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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(gè)小題，每小題4分，共40分．在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，至少有一項(xiàng)是符合題目要求．全部選對(duì)的得4分，選對(duì)但不全的得2分，選錯(cuò)或不選的得0分) 1．xx年美國和俄羅斯的科學(xué)家利用回旋加速器，通過Ca(鈣48)轟擊Cf(锎249)發(fā)生核反應(yīng)，成功合成了第118號(hào)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(shí)驗(yàn)表明，該元素的原子核先放出了3個(gè)相同的粒子x，再連續(xù)經(jīng)過3次α衰變后，變成質(zhì)量數(shù)為282的第112號(hào)元素的原子核，則上述過程中的粒子x是(　　) A．中子　　　　　　　　　 B．質(zhì)子 C．電子 D．α粒子 【解析】　在核反應(yīng)中核電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒，由此知選項(xiàng)A正確． 【答案】　A 2．一種元素的同位素的原子核內(nèi)中子數(shù)N與原子核的質(zhì)量數(shù)A間的關(guān)系是圖中的(　　) 【解析】　原子核的質(zhì)量數(shù)A＝Z＋N，可得N＝A－Z的函數(shù)關(guān)系． 【答案】　D 3．我國科學(xué)家于1965年9月首次用人工方法合成了結(jié)晶牛胰島素，為了證明人工合成的牛胰島素結(jié)晶跟天然牛胰島素的結(jié)晶是同一種物質(zhì)，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(jīng)過多次重新結(jié)晶后，得到了放射性14C分布均勻的牛胰島素結(jié)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(zhì)，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．?dāng)U散作用 B．組成元素 C．示蹤原子 D．增強(qiáng)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(jié)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(yīng)：Al＋He―→X＋n.下列判斷正確的是(　　) A.n是質(zhì)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(hào)n為中子，質(zhì)子的符號(hào)為H，故A錯(cuò)，B對(duì)．根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可算出X的電荷數(shù)為15，質(zhì)量數(shù)為30，所以X是P的同位素，C錯(cuò)．D對(duì)． 【答案】　BD 5．(2011商洛檢測)將半衰期為5天的質(zhì)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(jīng)10天后，4種情況剩下的鉍質(zhì)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(xué)環(huán)境無關(guān)，所以A正確． 【答案】　A 6．如圖1所示是原子核人工轉(zhuǎn)變實(shí)驗(yàn)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?dú)夂螅罶上出現(xiàn)閃光，該閃光產(chǎn)生的原因是 (　　) 圖1 A．α粒子射到屏S上產(chǎn)生的 B．α粒子轟擊氮核后產(chǎn)生的某種粒子射到屏上產(chǎn)生的 C．α粒子轟擊鋁箔F上打出的某種粒子射到屏上產(chǎn)生的 D．粒子源中放出的γ射線射到屏上產(chǎn)生的 【解析】　該實(shí)驗(yàn)的核反應(yīng)方程是N＋He→O＋H 這是原子核的第一次人工轉(zhuǎn)變，世界第一次發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的實(shí)驗(yàn)，而本題出現(xiàn)的閃光是α粒子從氮核里打出的質(zhì)子穿過鋁箔射到屏上產(chǎn)生的． 【答案】　B 7．在勻強(qiáng)磁場里有一個(gè)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(gè)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(gè)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(dòng)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(xué)家們?cè)谘芯磕硟蓚€(gè)重離子結(jié)合成超重元素的反應(yīng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)生成的超重元素的核X經(jīng)過6次α衰變后的產(chǎn)物是Fm.由此，可以判定生成的超重元素的原子序數(shù)和質(zhì)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(yīng)方程為X―→6He＋Fm 可知A＝64＋253＝277，Z＝62＋100＝112，選項(xiàng)D正確． 【答案】　D 9．在下列四個(gè)方程，X1、X2、X3和X4 各代表某種粒子(　　) ①U＋n→Sr＋Xe＋3X1　②H＋X2→He＋n?、踀→Th＋X3　④Mg＋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(zhì)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(zhì)子，故A、C正確． 【答案】　AC 10．