选择性必修第三册 第五章 原子核-【新课程暑假作业】2024-2025学年高二物理暑假作业

高二物理 梳 理 · 建 构 积 累 · 整 合 应 用 · 拓 展 5. BD 6. AD 积累 · 整合 （ 三 ） 1. C 2． C 3. D 4. AD ［ 解析 ］ α 粒子接近原子核时库仑斥力做负功 ， α 粒子的动能减小 ； α 粒子远离原子核时库仑斥力做正功 ， α 粒子的动能又增大 ， 故当 α 粒子最接近原子核时动能最小 ， A 正确 ； 系统只有电场力做功 ， 电势能与动能之和守 恒 ， α 粒子动能最小时 ， 电势能应最大 ， B 错误 ； 系统的能量是守恒的 ， C 错误 ； α 粒子最接近金原子核时 ， α 粒子 与金原子核间的距离最小 ， 由库仑定律知 α 粒子所受金原子核的库仑斥力最大 ， D 正确 。 5. AC 6. BD 应用 · 拓展 （ 一 ） 1. B 2. D 3. D 4. BC 5. D 6. （ 1 ） 3 种 （ 2 ） 37.4 eV ［ 解析 ］ （ 1 ） 一群处于 n＝4 能级的氦离子跃迁时 ， 一共发出 N＝ n （ n-1 ） 2 ＝6 种光子 。 由频率条件 hν＝E m -E n 知 6 种 光子的能量分别是由 n＝4 到 n＝3 ， hν 1 ＝E 4 -E 3 ＝2.6 eV ， 由 n＝4 到 n＝2 ， hν 2 ＝E 4 -E 2 ＝10.2 eV ， 由 n＝4 到 n＝1 ， hν 3 ＝E 4 -E 1 ＝ 51.0 eV ， 由 n＝3 到 n＝2 ， hν 4 ＝E 3 -E 2 ＝7.6 eV ， 由 n＝3 到 n＝1 ， hν 5 ＝E 3 -E 1 ＝48.4 eV ， 由 n＝2 到 n＝1 ， hν 6 ＝E 2 -E 1 ＝40.8 eV ， 由发生光电效应的条件知 ， hν 3 、 hν 5 、 hν 6 三种光子可使处于基态的氢原子发生光电效应 。 （ 2 ） 由光电效应方程 E k ＝hν-W 0 知 ， 能量为 51.0 eV 的光子使氢原子逸出的光电子最大初动能最大 ， 将 W 0 ＝13.6 eV 代入 ， E k ＝hν-W 0 得 E k ＝37.4 eV 。 应用 · 拓展 （ 二 ） 1. B 2. A ［ 解析 ］ 由 λ＝ h p 可知 ， 动量大的波长短 ， 电子与质子的速度相等时 ， 电子动量小 ， 波长长 ， A 正确 ； 电子 与质子动能相等时 ， 由动量与动能的关系 p＝ 2mE k 姨 可知 ， 电子的动量小 ， 波长长 ， B 错误 ； 动量相等的电子和中 子 ， 其波长应相等 ， C 错误 ； 如果甲 、 乙两电子的速度远小于光速 ， 甲的速度是乙的 3 倍 ， 甲的动量也是乙的 3 倍 ， 则甲的波长应是乙的 1 3 ， D 错误 。 3. D 4. D 5. ACD 6. AC 7. ABD 8. C 9. CD 10. C 第五章 原 子 核 积累 · 整合 （ 一 ） 1. C 2. D 3. B 4. C ［ 解析 ］ 1896 年 ， 法国物理学家贝克勒尔发现 ， 铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线 ， A 错误 ； 原子序数 大于 83 的元素 ， 都能自发地发出射线 ， 原子序数小于或等于 83 的元素 ， 有的也能发出射线 ， B 错误 ； 1919 年 ， 卢 瑟福用镭放射出的 α 粒子轰击氮原子核 ， 从氮原子核中打出了一种新的粒子 ， 以后 ， 人们用同样的方法从氟 、 钠 、 铝等原子核中都打出了质子 ， 由此断定 ， 质子是原子核的组成部分 ， C 正确 ； 如果一种元素具有放射性 ， 那么 ， 无论 是它以单质形式存在的 ， 还是以化合物形式存在的 ， 都具有放射性 ， D 错误 。 