ＝Δmc 2，解得Δm ＝Mmv202M －m c217．(12分)钚的放射性同位素239 94Pu 静止时衰变为铀核激发态235 92U*和α粒子，而铀核激发态235 92U*立即衰变为铀核235 92U ，并放出能量为0.097 MeV 的γ光子．已知：239 94Pu 、235 92U 和α粒子的质量分别为mPu ＝239.052 1 u 、mU ＝235.043 9 u 和mα＝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)239 94Pu→235 92U*＋42He 235 92U*→235 92U ＋γ(或239 94Pu→235 92U ＋42He ＋γ)(2)5.034 MeV解析 (1)衰变方程为239 94Pu→235 92U*＋42He ①235 92U*→235 92U ＋γ②或合起来有239 94Pu→235 92U ＋42He ＋γ③(2)上述衰变过程的质量亏损为Δm ＝mPu －mU －mα④放出的能量为ΔE ＝c2·Δm ⑤此能量是铀核235 92U 的动能EU 、α粒子的动能Eα和γ光子的能量Eγ之和，即ΔE ＝EU ＋Eα＋Eγ⑥由④⑤⑥式得EU ＋Eα＝(mPu －mU －mα)c2－Eγ⑦设衰变后的铀核和α粒子的速率分别为vU 和vα，则由动量守恒有mUvU ＝mαvα⑧又由动能的定义知EU ＝12mUv2U ，Eα＝12mαv 2α⑨由⑧⑨式得EU Eα＝mαmU⑩ 由⑦⑩式得Eα＝mU mU ＋mα[(mPu －mU －mα)c2－Eγ] 代入题给数据得Eα≈5.034 MeV。
高中物理 第4章 从原子核到夸克 4.3 让射线造福人类学案 沪科版选修35
4.3 让射线造福人类3．知道放射线的应用与保护。
一、人工放射性元素的发现1．1934年约里奥居里夫妇在用α粒子轰击铝箔时，发现了一种具有放射性的新元素3015P ，这种新元素能不断地放射出正电子。
2．天然放射性同位素只有几十种，而人们利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。
预习交流1能写出约里奥居里夫妇用α粒子轰击铝箔发现放射性新元素的核反应方程吗？答案：核反应方程是：42He ＋2713Al→3015P ＋10n ，3015P→3014Si ＋01e 。
二、探测射线的仪器和方法1．计数器（1）原理：射线引起管内气体发生一连串的电离，使计数器电路中出现一个强脉冲电流。
（2）作用：记录粒子进入计数管的次数。
2．云室（1）原理：射线使气体分子电离产生离子，过饱和汽以离子为核心凝结成一条雾迹。
（2）作用：记录粒子径迹。
3．乳胶照相（1）原理：高速运动的带电粒子能使照相底片感光。
（2）作用：连续记录粒子完整的径迹。
预习交流2计数器是如何工作的？答案：一个带电粒子或一个γ光子射入管内，使管内气体电离，进而引起连续碰撞、电离，在极短时间产生大量电子，使计数管电路出现脉冲电流而计数。
三、射线是把双刃剑12（1）危害：过强的射线（包括电磁辐射）会对生物体造成危害。
（2）防护：①使用放射性物质时严格遵守操作规程，不准用手接触。
②废弃不用的放射性物质，应交有关部门处理，或者在指定地点深埋于地下，并远离水源。
③注意防止放射性物质对空气、水源和食品的污染。
预习交流3医学上做射线治疗的放射性元素，半衰期长的好还是半衰期短的好？答案：半衰期短的好。
半衰期短的放射性元素对人体组织破坏作用小，其废料也容易处理。
一、核反应与核反应方程人工转变核反应与衰变相比有什么相同点和不同点？答案：不同点：原子核的人工转变，是其他粒子与原子核相碰撞的结果，需要一定的装置和条件才能发生，而衰变是原子核的自发变化，它不受物理或化学条件的影响；相同点：人工转变与衰变都是核反应，都遵守质量数守恒和电荷数守恒，反应前后粒子的总动量也守恒。
高中物理 第4章 从原子核到夸克 4.4 粒子物理与宇宙的起源学案 沪科版选修35
4.4 粒子物理与宇宙的起源一、物质结构的更深层次 1．对粒子的认识过程（1）基本粒子：19世纪末，人们认为电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本粒子。
原子核中放出电子的事实，使人们认识到“基本粒子”还有复杂结构。
（2）新粒子：20世纪中叶，科学家通过高能加速器进行实验，发现了更多的新粒子，如μ子、K 介子、π介子和Λ子。
2．夸克模型（1）夸克：1964年，美国物理学家盖尔曼提出了组成强子的夸克模型，认为强子是由夸克构成的。
（2）分类：目前已经知道的夸克有六种：上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克和顶夸克。
3．粒子的分类已经发现的粒子分三大类：参与强相互作用的强子、不参与强相互作用的轻子和传递相互作用的粒子。