(xx上海單科)某放射性元素經(jīng)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(gè)數(shù)N＝N總()，t是經(jīng)歷的天數(shù)，T是半衰期，故11.4＝3T，T＝3.8天，D項(xiàng)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(qiáng)電場．進(jìn)入電場后，射線變?yōu)閍、b兩束，射線a沿原來方向行進(jìn)，射線b發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，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(fù)電，在電場中能發(fā)生偏轉(zhuǎn)，而γ是一種電磁波，在電場中不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，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(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證．次年，李、楊二人因此獲得諾貝爾物理獎(jiǎng).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(zhì)量可認(rèn)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(chǎn)物Ni的質(zhì)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(chǎn)物Ni和e的運(yùn)動(dòng)徑跡不在一條直線上，如果認(rèn)為衰變產(chǎn)物只有Ni和e，那么衰變過程將違背________守恒定律． 【解析】　(1)關(guān)鍵要知道Co在周期表中的位置，Co核外電子數(shù)等于質(zhì)子數(shù)27，而Ni是Co的衰變產(chǎn)物，且它與Co質(zhì)量只相差一個(gè)電子和一個(gè)反中微子，電子質(zhì)量僅為質(zhì)子質(zhì)量的，可忽略不計(jì)，又知道反中微子靜止質(zhì)量可認(rèn)為是零．因此Ni的質(zhì)量數(shù)A應(yīng)與Co相同，也為60，據(jù)衰變方程知，Co的一個(gè)中子變成質(zhì)子，則Ni的電荷數(shù)應(yīng)比Co多1，即Z＝28.(2)衰變前Co靜止，總動(dòng)量為零，衰變后若只產(chǎn)生兩粒子Ni和e，據(jù)動(dòng)量守恒，Ni和e，系統(tǒng)動(dòng)量也為零，只有當(dāng)兩粒子運(yùn)動(dòng)在同一直線上，方向相反才能保持動(dòng)量為零．假如原為靜態(tài)粒子衰變?yōu)閮蓚€(gè)粒子，若現(xiàn)在它們卻不在同一直線上運(yùn)動(dòng)，那肯定是違反了動(dòng)量守恒定律． 【答案】　(1)27　60　28　(2)動(dòng)量 三、計(jì)算題(本題包括4個(gè)小題，共48分，解答時(shí)要寫出必要的文字說明、主要的解題步驟，有數(shù)值計(jì)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(shí)，向病人體內(nèi)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(biāo)準(zhǔn)樣品，20 min測量出其放射性強(qiáng)度10 800 s－1；另一份則通過靜脈注射到病人體內(nèi)，經(jīng)20 min后，放射性血液分布于全身，再從病人體內(nèi)抽出血液樣品2 cm3，測出其放射性強(qiáng)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(qiáng)度應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)樣品的放射性強(qiáng)度相等，根據(jù)它是2 cm3血液樣品的放射強(qiáng)度5s－1的倍數(shù)，就可求出血液的總體積． 由于標(biāo)準(zhǔn)樣品與輸入體內(nèi)的P的總量是相等的，因此兩者的放射性強(qiáng)度與P原子核的總數(shù)均是相等的． 設(shè)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(zhì)量比為1.15∶1，假設(shè)開始時(shí)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(jì)算公式m＝m0，只要找出m、m0的關(guān)系，由τ＝4.5109年，即可求出礦石的年齡． 設(shè)開始時(shí)礦石中有m0千克的鈾238，經(jīng)n個(gè)半衰期后，剩下鈾m千克，則m＝m0n，衰變掉的鈾為m0－m＝m0，一個(gè)鈾核衰變成一個(gè)鉛核，設(shè)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(shí)驗(yàn)：在豎直放置的平行金屬板間的勻強(qiáng)電場中，有一個(gè)能產(chǎn)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(jiān)韌的涂有感光藥的紙)，經(jīng)射線照射一段時(shí)間后使兩張顯影紙顯影． 圖4 (1)上面的顯影紙有幾個(gè)暗斑？各是什么射線的痕跡？ (2)下面的顯影紙顯出一串3個(gè)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(gè)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(gè)暗斑　β、γ射線 (2)5∶184 16．(14分)一個(gè)靜止的氮核N俘獲一個(gè)速度為2.3107 m/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)的半徑比RB∶RC＝11∶30，求： (1)C核的速度大?。? (2)根據(jù)計(jì)算判斷C核是什么？ (3)寫出核反應(yīng)方程式． 【解析】　(1)由動(dòng)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?yàn)椋剑剑? 從而可求出＝，又因?yàn)閝C＋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