高中物理第四章原子核第一节走进原子核自我小测
人教版高中化学 必修一 第四章第一节 第1课时 原子结构、核素 同步测试(解析版)
B.¹H与D互称为同位素
C.¹H₂¹⁸O与形体
7．已知碳元素有¹²C、¹⁴C两种核素，氧元素有¹⁶O、¹⁸O两种核素，则它们所形成的二氧化碳分子共有( )
A.2种B.4种C.6种D.12种
8．下列说法不正确的是( )
A.¹⁴C的放射性可用于考古判断年代
5．B Se是34号元索，原子核中有34个质子，Se原子最外层有6个电子，A、C正确；根据原子序数=核电荷数=质子数=核外电子数，则该元素原子的原子核内质子数和核外电子数为34，而不是质量数为34，B错误；最下面的数字表示相对原子质量，该元素的相对原子质量为78.96，D正确
6．D A项，氘表示为 H，核外有1个电子；B项，¹H与D互称为同位素；C项．¹H₂¹⁸O的相对分子质量为20，D₂¹⁶O的相对分子质量也为20;D项，同素异形体是指单质，而H₂O、D₂O均为化合物。
(3)相同物质的量的¹⁴CO₂与S¹⁸O₂的质量之比为_____；中子数之比为____；电子数之比为__________。
答案：
一、
1．B 中质子数是77．质量数是192，又因为质子数与中子数之和是质量数，所以中子数和质子数之差为192-77-77=38。
2．D原子序数等于元素原子核内质子数，A正确； 的质子数是118，质量数是297，所以中子数=297-118=179，B正确；原子核内质子数等于原子核外电子数，C正确；该元素有几种同位素不清楚，每种核素在该元素巾所占比例也不知道，因此不能确定该元素的相对原子质量，D错误。
根据要求回答下列相关问题。
(1)科学家用 Ca轰击 Bk（锫）生成 UP和 Up，Up可能就是科学家一直寻找的第117号元素。下列关于 Ca、 Bk、 Up和 Up的说法中不正确的是( )
高中物理 第四章 原子核 第七节 小粒子与大宇宙自我小测 高二物理试题
积盾市安家阳光实验学校小粒子与大宇宙1下列说法中正确的是( )A．太阳是宇宙的中心B．太阳系中只存在太阳和它的八大行星C．太阳系由太阳和若干行星及它们的卫星和彗星组成D．以上说法都正确2关于宇宙的成因，目前比较易被接受的是宇宙起源于________．3天文观测表明：几乎所有远处的恒星(或星系)都在以各自的速度背离我们而运动，离我们越远的星体，背离我们运动的速度(称为退行速度)越大，也就是宇宙在膨胀．不同星体的退行速度v和它们离我们的距离r成正比，即v ＝Hr，式中H为一常量，称为哈勃常数，已由天文观察测．为解释上述现象，有人提出一个理论，认为宇宙是从一个大爆炸的火球开始形成的．假设大爆炸后各星体即以不同的速度向外匀速运动，并设想我们就位于其中心，则速度越大的星体现在离我们越远，这一结果与上述天文观测一致．由上述理论和天文观测结果，可估算宇宙年龄T，其计算公式为T＝________.4在天文学上把两个相距较近，由于彼此的引力作用而沿轨道相互环绕的恒星系统称为双星，例如天狼星就是双星系统的一颗子星，另一颗子星是已不再发光的白矮星，它们的环绕周期为50.1年．α星和β星组成的双星系统其“动”(实际上是环绕转动，不过人们往往只能看到它们在动)周期为T，α星的动范围为Dα，β星的动范围为Dβ，如图4－7－1所示．试求α星和β星的质量．图4－7－15现在，家们正在设法探寻“反物质”，所谓“反物质”是由“反粒子”构成的，“反粒子”与其对的正粒子具有相同的质量和相同的电荷量，但电荷的符号相反．据此，若有反α粒子，它的质量数和电荷数为多少？6两颗靠得较近的天体称为双星，宇宙中有一对双星，质量分别为m1、m2，它们以二者连线上某点为圆心做匀速圆周运动，设双星间的距离为L，不考虑其他星体的影响，求这两颗星的轨道半径和周期．7阅读如下资料并回答问题：自然界中的物体由于具有一的温度，会不断向外辐射电磁波，这种辐射因与温度有关，称为热辐射，热辐射具有如下特点：①辐射的能量中包含各种波长的电磁波；②物体温度越高，单位时间内从物体表面单位面积上辐射的能量越大；③在辐射的总能量中，各种波长所占的百分比不同．处于一温度的物体在向外辐射电磁能量的同时，也要吸收由其他物体辐射的电磁能量，如果它已在平衡状态，则能量保持不变．若不考虑物体表面对辐射与吸收的影响，我们义一种理想的物体，它能100%地吸收入射到其表面的电磁辐射，这样的物体称为黑体．单位时间内从黑体表面单位面积辐射的电磁波的总能量与黑体绝对温度的四次方成正比．即P0＝δT4，其中常用δ＝5.67×10－8W/m2·K4.在下面的问题中，把研究对象都简单地看成黑体．有关数据及数学公式：太阳半径Rs＝696 000 km，太阳表面温度T＝5 770 K，火星半径r＝3 395 km，球面积S＝4πR2，其中R为球半径．(1)太阳热辐射能量的绝大多数集中在波长为2×10－7m～1×102m范围内，求相的频率范围．(2)每小时从太阳表面辐射的总能量为多少？(3)火星受到来自太阳的辐射可认为垂直射到面积为πr2(r为火星半径)的圆盘上，已知太阳到火星的距离约为太阳半径的400倍．忽略其他天体及宇宙空间的辐射，试估算火星的平均温度．8彗星——拖着长长的尾巴，时而出现于的，时而划破晴夜的长空．对于彗星的观察，我国从殷商时代就有了关于彗星的观察记录，并为后人留下了珍贵的资料，其中在《春秋》中记载的观察彗星的资料，被公认为是上哈雷彗星的最早记录，比欧关于彗星的记录早了几百年．在西方研究彗星的众多家中，英国物理学家哈雷对彗星的研究最为深入，他不仅对彗星进行天文观察，而且还对彗星的轨道进行了量的计算，17，他在《彗星天文学》一书中计算了彗星的24个轨道．在现在已知的1 600颗彗星中，人们对其中的600颗已确了它们的轨道．下面是关于彗星的几个问题：(1)经过观察与研究，人们发现彗星绕太阳运行的轨道一般为椭圆、抛物线或双曲线．彗星轨道的形状是由彗星的能量所决的．试问著名的哈雷彗星的运行轨道是椭圆，是抛物线，还是双曲线？为什么？(2)据家研究发现，彗星是由稀薄气体、冰冻团块、甲烷、氨、干冰组成的．彗星中还含有钾、钙、锰、钠和铁物质，试说明人们是运用什么方法知道彗星中含有上述物质的．(3)1994年，曾经发生了一个轰动的天文奇观，一颗命名为“苏梅克—列维9号”的彗星断裂成了21块(其中最大的一块线度约4 km)，并以60 km/s 的速度连续地向木星撞去，这就是著名的彗—木相撞现象．苏梅克—列维9号彗星中的第一块碎片于格林尼治时间7月16日20时15分落入木星大气层并向木星撞去，撞击后产生的多个火球延近1 000 km.设想苏梅克—列维9号彗星分裂时有一块碎块的质量为1012 kg，它相对于木星的速度为600 m/s，求它与木星相撞过程中损失的机械能为多少．(4)苏梅克—列维9号彗星中的第一个碎块于格林尼治时间7月16日20时15分落入木星大气层并向木星撞去，放出了相当于8×1020J的巨大能量．已知一个铀235裂变时可放出约200 MeV的能量，试估算：苏梅克—列维9号彗星中的第一个碎块与木星相撞所释放的能量相当于多少千克的铀235发生了裂变？参考答案1解析：太阳系中以太阳为中心，有八大行星绕太阳运行，有的行星还有卫星，除此外还有2 000多颗比较小的小行星和彗星，所以叙述较完整的是C 项．通常我们所说的八大行星是指太阳系中较大的几颗行星，太阳系的组成中还有小行星和彗星．答案：C2解析：目前关于宇宙成因有许多说法，其中具有代表性并为多数家所接受的是“大爆炸”学说，认为宇宙起源于一次大爆炸．尽管“大爆炸”学说受到很多人支持，但仍有很多不解之谜．答案：大爆炸3解析：题中提供两个信息，一是宇宙在膨胀时，各星体以不同的速度向外匀速运动，不同星体的退行速度v 和它们离我们的距离r 成正比，即v ＝Hr ；二是各星体匀速运动，设想我们位于其中心，取大爆炸后的速度分别为v 1、v 2的两个星体研究(v 1＞v 2)．设大爆炸开始到现在经过的时间为T ，由于各星体做匀速运动，物理模型如图所示．则两个星体的位移满足：r 1＝v 1T ，r 2＝v 2T ，根据r ＝vT ，结合题中的v ＝Hr ，可分析得到：T ＝1H.答案：1H4解析：动范围实际上就是做圆周运动的直径，动周期就是环绕周期，由于两者之间万有引力为向心力，故环绕中心转动的角速度是一样的．对α星：G M αM βL 2＝M αω2D α2①对β星：G M αM βL 2＝M βω2D β2②两星之间距离L ＝D α＋D β2③又因为ω＝2πT④将③④式分别代入①式和②式整理可得 M α＝π2D βD α＋D β22GT 2M β＝π2D αD α＋D β22GT2.