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2019年高中物理 第4章《從原子核到夸克》綜合檢測 滬科版選修3-5 一、選擇題(本題包括10個小題，每小題4分，共40分．在每小題給出的四個選項中，至少有一項是符合題目要求．全部選對的得4分，選對但不全的得2分，選錯或不選的得0分) 1．xx年美國和俄羅斯的科學家利用回旋加速器，通過Ca(鈣48)轟擊Cf(锎249)發(fā)生核反應，成功合成了第118號元素，這是迄今為止門捷列夫元素周期表中原子序數(shù)最大的元素．實驗表明，該元素的原子核先放出了3個相同的粒子x，再連續(xù)經過3次α衰變后，變成質量數(shù)為282的第112號元素的原子核，則上述過程中的粒子x是(　　) A．中子　　　　　　　　　 B．質子 C．電子 D．α粒子 【解析】　在核反應中核電荷數(shù)和質量數(shù)守恒，由此知選項A正確． 【答案】　A 2．一種元素的同位素的原子核內中子數(shù)N與原子核的質量數(shù)A間的關系是圖中的(　　) 【解析】　原子核的質量數(shù)A＝Z＋N，可得N＝A－Z的函數(shù)關系． 【答案】　D 3．我國科學家于1965年9月首次用人工方法合成了結晶牛胰島素，為了證明人工合成的牛胰島素結晶跟天然牛胰島素的結晶是同一種物質，在合成過程中摻入放射性14C，然后把摻入14C的人工合成的牛胰島素與天然牛胰島素混合到一起，經過多次重新結晶后，得到了放射性14C分布均勻的牛胰島素結晶，這就證明了人工合成的牛胰島素與天然牛胰島素完全融為一體，它們是同一種物質，從而為我國在國際上首次合成牛胰島素提供了有力的證據(jù)．那么在人工合成過程中摻入14C起到的作用是(　　) A．擴散作用 B．組成元素 C．示蹤原子 D．增強人的抗病能力 【解析】　通過檢測C－14衰變發(fā)出的射線，才能確定人工方法合成了牛胰島素是否均勻分布在牛胰島素結晶里，C－14是示蹤原子． 【答案】　C 4．鋁箔被α粒子轟擊后發(fā)生了以下核反應：Al＋He―→X＋n.下列判斷正確的是(　　) A.n是質子 B.n是中子 C．X是Si的同位素 D．X是P的同位素 【解析】　符號n為中子，質子的符號為H，故A錯，B對．根據(jù)電荷數(shù)守恒和質量數(shù)守恒可算出X的電荷數(shù)為15，質量數(shù)為30，所以X是P的同位素，C錯．D對． 【答案】　BD 5．(2011商洛檢測)將半衰期為5天的質量為64 g的鉍分成四份分別投入(1)開口容器中；(2)100 atm的密封容器中；(3)100 C的沸水中；(4)與別的元素形成化合物．經10天后，4種情況剩下的鉍質量數(shù)分別為m1、m2、m3、m4，則(　　) A．m1＝m2＝m3＝m4＝4 g B．m1＝m2＝m3＝4 g，m4＜4 g C．m1＞m2＞m3＞m4，m1＝4 g D．m1＝4 g，其余無法知道 【解析】　放射性元素的半衰期是一定的，與放射性元素所在的物理環(huán)境和化學環(huán)境無關，所以A正確． 【答案】　A 6．如圖1所示是原子核人工轉變實驗裝置示意圖，A是α粒子源，F(xiàn)是鋁箔，S是熒光屏，在容器中充入氮氣后，屏S上出現(xiàn)閃光，該閃光產生的原因是 (　　) 圖1 A．α粒子射到屏S上產生的 B．α粒子轟擊氮核后產生的某種粒子射到屏上產生的 C．α粒子轟擊鋁箔F上打出的某種粒子射到屏上產生的 D．粒子源中放出的γ射線射到屏上產生的 【解析】　該實驗的核反應方程是N＋He→O＋H 這是原子核的第一次人工轉變，世界第一次發(fā)現(xiàn)質子的實驗，而本題出現(xiàn)的閃光是α粒子從氮核里打出的質子穿過鋁箔射到屏上產生的． 【答案】　B 7．