高二物理人教版选修35习题第十九章 原子核 第1节附答案.docx

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高二物理人教版选修35习题第十九章原子核第1节附答案

1　原子核的组成

[学习目标]1.了解什么是放射性、天然放射现象和衰变.2.知道原子核的组成及三种射线的特征.3.理解α衰变和β衰变的规律及实质，并能熟练书写衰变方程.4.理解半衰期的概念，学会利用半衰期解决相关问题．

一、天然放射现象和三种射线

[导学探究]　

（1）1896年法国科学家贝可勒尔发现了放射性元素自发地发出射线的现象，即天然放射现象．是否所有的元素都具有放射性？

放射性物质发出的射线有哪些种类？

答案　原子序数大于或等于83的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于83的元素，有的也能放出射线．放射性物质发出的射线有三种：

α射线、β射线、γ射线．

（2）怎样用电场或磁场判断三种射线粒子的带电性质？

答案　让三种射线通过匀强电场，则γ射线不偏转，说明γ射线不带电．α射线偏转方向和电场方向相同，带正电，β射线偏转方向和电场方向相反，带负电．或者让三种射线通过匀强磁场，则γ射线不偏转，说明γ射线不带电，α射线和β射线可根据偏转方向和左手定则确定带电性质．

（3）三种射线的本质是什么？

有哪些特点呢？

答案　见知识梳理

[知识梳理]

对天然放射现象及三种射线的认识

1．对天然放射现象的认识

（1）1896年，法国物理学家贝可勒尔发现某些物质具有放射性．

（2）物质发射射线的性质称为放射性，具有放射性的元素称为放射性元素，放射性元素自发地发出射线的现象叫做天然放射现象．

（3）原子序数大于或等于83的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于83的元素，有的也能放出射线．

2．对三种射线的认识

种类

α射线

β射线

γ射线

组成

高速氦核流

高速电子流

光子流（高频电磁波）

带电荷量

2e

－e

0

速率

0.1c

0.99c

c

贯穿本领

最弱，用一张纸就能挡住

较强，能穿透几毫米厚的铝板

最强，能穿透几厘米厚的铅板或几十厘米厚的混凝土

电离作用

很强

较强

很弱

[即学即用]　下列说法正确的是（　　）

A．α射线是由高速运动的氦核组成的，其运行速度接近光速

B．β射线能穿透几毫米厚的铅板

C．γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱

D．β射线的粒子和电子是两种不同的粒子

E．α粒子不同于氦原子核

答案　C

解析　19世纪末20世纪初，人们发现了X、α、β、γ射线，经研究知道，X、γ射线均为电磁波，只是波长不同．β射线是电子流，α粒子是氦核，就α、β、γ三种射线的贯穿本领而言，γ射线最强，α射线最弱．

二、原子核的组成

[知识梳理]　

（1）质子的发现

1919年，卢瑟福用镭放射出的α粒子轰击氮原子核，从氮核中打出了一种新的粒子，测定了它的电荷和质量，确定它是氢原子核，叫做质子，用p或H表示，其质量为mp＝1.67×

10－27_kg.

（2）中子的发现

①卢瑟福的预言：

原子核内可能还有一种不带电的粒子，名字叫中子．

②查德威克的发现：

用实验证明了中子的存在，用n表示，中子的质量非常接近于质子的质量．

（3）原子核的组成

①核子数：

质子和中子质量差别非常微小，二者统称为核子，所以质子数和中子数之和叫核子数．

②电荷数（Z）：

原子核所带的电荷总是质子电荷的整数倍，通常用这个整数表示原子核的电荷量，叫做原子核的电荷数．

③质量数（A）：

原子核的质量等于核内质子和中子的质量的总和，而质子与中子的质量几乎相等，所以原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，这个倍数叫做原子核的质量数．

④原子核的符号

（4）同位素

具有相同的质子数而中子数不同的原子核，在元素周期表中处于同一位置，它们互称为同位素．例如：

氢有三种同位素分别是H、H、H.