5. C 积累 · 整合 （ 二 ） 1. C 2. D 3. BC 4. BCD 5. D 6. （ 1 ） 带正电的 α 粒子 （ 2 ） 1 ∶ 2 （ 3 ） 14 6 C→ 10 4 Be+ 4 2 He ［ 解析 ］ （ 1 ） 由轨迹可以看出 ， 反冲核与放出的射线的受力方向均与电场强度方向相同 ， 带正电 ， 所以放出的粒 子为 α 粒子 。 （ 2 ） 由动量守恒得 ， α 粒子的动量与反冲核的动量相同 。 m Y · s t =m Z · l t 。 沿着电场方向 ， 粒子 Y 与反冲核 Z 做初 速度为 0 的匀加速直线运动 ， 根据牛顿第二定律和运动学公式得 1 2 · Eq Y m Y t 2 =2s ， 1 2 · Eq Z m Z t 2 =4l ， 解得粒子 Y 与反冲核 Z 75 暑 假 作 业 新课程 所带电荷量的比值是 1 ∶ 2 。 （ 3 ） 若该放射性原子核为 14 C ， 且已知 l ∶ s=2 ∶ 5 ， 核反应方程是 14 6 C→ 10 4 Be+ 4 2 He 。 积累 · 整合 （ 三 ） 1. D 2. AB 3. ABC 4. CD 5. CD 6. （ 1 ） 232 92 U→ 228 90 Th+ 4 2 He （ 2 ） 5.49 MeV （ 3 ） 0.09 MeV 7. （ 1 ） 14 7 N+ 4 2 He→ 17 8 O+ 1 1 H （ 2 ） 吸收能量 ， 能量变化为 1.2 MeV （ 3 ） v O ＝2.0×10 6 m/s ［ 解析 ］ （ 1 ） 卢瑟福用 α 粒子轰击氮核发现质子 ： 14 7 N+ 4 2 He→ 17 8 O+ 1 1 H 。 （ 2 ） 这一核反应中 ， 质量亏损 Δm＝m N +m α -m O -m p ＝14.00753 u+4.00387 u-17.00454 u-1.00815 u＝-0.00129 u ， 由质 能方程 ， 则有 ΔE＝Δmc 2 ＝-0.00129×931 MeV＝-1.2 MeV ， 故这一核反应是吸收能量的反应 ， 其能量为 1.20 MeV 。 （ 3 ） 根据动量守恒定律 ， 则有 m α v＝m H v H +m O v O 。 又 v O ∶ v H ＝1 ∶ 43 ， 解得 v O ＝2.0×10 6 m/s 。 应用 · 拓展 1. BD 2. ABD 3. B 4. D 5. A 6. 强子 轻子 规范玻色子 希格斯玻色子 76 暑 假 作 业 新课程 第 周 年 月 日 ! # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # " # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # $ 原 子 核 原子核的组成 % 衰变方程式 α 衰变 ： β 衰变 ： % 人工转变 质子的发现 ： 中子的发现 ： 放射性同位素和正电子的发现 ： 、 ! # # # " # # # $ 天然放射现象 ： 3 种射线 （ 、 、 ） 的本质和性质 探测射线的仪器 ： 威尔逊云室 意义 ： 规律 ： 衰变过程中 守恒 、 守恒 、 守恒 。 能量以 放出的粒子和新核的 和 γ 光子能量的形式表现出来 半衰期 ： 大量原子核有 发生衰变所用的时间 。 