高中物理 第3章 原子核與放射性 第1節(jié) 原子核結(jié)構(gòu)學(xué)業(yè)分層測評(píng) 魯科版選修3-5

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第1節(jié) 原子核結(jié)構(gòu) (建議用時(shí)：45分鐘) [學(xué)業(yè)達(dá)標(biāo)] 1．關(guān)于質(zhì)子與中子，下列說法正確的是(　　) A．原子核(除氫核外)由質(zhì)子和中子構(gòu)成 B．質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子 C．盧瑟福發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，并預(yù)言了中子的存在 D．盧瑟福發(fā)現(xiàn)了中子，并預(yù)言了質(zhì)子的存在 E．查德威克用α粒子轟擊鈹發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子 【解析】　原子核(除氫核外)由質(zhì)子和中子構(gòu)成，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子，盧瑟福發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，并預(yù)言了中子的存在，查德威克用α粒子轟擊鈹發(fā)現(xiàn)了中子，故A、B、C正確，D、E錯(cuò)誤． 【答案】　ABC 2．α粒子擊中氮14核后放出一個(gè)質(zhì)子，轉(zhuǎn)變?yōu)檠?7核(O)．在這個(gè)氧原子核中有(　　) A．8個(gè)正電子　　　　　　　 B．17個(gè)電子 C．9個(gè)中子 D．8個(gè)質(zhì)子 E．這個(gè)氧原子核中不可能存在處于游離態(tài)的電子或正電子 【解析】　根據(jù)原子核的構(gòu)成，核電荷數(shù)為8，即質(zhì)子數(shù)為8，核外電子數(shù)為8，質(zhì)量數(shù)為17，所以中子數(shù)為17－8＝9，原子核內(nèi)沒有游離的正電子，所以答案為C、D、E. 【答案】　CDE 3．三個(gè)原子核X、Y、Z，X核放出一個(gè)正電子后變?yōu)閅核，Y核與質(zhì)子發(fā)生核反應(yīng)后生成Z核并放出一個(gè)氦(He)，則下面說法正確的是(　　) A．X核比Z核多一個(gè)質(zhì)子 B．X核比Z核少一個(gè)中子 C．X核的質(zhì)量數(shù)比Z核的質(zhì)量數(shù)大3 D．X核與Z核的總電荷是Y核電荷的2倍 E．X核的電荷數(shù)比Z核的電荷數(shù)大2 【解析】　設(shè)原子核X的核電荷數(shù)為n，質(zhì)量數(shù)為m，則由已知可得兩個(gè)核反應(yīng)方程式分別為： X→e＋　mn－1Y mn－1Y＋H→He＋Z 因此比較X、Y、Z的質(zhì)量數(shù)與核電荷數(shù)，可判定C、D、E均正確． 【答案】　CDE 4．有些元素的原子核可以從很靠近它的核外電子中“俘獲”一個(gè)電子形成一個(gè)新原子(如從離原子核最近的K層電子中俘獲電子，叫“K俘獲”)，當(dāng)發(fā)生這一過程時(shí)(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：18850040】 A．新原子是原來原子的同位素 B．新原子核比原來的原子核少一個(gè)質(zhì)子 C．新原子核將帶負(fù)電 D．新原子核比原來的原子核多一個(gè)中子 E．新原子核與原來的原子核具有相同的核子數(shù) 【解析】　原子核“俘獲”一個(gè)電子后，帶負(fù)電的電子與原子核內(nèi)帶正電的質(zhì)子中和，原子核的質(zhì)子數(shù)減少1，中子數(shù)增加1，形成一個(gè)新原子，新原子與原來的原子相比，質(zhì)子數(shù)不同，中子數(shù)也不同，但核子數(shù)相同，不是同位素，所以B、D、E均正確． 【答案】　BDE 5．以下說法中正確的是(　　) A．原子中含有帶負(fù)電的電子，所以原子帶負(fù)電 B．原子核中的中子數(shù)一定跟核外電子數(shù)相等 C．用α粒子轟擊氮、氟、鈉、鋁等元素的原子核都可以打出質(zhì)子，因此人們斷定質(zhì)子是原子核的組成部分 D．絕大多數(shù)原子核的質(zhì)量跟質(zhì)子質(zhì)量之比都大于原子核的電荷量跟質(zhì)子的電荷量之比，因而原子核內(nèi)還存在一種不帶電的中性粒子 E．查德威克發(fā)現(xiàn)中子后又從許多元素的原子核中都能轟擊出中子，表明中子是原子核的組成部分 【解析】　原子中除了有帶負(fù)電的電子外，還有帶正電的原子核，故A錯(cuò)；原子核中的中子數(shù)不一定跟核外電子數(shù)相等，故B錯(cuò)；正是用α粒子轟擊原子核的實(shí)驗(yàn)才發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，故C正確；因?yàn)榻^大多數(shù)原子核的質(zhì)量跟質(zhì)子質(zhì)量之比都大于原子核的電荷量跟質(zhì)子的電荷量之比，才確定原子核內(nèi)還有別的中性粒子，故D正確；由中子的發(fā)現(xiàn)過程可知，選項(xiàng)E正確． 【答案】　CDE 6．以下是物理學(xué)史上3個(gè)著名的核反應(yīng)方程 x＋Li→2y　y＋N→x＋O　y＋Be→z＋C x、y和z是3種不同的粒子，其中z是________． 【解析】　把前兩個(gè)方程化簡，消去x，即N＋Li＝y(tǒng)＋O，可見y是He，結(jié)合第三個(gè)方程，根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒可知z是中子n. 【答案】　n 7．最近國外科技雜志報(bào)道，將Ni和82Pb經(jīng)核聚變并釋放出一個(gè)中子后，生成第110號(hào)元素的一種同位素，該同位素的中子數(shù)是________． 【解析】　根據(jù)質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)守恒，寫出核反應(yīng)方程 Ni＋82Pb―→Y＋n，則Y的中子數(shù)為269－110＝159. 