高中物理 第四章 從原子核到夸克單元測(cè)試 滬科版選修35

第四章 從原子核到夸克本章測(cè)評(píng)(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、三種射線(xiàn)，下列說(shuō)法中正確的是()A射線(xiàn)是原子核自發(fā)放射出的氦核，它的穿透能力最強(qiáng)B射線(xiàn)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(xiàn)一般伴隨著或射線(xiàn)產(chǎn)生，它的穿透能力最強(qiáng)D射線(xiàn)是電磁波，它的穿透能力最弱32000年8月21日，俄羅斯“庫(kù)爾斯克”號(hào)核潛艇在巴倫支海遇難，沉入深度約為100 m的海底?！皫?kù)爾斯克”號(hào)核潛艇的沉沒(méi)再次引起人們對(duì)核廢料與環(huán)境問(wèn)題的重視。幾十年來(lái)人們向以巴倫支海海域傾倒了不少核廢料，核廢料對(duì)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(zhǎng)C鈾、钚等重金屬有毒性D鈾、钚等核廢料會(huì)造成爆炸4放射性元素衰變時(shí)放出三種射線(xiàn)，按穿透能力由強(qiáng)到弱的排列順序是 ()A射線(xiàn)，射線(xiàn)，射線(xiàn) B射線(xiàn)，射線(xiàn)，射線(xiàn)C射線(xiàn)，射線(xiàn)，射線(xiàn) D射線(xiàn)，射線(xiàn)，射線(xiàn)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()AS BQ CP DR6光子的能量為h，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)生衰變時(shí)只發(fā)射出了一個(gè)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(guó)環(huán)境公署對(duì)科索沃地區(qū)的調(diào)查表明，北約對(duì)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(zhǎng)期危害環(huán)境，下列關(guān)于其殘留物長(zhǎng)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(duì)環(huán)境產(chǎn)生長(zhǎng)期危害B爆炸后的彈片不會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危害，會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生長(zhǎng)期危害C鈾238的衰變速度很快D鈾的半衰期很長(zhǎng)8迄今為止合成的最重的元素是112號(hào)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(hào)元素的原子的同時(shí)向外釋放出一個(gè)中子。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A112號(hào)元素是金屬元素B112號(hào)元素的質(zhì)子數(shù)為112C科學(xué)家合成的112號(hào)元素的原子的中子數(shù)為166D112號(hào)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(guò)6次衰變和8次衰變，生成了新核。則新核和原來(lái)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(gè)小題，每小題6分，共18分。把答案填寫(xiě)在題中的橫線(xiàn)上)11一個(gè)原子核，它的符號(hào)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(mén)和T。若經(jīng)過(guò)2T后兩種元素的核的質(zhì)量相等，則開(kāi)始時(shí)兩種核的個(gè)數(shù)之比為_(kāi)；若經(jīng)過(guò)2T后兩種核的個(gè)數(shù)相等，則開(kāi)始時(shí)兩種核的質(zhì)量之比為_(kāi)。13如圖所示，放射性元素X，在云霧室里進(jìn)行衰變，放射線(xiàn)受到垂直紙面出來(lái)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的作用，徑跡如圖，設(shè)射線(xiàn)由下向上射入磁場(chǎng)，則生成的新核原子序數(shù)為_(kāi)，質(zhì)子數(shù)為_(kāi)。三、計(jì)算題(共3個(gè)小題，共32分。解答時(shí)寫(xiě)出必要的文字說(shuō)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(xiàn)貫穿能力極強(qiáng)，它甚至能穿透幾厘米厚的鉛板，1932年，英國(guó)年輕物理學(xué)家查德威克用這種未知射線(xiàn)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(xiàn)均與靜止的氫核和氮核正碰，測(cè)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(shí)無(wú)機(jī)械能損失，設(shè)未知射線(xiàn)中粒子質(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(xiàn)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(chǎng)中的核發(fā)生衰變后，粒子和反沖核在垂直于它們運(yùn)動(dòng)方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中分別做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其半徑之比為451，周期之比為90117。求粒子和反沖核的動(dòng)能之比為多少？16(12分)人類(lèi)認(rèn)識(shí)原子結(jié)構(gòu)和開(kāi)發(fā)利用原子能經(jīng)歷了十分曲折的過(guò)程，請(qǐng)按要求回答下列問(wèn)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(qǐng)選擇其中的兩位，指出他們的主要成績(jī)。_(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(jiǎn)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(duì)心正碰，通過(guò)計(jì)算說(shuō)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(shí)驗(yàn)表明了原子內(nèi)部有一個(gè)很小的核，并沒(méi)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)的放射出粒子或電子，從而發(fā)生衰變或衰變，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(méi)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(méi)有涉及原子核的變化，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。答案：B2解析：射線(xiàn)是原子核發(fā)生衰變放出的氦核流，它的電離能力強(qiáng)，但穿透能力弱；射線(xiàn)也是原子核發(fā)生衰變放出的電子流，具有較強(qiáng)的電離能力和穿透能力；射線(xiàn)是一種電磁波，一般伴隨著或射線(xiàn)產(chǎn)生，它的穿透能力強(qiáng)，電離能力弱。答案：C3答案：ABC4解析：由于三種射線(xiàn)的能量不同，所以貫穿能力最強(qiáng)的是射線(xiàn)，射線(xiàn)次之，射線(xiàn)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(yīng)該有穩(wěn)定的放射性，半衰期越長(zhǎng)，放射性越穩(wěn)定；但考慮到放射性對(duì)人體的危害，半衰期越長(zhǎng)，對(duì)人體的危害越大，所以一旦研究結(jié)束，就希望放出的射線(xiàn)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：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(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，在原子核發(fā)出一個(gè)光子衰變后，原子核和光子的動(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：C7解析：鈾238的半衰期很長(zhǎng)，所以會(huì)長(zhǎng)時(shí)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(yīng)為156。因?yàn)榇笥?3號(hào)的元素都具有放射性，該元素也不會(huì)例外。答案：C9解析：(1)互稱(chēng)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)衰變和衰變得核反應(yīng)方程表達(dá)式分別為：XYHe(衰變)，MNe(衰變)P和F是同位素，設(shè)電荷數(shù)均為Z，則衰變過(guò)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(gè)，中子數(shù)為953857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：3857383812解析：若開(kāi)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N1aN2b，由此可得。若開(kāi)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m1m2a4b。答案：a4b13解析：根據(jù)左手定則可知衰變后的射線(xiàn)為射線(xiàn)，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(mǎn)足動(dòng)量守恒和機(jī)械能守恒，與氫核碰撞時(shí)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(shí)系統(tǒng)的總動(dòng)量守恒，做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)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)，粒子和反沖核的動(dòng)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(chǎng)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(jiàn)，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qx90。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(mén)，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(dòng)能之比為。答案：117216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