鲁科版高中物理选修35第三章原子核与放射性单元检测含答案解析.docx

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鲁科版高中物理选修35第三章原子核与放射性单元检测含答案解析

鲁科版高中物理选修3-5第三章原子核与放射性单元检测

学校:

___________姓名：

___________班级：

___________考号：

___________

一、单选题

1．下列说法中正确的是（）

A．光电效应是原子核吸收光子向外释放电子的现象

B．一群处于n=3能级激发态的氢原子，自发跃迁时能发出3种不同频率的光

C．放射性元素发生一次β衰变，原子序数增加2

D．汤姆生通过α粒子散射实验建立了原子的核式结构模型

2．下列有关说法中正确的是（ ）

A．α散射实验说明了原子内部绝大部分空间是空的

B．核力只存在于质子与质子之间，中子与中子之间没有核力作用

C．因为α粒子的速度比β粒子的速度小，所以α粒子的电离本领也小

D．某放射性物质经过一个半衰期该放射性元素的含量减少了N．若经过两个半衰期，该放射性元素的含量减少2N

3．放射性同位素钍

经一系列α、β衰变后生成氡

，以下说法正确的是

A．每经过一次α衰变原子核的质量数会减少2个

B．每经过一次β衰变原子核的质子数会增加1个

C．放射性元素钍

的原子核比氡

原子核的中子数少4个

D．钍

衰变成氡

一共经过2次α衰变和3次β衰变

4．下列有关原子结构和原子核的认识，其中正确的是．

A．

射线是高速运动的电子流

B．氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能增大

C．太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变

D．

的半衰期是5天，100克

经过10天后还剩下50克

5．如图是核反应堆的示意图，对于核反应堆的认识，下列说法正确的是（）

A．铀棒是核燃料，核心物质是铀238

B．石墨起到吸收中子的作用

C．镉棒起到使中子减速的作用

D．水泥防护层的作用是为了阻隔γ射线，避免放射性危害

6．下列说法正确的是（  ）

A．光电效应表明光具有能量，且具有波粒二象性

B．根据波尔理论可知，氢原子辐射出一个光子后，氢原子的电势能增大，核外电子的运动速度减小

C．

的半衰期是5天，12g

经过15天后衰变了1.5g

D．α粒子散射实验时卢瑟福建立原子核结构模型的重要依据

7．以下说法中正确的是（  ）

A．照相机镜头表面的镀膜是光的偏振现象的应用    

B．β衰变所放出的电子来自原子核外

C．γ射线是一种波长很短的电磁波                           

D．放射性元素的半衰期随温度的升高而变短

8．目前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素，下列有关放射性知识的说法中正确的是（  ）

A．β射线与γ射线一样是电磁波，但穿透本领远比γ射线弱

B．放射性元素发生β衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的

C．氡的半衰期为3.8天，4个氡原子核经过7.6天后就一定只剩下1个氡原子核

D．某放射性原子核经过2次α衰变和一次β衰变，核内质子数减少4个

9．下列说法中正确的是（）

A．α粒子散射实验发现极少数α粒子发生了较大角度偏转，说明原子的质量绝大部分集中在很小空间范围

B．按照玻尔理论，氢原子核外电子向高能级跃迁后动能增加

C．对放射性物质施加压力，其半衰期将减小

D．天然放射现象中发出的三种射线是从原子核外放出的

10．如图所示是用阴极射线管演示电子在磁场中受洛伦兹力的实验装置，图中虚线是电子的运动轨迹，那么下列关于此装置的说法正确的是（　　）

A．A端接的是高压直流电源的正极                          

B．C端是蹄形磁铁的N极

C．C端是蹄形磁铁的S极                                          

D．以上说法均不对

11．下列应用中把放射性同位素不作为示踪原子的是（ ）

A．利用含有放射性碘131的油，检测地下输油管的漏油情况

B．把含有放射性元素的肥料施给农作物，利用探测器的测量，找出合理的施肥规律

C．利用射线探伤法检查金属中的砂眼和裂纹

D．给怀疑患有甲状腺的病人注射碘131，诊断甲状腺的器质性和功能性疾病

12．如图为电视机显像管中电子束偏转的示意图．磁环上的偏转线圈通以图示方向的电流时，沿轴线向纸内射入的电子束的偏转方向（  ）

A．向上

B．向左

C．向下

D．向右

13．在匀强磁场中有一个原来静止的碳14原子核发生了某种衰变，已知放射出的粒子速度方向及反冲核的速度方向均与磁场方向垂直，它们在磁场中运动的径迹是两个相内切的圆，两圆的直径之比为7：