答案：M α＝π2D βD α＋D β22GT2M β＝π2D αD α＋D β22GT25解析：因“反粒子”与其对的正粒子具有相同质量、相同电荷量，但电荷的符号相反．所以，反α粒子质量数为4，电荷数为－2.答案：4 －26解析：设m 1的半径为R 1，m 2的半径为R 2，则R 1＋R 2＝L①由万有引力律 G m 1m 2L 2＝m 24π2T 2R 2② G m 1m 2L 2＝m 14π2T2R 1③ 由①②③可得R 1＝m 2L m 1＋m 2，R 2＝m 1L m 1＋m 2T ＝2πLLG m 1＋m 2.答案：R 1＝m 2L m 1＋m 2 R 2＝m 1Lm 1＋m 2T ＝2πLLGm 1＋m 27解析：(1)由ν＝c/λ得ν1＝3.00×1082×10－7 Hz ＝1.5×1015Hz.ν2＝3.00×1081×102 Hz ＝3×106Hz所以辐射频率范围是3.00×106Hz ～1.5×1015Hz.(2)每小时从太阳表面辐射的总能量为E ＝4πδRs 2T 4t ，代入数据得E ＝1.38×1030J.(3)设火星表面温度为T′，太阳到火星的距离为d ，火星单位时间内吸收来的太阳的辐射能量P λ＝πRs 2δT 4πr24πd2，d ＝400Rs所以P λ＝πδT 4r24002火星单位时间内向外辐射电磁波能量为P 出＝4πδr 2T′4，火星处于平衡状态P λ＝P 出，即πδT 4r 24002＝4πδr 2T′4得T′＝T800＝204 K.答案：(1)3.00×106Hz ～1.5×1015Hz (2)1.38×1030J (3)204 K8解析：(1)哈雷彗星是一颗周期彗星，人们最近的一次观察到它是在1986年，预计在2062年哈雷彗星会再一次光临地球“做客”．哈雷彗星的周期为76年，由此可见哈雷彗星的运行轨道该是椭圆．(2)当彗星造访地球时，可以对其进行光谱分析，通过对彗星光谱的分析，我们可以知道彗星中含有钾、钙、钠、铁物质．(3)这个彗星碎块与木星相撞的过程中损失的机械能于其与木星相碰前瞬间的动能，则有ΔE＝mv 22＝1012×60022J ＝1.8×1017J.(4)我们先计算一个铀235裂变放出的核能是多少焦，ΔE＝2×108×1.6×10－19J ，我们再计算多少个铀235裂变后可放出8×1020J 的能量，即n ＝8×10203.2×10－11＝2.5×1031(个)，则约相当于发生裂变的铀的质量 m ＝235×10－3×n N 0＝2.35×10－1×2.5×10316.02×1023kg ＝9.8×106kg. 答案：(1)椭圆 理由略 (2)光谱分析(3)1.8×1017 J (4)9.8×106kg 9(探究)黑洞的本质是什么？9解析：爱因斯坦相对论指出，任何物体的速度都不可能超过光速，由此可以推断，对这种天体来说，任何物体都不能摆脱它的吸引而逃脱出来，这种天体就是我们常听到的黑洞．黑洞是否存在不仅对理论物理的研究非常重要，对天体物理、宇宙学都非常重要．于1990年发射升空的哈勃太空望远镜几年来的观察结果支持黑洞理论，1997年2月更换过设备的哈勃太空望远镜已发回许多更清晰、详细的观测资料，供研究．黑洞就像一个谜，没有人能看见它．但黑洞强大的吸引力会影响它附近的天体，这些天体在被黑洞吸收、吞没的过程中，会发射出X 射线或Y 射线，而一旦落入黑洞，便无影无踪．家就是通过观测这些射线，发现了黑洞的蛛丝马迹．例如，天鹅座X1的伴星可能就是一个黑洞．还有家认为，系的中心也存在一个巨大的黑洞．答案：关于宇宙和我们人类所在的太阳系结构问题，是人类文化历史中最古老的课题之一．这些问题的研究，也就是天文学，推动了物理学的发展，并且对哲学也产生了巨大的影响．今天，天文学已成为物理学不可分割的组成，研究它的目的是为了认识宇宙以及构成它的所有宏观的形成和发展．这就需要把经验研究，就是观测和，与理论研究结合起来，这就使天文学必然与许多物理领域产生必不可少的联系，特别是与粒子物理．黑洞是一种非常神秘的天体．它的体积很小，但密度却大得惊人，每立方厘米就有几百亿吨甚至更多．因为它的密度大，所以引力也特别强大．不管什么东西，只要被它吸进去，就别想“爬”出来，连跑得最快的光也逃脱不掉黑洞的巨大引力．由于黑洞本身不发光，所以用任何强大的望远镜都看不见黑洞．尽管如此，大多数家仍相信，宇宙中有着许许多多黑洞．当大质量的恒星演化到晚年，经过超星爆发，就有可能坍缩成黑洞．在宇宙早期，也会形成一些小黑洞．小黑洞的体积只有原子核那么大，质量和一座山差不多，达到上亿吨，里面蕴藏的能量相当于10个大型的发电站．探究结论：黑洞是含有巨大能量和质量的宇宙实体．。
山东省实验中学高中物理选修三第四章《原子结构和波粒二象性》测试题(含答案解析)
一、选择题1．如图所示，在研究光电效应的实验中，用波长一定的光照到阴极K上时，灵敏电流计G 有示数，则下列判断正确的是（）A．流经电流计的电流方向为自a向bB．若将滑片向右移，电路中光电流一定增大C．若将电源极性反接，电流计读数一定增大D．若换用波长更长的光照射K，电流计读数一定增大2．如图所示为研究光电效应规律的实验电路，电源的两个电极分别与接线柱c、d连接。
用一定频率的单色光a照射光电管时，灵敏电流计G的指针会发生偏转，而用另一频率的单色光b照射该光电管时，灵敏电流计G的指针不偏转。
下列说法不正确的是（）A．a光的频率一定大于b光的频率B．用b光照射光电管时，一定没有发生光电效应C．电源正极可能与c接线柱连接D．若灵敏电流计的指针发生偏转，则电流方向一定是由d→G→f3．如图所示为氢原子能级图，大量处于基态的氢原子吸收某种频率的光子后，跃迁到n=回到1n=能级，再从33n=能级，则下列说法正确的是（）A ．基态氢原子吸收的光子能量为1.51eVB ．大量氢原子从3n =跃迁到1n =能级，可释放两种不同频率的光子C ．释放的光子能量最小为1.89eVD ．氢原子从3n =跃迁到1n =能级，氢原子的能量减小，电势能增大4．在光电效应实验中，先后用两束光照射同一个光电管。
若实验a 中光束的入射光的强度和频率分别大于b 实验中光束的入射光的强度和频率，a 、b 两实验中所得光电流I 与光电管两端所加电压U 间的关系曲线分别以a 、b 表示，则下列图中正确的是（ ） A ． B ．C ．D ．5．关于下列四幅图的说法正确的是（ ）A ．甲图中A 处能观察到少量的闪光点B ．乙图中用弧光灯照射原来就带电的锌板时，发现验电器的张角变大，则锌板原来带负电C ．丙图中的泊松亮斑说明光具有波动性D ．丁图，当两分子间距由等于r 0开始增大，它们间的分子力先减小后增大6．大量处于4n =能级的氢原子辐射出多条谱线，其中最长和最短波长分别为1λ和2λ。
【单元练】青岛银海学校高中物理选修3第四章【原子结构和波粒二象性】测试题(答案解析)
一、选择题1．利用光电管研究光电效应的实验电路如图所示，用频率为ν的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则（）A．改用紫外光照射K，电流表中没有电流通过B．只增加该可见光的强度，电流表中通过的电流将变小C．若将滑动变阻器的滑片移到A端，电流表中一定无电流通过D．若将滑动变阻器的滑片向B端移动，电流表示数可能不变D解析：DA．发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，紫外线的频率更大，所以改用紫外光照射K，电流表中有电流通过，则A错误；B．只增加该可见光的强度，电流表中通过的电流将变大，所以B错误；C．若将滑动变阻器的滑片移到A端，电流表中也有电流通过，因为是正向电压，只要发生光电效应就有光电流通过，所以C错误；D．如果光电流已经达到饱和光电流，则增大电压，光电流将保持不变。
所以若将滑动变阻器的滑片向B端移动，电流表示数可能不变，所以D正确；故选D。
2．关于下列四幅图的说法正确的是（）A．甲图中A处能观察到少量的闪光点B．乙图中用弧光灯照射原来就带电的锌板时，发现验电器的张角变大，则锌板原来带负电C．丙图中的泊松亮斑说明光具有波动性D．丁图，当两分子间距由等于r0开始增大，它们间的分子力先减小后增大C解析：CA. 甲图是α粒子散射实验，绝大多数α粒子不偏转，A处能观察到大量的闪光点，A错误；B. 乙图中用弧光灯照射原来就带电的锌板时，有电子逸出，发现验电器的张角变大，则锌板原来带正电，B错误；C. 丙图中的泊松亮斑是光照射十分小的圆板发生的衍射现象，说明光具有波动性，C正确；D. 当两分子间距由等于r0开始增大，它们间的分子力先增大后减小，D错误。
故选C。