在勻強磁場里有一個原來靜止的放射性碳14，它所放射的粒子與反沖核的軌跡是兩個相切的圓，圓的半徑比為5∶1，如圖2所示，那么碳的衰變方程是(　　) 圖2 A.C―→He＋Be B.C―→　0－1e＋B C.C―→e＋N D.C―→H＋B 【解析】　由于兩個軌跡為外切圓，放出的粒子和反沖核方向相反，由左手定則可知，它們必均為正電荷；而衰變過程中兩者動量大小相等，方向相反，由于qBv＝，則R＝因半徑之比為5∶1，它們的電量之比為1∶5，由此可知D正確． 【答案】　D 8．1996年科學家們在研究某兩個重離子結合成超重元素的反應時，發(fā)現(xiàn)生成的超重元素的核X經過6次α衰變后的產物是Fm.由此，可以判定生成的超重元素的原子序數(shù)和質量數(shù)分別是(　　) A．124、259 B．124、265 C．112、265 D．112、277 【解析】　寫出核反應方程為X―→6He＋Fm 可知A＝64＋253＝277，Z＝62＋100＝112，選項D正確． 【答案】　D 9．在下列四個方程，X1、X2、X3和X4 各代表某種粒子(　　) ①U＋n→Sr＋Xe＋3X1?、贖＋X2→He＋n?、踀→Th＋X3?、躆g＋He→Al＋X4以下判斷中正確的是(　　) A．X1是中子 B．X2是電子 C．X3是α粒子 D．X4是氘核 【解析】　首先根據(jù)電荷數(shù)守恒算出X1、X2、X3、X4的核電荷數(shù)分別為0、1、2、1，從而確定粒子的名稱分別為中子、氫、氦、氫，然后再根據(jù)質量守恒確定X1代表中子，X2代表氘核，X3代表α粒子，X4代表有質子，故A、C正確． 【答案】　AC 10．(xx上海單科)某放射性元素經過11.4天有7/8的原子核發(fā)生了衰變，該元素的半衰期為(　　) A．11.4天　　　　　　　 B．7.6天 C．5.7天 D．3.8天 【解析】　根據(jù)半衰期的定義，剩余原子個數(shù)N＝N總()，t是經歷的天數(shù)，T是半衰期，故11.4＝3T，T＝3.8天，D項正確． 【答案】　D 二、填空題(本題2小題，共12分) 11．(4分)一置于鉛盒中的放射源發(fā)射的α、β和γ射線，由鉛盒的小孔射出，在小孔外放一鋁箔，鋁箔后的空間有一勻強電場．進入電場后，射線變?yōu)閍、b兩束，射線a沿原來方向行進，射線b發(fā)生了偏轉，如圖3所示，則圖中的射線a為________射線，射線b為________射線． 圖3 【解析】　三種射線中α射線穿透力最弱，不能穿透鋁箔；β是高速電子流，帶負電，在電場中能發(fā)生偏轉，而γ是一種電磁波，在電場中不發(fā)生偏轉，所以射線a為γ射線，射線b為β射線． 【答案】　γ　β 12．(8分)1956年李政道和楊振寧提出在弱相互作用中宇稱不守恒，并由吳健雄用Co放射源進行了實驗驗證．次年，李、楊二人因此獲得諾貝爾物理獎.Co的衰變方程是Co→Ni＋e＋e，其中e是反中微子，它的電荷為零，靜止質量可認為是零． (1)Co與Fe同周期，Co的核外電子數(shù)為________，在上述衰變方程中，衰變產物Ni的質量數(shù)A是________，核電荷數(shù)Z是________． (2)在衰變前Co核靜止，根據(jù)云室照片可以看出，衰變產物Ni和e的運動徑跡不在一條直線上，如果認為衰變產物只有Ni和e，那么衰變過程將違背________守恒定律． 【解析】　(1)關鍵要知道Co在周期表中的位置，Co核外電子數(shù)等于質子數(shù)27，而Ni是Co的衰變產物，且它與Co質量只相差一個電子和一個反中微子，電子質量僅為質子質量的，可忽略不計，又知道反中微子靜止質量可認為是零．因此Ni的質量數(shù)A應與Co相同，也為60，據(jù)衰變方程知，Co的一個中子變成質子，則Ni的電荷數(shù)應比Co多1，即Z＝28.