预习交流1夸克的带电荷量是怎样的？现在能否获得自由夸克？答案：夸克带电荷量为元电荷的分数，如上夸克带电荷为＋23e ，下夸克带电荷为－13e 。
现在还不能获得自由的夸克。
二、自然界两极的奇妙会合 1．暴胀的宇宙宇宙是一个超高温、超高密度的“原始火球”发生大爆炸开始形成的。
2．恒星的演化（1）形成：大块的星云由于引力作用收缩，逐渐凝成原恒星。
（2）稳定期：原恒星内部的温度达到7×106K 时，氢聚变成氦的热核反应产生的斥力与引力作用达到平衡时，恒星不再收缩，进入相对稳定期。
目前发现的90%的恒星处于恒星一生中时间最长的稳定期。
（3）衰老期：当氦核质量占到恒星质量的10%～15%时，核反应能量供应不足，恒星稳定状态遭到破坏，恒星变化为红巨星。
（4）末期：恒星核能耗尽后进入末期，末期形态有三种：白矮星、中子星和黑洞。
预习交流2自然界中存在哪四种相互作用？这四种相互作用能统一起来吗？答案：自然界中存在四种相互作用，它们分别是强相互作用、电磁相互作用、弱相互作用和引力相互作用。
目前科学家正试图把这四种相互作用统一起来。
一、对粒子的认识新粒子各是哪年发现的？它们有什么特点？ 答案：反关于粒子，下列说法正确的是（ ）。
高中物理第4章从原子核到夸克章末检测试卷沪科版选修3_50110348.docx
第4章从原子核到夸克章末检测试卷(四)(时间：90分钟满分：100分)一、选择题(本题共12小题，每小题5分，共60分，其中1～7题为单项选择题，8～12题为多项选择题)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.23892U(铀238)核放出一个α粒子后就变为23490Th(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＋147N―→168O＋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(22286Rn)经α衰变成为钋(21884Po)，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22286Rn的矿石，其原因是( ) A．目前地壳中的22286Rn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22286Rn的含量足够高C．当衰变产物21884Po积累到一定量以后，21884Po的增加会减慢22286Rn的衰变进程D.22286Rn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(23994Pu).23994Pu可由铀239(23992U)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1，23994Pu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＋0－1eB.22286Rn―→21884Po＋42HeC.22286Rn―→22285At＋01eD.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 ＝mv Bq，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23290Th(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，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小题，共10分)13．(4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.1mg 3215P 随时间衰变的关系图象如图3所示，请估算4mg 的3215P 经________天的衰变后还剩0.25mg.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．由题图可以看出3215P 的半衰期为15天，则4mg×1512t ⎛⎫ ⎪⎝⎭＝0.25mg ，得t ＝60天． 14．(6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)3015P 3015P (2)作为放射源；作为示踪原子三、计算题(本题共3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2.5min ，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5min 后容器中剩余3015P 的质量．