3．物理学史的学习是物理学习中很重要的一部分，下列关于物理学史叙述中不正确的是 ( ) A．汤姆孙通过研究阴极射线实验，发现了电子B．卢瑟福通过对α粒子散射实验现象的分析，提出了原子的核式结构模型C．爱因斯坦发现了光电效应，并提出了光量子理论成功解释了光电效应D．巴耳末根据氢原子光谱分析，总结出了氢原子光谱可见光区波长公式C解析：CA．1897年汤姆孙根据放电管中的阴极射线在电磁场和磁场作用下的轨迹确定阴极射线中的粒子带负电，并测出其荷质比，这在一定意义上是历史上第一次发现电子，故A正确；B．卢瑟福的α粒子散射实验结果：绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了较大的偏转，并有极少数α粒子的偏转超过90°，有的甚至几乎达到180°而被反弹回来，这就是α粒子的散射现象。
2021年高中物理选修三第四章《原子结构和波粒二象性》经典测试题(答案解析)
一、选择题1．氢原子能级示意如图。
现有大量氢原子处于n=3能级上，下列正确的是（）A．这些原子跃迁过程中最多可辐射出6种频率的光子B．从n=3能级跃迁到n=1能级比跃迁到n=2能级辐射的光子频率低C．从n=3能级跃迁到n=4能级需吸收0.66eV的能量D．n=3能级的氢原子电离至少需要吸收13.6eV的能量2．分别用波长为λ和34λ的单色光照射同一金属板，发出的光电子的最大初动能之比为1:2，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，则此金属板的逸出功为（）A．12hcλB．23hcλC．34hcλD．45hcλ3．氢原子的能级如图，大量氢原子处于n=4能级上。
当氢原子从n=4能级跃迁到n=3能级时，辐射光的波长为1884nm，已知可见光光子的能量在1.61eV～3.10eV范围内，下列判断正确的是（）A．氢原子从n=2能级跃迁到n=1能级，辐射的光子是可见光光子B．从高能级向低能级跃迁时，氢原子要吸收能量C．用氢原子从n=2能级跃迁到n=l能级辐射的光照射W逸=6.34eV的铂，不能发生光电效应D．氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级时，辐射光的波长小于1884nm4．下列说法正确的是（）A．布朗运动证明了花粉分子的无规则热运动B．光电效应彻底否定了光的波动说，证明了光具有粒子性C．α粒子的散射实验说明了原子核很小且质量很大D．温度升高物体内分子的动能一定增大5．如图为玻尔理论的氢原子能级图，一群氢原子处于3n=的激发态，在向低能级跃迁时会辐射光子，用发出的光子照射逸出功为2.49eV 的金属钠。
以下说法中正确的是（ ）A ．能使金属发生光电效应的光有三种B ．在辐射光子过程中电子绕核运动的动能减小C ．由3n =能级跃迁到1n =能级时产生的光波长最长D ．金属钠表面所发出的光电子的最大初动能9.6eV6．如题图所示，图甲是研究光电效应的电路图，图乙是用a 、b 、c 光照射光电管得到的I-U 图线，U c1、U c2表示遏止电压，下列说法正确的是（ ）A ．a 光的波长大于b 光的波长B ．a 、c 光的强度相等C ．光电子的能量只与入射光的强弱有关，而与入射光的频率无关D ．在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流一直会增加7．如图所示，N 为铝板，M 为金属网，它们分别和电池两极相连，各电池的极性和电动势在图中标出，铝的逸出功为4.2eV 。
高中物理 第四章 原子核 第七节 小粒子与大宇宙自我小测 粤教版选修35
小粒子与大宇宙1下列说法中正确的是( )A．太阳是宇宙的中心B．太阳系中只存在太阳和它的八大行星C．太阳系由太阳和若干行星及它们的卫星和彗星组成D．以上说法都正确2关于宇宙的成因，目前比较易被接受的是宇宙起源于________．3天文观测表明：几乎所有远处的恒星(或星系)都在以各自的速度背离我们而运动，离我们越远的星体，背离我们运动的速度(称为退行速度)越大，也就是宇宙在膨胀．不同星体的退行速度v和它们离我们的距离r成正比，即v＝Hr，式中H为一常量，称为哈勃常数，已由天文观察测定．为解释上述现象，有人提出一个理论，认为宇宙是从一个大爆炸的火球开始形成的．假设大爆炸后各星体即以不同的速度向外匀速运动，并设想我们就位于其中心，则速度越大的星体现在离我们越远，这一结果与上述天文观测一致．由上述理论和天文观测结果，可估算宇宙年龄T，其计算公式为T＝________.4在天文学上把两个相距较近，由于彼此的引力作用而沿轨道相互环绕的恒星系统称为双星，例如天狼星就是双星系统的一颗子星，另一颗子星是已不再发光的白矮星，它们的环绕周期为50.1年．α星和β星组成的双星系统其“晃动”(实际上是环绕转动，不过人们往往只能看到它们在晃动)周期为T，α星的晃动范围为Dα，β星的晃动范围为Dβ，如图4－7－1所示．试求α星和β星的质量．图4－7－15现在，科学家们正在设法探寻“反物质”，所谓“反物质”是由“反粒子”构成的，“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电荷量，但电荷的符号相反．据此，若有反α粒子，它的质量数和电荷数为多少？6两颗靠得较近的天体称为双星，宇宙中有一对双星，质量分别为m1、m2，它们以二者连线上某点为圆心做匀速圆周运动，设双星间的距离为L，不考虑其他星体的影响，求这两颗星的轨道半径和周期．7阅读如下资料并回答问题：自然界中的物体由于具有一定的温度，会不断向外辐射电磁波，这种辐射因与温度有关，称为热辐射，热辐射具有如下特点：①辐射的能量中包含各种波长的电磁波；②物体温度越高，单位时间内从物体表面单位面积上辐射的能量越大；③在辐射的总能量中，各种波长所占的百分比不同．处于一定温度的物体在向外辐射电磁能量的同时，也要吸收由其他物体辐射的电磁能量，如果它已在平衡状态，则能量保持不变．若不考虑物体表面对辐射与吸收的影响，我们定义一种理想的物体，它能100%地吸收入射到其表面的电磁辐射，这样的物体称为黑体．单位时间内从黑体表面单位面积辐射的电磁波的总能量与黑体绝对温度的四次方成正比．即P0＝δT4，其中常用δ＝5.67×10－8 W/m2·K4.在下面的问题中，把研究对象都简单地看成黑体．有关数据及数学公式：太阳半径Rs＝696 000 km，太阳表面温度T＝5 770 K，火星半径r＝3 395 km，球面积S＝4πR2，其中R为球半径．(1)太阳热辐射能量的绝大多数集中在波长为2×10－7m～1×102m范围内，求相应的频率范围．(2)每小时从太阳表面辐射的总能量为多少？(3)火星受到来自太阳的辐射可认为垂直射到面积为πr2(r为火星半径)的圆盘上，已知太阳到火星的距离约为太阳半径的400倍．忽略其他天体及宇宙空间的辐射，试估算火星的平均温度．8彗星——拖着长长的尾巴，时而出现于黎明的东方，时而划破晴夜的长空．对于彗星的观察，我国从殷商时代就有了关于彗星的观察记录，并为后人留下了珍贵的资料，其中在《春秋》中记载的观察彗星的资料，被公认为是世界上哈雷彗星的最早记录，比欧洲关于彗星的记录早了几百年．在西方研究彗星的众多科学家中，英国物理学家哈雷对彗星的研究最为深入，他不仅对彗星进行天文观察，而且还对彗星的轨道进行了定量的计算，1705年，他在《彗星天文学》一书中计算了彗星的24个轨道．在现在已知的1 600颗彗星中，人们对其中的600颗已确定了它们的轨道．下面是关于彗星的几个问题：(1)经过观察与研究，人们发现彗星绕太阳运行的轨道一般为椭圆、抛物线或双曲线．彗星轨道的形状是由彗星的能量所决定的．试问著名的哈雷彗星的运行轨道是椭圆，是抛物线，还是双曲线？为什么？(2)据科学家研究发现，彗星是由稀薄气体、冰冻团块、甲烷、氨、干冰等组成的．彗星中还含有钾、钙、锰、钠和铁等物质，试说明人们是运用什么方法知道彗星中含有上述物质的．(3)1994年，曾经发生了一个轰动世界的天文奇观，一颗命名为“苏梅克—列维9号”的彗星断裂成了21块(其中最大的一块线度约4 km)，并以60 km/s的速度连续地向木星撞去，这就是著名的彗—木相撞现象．苏梅克—列维9号彗星中的第一块碎片于格林尼治时间7月16日20时15分落入木星大气层并向木星撞去，撞击后产生的多个火球绵延近1 000 km.设想苏梅克—列维9号彗星分裂时有一块碎块的质量为1012kg，它相对于木星的速度为600 m/s，求它与木星相撞过程中损失的机械能为多少．(4)苏梅克—列维9号彗星中的第一个碎块于格林尼治时间7月16日20时15分落入木星大气层并向木星撞去，放出了相当于8×1020 J的巨大能量．