1、原子核的组成 (25分钟60分)一、选择题(本题共6小题,每题6分,共36分)1.截止到2020年7月5日,全球新冠肺炎确诊病例已超1 110万,抗击病毒的道路更加艰巨。已知某肺炎病人拍摄的CT胸片如图所示,病毒感染处的密度与其他部分不同,片中显示为白斑。拍摄CT片,利用穿透能力与密度有关的是()A.无线电波B.红外线C.X射线D.紫外线【解析】选C。CT及透视是利用X射线的穿透能力;而无线电波波长较长,常用于通信;红外线具有热效应,而紫外线用于杀菌消毒,故C正确,A、B、D错误。2.关于天然放射现象,下列说法正确的是()A.玛丽居里发现了天然放射现象B.天然放射现象说明原子是可以分割的C.原
2、子序数大于83的元素都具有放射性D.温度越高,放射性元素的放射性就越强【解析】选C。贝克勒尔发现天然放射现象,并不是玛丽居里,故A错误;天然放射现象说明原子核内部是有结构的,并不是原子可以再分,故B错误;原子序数大于83的元素都具有放射性,故C正确;放射性元素的放射性强弱与原子的化学状态和物理状态无关,故D错误。3.据最新报道,放射性同位素钬Ho在医疗领域有重要应用,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【解析】选A。根据原子核内各量的关系可知核外电子数=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,B
3、、C、D错。【补偿训练】同位素是指()A.质子数相同而核子数不同的原子B.核子数相同而中子数不同的原子C.核子数相同而质子数不同的原子D.中子数相同而核子数不同的原子【解析】选A。原子序数相同(即核电荷数、质子数相同)而质量数不同(即核子数不同)的元素互为同位素。4.原子核Th表示()A.核外有90个电子B.核内有234个质子C.核内有144个中子D.核内有90个核子【解析】选C。原子核Th表示核内有90个质子,质量数是234,核内的核子数为234个,中子数为234-90=144个,故A、B、D错误,C正确。5.某种元素的不同同位素的原子核内的中子数N与原子核质量数A的关系是()【解析】选C。
4、同位素的质子数相同,中子数不同,而质量数等于质子数加中子数,设质子数为M,则有:A=N+M,所以C正确。故选C。6.某一放射性元素放出的射线通过电场后分成三束,如图所示,下列说法正确的是()A.射线1的电离作用在三种射线中最强B.射线2贯穿本领最弱,用一张白纸就可以将它挡住C.放出一个射线1的粒子后,形成的新核比原来的电荷数少1个D.一个原子核放出一个射线3的粒子后,质子数和中子数都比原来少2个【解析】选D。射线3为粒子,电离作用在三种射线中最强,故A错误;射线2为射线,其贯穿本领最强,故B错误;射线1是粒子,放出一个射线1的粒子后,形成的新核比原来的电荷数多1个,故C错误;射线3为粒子,一个
5、原子核放出一个射线3的粒子后,质子数和中子数都比原来少2个,故D正确。二、非选择题(本题共2小题,共24分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要标明单位)7.(12分)已知镭的原子序数是88,原子核质量数是226。试问:(1)镭核中质子数和中子数分别是多少?(2)镭核的核电荷数和所带电荷量是多少?(3)若镭原子呈中性,它核外有多少电子?【解析】(1)原子序数对应了原子内部的质子数,故镭核中质子数等于原子序数为88;中子数为226-88=138。(2)镭核的核电荷数为88,镭核所带的电荷量为:Q=88e=881.610-19C 1.4110-17 C。(3)若镭原子呈中性,它的核外电子数
6、与质子数相同,故核外有88个电子。答案:(1)88138(2)881.4110-17 C(3)888.(12分)茫茫宇宙空间存在大量的宇宙射线,对宇航员构成了很大的威胁。现有一束射线(含有、三种射线),(1)在不影响和射线的情况下,如何用最简单的方法除去射线?(2)余下的这束和射线经过如图所示的一个使它们分开的磁场区域,请画出和射线进入磁场区域后轨迹的示意图。(画在图上)(3)用磁场可以区分和射线,但不能把射线从射线束中分离出来,为什么?(已知粒子的质量约是粒子质量的8 000倍,射线速度约为光速的十分之一,射线速度约为光速)【解题指南】解答本题时注意以下两点:(1)除去射线时可考虑应用三种射