答案 (1)3015P→3014Si ＋01e(正电子) (2)14m 解析 (1)衰变的方程为：3015P→3014Si ＋01e(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 ＝12t Tm ⎛⎫⎪⎝⎭ ＝14m . 16．(10分)为测定某水库的存水量，将一瓶放射性同位素溶液倒入水库中，已知这瓶溶液每分钟衰变8×107次，这种同位素的半衰期为2天，10天以后从水库取出1m 3的水，并测得每分钟衰变10次，求水库的存水量为多少？答案 2.5×105m 3解析 设放射性同位素原有质量为m 0,10天后其剩余质量为m ，水库存水量为Q ，由每分钟衰变次数与其质量成正比可得10Q 8×107＝m m 0，由半衰期公式得：m ＝m 012t T ⎛⎫ ⎪⎝⎭，由以上两式联立代入数据得10Q 8×107＝10212⎛⎫ ⎪⎝⎭＝(12)5，解得水库的存水量为Q ＝2.5×105 m 3. 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，已画出并标明两核的运动轨迹，请计算出轨道半径之比；(3)当42He 旋转三周时，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)以v 0的方向为正方向，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． 精美句子1、善思则能“从无字句处读书”。
【配套K12】高中物理第四章从原子核到夸克4.3让射线造福人类课后训练沪科版选修3_5
让射线造福人类1．下列关于一些物理学史的说法中，正确的是（）。
A．卢瑟福首先提出了原子的核式结构学说B．汤姆孙在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．约里奥·居里夫妇没有发现人工放射性2．2000年8月21日，俄罗斯“库尔斯克”号核潜艇在巴伦支海遇难，沉入深度约为100 m的海底，“库尔斯克”号核潜艇的沉没再次引起人们对核废料与环境问题的重视。
几十年来人们向巴伦支海海域倾倒了不少核废料，核废料对海洋环境有严重的污染作用，其原因有（）。
①铀、钚等核废料有放射性②铀、钚等核废料的半衰期很长③铀、钚等重金属有毒性④铀、钚等核废料会造成爆炸A．①②③ B．①②④ C．①③④ D．②③④3．关于放射性同位素，以下说法正确的是（）。
A．放射性同位素与放射性元素一样，都具有一定的半衰期，衰变规律一样B．放射性同位素衰变可生成另一种新元素C．放射性同位素只能是天然衰变时产生的，不能用人工方法制得D．以上说法均不对4．在存放放射性元素时，若把放射性元素①置于大量水中；②密封于铅盒中；③与轻核元素结合成化合物。
则（）。
A．措施①可减缓放射性元素衰变B．措施②可减缓放射性元素衰变C．措施③可减缓放射性元素衰变D．上述措施均无法减缓放射性元素衰变5．如图所示，X为未知的放射源，L为薄铝片，若在放射源和计数器之间加上L后，计数器的计数率大幅度减小；再在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变。
则X可能是（）。
A．α和β的混合放射源B．纯α放射源C．α和γ的混合放射源D．纯γ的放射源6．三个原子核X、Y、Z，X核放出一个正电子后变为Y核，Y核与质子发生核反应并放(He)后生成Z核，则下面说法正确的是（）。
出一个氦核42A．X核比Z核多一个质子B．X核比Z核少一个中子C．X核的质量数比Z核质量数大3D．X核与Z核的总电荷是Y核电荷的2倍7．1934年，约里奥居里夫妇在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、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1
4.1 原子核结构探秘
(建议用时：45分钟)
[学业达标]
1.关于质子与中子，下列说法正确的是( )
A.原子核(除氢核外)由质子和中子构成
B.质子和中子统称为核子
C.卢瑟福发现了质子，并预言了中子的存在
D.卢瑟福发现了中子，并预言了质子的存在
E.查德威克用α粒子轰击铍发现了质子
【解析】 原子核(除氢核外)由质子和中子构成，质子和中子统称为核子，卢瑟福发现
了质子，并预言了中子的存在，查德威克用α粒子轰击铍发现了中子，故A、B、C正确，D、
E错误.
【答案】 ABC
2.α粒子击中氮14核后放出一个质子，转变为氧17核(17 8O).在这个氧原子核中有
( )
A.8个正电子 B.17个电子
C.9个中子 D.8个质子
E.这个氧原子核中不可能存在处于游离态的电子或正电子
【解析】 根据原子核的构成，核电荷数为8，即质子数为8，核外电子数为8，质量
数为17，所以中子数为17－8＝9，原子核内没有游离的正电子，所以答案为C、D、E.