已知一个铀235裂变时可放出约200 MeV的能量，试估算：苏梅克—列维9号彗星中的第一个碎块与木星相撞所释放的能量相当于多少千克的铀235发生了裂变？参考答案1解析：太阳系中以太阳为中心，有八大行星绕太阳运行，有的行星还有卫星，除此外还有2 000多颗比较小的小行星和彗星等，所以叙述较完整的是C项．通常我们所说的八大行星是指太阳系中较大的几颗行星，太阳系的组成中还有小行星和彗星．答案：C2解析：目前关于宇宙成因有许多说法，其中具有代表性并为多数科学家所接受的是“大爆炸”学说，认为宇宙起源于一次大爆炸．尽管“大爆炸”学说受到很多人支持，但仍有很多不解之谜．答案：大爆炸3解析：题中提供两个信息，一是宇宙在膨胀时，各星体以不同的速度向外匀速运动，不同星体的退行速度v 和它们离我们的距离r 成正比，即v ＝Hr ；二是各星体匀速运动，设想我们位于其中心，取大爆炸后的速度分别为v 1、v 2的两个星体研究(v 1＞v 2)．设大爆炸开始到现在经过的时间为T ，由于各星体做匀速运动，物理模型如图所示．则两个星体的位移应满足：r 1＝v 1T ，r 2＝v 2T ，根据r ＝vT ，结合题中的v ＝Hr ，可分析得到：T ＝1H.答案：1H4解析：晃动范围实际上就是做圆周运动的直径，晃动周期就是环绕周期，由于两者之间万有引力为向心力，故环绕中心转动的角速度是一样的．对α星：G M αM βL 2＝M αω2D α2①对β星：G M αM βL 2＝M βω2D β2②两星之间距离L ＝D α＋D β2③又因为ω＝2πT④将③④式分别代入①式和②式整理可得 M α＝π2D βα＋D β22GT2M β＝π2D αα＋D β22GT2.答案：M α＝π2D βα＋D β22GT2M β＝π2D αα＋D β22GT25解析：因“反粒子”与其对应的正粒子具有相同质量、相同电荷量，但电荷的符号相反．所以，反α粒子质量数为4，电荷数为－2.答案：4 －26解析：设m 1的半径为R 1，m 2的半径为R 2，则R 1＋R 2＝L① 由万有引力定律 G m 1m 2L 2＝m 24π2T 2R 2② G m 1m 2L 2＝m 14π2T2R 1③由①②③可得R 1＝m 2L m 1＋m 2，R 2＝m 1Lm 1＋m 2T ＝2πLLG m 1＋m 2. 答案：R 1＝m 2L m 1＋m 2 R 2＝m 1Lm 1＋m 2T ＝2πLLGm 1＋m 27解析：(1)由ν＝c/λ得ν1＝3.00×1082×10－7 Hz ＝1.5×1015Hz.ν2＝3.00×1081×102 Hz ＝3×106Hz所以辐射频率范围是3.00×106Hz ～1.5×1015Hz. (2)每小时从太阳表面辐射的总能量为 E ＝4πδRs 2T 4t ，代入数据得E ＝1.38×1030J.(3)设火星表面温度为T′，太阳到火星的距离为d ，火星单位时间内吸收来的太阳的辐射能量P λ＝πRs 2δT 4πr 24πd2，d ＝400Rs所以P λ＝πδT 4r22火星单位时间内向外辐射电磁波能量为P 出＝4πδr 2T′4，火星处于平衡状态 P λ＝P 出， 即πδT 4r22＝4πδr 2T′4得T′＝T800＝204 K. 答案：(1)3.00×106Hz ～1.5×1015Hz (2)1.38×1030J (3)204 K8解析：(1)哈雷彗星是一颗周期彗星，人们最近的一次观察到它是在1986年，预计在2062年哈雷彗星会再一次光临地球“做客”．哈雷彗星的周期为76年，由此可见哈雷彗星的运行轨道应该是椭圆．(2)当彗星造访地球时，可以对其进行光谱分析，通过对彗星光谱的分析，我们可以知道彗星中含有钾、钙、钠、铁等物质．(3)这个彗星碎块与木星相撞的过程中损失的机械能等于其与木星相碰前瞬间的动能，则有ΔE ＝mv 22＝1012×60022J ＝1.8×1017J.(4)我们先计算一个铀235裂变放出的核能是多少焦，ΔE ＝2×108×1.6×10－19J ，我们再计算多少个铀235裂变后可放出8×1020J 的能量，即n ＝8×10203.2×10－11＝2.5×1031(个)，则约相当于发生裂变的铀的质量m ＝235×10－3×n N 0＝2.35×10－1×2.5×10316.02×1023kg ＝9.8×106kg. 答案：(1)椭圆 理由略 (2)光谱分析 (3)1.8×1017J (4)9.8×106kg 9(探究)黑洞的本质是什么？9解析：爱因斯坦相对论指出，任何物体的速度都不可能超过光速，由此可以推断，对这种天体来说，任何物体都不能摆脱它的吸引而逃脱出来，这种天体就是我们常听到的黑洞．黑洞是否存在不仅对理论物理的研究非常重要，对天体物理、宇宙学等都非常重要．于1990年发射升空的哈勃太空望远镜几年来的观察结果支持黑洞理论，1997年2月更换过设备的哈勃太空望远镜已发回许多更清晰、详细的观测资料，供科学研究．黑洞就像一个谜，没有人能看见它．但黑洞强大的吸引力会影响它附近的天体，这些天体在被黑洞吸收、吞没的过程中，会发射出X 射线或Y 射线，而一旦落入黑洞，便无影无踪．科学家就是通过观测这些射线，发现了黑洞的蛛丝马迹．例如，天鹅座X1的伴星可能就是一个黑洞．还有科学家认为，银河系的中心也存在一个巨大的黑洞．答案：关于宇宙和我们人类所在的太阳系结构问题，是人类文化历史中最古老的课题之一．这些问题的科学研究，也就是天文学，推动了物理学的发展，并且对哲学也产生了巨大的影响．今天，天文学已成为物理学不可分割的组成部分，研究它的目的是为了认识宇宙以及构成它的所有宏观部分的形成和发展．这就需要把经验研究，就是观测和实验，与理论研究结合起来，这就使天文学必然与许多物理领域产生必不可少的联系，特别是与粒子物理．黑洞是一种非常神秘的天体．它的体积很小，但密度却大得惊人，每立方厘米就有几百亿吨甚至更多．因为它的密度大，所以引力也特别强大．不管什么东西，只要被它吸进去，就别想“爬”出来，连跑得最快的光也逃脱不掉黑洞的巨大引力．由于黑洞本身不发光，所以用任何强大的望远镜都看不见黑洞．尽管如此，大多数科学家仍相信，宇宙中有着许许多多黑洞．当大质量的恒星演化到晚年，经过超新星爆发，就有可能坍缩成黑洞．在宇宙早期，也会形成一些小黑洞．小黑洞的体积只有原子核那么大，质量和一座山差不多，达到上亿吨，里面蕴藏的能量相当于10个大型的发电站．探究结论：黑洞是含有巨大能量和质量的宇宙实体．。
高中物理 第四章 原子核 第三节 放射性同位素自我小测
放射性同位素1关于放射性同位素的应用，下列说法中正确的是( )A．作为示踪原子是利用了放射性同位素贯穿能力很强的性质B．作为示踪原子是利用了放射性同位素放出的射线可被仪器探测到的特点C．γ射线探伤利用了γ射线贯穿能力很强的性质D．γ射线探伤利用了γ射线电离能力很强的性质2下列哪些应用是把放射性同位素作为示踪原子的…… ()A．利用钴60治疗肿瘤等疾病B．γ射线探伤C．利用含有放射性碘131的油，检测地下输油管的漏油情况D．把含有放射性元素的肥料施给农作物用以检测确定农作物吸收养分的规律3下列关于放射性同位素的一些应用的说法中正确的是 ( )A．利用放射性消除静电是利用射线的穿透作用B．利用射线探测机器部件内部的砂眼或裂纹是利用射线的穿透作用C．利用射线改良品种是因为射线可使DNA发生变异D．在研究农作物合理施肥中是以放射性同位素作为示踪原子4对放射性的应用，下列说法中正确的是( )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．对放射性的废料，要装入特制的容器并埋入深地层进行处理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．对可能产生放射性污染的场所或物品进行检测是很有必要的5联合国环境公署对科索沃地区的调查表明，北约对南联盟进行的轰炸中，大量使用了贫铀炸弹，贫铀是从金属铀中提炼铀235以后的副产品，其主要成分为铀238.贫铀炸弹贯穿力是常规炸弹的9倍，杀伤力极大而且残留物可长期危害环境，下列关于其残留物长期危害环境的理由正确的是( )A．爆炸后的弹片存在放射性，对环境产生长期危害B．爆炸后的弹片不会对人体产生危害，对环境产生长期危害C．铀238的衰变速度很快D．铀的半衰期很长6(1)1992年1月初，美国前总统老布什应邀访日，在欢迎宴会上，突然发病昏厥．日本政府将他急送回国，回国后医生用123I进行诊断，通过体外跟踪，迅速查出病因．这是利用了123I所放出的( )A．热量B．α射线 C．β射线D．