它由核 的因 素决定 ， 与原子所处的物理 、 化学状态 ! # # # # # # # # " # # # # # # # # $ 放射性元素的衰变 核力 ： 短程力 ， 存在于 的核子发生相互作用 结合能 ： 原子核是靠核子之间的核力结合到一起构成的 ， 要想将它们 所需的能量就是原子的结合能 比结合能 （ 平均结合能 ）： 比结合能越 ， 原子核中核子结合得越牢 固 ， 原子核越稳定 爱因斯坦质能方程 ： 或 ! # # # # # # # # " # # # # # # # # $ 核反应 重核的裂变 ： 轻核的聚变 ： % ! # # # # # # # " # # # # # # # $ 核能与核反应 核能 “ 基本 ” 粒子 第五章 原 子 核 梳理 · 建构 1. 一放射源放射出某种或多种射线 ， 当用一张薄纸放在放射源的前面时 ， 强度减为原来 的 1 3 ， 而当用 1 cm 厚的铝片放在放射源前时 ， 射线的强度减小到几乎为 0 ， 由此可知 ， 该 放射源所射出的 （ ） A. 仅是 α 射线 B. 仅是 β 射线 C. 是 α 射线和 β 射线 D. 是 α 射线和 γ 射线 积累 · 整合 （ 一 ） 60 高二物理 第 周 年 月 日 梳 理 · 建 构 积 累 · 整 合 应 用 · 拓 展 2. 下列说法中正确的是 （ ） A. 4 -2 He 核中有 4 个质子 、 2 个中子 B. 4 -2 He 核与 3 2 He 核不互为同位素 C. 10 -4 Be 中的质子数比中子数少 6 D. 30 -14 Si 中的质子数比中子数少 2 3. 关于 α 、 β 、 γ 三种射线 ， 下列说法正确的是 （ ） A. α 射线是一种波长很短的电磁波 B. γ 射线是一种波长很短的电磁波 C. β 射线的电离能力最强 D. γ 射线的电离能力最强 4. 关于放射性和天然放射现象 ， 说法正确的是 （ ） A. 居里夫妇发现了放射现象 ， 并在一种沥青铀矿中发现两种新的放射性元素钋和镭 B. 只有原子序数大于 83 的元素才有放射性 C. 天然放射现象说明原子核是可分的 D. 一种元素单质具有放射性 ， 该种元素的化合物不一定具有放射性 5. 2020 年 3 月 20 日 ， 电影 《 放射性物质 》 在伦敦首映 ， 该片的主角 —— 居里夫人是放 射性元素镭的发现者 。 如图所示 ， 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 （ ） 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 第 5 题图 ① ③ ② + + + + + - - - - - ⑥ ⑤ ④ 1. 某原子核的衰变过程为 A α 衰变 B β 衰变 C ， 下列说法正确的是 （ ） A. 核 A 的中子数减核 C 的中子数等于 2 B. 核 A 的质量数减核 C 的质量数等于 5 C. 核 A 的质子数比核 C 的质子数多 1 D. 核 A 的质子数比核 B 的质子数多 1 2. 关于放射性同位素的应用 ， 下列说法正确的是 （ ） A. α 射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电 ， 因此达到了消除有害静电的目的 B. 利用 γ 射线的贯穿性可以为金属探伤 ， 也能进行人体的透视 C. 用射线照射作物种子能使其 DNA 发生变异 ， 其结果一定是成为更优秀的品种 D. 射线能治疗癌症的原因是人体组织对射线的耐受能力是不同的 3. （ 多选 ） 一个静止的放射性原子核处于匀强磁场中 ， 由于发生了衰变而在磁场中形成 如图所示的两个圆形径迹 ， 两圆半径之比为 1 ∶ 16 ， 下列判断正确的有 （ ） A. 该原子核发生了 α 衰变 积累 · 整合 （ 二 ） 61 暑 假 作 业 新课程 第 周 年 月 日 B. 反冲原子核在小圆上逆时针运动 C. 原来静止的核 ， 其原子序数为 15 D. 