1，如图所示．则碳14的衰变方程为（　　）

A．

B．

C．

D．

14．下列说法正确的是（　　）

A．较小比结合能的原子核不稳定，容易发生裂变

B．放射性元素的半衰期跟原子所处的化学状态无关，但与外部条件有关

C．某种频率的紫外线照射到金属锌板表面时能够发生光电效应，若增大该种紫外线照射的强度，从锌板表面逸出的光电子的最大初动能并不改变

D．根据玻尔的原子理论，氢原子的核外电子由能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时，会辐射一定频率的光子，同时核外电子的动能变小

二、多选题

15．以下是有关近代物理内容的若干叙述，其中正确的是（  ）

A．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，改用波长较长的光照射该金属可能发生光电效应

B．康普顿效应证实了光子像其他粒子一样，不但具有动能，也具有动量

C．氡222的半衰期为3.8天，则质量为4g的氡222经过7.6天还剩下1g的氡222

D．玻尔理论解释了原子发射出来的光子其谱线为什么是不连续的

E.重核裂变为几个中等质量的核，则其平均核子质量会增加

16．下列说法正确的是（  ）

A．光电效应实验中，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多

B．氢原子辐射一个光子后，氢原子核外电子动能减小

C．大量事实表明，原子核衰变时电荷数和质量数都守恒

D．原子核的半衰期与环境的温度、压强有关

E.比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定

17．下列说法正确的是（  ）

A．天然放射现象的发现揭示了原子核有复杂的结构

B．α、β和γ三种射线，α射线的穿透力最强

C．

衰变成

要经过6次β衰变和8次α衰变

D．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能

三、填空题

18．自然界里一些放射性重元素往往会发生一系列连续的衰变，形成放射系．图是锕系图．纵坐标N表示________，横坐标Z表示________，从U→Pb有________次α衰变，________次β衰变．

19．如图所示，是利用放射线自动控制铝板厚度的装置．假如放射源能放射出α、β、γ三种射线，而根据设计，该生产线压制的是3mm厚的铝板，那么是三种射线中的________射线对控制厚度起主要作用．当探测接收器单位时间内接收到的放射性粒子的个数超过标准值时，将会通过自动装置将M、N两个轧辊间的距离调________一些．

20．放射性物质

Pb和

Co的核衰变方程分别为：

Po→

Pb+X1

Co→

Ni+X2

方程中的X1代表的是________，X2代表的是________．

四、解答题

21．在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了一次α衰变．放射出α粒子（

）在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R．以m、q分别表示α粒子的质量和电荷量．

（1）放射性原子核用

表示，新核的元素符号用Y表示，写出该α衰变的核反应方程．

（2）α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，求圆周运动的周期和环形电流大小．

（3）设该衰变过程释放的核能都转为为α粒子和新核的动能，新核的质量为M，求衰变过程的质量亏损△m．

22．如图所示，有界的匀强磁场磁感应强度为B=0.05T，磁场方向垂直于纸面向里，MN是磁场的左边界．在磁场中A处放一个放射源，内装

Ra，

Ra放出某种射线后衰变成

Rn．

（1）写出上述衰变方程；

（2）若A处距磁场边界MN的距离OA=1.0m时，放在MN左侧边缘的粒子接收器收到垂直于边界MN方向射出的质量较小的粒子，此时接收器距过OA的直线1.0m．求一个静止