γ射线(2)美国医生使用123I对布什总统诊断，使其很快恢复健康．可知123I的特性是( )A．半衰期长，并可迅速从体内消除B．半衰期长，并可缓慢从体内消除C．半衰期短，并可迅速从体内消除D．半衰期短，并可缓慢从体内消除7最近几年，原子核科学家在超重元素的探测方面取得重大进展，1996年科学家们在研究某两个重离子结合成超重元素的反应时，发现生成超重元素的核A Z X经过6次α衰变后的产物是253100Fm，由此，可以判定生成的超重元素的原子序数和质量数分别是( ) A．124、259 B．124、265C．112、265 D．112、2778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，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．S B．Q C．P D．R9(2009北京理综，14)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10自然界中的铀和钴都有同位素．(1)铀主要以三种同位素的形式存在，三者的原子百分含量分别为334 92U 0.005%，235 92U 0.72%，238 92U 99.275%.请写出计算铀元素近似原子量的计算式(不必算出具体数值)：____________________.(2)放射性同位素钴60能够产生γ射线．高速运动的γ射线作用于DNA，能够产生氢键断裂、碱基替换等效应，从而有可能诱发生物产生________，使生物体出现可遗传的变异，从而选择和培育出优良品种．此外用γ射线照射过的食品有利于贮藏，这是因为γ射线能______、______.在进行照射生物或食品的操作时，需要注意人体保护．操作完毕后，人体________(填“可以”或“不可以”)直接接触射线处理过的材料．11美英在海湾战争以及越南地区的战争中使用了贫铀弹，贫铀也称贫化铀，是提炼放射铀235过程中的副产物，含有99.8%的铀238，以及0.2%的铀235，贫铀的密度是18.7 g/cm3，是钢密度的2.5倍，其放射性是天然铀的60%，浓缩铀的1115，根据以上信息，完成以下各题：由于贫铀具有________________________________等特点，贫铀弹与普通弹药相比，有些不同之处，主要表现为________________________________________．(第一问至少答两点)．12正电子发射计算机断层扫描(PET)是分子水平上的人体功能显像的国际领先技术，它为临床诊断和治疗提供全新的手段．PET在心脏疾病诊疗中，需要使用放射正电子的同位素氮13作示踪剂．氮13是由小型回旋加速器输出的高速质子轰击氧16获得的．反应中同时还产生另一种粒子，试写出该反应方程．13(探究)防止放射线危害的主要途径是什么？参考答案1解析：根据放射性的性质分析放射性的应用．作为示踪原子是利用放射性同位素放出的射线可被仪器探测到的特点，利用它的射线探伤是利用了射线的贯穿能力强的性质，正确选项为B、C.答案：BC2解析：利用钴60治疗肿瘤是利用它的射线能量高的特点，γ射线探伤是利用它的射线贯穿能力强的特点．答案：CD3解析：消除静电是利用射线的电离作用使空气导电，A错误．探测机器部件内部的砂眼或裂纹和改良品种是利用它的射线；研究农作物对肥料的吸收是利用其作示踪原子．答案：BCD4解析：放疗的同时对人的身体也是有害的，A选项错误．B、C、D关于放射线的防护的表述都是正确的．答案：BCD5解析：铀238的半衰期很长，所以会长时期产生环境危害．答案：AD6解析：在α射线、β射线及γ射线中，γ射线穿透本领最大.123I的半衰期较短，可以迅速从体内消除，不至于因为长时间辐射而对身体造成损害．答案：(1)D (2)C7解析：写核反应方程遵守电荷数守恒和质量数守恒，这个核反应方程是A Z X→642He＋253100Fm 故A＝6×4＋253＝277，Z＝6×2＋100＝112.答案：D8解析：作为示踪原子的放射性同位素，应该有稳定的放射性，半衰期越长，放射性越稳定；但考虑到放射性对人体的危害，半衰期越长，对人体的危害越大，所以一旦研究结束，就希望放出的射线量大大减小，因此应选择半衰期较短、衰变稍快的放射性元素作示踪原子，用2天的就可以了．答案：A9答案：B10解析：铀元素的原子量等于每种同位素与其百分含量乘积之和即(234×0.005＋235×0.72＋238×99.275)×10－2.γ射线的照射强度增大到一定程度往往会使品种基因突变．由于经过放射线同位素照射处理过的材料无放射性，所以人体完全可以直接接触它．答案：(1)(234×0.005＋235×0.72＋238×99.275)×10－2(2)基因突变杀虫杀菌可以11解析：贫铀弹是一种高密度炸弹，它的穿透能力极强，它可以穿透很深、很坚固的地下掩体，而轰炸地下目标，另外，铀238发射出的γ射线，对人体产生危害，由于铀的半衰期长，能长期对环境进行污染．答案：高密度、高强度、放射性穿透能力强，对人体构成长时间的放射性伤害，贫铀也是一种金属毒物，进入人体后影响人体的新陈代谢，另外贫铀还具有可燃性．12解析：由题意可知：氧16(16 8O)在质子(11H)的轰击下产生了氮13(13 7N)和另外一种粒子，由质量数和电荷数守恒可知另一种粒子是42He ，所以核反应方程为：168O ＋11H→13 7N ＋42He.答案：16 8O ＋11H →13 7N ＋42He13解析：从历史上几个具体事件来说明放射线的危害，根据放射性物质的特性，人类采取相应的措施来减少危害．查阅相关资料，列举相应的措施．答案：(1)放射性污染过量的放射性会对环境造成污染，对人类和自然界产生破坏作用，对人类的危害，主要是杀伤细胞组织，切断人体DNA 链，促进细胞变异．几件需要了解的放射性污染事件是：①1945年美国向日本的广岛和长崎投下两枚原子弹，当时炸死了十万人，另有很多人受到辐射后患有各种疾病．②美国在近几年的两次地区冲突中(海湾地区、科索沃地区)大量地使用了含有放射性的贫铀弹，使许多人患上了莫名其妙的疾病．③1987年苏联切尔诺贝利核电站的泄露造成了大量人员伤亡，至今大片领土仍是生物活动的禁区．(2)放射性的防范为了防止有害的放射性对人类和自然的破坏，人们采取了有效的防范措施，如在核电站的核反应堆外层用厚厚的水泥来防止放射线外泄；用过的核废料要放在很厚的重金属箱内，并埋在深海里．在生活中对那些有可能具有放射性的物质要有防范意识，尽可能远离放射源．探究结论：防止放射性危害的主要途径是：对放射源进行处理以减少对人的危害；远离放射源．。
高中物理第四章原子核第七节小粒子与大宇宙自我小测粤教版选修3_5word版本
小粒子与大宇宙1下列说法中正确的是( )A．太阳是宇宙的中心B．太阳系中只存在太阳和它的八大行星C．太阳系由太阳和若干行星及它们的卫星和彗星组成D．以上说法都正确2关于宇宙的成因，目前比较易被接受的是宇宙起源于________．3天文观测表明：几乎所有远处的恒星(或星系)都在以各自的速度背离我们而运动，离我们越远的星体，背离我们运动的速度(称为退行速度)越大，也就是宇宙在膨胀．不同星体的退行速度v和它们离我们的距离r成正比，即v＝Hr，式中H为一常量，称为哈勃常数，已由天文观察测定．为解释上述现象，有人提出一个理论，认为宇宙是从一个大爆炸的火球开始形成的．假设大爆炸后各星体即以不同的速度向外匀速运动，并设想我们就位于其中心，则速度越大的星体现在离我们越远，这一结果与上述天文观测一致．由上述理论和天文观测结果，可估算宇宙年龄T，其计算公式为T＝________.4在天文学上把两个相距较近，由于彼此的引力作用而沿轨道相互环绕的恒星系统称为双星，例如天狼星就是双星系统的一颗子星，另一颗子星是已不再发光的白矮星，它们的环绕周期为50.1年．α星和β星组成的双星系统其“晃动”(实际上是环绕转动，不过人们往往只能看到它们在晃动)周期为T，α星的晃动范围为Dα，β星的晃动范围为Dβ，如图4－7－1所示．试求α星和β星的质量．图4－7－15现在，科学家们正在设法探寻“反物质”，所谓“反物质”是由“反粒子”构成的，“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电荷量，但电荷的符号相反．据此，若有反α粒子，它的质量数和电荷数为多少？6两颗靠得较近的天体称为双星，宇宙中有一对双星，质量分别为m1、m2，它们以二者连线上某点为圆心做匀速圆周运动，设双星间的距离为L，不考虑其他星体的影响，求这两颗星的轨道半径和周期．