(2)衰變前Co靜止，總動量為零，衰變后若只產生兩粒子Ni和e，據(jù)動量守恒，Ni和e，系統(tǒng)動量也為零，只有當兩粒子運動在同一直線上，方向相反才能保持動量為零．假如原為靜態(tài)粒子衰變?yōu)閮蓚€粒子，若現(xiàn)在它們卻不在同一直線上運動，那肯定是違反了動量守恒定律． 【答案】　(1)27　60　28　(2)動量 三、計算題(本題包括4個小題，共48分，解答時要寫出必要的文字說明、主要的解題步驟，有數(shù)值計算的要注明單位) 13．(10分)為了臨床測定病人血液的體積，可根據(jù)磷酸鹽在血液中將為紅血球所吸收這一事實，向病人體內輸入適量含有P作示蹤原子的血液．先將含有P的血液4 cm3等分為二，其中一份留作標準樣品，20 min測量出其放射性強度10 800 s－1；另一份則通過靜脈注射到病人體內，經20 min后，放射性血液分布于全身，再從病人體內抽出血液樣品2 cm3，測出其放射性強度為5 s－1，則病人的血液體積為多少？ 【解析】　20 min后血液的放射強度應與標準樣品的放射性強度相等，根據(jù)它是2 cm3血液樣品的放射強度5s－1的倍數(shù)，就可求出血液的總體積． 由于標準樣品與輸入體內的P的總量是相等的，因此兩者的放射性強度與P原子核的總數(shù)均是相等的． 設病人血液總體積為V.由5＝10 800，得V＝4 320 cm3. 【答案】　4 320 cm3 14．(12分)測得某礦石中鈾、鉛質量比為1.15∶1，假設開始時礦石只含有鈾238，發(fā)生衰變的鈾238都變成了鉛206.已知鈾238的半衰期是4.5109年，求礦石的年齡． 【解析】　利用半衰期的計算公式m＝m0，只要找出m、m0的關系，由τ＝4.5109年，即可求出礦石的年齡． 設開始時礦石中有m0千克的鈾238，經n個半衰期后，剩下鈾m千克，則m＝m0n，衰變掉的鈾為m0－m＝m0，一個鈾核衰變成一個鉛核，設生成鉛x千克，則＝， x＝m0 據(jù)題意，有：＝，即＝ 解得n＝1，即t＝T＝4.5109年． 【答案】　4.5109年 15．(12分)在暗室的真空裝置中做如下實驗：在豎直放置的平行金屬板間的勻強電場中，有一個能產生α、β、γ三種射線的放射源，從放射源射出的一束射線垂直于電場方向射入電場，如圖4所示，在與放射源距離為H高處水平放置兩張疊放著的涂藥面朝下的顯影紙(比一般紙厚，且堅韌的涂有感光藥的紙)，經射線照射一段時間后使兩張顯影紙顯影． 圖4 (1)上面的顯影紙有幾個暗斑？各是什么射線的痕跡？ (2)下面的顯影紙顯出一串3個暗斑，試估算中間暗斑與兩邊暗斑的距離之比．(已知mα＝4 u，mβ＝ u，vα＝，vβ＝c) 【解析】　(1)2個暗斑，分別是β、γ射線痕跡．一張顯影紙即可擋住α射線． (2)由s＝at2，a＝Eq/m，t＝得：s＝，即sα∶sβ＝∶＝5∶184. 【答案】　(1)2個暗斑　β、γ射線 (2)5∶184 16．(14分)一個靜止的氮核N俘獲一個速度為2.3107 m/s的中子生成一個復核A，A又衰變成B、C兩個新核，設B、C的速度方向與中子速度方向相同，B的質量是中子的11倍，速度是106 m/s，B、C在同一勻強磁場中做圓周運動的半徑比RB∶RC＝11∶30，求： (1)C核的速度大小； (2)根據(jù)計算判斷C核是什么？ (3)寫出核反應方程式． 【解析】　(1)由動量守恒定律，mnvn＝mBvB＋mCvC，所以vC＝＝ m/s＝3106 m/s. (2)由qvB＝m得R＝，RB＝，RC＝. 因為＝＝， 從而可求出＝，又因為qC＋qB＝7，所以qC＝2；而mC＝4，所以C核是He. (3)N＋n―→B＋He. 【答案】　(1)3106 m/s (2)He (3)N＋n―→B＋He