Ra核衰变过程中释放的核能有多少？

（取1u=1.6×10﹣27kg，e=1.6×10﹣19C，结果保留三位有效数字）

23．1930年发现，科学家在真空条件下用α粒子轰击

时，产生了一种看不见的、贯穿力很强的不带电粒子，为了弄清楚这是一种什么粒子，人们用它分别去轰击氢原子和氮原子，结果打出一些氢核和氮核，并以此推算出了该粒子的质量，从而确定改粒子为中子．设氢核的质量为mH，氮核的质量为氢核质量的14倍，碰撞后氢核的速度为vH，氮核的速度为vN，假设中子与它们的碰撞为弹性弹性碰撞，碰撞的粒子分别为中子和氢核及中子和氮核．

（1）试写出α粒子轰击

的核反应方程；

（2）试根据中子与氢原子和氮原子的碰撞结果，利用题中的可测量量，推算出中子的质量．

参考答案

1．B

【分析】

光电效应是原子吸收光子向外释放电子的现象；一群处于n=3能级激发态的氢原子，根据

，即可求解；发生一次β衰变，中子放出电子，多一个质子，原子序数增加1；卢瑟福通过α粒子散射实验建立了原子的核式结构模型．

【详解】

光电效应是原子中的电子吸收光子，从而摆脱原子核的束缚，向外释放光电子的现象，故A错误；一群处于n=3能级激发态的氢原子，自发跃迁时能发出3种不同频率的光，故B正确；放射性元素发生一次β衰变，少一个中子，多一个质子，使原子序数增加1，故C错误；卢瑟福通过α粒子散射实验建立了原子的核式结构模型，故D错误．故选B．

【点睛】

考查光电效应是原子吸收光子，掌握跃迁放出几种频率光子的方法，注意β衰变的原子序数增加1，同时知道α粒子散射实验的意义．

2．A

【分析】

α散射实验中绝大多数不偏转，说明绝大部分空间是空的；核力存在于相邻质子间、中子间、质子与中子间的；α粒子的电离本领最大；经过一个半衰期有半数发生衰变．

【详解】

α散射实验说明了原子内部绝大部分空间是空的，故A正确；核力存在于相邻的质子与质子、质子与中子以及中子与中子之间，故B错误；α粒子的速度比β粒子的速度小，但是α粒子的电离本领较大，故C错误；经过第一个半衰期该放射性元素的含量减少了N．若经过两个半衰期，则第二个半衰期含量减小了0.5N，该放射性元素的含量减少了1.5N，故D错误；故选A．

【点睛】

此题考查α粒子散射实验的意义，掌握核力存在的范围，理解三种射线的电离本领与穿透能力的关系，注意半衰期的内涵．

3．B

【详解】

A.经过一次α衰变，电荷数少2，质量数少4，故A错误；

B.经过一次β衰变，电荷数多1，质量数不变，质子数等于电荷数，则质子数增加1个，故B正确；

C.元素钍

的原子核的质量数为232，质子数为90，则中子数为142，氡

原子核的质量数为220，质子数为86，则中子数为134，可知放射性元素钍

的原子核比氡

原子核的中子数多8个，故C错误；

D.钍

衰变成氡

，可知质量数少12，电荷数少4，因为经过一次α衰变，电荷数少2，质量数少4，经过一次β衰变，电荷数多1，质量数不变，可知经过3次α衰变，2次β衰变，故D错误。

4．B

【详解】

射线是光子流，所以A错误；氢原子辐射光子后，从高轨道跃迁到低轨道，其绕核运动的电子速度增大，动能增大，故B正确；太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的轻核聚变，所以C错误；半衰期是大量的统计规律，少数原子核不适应，所以D错误．故选B．

5．D

【详解】

A．铀棒是核燃料，核心物质是铀235，A错误；

BC．在核反应堆中用石墨做慢化剂使中子减速，镉棒的作用是吸收中子，BC错误；

D．水泥防护层的作用是为了阻隔γ射线，避免放射性危害，D正确。

故选D。

6．D

【分析】

光电效应现象和康普顿效应现象说明光具有粒子性．氢原子辐射出一个光子后，氢原子的电势能减小，核外电子的运动速度增大．放射性元素的原子核有半数发生衰变时所需要的时间叫半衰期．卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子核式结构模型．

