高中物理 第4章 从原子核到夸克 4_1 原子核结构探秘学业分层测评 沪科版选修3-5

4.1 原子核结构探秘 (建议用时：45分钟)学业达标1.关于质子与中子，下列说法正确的是()A.原子核(除氢核外)由质子和中子构成B.质子和中子统称为核子C.卢瑟福发现了质子，并预言了中子的存在D.卢瑟福发现了中子，并预言了质子的存在E.查德威克用粒子轰击铍发现了质子【解析】原子核(除氢核外)由质子和中子构成，质子和中子统称为核子，卢瑟福发现了质子，并预言了中子的存在，查德威克用粒子轰击铍发现了中子，故A、B、C正确，D、E错误.【答案】ABC2.粒子击中氮14核后放出一个质子，转变为氧17核(O).在这个氧原子核中有()A.8个正电子B.17个电子C.9个中子 D.8个质子E.这个氧原子核中不可能存在处于游离态的电子或正电子【解析】根据原子核的构成，核电荷数为8，即质子数为8，核外电子数为8，质量数为17，所以中子数为1789，原子核内没有游离的正电子，所以答案为C、D、E.【答案】CDE3.三个原子核X、Y、Z，X核放出一个正电子后变为Y核，Y核与质子发生核反应后生成Z核并放出一个氦(He)，则下面说法正确的是()A.X核比Z核多一个质子B.X核比Z核少一个中子C.X核的质量数比Z核的质量数大3D.X核与Z核的总电荷是Y核电荷的2倍E.X核的电荷数比Z核的电荷数大2【解析】设原子核X的核电荷数为n，质量数为m，则由已知可得两个核反应方程式分别为：Xemn1Ymn1YHHeZ因此比较X、Y、Z的质量数与核电荷数，可判定C、D、E均正确.【答案】CDE4.有些元素的原子核可以从很靠近它的核外电子中“俘获”一个电子形成一个新原子(如从离原子核最近的K层电子中俘获电子，叫“K俘获”)，当发生这一过程时()A.新原子是原来原子的同位素B.新原子核比原来的原子核少一个质子C.新原子核将带负电D.新原子核比原来的原子核多一个中子E.新原子核与原来的原子核具有相同的核子数【解析】原子核“俘获”一个电子后，带负电的电子与原子核内带正电的质子中和，原子核的质子数减少1，中子数增加1，形成一个新原子，新原子与原来的原子相比，质子数不同，中子数也不同，但核子数相同，不是同位素，所以B、D、E均正确.【答案】BDE5.以下说法中正确的是()A.原子中含有带负电的电子，所以原子带负电B.原子核中的中子数一定跟核外电子数相等C.用粒子轰击氮、氟、钠、铝等元素的原子核都可以打出质子，因此人们断定质子是原子核的组成部分D.绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于原子核的电荷量跟质子的电荷量之比，因而原子核内还存在一种不带电的中性粒子E.查德威克发现中子后又从许多元素的原子核中都能轰击出中子，表明中子是原子核的组成部分【解析】原子中除了有带负电的电子外，还有带正电的原子核，故A错；原子核中的中子数不一定跟核外电子数相等，故B错；正是用粒子轰击原子核的实验才发现了质子，故C正确；因为绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于原子核的电荷量跟质子的电荷量之比，才确定原子核内还有别的中性粒子，故D正确；由中子的发现过程可知，选项E正确.【答案】CDE6.以下是物理学史上3个著名的核反应方程xLi2yyNxOyBezCx、y和z是3种不同的粒子，其中z是_.【解析】把前两个方程化简，消去x，即NLiyO，可见y是He，结合第三个方程，根据电荷数守恒、质量数守恒可知z是中子n.【答案】n7.最近国外科技杂志报道，将Ni和82Pb经核聚变并释放出一个中子后，生成第110号元素的一种同位素，该同位素的中子数是_.