7、线穿透本领的不同。(2)从粒子在磁场中的轨道半径上考虑是否能把射线从射线束中分离出来。【解析】(1)由于射线贯穿能力很弱,用一张纸放在射线前即可除去射线。(2)如图所示。(3)粒子和电子在磁场中偏转,据R=,对射线有R1=,对射线有R2=,故=400。射线穿过此磁场时,半径很大,几乎不偏转,故与射线无法分离。答案:(1)用一张纸放在射线前即可除去射线。(2)见解析图(3)射线的圆周运动的半径很大,几乎不偏转,故与射线无法分离。【补偿训练】若让氢的三种同位素先以相同的速度进入相同的匀强磁场做匀速圆周运动,再以相同的动量进入相同的匀强磁场做匀速圆周运动,其受到的向心力和轨道半径大小顺序如何?【解析
8、】当同位素以相同速度进入相同的匀强磁场,由洛伦兹力提供向心力得qvB=,则R=,B、q一定,当v相同时,Rm,则R氕R氘F氘F氚。答案:以相同速度进入磁场时,F氕=F氘=F氚,R氕R氘F氘F氚,R氕=R氘=R氚 (15分钟40分)9.(7分)(多选)如图,P为放在匀强电场中的天然放射源,其放出的射线在电场的作用下分成a、b、c三束,以下判断正确的是()A.a为射线、b为射线B.a为射线、b为射线C.b为射线、c为射线D.b为射线、c为射线【解析】选B、C。由题图可知电场线方向向右,射线带正电所受电场力方向与电场线方向一致,故射线向右偏转,即c为射线;射线带负电所受电场力方向与电场线方向相反,故
9、射线向左偏转,即a为射线;射线不带电不发生偏转,即b为射线。故选项B、C正确。【总结提升】三种射线的偏转特点(1)射线和射线在电场和磁场中都会发生偏转,射线在电场和磁场中均不发生偏转,沿直线传播。(2)射线和射线带电性质相反,所以在同一电场或磁场中,射线和射线偏转方向相反。(3)射线和射线在电场中的偏转轨迹是抛物线,在磁场中的偏转轨迹是圆弧。10.(7分)(多选)将、三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场,如图表示射线偏转情况中正确的是()【解析】选A、D。因射线是高速He流,一个粒子带两个正电荷。根据左手定则,射线受到的洛伦兹力向左,因为粒子质量特别大,动量较大,结合半径公式r=,可知射线在磁场
10、中做圆周运动的半径大;射线是高速电子流,带负电荷,根据左手定则,射线受到的洛伦兹力向右,射线是光子,是中性的,故在磁场中不受磁场的作用力,轨迹不会发生偏转,故A正确,B错误;因射线实质为氦核,带正电,且粒子的质量大,由类平抛规律知,侧向偏移量小,射线为电子流,带负电,射线为高频电磁波,根据电荷所受电场力特点可知:向左偏的为射线,不偏的为射线,向右偏的为射线,故C错误,D正确。11.(7分)(多选)静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核,当它放出一个粒子后,其速度方向与磁场方向垂直,测得粒子和反冲核的轨道半径之比为441,如图所示,则()A.粒子与反冲核的动量大小相等、方向相反B.原来放射性元素
11、的核电荷数为90C.反冲核的核电荷数为88D.粒子和反冲核的速度之比为188【解析】选A、B、C。由于微粒之间相互作用的过程中动量守恒,初始总动量为零,则最终总动量也为零,即粒子和反冲核的动量大小相等、方向相反,A正确;由于释放的粒子和反冲核均在垂直于磁场的平面内且在洛伦兹力作用下做圆周运动,由qvB=m得R=,若原来放射性元素的核电荷数为Q,则对粒子:R1=,对反冲核:R2=,由p1=p2,R1R2=441,得Q=90,B、C正确;它们的速度大小与质量成反比,故D错误。12.(19分)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,它的构造原理如图所示,离子源S产生的各种不同正离子束(
12、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。(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HHH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qU=mv2,进入磁场时洛伦兹力提供向心力,qvB=,又x=2r,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,xHxDxT=1。答案:(1)(2)1【补偿训练】1930年发现,在真空条件下用粒子He)轰击铍核Be
13、)时,会产生一种看不见的、贯穿能力极强且不带电的粒子。后来查德威克证实了这种粒子就是中子。(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的大小。【解析】(1HeBeCn(2)中子与碳核的碰撞满足动量守恒得mnv0=-mnv1+12mnv2得v2=(3)碳核垂直进入磁场后,洛伦兹力提供向心力做匀速圆周运动,则有B6ev2=将代入式解得B=答案:(1HeBeCn(2)(3)