【答案】 CDE
3.三个原子核X、Y、Z，X核放出一个正电子后变为Y核，Y核与质子发生核反应后生
成Z核并放出一个氦(42He)，则下面说法正确的是( )
A.X核比Z核多一个质子
B.X核比Z核少一个中子
C.X核的质量数比Z核的质量数大3
D.X核与Z核的总电荷是Y核电荷的2倍
E.X核的电荷数比Z核的电荷数大2
【解析】 设原子核X的核电荷数为n，质量数为m，则由已知可得两个核反应方程式
分别为：
m
nX→01e＋ mn
－1
Y
m
n－1Y＋11H→42He＋m－3n
－2
Z
因此比较X、Y、Z的质量数与核电荷数，可判定C、D、E均正确.
【答案】 CDE
2
4.有些元素的原子核可以从很靠近它的核外电子中“俘获”一个电子形成一个新原子
(如从离原子核最近的K层电子中俘获电子，叫“K俘获”)，当发生这一过程时( )
A.新原子是原来原子的同位素
B.新原子核比原来的原子核少一个质子
C.新原子核将带负电
D.新原子核比原来的原子核多一个中子
E.新原子核与原来的原子核具有相同的核子数
【解析】 原子核“俘获”一个电子后，带负电的电子与原子核内带正电的质子中和，
原子核的质子数减少1，中子数增加1，形成一个新原子，新原子与原来的原子相比，质子
数不同，中子数也不同，但核子数相同，不是同位素，所以B、D、E均正确.
【答案】 BDE
5.以下说法中正确的是( )
A.原子中含有带负电的电子，所以原子带负电
B.原子核中的中子数一定跟核外电子数相等
C.用α粒子轰击氮、氟、钠、铝等元素的原子核都可以打出质子，因此人们断定质子
是原子核的组成部分
D.绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于原子核的电荷量跟质子的电荷量之比，
因而原子核内还存在一种不带电的中性粒子
E.查德威克发现中子后又从许多元素的原子核中都能轰击出中子，表明中子是原子核的
组成部分
【解析】 原子中除了有带负电的电子外，还有带正电的原子核，故A错；原子核中的
中子数不一定跟核外电子数相等，故B错；正是用α粒子轰击原子核的实验才发现了质子，
故C正确；因为绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于原子核的电荷量跟质子的电荷
量之比，才确定原子核内还有别的中性粒子，故D正确；由中子的发现过程可知，选项E
正确.
【答案】 CDE
6.以下是物理学史上3个著名的核反应方程
x＋73Li→2y y＋14 7N→x＋17 8O y＋94Be→z
＋12 6C
x、y和z是3种不同的粒子，其中z
是________.
【解析】 把前两个方程化简，消去x，即14 7N＋73Li＝y＋17 8O，可见y是42He，结合第三个
方程，根据电荷数守恒、质量数守恒可知z是中子10n.
【答案】 10n
7.最近国外科技杂志报道，将6228Ni和208 82Pb经核聚变并释放出一个中子后，生成第110
号元素的一种同位素，该同位素的中子数是________.
3
【解析】 根据质量数与电荷数守恒，写出核反应方程
6228Ni＋208 82Pb―→269110Y＋1
0
n，则Y的中子数为269－110＝159.
【答案】 159
8.一个静止的氮核14 7N俘获了一个速度为2.3×107m/s的中子，生成一个复核A，A又衰
变成B、C两个新核.设B、C的速度方向与中子速度方向相同，B的质量是中子的11倍，速
度是106 m/s，B、C在同一匀强磁场中做圆周运动的半径之比RB∶RC＝11∶30，求：
(1)C核的速度大小；
(2)根据计算判断C核是什么；
(3)写出核反应方程.