【详解】

光电效应现象说明光具有粒子性．故A错误．根据玻尔理论可知，氢原子辐射出一个光子后，电子从高轨道跃迁到低轨道，电子与原子核之间的距离变小，库仑力做正功，氢原子的电势能减小；电子与原子核之间的距离变小，由库仑力提供向心力可得，核外电子的运动速度增大．故B错误．

半衰期是5天，12g

经过15天后，衰变后剩余质量为

，则衰变了10.5g，还剩下1.5g还没有衰变．故C错误．卢瑟福依据α粒子散射实验提出了原子核式结构模型．故D正确．故选D．

【点睛】

特别要理解并掌握理论玻尔理论和半衰期的意义，知道半衰期是放射性元素的原子核有半数发生衰变时所需要的时间，根据时间能算出没有衰变的原子核的质量；解决本题的关键：

1、理清物理学史实；2、氢原子辐射光子，从高能级跃迁到低能级，吸收光子，从低能级跃迁到高能级．

7．C

【解析】

照相机镜头表面的镀膜是光的干涉现象的应用，选项A错误；β衰变所放出的电子来自原子核内的中子转化为质子时放出的，选项B错误；γ射线是一种波长很短的电磁波，选项C正确；放射性元素的半衰期随温度的升高不发生改变，选项D错误；故选C.

8．B

【解析】

【分析】

β射线的实质是电子流，γ射线的实质是电磁波；半衰期具有统计规律，对大量的原子核适用；β衰变的电子来自原子核中的中子转化为质子时产生的．根据两种衰变的特点判断出质子数的变化．

【详解】

β衰变时，原子核中的一个中子，转变为一个质子和一个电子，电子释放出来，β射线的实质是电子流，γ射线的实质是电磁波，γ射线的穿透本领比较强．故A错误，B正确．半衰期是统计规律，对少数原子核不适用，C错误；某放射性原子核经过2次α衰变，核内质子数减少4个，再经过一次β衰变后，质子数又增加1个，所以核内质子数共减少3个．故D错误．故选B．

9．A

【解析】

【分析】

少数α粒子发生了较大偏转，说明原子的质量绝大部分集中在很小空间范围，α、β、γ三种射线分别是氦核、电子、电磁波，都是从原子核内放出的，半衰期是有半数发生衰变所需的时间，由原子核内部因素决定，与所加的压力、温度、化学性质无关；

【详解】

α粒子散射实验中少数α粒子发生较大角度偏转是由于原子所有正电荷和几乎全部质量都集中在很小空间范围内，故A正确；按照玻尔理论，氢原子核外电子向高能级跃迁后，轨道半径变大，动能减少，故B错误；原子核的半衰期与物质所受压力无关，故C错误；天然放射现象中发出的三种射线均是从原子核内放出的，故D错误；故选A.

【点睛】

本题考查了半衰期、α粒子散射实验、能级跃迁等基础知识点，比较简单，关键要熟悉教材，牢记这些基础知识点．

10．B

【详解】

如图，电子从A极射向B极，电子带负电，则B端应接正极，A端应接负极．故A错误．电子束向下偏转，所受的洛伦兹力方向向下，根据左手定则判断可知，C端是蹄形磁铁的N极．故B正确，CD错误．故选B．

【点睛】

本题考查对阴极射线管结构、特性及左手定则理解和应用能力．左手定则应用时要注意四指指向负电荷运动的反方向．

11．C

【详解】

A．利用含有放射性碘131的油，检测地下输油管的漏油情况是将放射性碘131的油作为示踪原子使用，故A放射性同位素是作为示踪原子，选项A不符合题意；

B．把含有放射性元素的肥料施给农作物，用检测放射性的办法确定放射性元素在农作物内转移和分布情况，找出合理施肥的规律是示踪原子使用，故B放射性同位素是作为示踪原子，选项B不符合题意；