[即学即用]　在α粒子轰击金箔的散射实验中，α粒子可以表示为He，He中的4和2分别表示（　　）

A．4为核子数，2为中子数

B．4为质子数和中子数之和，2为质子数

C．4为核外电子数，2为中子数

D．4为中子数，2为质子数

答案　B

解析　根据X所表示的物理意义，原子核的质子数决定核外电子数，原子核的电荷数就是核内的质子数，也就是这种元素的原子序数．原子核的质量数就是核内质子数和中子数之和，即为核内的核子数.He符号的左下角表示的是质子数或核外电子数，即为2，He符号左上角表示的是核子数，即为4，故选项B正确.

一、天然放射现象和三种射线

例1　如图1所示，R是一种放射性物质，虚线框内是匀强磁场，LL′是厚纸板，MM′是荧光屏，实验时，发现在荧光屏的O、P两点处有亮斑，由此可知磁场的方向、到达O点的射线种类、到达P点的射线种类应属于下表中的（　　）

图1

选项

磁场方向

到达O点的射线　

到达P点的射线

A

竖直向上

β

α

B

竖直向下

α

β

C

垂直纸面向里

γ

β

D

垂直纸面向外

γ

α

解析　R放射出来的射线共有α、β、γ三种，其中α、β射线垂直于磁场方向进入磁场区域时将受到洛伦兹力作用而偏转，γ射线不偏转，故打在O点的应为γ射线；由于α射线贯穿本领弱，不能射穿厚纸板，故到达P点的应是β射线；依据β射线的偏转方向及左手定则可知磁场方向垂直纸面向里．

答案　C

归纳总结

1．对放射性和射线的理解：

（1）一种元素的放射性，与其是单质还是化合物无关，这说明一种元素的放射性和核外电子无关．

（2）射线来自于原子核，说明原子核是可以再分的．

2．对三种射线性质的理解：

（1）α射线带正电、β射线带负电、γ射线不带电．α射线、β射线是实物粒子，而γ射线是光子流，属于电磁波的一种．

（2）α射线、β射线都可以在电场或磁场中偏转，但偏转方向不同，γ射线则不发生偏转．

（3）α射线穿透能力弱，β射线穿透能力较强，γ射线穿透能力最强，而电离本领相反．

针对训练1　如图2所示，放射性元素镭衰变过程中释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是（　　）

图2

A．①表示γ射线，③表示α射线

B．②表示β射线，③表示α射线

C．④表示α射线，⑤表示γ射线

D．⑤表示β射线，⑥表示α射线

答案　C

解析　根据三种射线的偏转轨迹可知①⑥表示β射线，②⑤表示γ射线，③④表示α射线．选项C正确．

二、原子核的组成

例2　已知镭的原子序数是88，原子核的质量数是226.试问：

（1）镭核中有几个质子？

几个中子？

（2）镭核所带电荷量是多少？

（保留三位有效数字）

（3）呈电中性的镭原子，核外有几个电子？

解析　

（1）镭核中的质子数等于其原子序数，故质子数为88，中子数N等于原子核的质量数A与质子数Z之差，即N＝A－Z＝226－88＝138.

（2）镭核所带电荷量

Q＝Ze＝88×1.6×10－19C≈1.41×10－17C.

（3）核外电子数等于核电荷数，故核外电子数为88.

答案　

（1）88　138　

（2）1.41×10－17C　（3）88

归纳总结

理解熟记以下几点是解题关键：

（1）原子核的质子数与原子序数相等．

（2）原子核的质量数等于质子数与中子数之和．

（3）对呈电中性的原子，核外电子数等于核内质子数．

针对训练2　据最新报道，放射性同位素钬Ho，可有效治疗癌症，该同位素原子核内中子数与核外电子数之差是（　　）

A．32B．67C．99D．166

答案　A

解析　根据原子核的表示方法得核外电子数＝质子数＝67，中子数为166－67＝99，故核内中子数与核外电子数之差为99－67＝32，故A对．

1．最早发现天然放射现象的科学家为（　　）

A．卢瑟福B．贝可勒尔

C．爱因斯坦D．查德威克

答案　B

解析　卢瑟福发现质子，查德威克发现中子，爱因斯坦发现了光电效应，贝可勒尔发现天然放射现象，故B正确，A、C、D错误．

2．（多选）下列关于放射性元素发出的三种射线的说法中正确的是（　　）

A．α粒子就是氢原子核，它的穿透本领和电离本领都很强

B．β射线是电子流，其速度接近光速

C．γ射线是一种频率很高的电磁波，它可以穿过几厘米厚的铅板

D．以上三种说法均正确

答案　BC

解析　α粒子是氦原子核，它的穿透本领很弱而电离本领很强，A项错误；β射线是电子流，其速度接近光速，B项正确；γ射线的穿透能力很强，可以穿透几厘米厚的铅板，C项正确．