【答案】　159 8．一個(gè)靜止的氮核N俘獲了一個(gè)速度為2.3107m/s的中子，生成一個(gè)復(fù)核A，A又衰變成B、C兩個(gè)新核．設(shè)B、C的速度方向與中子速度方向相同，B的質(zhì)量是中子的11倍，速度是106 m/s，B、C在同一勻強(qiáng)磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑之比RB∶RC＝11∶30，求： (1)C核的速度大小； (2)根據(jù)計(jì)算判斷C核是什么； (3)寫出核反應(yīng)方程． 【解析】　氮核吸收了一個(gè)中子變成的復(fù)核不穩(wěn)定，將發(fā)生衰變．整個(gè)過程中，中子、氮核以及兩個(gè)新核組成一個(gè)系統(tǒng)，過程前后都不受外界的任何干擾，所以整個(gè)系統(tǒng)在俘獲與衰變過程中動(dòng)量均守恒．利用這一點(diǎn)，可以求出C核的速度．然后根據(jù)粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)情況就可以判斷核的種類，寫出核反應(yīng)方程． (1)氮核從俘獲中子到衰變成B、C兩個(gè)新核的過程動(dòng)量守恒，有mnvn＝mBvB＋mCvC 根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒規(guī)律，可知C核的質(zhì)量數(shù)為14＋1－11＝4. 由此解得vC＝3106 m/s. (2)由帶電粒子在洛倫茲力的作用下做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)R＝，可得 ＝＝＝① qB＋qC＝7② 將①②式聯(lián)立求解得qC＝2，而AC＝4，則C核是氦原子核． (3)核反應(yīng)方程式是N＋n→B＋He. 【答案】　見解析 [能力提升] 9．有兩束均由質(zhì)子和氘核混合組成的粒子流，第一束中的質(zhì)子和氘核具有相同的動(dòng)量，第二束中的質(zhì)子和氘核具有相同的動(dòng)能．現(xiàn)打算將質(zhì)子和氘核分開，有以下一些做法，這些方法中可行的是(　　) A．讓第一束粒子流垂直電場方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場后穿出 B．讓第一束粒子流垂直磁場方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場后穿出 C．讓第二束粒子流垂直電場方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場后穿出 D．讓第二束粒子流垂直磁場方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場后穿出 E．讓粒子流垂直于電場方向進(jìn)入速度選擇器，適當(dāng)調(diào)節(jié)兩板間電場強(qiáng)度大小，讓粒子流從板間穿出 【解析】　在電場中，電場方向上的偏移量為 y＝at2＝＝ 在磁場中，軌道半徑為 R＝＝＝ 所以，以相同的動(dòng)量進(jìn)入電場和以相同的動(dòng)能進(jìn)入磁場能分開．適當(dāng)調(diào)節(jié)速度選擇器兩板間電場強(qiáng)度，可使質(zhì)子滿足Eq＝Bvq，沿直線飛出，則氘核將沿電場方向偏轉(zhuǎn)，傾斜穿出，故A、D、E正確． 【答案】　ADE 10．1993年，中國科學(xué)院上海原子核研究所制得了一種新的鉑元素的同位素78Pt，制取過程如下： (1)用質(zhì)子轟擊鈹靶Be產(chǎn)生快中子，核反應(yīng)方程：_________； (2)用快中子轟擊汞80Hg，反應(yīng)過程可能有兩種： ①生成78Pt，放出氦原子核，核反應(yīng)方程：____________；②生成78Pt，放出質(zhì)子、中子，核反應(yīng)方程： _________________________________________________________ _________________________________________________________. 【解析】　根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，算出新核的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)，然后寫出核反應(yīng)方程． (1)Be＋H―→B＋n. (2)①80Hg＋n―→78Pt＋He；②80Hg＋n―→78Pt＋2H＋n. 【答案】　見解析 11．1930年發(fā)現(xiàn)，在真空條件下用α粒子(He)轟擊鈹(Be)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一種看不見的、貫穿能力極強(qiáng)且不帶電的粒子，查德威克認(rèn)定這種粒子就是中子． (1)寫出α粒子轟擊鈹核的核反應(yīng)方程； (2)若一個(gè)中子與一個(gè)靜止的碳核發(fā)生正碰，已知中子的質(zhì)量為mn、初速度為v0，與碳核碰后的速率為v1，運(yùn)動(dòng)方向與原來運(yùn)動(dòng)方向相反，碳核質(zhì)量視為12mn，求碳核與中子碰撞后的速率； (3)若與中子碰撞后的碳核垂直于磁場方向射入勻強(qiáng)磁場，測得碳核做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為R，已知元電荷的電荷量為e，求該磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小. 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：18850041】 【解析】　(1)Be＋He―→n＋C. (2)根據(jù)動(dòng)量守恒定律有 mnv0＝－mnv1＋12mnv2， 解得：v2＝. (3)根據(jù)牛頓第二定律和洛倫茲力公式有6eBv2＝12mnv/R 解得：B＝. 【答案】　(1)Be＋He―→n＋C (2)　(3)