【解析】根据质量数与电荷数守恒，写出核反应方程Ni82PbYn，则Y的中子数为269110159.【答案】1598.一个静止的氮核N俘获了一个速度为2.3107m/s的中子，生成一个复核A，A又衰变成B、C两个新核.设B、C的速度方向与中子速度方向相同，B的质量是中子的11倍，速度是106 m/s，B、C在同一匀强磁场中做圆周运动的半径之比RBRC1130，求：(1)C核的速度大小；(2)根据计算判断C核是什么；(3)写出核反应方程.【解析】氮核吸收了一个中子变成的复核不稳定，将发生衰变.整个过程中，中子、氮核以及两个新核组成一个系统，过程前后都不受外界的任何干扰，所以整个系统在俘获与衰变过程中动量均守恒.利用这一点，可以求出C核的速度.然后根据粒子在磁场中的运动情况就可以判断核的种类，写出核反应方程.(1)氮核从俘获中子到衰变成B、C两个新核的过程动量守恒，有mnvnmBvBmCvC根据质量数守恒规律，可知C核的质量数为141114.由此解得vC3106 m/s.(2)由带电粒子在洛伦兹力的作用下做圆周运动时R，可得qBqC7将式联立求解得qC2，而AC4，则C核是氦原子核.(3)核反应方程式是NnBHe.【答案】见解析能力提升9.有两束均由质子和氘核混合组成的粒子流，第一束中的质子和氘核具有相同的动量，第二束中的质子和氘核具有相同的动能.现打算将质子和氘核分开，有以下一些做法，这些方法中可行的是() 【导学号：67080034】A.让第一束粒子流垂直电场方向进入匀强电场后穿出B.让第一束粒子流垂直磁场方向进入匀强磁场后穿出C.让第二束粒子流垂直电场方向进入匀强电场后穿出D.让第二束粒子流垂直磁场方向进入匀强磁场后穿出E.让粒子流垂直于电场方向进入速度选择器，适当调节两板间电场强度大小，让粒子流从板间穿出【解析】在电场中，电场方向上的偏移量为yat2在磁场中，轨道半径为R所以，以相同的动量进入电场和以相同的动能进入磁场能分开.适当调节速度选择器两板间电场强度，可使质子满足EqBvq，沿直线飞出，则氘核将沿电场方向偏转，倾斜穿出，故A、D、E正确.【答案】ADE10.1930年发现，在真空条件下用粒子(He)轰击铍(Be)时，会产生一种看不见的、贯穿能力极强且不带电的粒子，查德威克认定这种粒子就是中子.(1)写出粒子轰击铍核的核反应方程；(2)若一个中子与一个静止的碳核发生正碰，已知中子的质量为mn、初速度为v0，与碳核碰后的速率为v1，运动方向与原来运动方向相反，碳核质量视为12mn，求碳核与中子碰撞后的速率；(3)若与中子碰撞后的碳核垂直于磁场方向射入匀强磁场，测得碳核做圆周运动的半径为R，已知元电荷的电荷量为e，求该磁场的磁感应强度大小.【解析】(1)BeHenC.(2)根据动量守恒定律有mnv0mnv112mnv2，解得：v2.(3)根据牛顿第二定律和洛伦兹力公式有6eBv212mnv/R解得：B.【答案】(1)BeHenC(2)(3)11.质谱仪是一种测定带电粒子的质量及分析同位素的重要工具，它的构造原理如图415所示，离子源S产生的各种不同正离子束(速度可看成为零)，经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达记录它的照相底片P上，设离子在P上的位置到入口处S1的距离为x. 【导学号：67080035】图415(1)设离子质量为m、电荷量为q、加速电压为U、磁感应强度大小为B，求x的大小；(2)氢的三种同位素H、H、H从离子源S出发，到达照相底片的位置距入口处S1的距离之比xHxDxT为多少？【解析】(1)离子在电场中被加速时，由动能定理qUmv2，进入磁场时洛伦兹力提供向心力，qvB，又x2r，由以上三式得x.(2)氢的三种同位素的质量数分别为1、2、3，由(1)结果知，xHxDxT1.【答案】(1)(2)1