C．利用射线探伤法检查金属中的砂眼和裂纹是利用γ射线穿透能力强的特点，故C不是放射性同位素是作为示踪原子，选项C符合题意；

D．给怀疑患有甲状腺病的病人注射碘131，以判断甲状腺的器质性和功能性疾，故D放射性同位素是作为示踪原子，选项D不符合题意．

故选C。

点晴：

放射性同位素可作为示踪原子，α射线的贯穿本领较小，不可以进行金属探伤，发生一次β衰变，质子数增加1，放射性元素的半衰期由原子核本身决定．

12．B

【详解】

磁环上的偏转线圈通以图示方向的电流时，根据右手螺旋定则，在磁环上形成的磁场方向向下，磁场是闭合的，故在磁环中心处的磁场是竖直向上的，在根据左手定则，当电子束沿轴线向纸内射入时，电子束受到向左的洛伦兹力，故电子束的偏转方向向左．故A正确、BCD错误．故选A．

【点睛】

本题要注意安培定则判断磁环中的磁场方向，不是磁环中心处的磁场方向，这一点很容易出错，应考虑到磁场是闭合的，磁环上产生的磁场向下，磁环中心处磁场向上．

13．C

【解析】

试题分析：

核衰变过程动量守恒，反冲核与释放出的粒子的动量大小相等，根据左手定则判断粒子与反冲核的电性关系．结合带电粒子在匀强磁场中圆周运动的半径公式可得粒子与反冲核的电荷量之比．

原子核的衰变过程满足动量守恒，粒子与反冲核的速度方向相反，根据左手定则判断得知，粒子与反冲核的电性相反，则知粒子带负电，所以该衰变是β衰变，此粒子是β粒子，符号为

，可得两带电粒子动量大小相等，方向相反，就动量大小而言有：

，由带电粒子在匀强磁场中圆周运动的半径公式可得：

，可见r与q成反比，由题意，大圆与小圆的直径之比为7：

1，半径之比为7：

1，则得：

粒子与反冲核的电荷量之比为1：

7．所以反冲核的电荷量为7e，电荷数是7，其符号为

，故C确．

【点睛】原子核的衰变过程类比于爆炸过程，满足动量守恒，而带电粒子在匀强磁场中圆周运动的半径公式中的分子恰好是动量的表达式，要巧妙应用

14．C

【详解】

A．比结合能越大，原子核中核子结合的越牢固，原子核越稳定；而比结合能越小，原子核越不稳定，但不是发生裂变的，故A错误；

B．放射性元素的半衰期跟原子所处的化学状态无关，与外部条件也无关，故B错误；

C．紫外线照射到金属锌板表面时能够发生光电效应，根据光电效应方程

可知当增大紫外线的照射强度时，从锌板表面逸出的光电子的最大初动能不变，故C正确；

D．能级跃迁时，由于高能级轨道半径较大，速度较小，电势能较大，故氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，同时电子的动能增大，电势能减小，故D错误；

故C正确。

【点睛】

光电效应中最大初动能与入射频率有关，掌握氢原子跃迁能量是不连续的，轨道是不连续的，辐射光子后，动能增大，电势能减小，相反吸收光子后，动能减小，电势能增加，知道半衰期由原子核自身性质决定。

15．BCD

【解析】

【分析】

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；康普顿效应证实了光子既有粒子性；半衰期为一半的原子发生衰变所用的时间，根据这个关系可判断有多少氡发生衰变和能剩下多少氡；玻尔理论能解释不连续谱线；根据质量亏损，结合质能方程，可知发生核反应，平均核子质量会减小．

【详解】

A．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，可能是频率太小，波长太大，则改用波长较短的光照射该金属可能发生光电效应，选项A错误；

B．康普顿效应证实了光子像其他粒子一样，不但具有动能，也具有动量，选项B正确；

C．氡222的半衰期为3.8天，则质量为4g的氡222经过7.6天还剩下

的氡222，选项C正确；

D．玻尔理论解释了原子发射出来的光子其谱线为什么是不连续的，选项D正确；

E．无论是重核裂变还是轻核聚变，组成原子核的核子的平均质量均会减小，故E错误；

故选BCD.