7阅读如下资料并回答问题：自然界中的物体由于具有一定的温度，会不断向外辐射电磁波，这种辐射因与温度有关，称为热辐射，热辐射具有如下特点：①辐射的能量中包含各种波长的电磁波；②物体温度越高，单位时间内从物体表面单位面积上辐射的能量越大；③在辐射的总能量中，各种波长所占的百分比不同．处于一定温度的物体在向外辐射电磁能量的同时，也要吸收由其他物体辐射的电磁能量，如果它已在平衡状态，则能量保持不变．若不考虑物体表面对辐射与吸收的影响，我们定义一种理想的物体，它能100%地吸收入射到其表面的电磁辐射，这样的物体称为黑体．单位时间内从黑体表面单位面积辐射的电磁波的总能量与黑体绝对温度的四次方成正比．即P0＝δT4，其中常用δ＝5.67×10－8 W/m2·K4.在下面的问题中，把研究对象都简单地看成黑体．有关数据及数学公式：太阳半径Rs＝696 000 km，太阳表面温度T＝5 770 K，火星半径r＝3 395 km，球面积S＝4πR2，其中R为球半径．(1)太阳热辐射能量的绝大多数集中在波长为2×10－7 m～1×102 m范围内，求相应的频率范围．(2)每小时从太阳表面辐射的总能量为多少？(3)火星受到来自太阳的辐射可认为垂直射到面积为πr2(r为火星半径)的圆盘上，已知太阳到火星的距离约为太阳半径的400倍．忽略其他天体及宇宙空间的辐射，试估算火星的平均温度．8彗星——拖着长长的尾巴，时而出现于黎明的东方，时而划破晴夜的长空．对于彗星的观察，我国从殷商时代就有了关于彗星的观察记录，并为后人留下了珍贵的资料，其中在《春秋》中记载的观察彗星的资料，被公认为是世界上哈雷彗星的最早记录，比欧洲关于彗星的记录早了几百年．在西方研究彗星的众多科学家中，英国物理学家哈雷对彗星的研究最为深入，他不仅对彗星进行天文观察，而且还对彗星的轨道进行了定量的计算，1705年，他在《彗星天文学》一书中计算了彗星的24个轨道．在现在已知的1 600颗彗星中，人们对其中的600颗已确定了它们的轨道．下面是关于彗星的几个问题：(1)经过观察与研究，人们发现彗星绕太阳运行的轨道一般为椭圆、抛物线或双曲线．彗星轨道的形状是由彗星的能量所决定的．试问著名的哈雷彗星的运行轨道是椭圆，是抛物线，还是双曲线？为什么？(2)据科学家研究发现，彗星是由稀薄气体、冰冻团块、甲烷、氨、干冰等组成的．彗星中还含有钾、钙、锰、钠和铁等物质，试说明人们是运用什么方法知道彗星中含有上述物质的．(3)1994年，曾经发生了一个轰动世界的天文奇观，一颗命名为“苏梅克—列维9号”的彗星断裂成了21块(其中最大的一块线度约4 km)，并以60 km/s的速度连续地向木星撞去，这就是著名的彗—木相撞现象．苏梅克—列维9号彗星中的第一块碎片于格林尼治时间7月16日20时15分落入木星大气层并向木星撞去，撞击后产生的多个火球绵延近1 000 km.设想苏梅克—列维9号彗星分裂时有一块碎块的质量为1012 kg，它相对于木星的速度为600 m/s，求它与木星相撞过程中损失的机械能为多少．(4)苏梅克—列维9号彗星中的第一个碎块于格林尼治时间7月16日20时15分落入木星大气层并向木星撞去，放出了相当于8×1020J的巨大能量．已知一个铀235裂变时可放出约200 MeV的能量，试估算：苏梅克—列维9号彗星中的第一个碎块与木星相撞所释放的能量相当于多少千克的铀235发生了裂变？参考答案1解析：太阳系中以太阳为中心，有八大行星绕太阳运行，有的行星还有卫星，除此外还有2 000多颗比较小的小行星和彗星等，所以叙述较完整的是C项．通常我们所说的八大行星是指太阳系中较大的几颗行星，太阳系的组成中还有小行星和彗星．答案：C2解析：目前关于宇宙成因有许多说法，其中具有代表性并为多数科学家所接受的是“大爆炸”学说，认为宇宙起源于一次大爆炸．尽管“大爆炸”学说受到很多人支持，但仍有很多不解之谜．答案：大爆炸3解析：题中提供两个信息，一是宇宙在膨胀时，各星体以不同的速度向外匀速运动，不同星体的退行速度v 和它们离我们的距离r 成正比，即v ＝Hr ；二是各星体匀速运动，设想我们位于其中心，取大爆炸后的速度分别为v 1、v 2的两个星体研究(v 1＞v 2)．设大爆炸开始到现在经过的时间为T ，由于各星体做匀速运动，物理模型如图所示．则两个星体的位移应满足：r 1＝v 1T ，r 2＝v 2T ，根据r ＝vT ，结合题中的v ＝Hr ，可分析得到：T ＝1H. 答案：1H4解析：晃动范围实际上就是做圆周运动的直径，晃动周期就是环绕周期，由于两者之间万有引力为向心力，故环绕中心转动的角速度是一样的．对α星：G M αM βL2＝M αω2D α2① 对β星：G M αM βL2＝M βω2D β2② 两星之间距离L ＝D α＋D β2③ 又因为ω＝2πT④ 将③④式分别代入①式和②式整理可得Mα＝π2D βα＋D β2GT2 M β＝π2D αα＋D β2GT2.答案：Mα＝π2D βα＋D β2GT2 Mβ＝π2D αα＋D β2GT25解析：因“反粒子”与其对应的正粒子具有相同质量、相同电荷量，但电荷的符号相反．所以，反α粒子质量数为4，电荷数为－2.答案：4 －26解析：设m 1的半径为R 1，m 2的半径为R 2，则R 1＋R 2＝L ①由万有引力定律G m1m2L2＝m 24π2T2R 2② G m1m2L2＝m 14π2T2R 1③ 由①②③可得R 1＝m2L m1＋m2，R 2＝m1L m1＋m2T ＝2πL LG m1＋m2. 答案：R 1＝m2L m1＋m2R 2＝m1L m1＋m2T ＝2πL LG m1＋m27解析：(1)由ν＝c/λ得ν1＝3.00×1082×10－7Hz ＝1.5×1015 Hz. ν2＝3.00×1081×102Hz ＝3×106 Hz 所以辐射频率范围是3.00×106 Hz ～1.5×1015 Hz.(2)每小时从太阳表面辐射的总能量为E ＝4πδRs 2T 4t ，代入数据得E ＝1.38×1030 J.(3)设火星表面温度为T ′，太阳到火星的距离为d ，火星单位时间内吸收来的太阳的辐射能量P λ＝πRs 2δT 4πr24πd2，d ＝400Rs 所以P λ＝πδT4r2火星单位时间内向外辐射电磁波能量为P 出＝4πδr 2T ′4，火星处于平衡状态P λ＝P 出， 即πδT4r2＝4πδr 2T ′4得T ′＝T 800＝204 K. 答案：(1)3.00×106 Hz ～1.5×1015 Hz(2)1.38×1030 J (3)204 K8解析：(1)哈雷彗星是一颗周期彗星，人们最近的一次观察到它是在1986年，预计在2062年哈雷彗星会再一次光临地球“做客”．哈雷彗星的周期为76年，由此可见哈雷彗星的运行轨道应该是椭圆．(2)当彗星造访地球时，可以对其进行光谱分析，通过对彗星光谱的分析，我们可以知道彗星中含有钾、钙、钠、铁等物质．(3)这个彗星碎块与木星相撞的过程中损失的机械能等于其与木星相碰前瞬间的动能，则有 ΔE ＝mv22＝1012×60022J ＝1.8×1017 J. (4)我们先计算一个铀235裂变放出的核能是多少焦，ΔE ＝2×108×1.6×10－19 J ，我们再计算多少个铀235裂变后可放出8×1020 J 的能量，即n ＝8×10203.2×10－11＝2.5×1031(个)，则约相当于发生裂变的铀的质量m ＝235×10－3×n N0＝2.35×10－1×2.5×10316.02×1023kg ＝9.8×106 kg. 答案：(1)椭圆 理由略 (2)光谱分析(3)1.8×1017 J (4)9.8×106 kg9(探究)黑洞的本质是什么？9解析：爱因斯坦相对论指出，任何物体的速度都不可能超过光速，由此可以推断，对这种天体来说，任何物体都不能摆脱它的吸引而逃脱出来，这种天体就是我们常听到的黑洞．黑洞是否存在不仅对理论物理的研究非常重要，对天体物理、宇宙学等都非常重要．于1990年发射升空的哈勃太空望远镜几年来的观察结果支持黑洞理论，1997年2月更换过设备的哈勃太空望远镜已发回许多更清晰、详细的观测资料，供科学研究．黑洞就像一个谜，没有人能看见它．但黑洞强大的吸引力会影响它附近的天体，这些天体在被黑洞吸收、吞没的过程中，会发射出X射线或Y射线，而一旦落入黑洞，便无影无踪．科学家就是通过观测这些射线，发现了黑洞的蛛丝马迹．例如，天鹅座X1的伴星可能就是一个黑洞．还有科学家认为，银河系的中心也存在一个巨大的黑洞．答案：关于宇宙和我们人类所在的太阳系结构问题，是人类文化历史中最古老的课题之一．这些问题的科学研究，也就是天文学，推动了物理学的发展，并且对哲学也产生了巨大的影响．今天，天文学已成为物理学不可分割的组成部分，研究它的目的是为了认识宇宙以及构成它的所有宏观部分的形成和发展．这就需要把经验研究，就是观测和实验，与理论研究结合起来，这就使天文学必然与许多物理领域产生必不可少的联系，特别是与粒子物理．黑洞是一种非常神秘的天体．它的体积很小，但密度却大得惊人，每立方厘米就有几百亿吨甚至更多．因为它的密度大，所以引力也特别强大．不管什么东西，只要被它吸进去，就别想“爬”出来，连跑得最快的光也逃脱不掉黑洞的巨大引力．由于黑洞本身不发光，所以用任何强大的望远镜都看不见黑洞．尽管如此，大多数科学家仍相信，宇宙中有着许许多多黑洞．当大质量的恒星演化到晚年，经过超新星爆发，就有可能坍缩成黑洞．在宇宙早期，也会形成一些小黑洞．小黑洞的体积只有原子核那么大，质量和一座山差不多，达到上亿吨，里面蕴藏的能量相当于10个大型的发电站．探究结论：黑洞是含有巨大能量和质量的宇宙实体．。