3．（多选）氢有三种同位素，分别是氕（H）、氘（H）、氚（H），则（　　）

A．它们的质子数相等

B．它们的核外电子数相等

C．它们的核子数相等

D．它们的中子数相等

答案　AB

解析　氕、氘、氚的核子数分别为1、2、3，质子数和核外电子数相同，都为1，中子数等于核子数减去质子数，故中子数各不相同，所以A、B选项正确．

4．以下说法正确的是（　　）

A.Rn为氡核，由此可知，氡核的质量数为86，氡核的质子数为222

B.Be为铍核，由此可知，铍核的质量数为9，铍核的中子数为4

C．同一元素的两种同位素具有相同的质量数

D．同一元素的两种同位素具有不同的中子数

答案　D

解析　A项氡核的质量数为222，质子数为86，所以A错误；B项铍核的质量数为9，中子数为5，所以B错误；由于同位素是指质子数相同而中子数不同，即质量数不同，因而C错误，D正确．

一、选择题（1～5为单选题，6～9为多选题）

1．在天然放射性物质附近放置一带电体，带电体所带的电荷很快消失的根本原因是（　　）

A．γ射线的贯穿作用B．α射线的电离作用

C．β射线的贯穿作用D．β射线的中和作用

答案　B

解析　由于α粒子电离作用较强，能使空气分子电离，电离产生的电荷与带电体的电荷中和，使带电体所带的电荷很快消失．

2．放射性元素放出的射线，在电场中分成A、B、C三束，如图1所示，其中（　　）

图1

A．C为氦原子核组成的粒子流

B．B为比X射线波长更长的光子流

C．B为比X射线波长更短的光子流

D．A为高速电子组成的电子流

答案　C

解析　根据射线在电场中的偏转情况，可以判断，A射线向电场线方向偏转，应为带正电的粒子组成的射线，所以是α射线；B射线在电场中不偏转，所以是γ射线；C射线在电场中受到与电场方向相反的作用力，应为带负电的粒子，所以是β射线．

3．若用x代表一个中性原子中核外的电子数，y代表此原子的原子核内的质子数，z代表此原子的原子核内的中子数，则对U的原子来说（　　）

A．x＝92　y＝92　z＝235

B．x＝92　y＝92　z＝143

C．x＝143　y＝143　z＝92

D．x＝235　y＝235　z＝325

答案　B

解析　在U中，左下标为质子数，左上标为质量数，则y＝92；中性原子的核外电子数等于质子数，所以x＝92；中子数等于质量数减去质子数，z＝235－92＝143，所以B选项正确．

4．下列关于He的叙述正确的是（　　）

A.He与H互为同位素

B.He原子核内中子数为2

C.He原子核内质子数为2

D.He代表原子核内有2个质子和3个中子的氦原子核

答案　C

解析　He核内质子数为2，H核内质子数为1.两者质子数不等，不是同位素，A错误；He原子核内中子数为1，B错误；He代表原子核内有2个质子和1个中子的氦原子核，核外电子数为2，故C正确，D错误．