【解析】 氮核吸收了一个中子变成的复核不稳定，将发生衰变.整个过程中，中子、
氮核以及两个新核组成一个系统，过程前后都不受外界的任何干扰，所以整个系统在俘获与
衰变过程中动量均守恒.利用这一点，可以求出C核的速度.然后根据粒子在磁场中的运动情
况就可以判断核的种类，写出核反应方程.
(1)氮核从俘获中子到衰变成B、C两个新核的过程动量守恒，有mnvn＝mBvB＋mCvC
根据质量数守恒规律，可知C核的质量数为14＋1－11＝4.
由此解得vC＝3×106 m/s.
(2)由带电粒子在洛伦兹力的作用下做圆周运动时R＝mvqB，可得
qBqC＝mBvBR
C
mCvCR
B
＝11×106×304×3×106×11＝52①
qB＋q
C
＝7②
将①②式联立求解得qC＝2，而AC＝4，则C核是氦原子核.
(3)核反应方程式是14 7N＋10n→11 5B＋42He.
【答案】 见解析
[能力提升]
9.有两束均由质子和氘核混合组成的粒子流，第一束中的质子和氘核具有相同的动量，
第二束中的质子和氘核具有相同的动能.现打算将质子和氘核分开，有以下一些做法，这些
方法中可行的是( )
【导学号：67080034】
A.让第一束粒子流垂直电场方向进入匀强电场后穿出
B.让第一束粒子流垂直磁场方向进入匀强磁场后穿出
C.让第二束粒子流垂直电场方向进入匀强电场后穿出
D.让第二束粒子流垂直磁场方向进入匀强磁场后穿出
E.让粒子流垂直于电场方向进入速度选择器，适当调节两板间电场强度大小，让粒子流
从板间穿出
4
【解析】 在电场中，电场方向上的偏移量为
y＝12at
2
＝qEl2m2p2＝qEl24Ek
在磁场中，轨道半径为
R
＝mvqB＝pqB＝2mEkqB
所以，以相同的动量进入电场和以相同的动能进入磁场能分开.适当调节速度选择器两
板间电场强度，可使质子满足Eq＝Bvq，沿直线飞出，则氘核将沿电场方向偏转，倾斜穿出，
故A、D、E正确.
【答案】 ADE
10.1930年发现，在真空条件下用α粒子(42He)轰击铍(94Be)时，会产生一种看不见的、
贯穿能力极强且不带电的粒子，查德威克认定这种粒子就是中子.
(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mn、初速度为v0，与碳
核碰后的速率为v1，运动方向与原来运动方向相反，碳核质量视为12mn，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大小.
【解析】 (1)94Be＋42He―→10n＋12 6C.
(2)根据动量守恒定律有
mnv0＝－mnv1＋12mnv
2
，
解得：v2＝v1＋v012.
(3)根据牛顿第二定律和洛伦兹力公式有6eBv2＝12mnv22/R
解得：B＝mnv1＋v06eR.
【答案】 (1)94Be＋42He―→10n＋12 6C
(2)v1＋v012 (3)mnv1＋v06eR
11.质谱仪是一种测定带电粒子的质量及分析同位素的重要工具，它的构造原理如图
415所示，离子源S产生的各种不同正离子束(速度可看成为零)，经加速电场加速后垂直
进入有界匀强磁场，到达记录它的照相底片P上，设离子在P上的位置到入口处S1的距离
为x.
【导学号：67080035】
5
图415
(1)设离子质量为m、电荷量为q、加速电压为U、磁感应强度大小为B，求x的大小；
(2)氢的三种同位素11H、21H、31H从离子源S出发，到达照相底片的位置距入口处S1的距
离之比xH∶xD∶xT为多少？
【解析】 (1)离子在电场中被加速时，由动能定理
qU＝12mv
2
，
进入磁场时洛伦兹力提供向心力，qvB＝mv2r，又x＝2r，
由以上三式得x＝2B2mUq.
(2)氢的三种同位素的质量数分别为1、2、3，由(1)结果知，
xH∶xD∶xT＝mH∶mD∶m
T
＝1∶2∶3.
【答案】 (1)2B2mUq (2)1∶2∶3