高中物理选择性必修第三册课后习题 第4章 原子结构和波粒二象性 第四章过关检测
第四章过关检测(时间:90分钟满分:100分)一、选择题Ⅰ(本题共7小题,每小题4分,共28分。
每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的,不选、多选、错选均不得分)1.下列关于原子结构的说法不正确的是( )A.电子的发现说明了原子内部还有复杂结构B.α粒子散射实验揭示了原子的核式结构C.α粒子散射实验中绝大多数都发生了较大偏转D.α粒子散射实验中有的α粒子发生较大偏转是因为α粒子与原子核之间存在库仑力答案:C解析:电子的发现说明了原子内部还有复杂结构,选项A正确;α粒子散射实验揭示了原子的核式结构,选项B正确;α粒子散射实验中绝大多数不发生偏转,少数发生了较大偏转,选项C错误;α粒子散射实验中有的α粒子发生较大偏转是因为α粒子与原子核之间存在库仑力,选项D正确。
2.在光电效应实验中,用同一束单色光,先后照射锌和银的表面,都能发生光电效应。
对于这两个过程,下列四个物理量一定相同的是( )A.遏止电压B.饱和光电流C.光电子的最大初动能D.逸出功答案:B解析:同一束单色光照射不同的金属,入射光的频率和光子能量一定相同,金属逸出功不同;根据光电效应方程E k=hν-W0知,最大初动能不同;由eU c=E k可知,遏止电压不同;同一束单色光照射,入射光的强弱相同,所以饱和光电流相同,故选项B正确,A、C、D错误。
3.我国研制的“大连光源”——极紫外自由电子激光装置,可发出波长在100 nm(1 nm=10-9 m)附近连续可调的极紫外激光脉冲,大连光源因其发出的光子的能量大、密度高,可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用。
一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子,但又不会把分子打碎,据此判断,能够电离一个分子的能量约为( )(普朗克常量h=6.6×10-34J·s,真空光速c=3×108 m/s)A.10-21 JB.10-18 JC.10-15 JD.10-12 J答案:B解析:电离能等于一个处于极紫外波段的光子能量E=hν=h cλ=6.6×10-34×3×108100×10-9J=1.98×10-18J,故选项B正确。
高中物理 第4章 原子核 第4节 核力与结合能学业分层测
核力与结合能(建议用时：45分钟)[学业达标]1．对于核力，以下说法正确的是( )A．核力是弱相互作用力，作用力很小B．核力是强相互作用的表现，是强力C．核子之间的距离小于0.8×10－15 m时，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起D．人们对核力的了解很清楚，特别是在小于0.8×10－15 m时核力的变化规律更清楚E．任何两个核子都不可能融合在一起【解析】要掌握好核力的基本特点，掌握核力与万有引力、电磁力的区别，这是解决核力问题的关键．核力是强相互作用的一种表现，它的作用范围在1.5×10－15m之内，核力比库仑力大得多，因此选项B正确，A错误．核力在大于0.8×10－15m时表现为吸引力，且随距离增大而减小；在距离小于0.8×10－15m时，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起，所以选项C正确．人们对核力的了解还不是很清楚，这是科学家们奋力攻克的堡垒，故选项D不正确．因在小于0.5×10－15 m的距离内，核力转变为强大的斥力，故选项E正确．【答案】BCE2．一个质子和一个中子结合成氘核，同时放出γ光子，核反应方程是11H＋10n→21H＋γ，以下说法中正确的是( )A．反应后氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之和B．反应前后的质量数不变，因而质量不变C．反应前后质量数不变，但会出质量亏损D．γ光子的能量为Δmc2，Δm为反应中的质量亏损，c为光在真空中的速度E．因存在质量亏损Δm，所以“物质不灭”的说法不正确【解析】核反应中质量数与电荷数及能量均守恒，由于反应中要释放核能，会出现质量亏损，反应中氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之和，所以质量不守恒，但质量数不变，且能量守恒，释放的能量会以光子的形式向外释放，故正确答案为A、C、D.【答案】ACD3．如图441所示是描述原子核核子的平均质量m与原子序数Z的关系曲线，由图可知下列说法正确的是 ( )图441A．将原子核A分解为原子核B、C一定放出能量B．将原子核D、E结合成原子核F可能吸收能量C．将原子核A分解为原子核B、F一定释放能量D．将原子核F、C结合成原子核B一定释放能量E．将原子核F、C结合成原子核B时一定吸收能量【解析】因B、C核子平均质量小于A的核子平均质量，故A分解为B、C时，会出现质量亏损，故放出核能，故A正确，同理可得B、D错，C、E正确．【答案】ACE4．在下列判断中，正确的是( )A．组成238 92U核的核子中只有相邻核子之间才存在不可忽略的核力作用B．组成238 92U核的中子中任何两个中子之间都存在不可忽略的核力作用C．组成238 92U核的质子中任何两个质子之间都存在不可忽略的库仑斥力作用D．组成238 92U核的质子中任何两个质子之间都存在不可忽略的核力作用E．组成238 92U核的质子中只有相邻的质子间才存在不可忽略的核力作用【解析】核力属于短程力，由于组成238 92U核的核子较多，两核子之间的距离可能超过核力的作用范围，所以某些核子之间的作用力可能比较小，所以选项A、E正确，B、D错误，但两质子之间都存在库仑斥力的作用，所以选项C正确．【答案】ACE5．中子比质子更容易击中原子核的原因是________．【解析】由于中子不带电，与原子核之间不存在库仑斥力，所以，它比其他粒子更易接近原子核并打进内部去．【答案】中子不带电6．科学研究表明，自然界存在四种基本相互作用．我们知道分子之间也存在相互作用的引力和斥力，那么分子力实质上是属于________．【解析】分子力作用范围约在10－10 m数量级上．强相互作用和弱相互作用都是短程力，作用范围在10－15 m和10－18 m之内，在分子力作用距离上都不存在．在分子力作用范围内引力相互作用和电磁相互作用都存在，但由于电磁力远大于万有引力，引力相互作用可以忽略不计，因此分子力本质上属于电磁相互作用．【答案】电磁相互作用7．当两个中子和两个质子结合成一个α粒子时，放出28.30 MeV的能量，当三个α粒子结合成一个碳核时，放出7.26 MeV的能量，则当6个中子和6个质子结合成一个碳核时，释放的能量约为______.【导学号：78220054】【解析】6个中子和6个质子可结合成3个α粒子，放出能量3×28.30 MeV＝84.9 MeV，3个α粒子再结合成一个碳核，放出7.26 MeV能量，故6个中子和6个质子结合成一个碳核时，释放能量为84．9 MeV＋7.26 MeV＝92.16 MeV.【答案】92.16 MeV8．激光中子是由重原子核吸收光子后发射中子而产生的，光子的极限能量大约是10 MeV.假定中子从原子核上向外移开距离10－13 cm所受的力保持不变，则平均核力的数量级是________．【解析】核力是一种很强的力，应存在于相邻的核子之间，作用范围在1.5×10－15m之内，由题意知：F·d＝W＝E，则F＝10×106×1.6×10－1910－13×10－2N＝1.6×103 N.