【点睛】

考查光电效应发生条件，知道波长与频率的关系，理解康普顿效应现象的作用，掌握半衰期的计算方法，及适用条件，注意玻尔理论的量子化观点，及释放能量，导致平均核子质量会减小．

16．ACE

【解析】

【分析】

光电流强度与入射光的强度有关；氢原子辐射出一个光子后，从高能级向低能级跃迁，轨道半径减小，根据库仑引力提供向心力，得出电子速度的变化，从而得出电子动能的变化；衰变方程满足质量数与质子数守恒；而半衰期的大小是有原子核内部决定，与外在环境无关；比结合能越大的，原子核越稳定．

【详解】

A．光电效应实验中，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多，故A正确；

B．根据

得

轨道半径减小，则v增大，则动能增大，故B错误；

C．原子核衰变时，满足电荷数和质量数都守恒，故C正确；

D．放射性元素的半衰期不随温度、状态及化学变化而变化，是由原子核内部本身决定的，故D错误．

E．比结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固，故E正确；

故选ACE．

【点睛】

考查光电流大小与什么因素有关，掌握辐射光子后，动能与电势能如何变化，理解影响半衰期的因素，注意结合能与比结合能的区别．

17．ACD

【解析】

【详解】

天然放射现象中，原子核发生衰变，生成新核，同时有中子产生，因此说明了原子核有复杂的结构，故A正确；γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱．α射线的穿透能力最弱，电离能力最强，故B错误；β根据质量数和电荷数守恒知，铀核（92238U）衰变为铅核（82206Pb）要经过x次β衰变和y次α衰变，则238=206+4y；92=82+2y-x，解得x=6，y=8，故C正确；自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能．故D正确．故选ACD．

【点睛】

考查天然放射现象的作用，理解三种射线的电离与穿透能力及结合能的概念；知道β衰变和α衰变的特点．

18．中子数质子数74

【解析】

【分析】

根据α衰变的过程中电荷数少2，质量数少4，β衰变的过程中电荷数多1，质量数不变，进行判断．

【详解】

[1][2]因为在衰变的过程中，横坐标不是多1，就是少2，知横坐标为电荷数，即质子数．纵坐标少2或少1，知纵坐标表示中子数．

[3][4]从U→Pb，质子数少10，中子数少18，则质量数少28，由于Pb是不稳定的还会继续衰变的，设经过n次α衰变，m次β衰变，有

4n=28

2n-m=10

解得

n=7，m=4．

【点睛】

解决本题的关键知道衰变的实质，知道衰变的过程中电荷数守恒、质量数守恒．

19．

；大；

【解析】

α射线不能穿过3mm厚的铝板，γ射线又很容易穿过3mm厚的铝板，基本不受铝板厚度的影响．而β射线刚好能穿透几毫米厚的铝板，因此厚度的微小变化会使穿过铝板的β射线的强度发生较明显变化．即β射线对控制厚度起主要作用．若超过标准值，说明铝板太薄了，应该将两个轧辊间的距离调节得大些．故B正确．

20．

；

；

【解析】

【详解】

[1][2]．由核反应中质量数和电荷数守恒知X1代表

，而X2代表

．

【点睛】

此题中根据电荷数守恒、质量数守恒确定未知粒子的电荷数和质量数，从而确定未知粒子的种类．

21．

（1）放射性原子核用

表示，新核的元素符号用Y表示，则该α衰变的核反应方程为

；

（2）α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，则圆周运动的周期为

，环形电流大小为

；（3）设该衰变过程释放的核能都转为为α粒子和新核的动能，新核的质量为M，则衰变过程的质量亏损△m为损

．

【解析】

（1）根据核反应中质量数与电荷数守恒可知，该α衰变的核反应方程为

（2）设α粒子在磁场中做圆周运动的速度大小为v，由洛伦兹力提供向心力有

根据圆周运动的参量关系有

得α粒子在磁场中运动的周期

根据电流强度定义式，可得环形电流大小为