5．人类探测月球时发现，在月球的土壤中含有较丰富的质量数为3的氦，它可作为未来核聚变的重要原料之一．氦的该种同位素应表示为（　　）

A.He　　　　　　　　　B.He

C.HeD.He

答案　B

解析　氦的同位素质子数一定相同，质量数为3，故应表示为He，因此B正确．

6．关于β射线，下列说法中正确的是（　　）

A．它是高速电子流

B．β粒子是放射出来的原子内层电子

C．β粒子是从原子核中放射出来的

D．它的电离作用比较弱，但它的穿透能力很强，能穿透几厘米厚的铅板

答案　AC

解析　β射线是高速电子流，它是从原子核内部放射出来的，电离作用较弱，穿透能力较强，能穿透几毫米厚的铝板，故选项A、C正确．

7．关于γ射线，下列说法正确的是（　　）

A．它是处于激发状态的原子核放射的

B．它是原子内层电子受到激发时产生的

C．它是一种不带电的光子流

D．它是波长极短的电磁波

答案　ACD

解析　γ射线是激发状态的原子核发出的波长极短的电磁波，是一种光子，故A、C、D正确．

8．对天然放射现象，下列说法中正确的是（　　）

A．α粒子带正电，所以α射线一定是从原子核中射出的

B．β粒子带负电，所以β射线有可能是核外电子

C．γ粒子是光子，所以γ射线有可能是由原子发光产生的

D．α射线、β射线、γ射线都是从原子核内部释放出来的

答案　AD

解析　α衰变的实质是原子核中的两个质子和两个中子结合成一个氦核放出的，β衰变的实质是一个中子变成一个质子和一个电子，然后释放出电子，γ射线是伴随α衰变和β衰变而产生的．所以这三种射线都是从原子核内部释放出来的．

9．如图2所示，铅盒A中装有天然放射性物质，放射线从其右端小孔中水平向右射出，在小孔和荧光屏之间有垂直于纸面向里的匀强磁场，则下列说法中正确的是（　　）

图2

A．打在图中a、b、c三点的依次是α射线、γ射线和β射线

B．α射线和β射线的轨迹是抛物线

C．α射线和β射线的轨迹是圆弧

D．如果在铅盒和荧光屏间再加一个竖直向下的场强适当的匀强电场，可能使屏上的亮斑只剩下b

答案　AC

解析　由左手定则可知粒子向右射出，在匀强磁场中α粒子受到的洛伦兹力向上，β粒子受到的洛伦兹力向下，轨迹都是圆弧．由于α粒子速度的是光速的，而β粒子速度接近光速，所以在同样的混合场中不可能都做直线运动，本题应选A、C.

二、非选择题

10．有关O、O、O三种同位素的比较，试回答下列问题：

（1）三种同位素中哪一种粒子数是不相同的？

______.

A．质子B．中子C．电子

（2）三种同位素中，哪一个质量最大？

__________.

（3）三种同位素的化学性质是否相同？

__________.

答案　

（1）B　

（2）O　（3）相同

解析　

（1）同位素质子数相同，中子数不同，核外电子数与质子数相同，故不相同的是中子．

（2）O、O、O的质量数分别是16、17、18、，故O质量最大．

（3）三种同位素质子数相同，故化学性质相同．

11．在暗室的真空装置中做如下实验：

在竖直放置的平行金属板间的匀强电场中，有一个能产生α、β、γ三种射线的放射源．从放射源射出的一束射线垂直于电场方向射入电场，如图3所示，在与放射源距离为H高处，水平放置两张叠放着的、涂药品面朝下的印像纸（比一般纸厚且涂有感光药品的纸），经射线照射一段时间后两张印像纸显影．（已知mα＝4u，mβ＝u，vα＝，vβ＝c）

图3

（1）上面的印像纸有几个暗斑？

各是什么射线的痕迹？

（2）下面的印像纸显出一串三个暗斑，试估算中间暗斑与两边暗斑的距离之比？

（3）若在此空间再加上与电场方向垂直的匀强磁场，一次使α射线不偏转，一次使β射线不偏转，则两次所加匀强磁场的磁感应强度之比是多少？

答案　

（1）两个暗斑　β射线和γ射线　

（2）5∶184　（3）10∶1

解析　

（1）因α粒子穿透本领弱，穿过下层纸的只有β射线和γ射线，β射线、γ射线在上面的印像纸上留下两个暗斑．

（2）下面印像纸上从左向右依次是β射线、γ射线、α射线留下的暗斑．设α射线、β射线留下的暗斑到中央γ射线留下暗斑的距离分别为xα、xβ.

则对α粒子，有xα＝aαt2＝aα·2，aα＝

对β粒子，有xβ＝＝aβ·2，aβ＝

联立解得＝.

（3）若使α射线不偏转，则qαE＝qαvαBα，所以Bα＝，

同理，若使β射线不偏转，则Bβ＝.故＝＝.