【答案】103 N[能力提升]9．下列说法中正确的是( )A．爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量，它们之间可以相互转化B．由E＝mc2可知，能量与质量之间存在着正比关系，可以用物体的质量作为它所蕴藏的能量的量度C．核反应中发现的“质量亏损”是由静止质量变成运动质量D．因为在核反应中产生能量，有质量的转化，所以系统只有质量数守恒，系统的总能量和总质量并不守恒E．在核反应中系统的总能量和总质量是守恒的【解析】E＝mc2说明能量和质量之间存在着联系，即能量与质量之间存在着正比关系，但并不说明能量和质量之间存在相互转化的关系，故A项错误，而B项正确；核反应中的“质量亏损”并不是质量消失，实际上是由静止的质量变成运动的质量，并不是质量转变成能量，故C项正确；在核反应中，质量守恒，能量也守恒，在核反应前后只是能量的存在方式不同，总能量不变，在核反应前后只是物质由静质量变成动质量，故D错误E正确．【答案】BCE10．原来静止的原子核A Z X质量为m1，处在区域足够大的匀强磁场中，经α衰变后变成质量为m2的原子核Y，α粒子的质量为m3，已测得α粒子的速度垂直于磁场B，且动能为E0，假定原子核X衰变时释放的核能全部转化为动能，则下列四个结论中，正确的是( )【导学号：78220055】A．核Y与α粒子在磁场中运动的周期之比为2Z－2B．核Y与α粒子在磁场中运动的半径之比为2Z－2C ．此衰变过程中的质量亏损为m 1－m 2－m 3D ．此衰变过程中释放的核能为AE 0A －4 E ．此衰变过程中释放的核能为A －4AE 0 【解析】 原子核发生α衰变时核子质量数减小4而核电荷数减小2.由题意知X 核原先静止，则衰变后α粒子和反冲核Y 的动量大小相等，由R ＝mvBq知R Y ∶R α＝q α∶q Y ＝2∶(Z －2)，故B 项正确；而周期之比由T ＝2πm Bq 知T Y ∶T α＝m Y q Y ·q αm α＝A －42Z －2，故A 项错误；该过程质量亏损Δm ＝m 1－(m 2＋m 3)，故C 项正确；由E k ＝p 22m 知Y 核的动能E kY ＝4E 0A －4，则释放的核能ΔE ＝E kα＋E kY ＝AE 0A －4，故D 项正确． 【答案】 BCD11．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A Z X ，生成两个动能均为8.9 MeV 的42He.(1 MeV ＝1.6×10－13J)(1)写出上述核反应方程； (2)质量亏损为多少kg?【导学号：78220056】【解析】 (1)根据电荷数和质量数守恒可写出核反应方程为11H ＋73X→42He ＋42He 或11H ＋73Li→42He ＋42He.(2)设反应前质子的动能为E k0，反应后42He 的动能为E k ，由于质量亏损而释放的能量为 ΔE ＝2E k －E k0＝(2×8.9－0.5)MeV ＝17．3 MeV 由ΔE ＝Δmc 2，可得： Δm ＝ΔE c 2＝17.3×106×1.6×10－193×1082kg ＝3.1×10－29kg.【答案】 (1)11H ＋73X→42He ＋42He(或11H ＋73Li→42He ＋42He) (2)3.1×10－29kg12．一个静止的铀核23292U(原子质量为232.037 2 u)放出一个α粒子(原子质量为4.002 6 u)后衰变成钍核22890Th(原子质量为228.028 7 u)．(已知原子质量单位1 u ＝1.67×10－27kg,1u 相当于931.5 MeV 的能量，结果均保留两位有效数字)(1)写出铀核的衰变方程；(2)算出该衰变反应中释放出的核能；(3)若释放的核能全部转化为新核的动能，则α粒子的动能为多少？【导学号：78220057】【解析】 (1)23292U→22890Th ＋42He.(2)质量亏损Δm＝m U－mα－m Th＝0.005 9 uΔE＝Δmc2＝0.005 9×931.5 MeV≈5.5 MeV.(3)系统动量守恒，钍核和α粒子的动量大小相等，即p Th＋(－pα)＝0，p Th＝pαE kTh＝p2Th2m Th ，E kα＝p2α2mα，E kTh＋E kα＝ΔE所以α粒子获得的动能E kα＝m Thmα＋m Th·ΔE＝2284＋228×5.5 MeV≈5.4 MeV.【答案】(1)232 92U→228 90Th＋42He (2)5.5 MeV (3)5.4 MeV。
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走进原子核
1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组成
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
2某种元素的原子核用AZX，下列说法正确的是( )
A．原子核的质子数为Z，中子数为A
B．原子核的质子数为Z，中子数为A－Z
C．原子核的质子数为A，中子数为Z
D．原子核的质子数为A－Z，中子数为Z
3下列说法正确的是( )
A．玛丽·居里首先提出原子的核式结构
B．卢瑟福在α粒子散射实验中发现了电子
C．查德威克在实验中发现了中子
D．爱因斯坦为解释光电效应的实验现象提出了光子说
4天然放射现象的发现揭示了( )
A．原子不可再分 B．原子的核式结构
C．原子核还可再分 D．原子核由质子和中子组成
5人类探测月球发现，在月球的土壤中含有较丰富的质量数为3的氦，它可以作为未来
核聚变的重要原料之一，氦的该种同位素应表示( )
A.43He B.32He C.42He D.33He
6目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u夸克、d夸克的两类夸克组成．u夸克的
电荷量为23e，d夸克的带电荷量为－13e，e为元电荷．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
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7静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核，当它放出一个α粒子后，其速度方向
与磁场方向垂直，测得α粒子和反冲核轨道半径之比为44∶1，如图4－1－2所示，则( )
图4－1－2
A．α粒子与反冲核的动量大小相等，方向相反
B．原来放射性元素的原子核电荷数为90
C．反冲核的核电荷数为88
D．α粒子和反冲核的速度之比为1∶88
参考答案
1解析：原子核内存在质子和中子，中子和质子统称为核子，卢瑟福只发现了质子，以
后又预言了中子的存在．
答案：ABC
2解析：明确原子核的符号的含义：A表示质量数，Z表示质子数，则中子数为A－Z，
所以B正确．
答案：B
3解析：原子核式结构是卢瑟福提出的；电子是汤姆生发现的；查德威克发现了中子，
证实了卢瑟福的猜想；光子说是爱因斯坦受普朗克量子论的启发，为解释光电效应现象而提
出的．
答案：CD
4解析：按照人们认识的发展过程，自汤姆生发现电子和原子是中性的这一事实，认为
原子应由电子和带正电的部分组成，即原子还有结构，故A错．卢瑟福由α粒子散射的现
象，提出了原子的核式结构学说，并为人们接受，即B亦不对．天然放射现象(贝克勒耳最
早发现)表明原子核并非绝对稳定，也可以变化，即核还有结构，即C正确．原子核中发现
中子、质子是在人工转变条件下发现的，故D也不正确．所以本题正确选项应为C.
答案：C
5解析：因为氦的核电荷数为2，所以该种氦的同位素为32He.
答案：B
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6解析：质子11H带电荷量为2×23e＋(－13e)＝e.
中子10n带电荷量为23e＋2×(－13e)＝0.
答案：B
7解析：粒子之间相互作用的过程中遵守动量守恒，由于初始总动量为零，则末动量也
为零，即α粒子和反冲核的动量大小相等，方向相反．
由于释放的α粒子和反冲核均在垂直于磁场的平面内且在洛伦兹力作用下做匀速圆周
运动．
由Bqv＝mv2R得R＝mvBq，
若原来放射性元素的核电荷数为Z，则对于α粒子有
R1＝P1B·2e，对反冲核：R2＝P2BZ－2e
由于P1＝P2，得R1∶R2＝44∶1，得Z＝90.
它们的速度大小与质量成反比，D错误，上述选项正确的为A、B、C.
答案：ABC