放射性的粒子与反冲核运动周期相同 4. （ 多选 ） 下列核反应方程及其表述中正确的有 （ ） A. 3 2 He+ 2 1 H→ 4 2 He+ 1 1 H 是原子核的 α 衰变 B. 4 2 He+ 17 31 Al→ 30 15 P+ 1 0 n 是原子核的人工转变 C. 24 11 Na→ 24 12 Mg+ 0 -1 e 是原子核的 β 衰变 D. 235 92 U+ 1 0 n→ 92 36 Kr+ 141 56 Ba+3 1 0 n 是重核的裂变反应 5. 放射性同位素 14 6 C 被考古学家称为 “ 碳钟 ”， 它可以用来判定古生物体的年代 。 宇宙射 线中高能量中子碰撞空气中的氮原子后 ， 会形成不稳定的 14 6 C ， 它容易发生 β 衰变 ， 其半衰 期为 5730 年 。 生物体中 14 6 C 的生成和衰变通常是平衡的 ， 即 14 6 C 的含量是不变的 。 当生物体 死亡后 ， 生物体机体内 14 6 C 不再生成 ， 含量会不断减少 。 以下说法正确的是 （ ） A. 14 6 C 发生 β 衰变后生成的新核为 13 7 N B. 10 个 14 6 C 经过 5730 年一定会有 5 个发生衰变 C. 该 β 衰变时产生的电子是核外电子被激发形成的 D. 若测得一具古生物遗骸中 14 6 C 含量只有活体中的 12.5% ， 则这具遗骸距今约有 17190 年 6. 在 “ 云室 ” 中加一匀强电场 ， 通过观察带电粒子在其中的运动径迹 ， 可研究原子核的 衰变规律 ， 现有一个原来速度几乎为 0 的某放射性原子核 x 置于 “ 云室 ” 中的 O 点 ， 它发生 衰变时所放出的粒子 Y 与反冲核 Z 的速度方向均与电场方向垂直 ， 经过相等的时间所形成 的径迹如图所示 （ s 、 l 均表示长度 ）。 （ 1 ） 试判断 x 衰变时所放出的粒子是带什么性质的电荷 。 （ 2 ） 试求衰变时所放出的粒子 Y 与反冲核 Z 所带电荷量的比值 。 （ 3 ） 若该放射性原子核为 14 C ， 且已知 l ∶ s=2 ∶ 5 ， 试写出核反应方程 。 第 3 题图 第 6 题图 Y s l Z O v 1 v 2 4l 2s 62 高二物理 第 周 年 月 日 梳 理 · 建 构 积 累 · 整 合 应 用 · 拓 展 1. 关于核子的说法不正确的是 （ ） A. 质子和中子都是原子核的组成部分 ， 统称为核子 B. 组成原子核的核子越多 ， 它的结合能越大 C. 原子核是核子凭借核力结合在一起的 ， 要把它分开 ， 需要的能量就是结合能 D. 结合能是核子结合成原子核而需要的能量 2. （ 多选 ） 下列关于结合能和比结合能的说法中 ， 正确的有 （ ） A. 核子结合成原子核时放出能量 B. 原子核拆解成核子时要吸收能量 C. 比结合能越大的原子核越稳定 ， 因此它的结合能也一定越大 D. 重核与中等质量原子核相比较 ， 重核的结合能和比结合能都大 3. （ 多选 ） 关于原子核的结合能 ， 下列说法正确的有 （ ） A. 原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量 B. 一重原子核衰变成 α 粒子和另一原子核 ， 衰变产物的结合能之和一定大于原来重核 的结合能 C. 铯原子核 133 55 Cs 的结合能小于铅原子核 208 82 Pb 的结合能 D. 结合能越大 ， 原子核越稳定 4. （ 多选 ） 如图所示为核子平均质量与原子序数的关系 ， 下列与 原子核有关的说法正确的有 （ ） A. 原子核的结合能越大 ， 原子核越稳定 B. 原子核 A 裂变成原子核 B 和 C 时要吸收能量 C. 由图可知 ， 原子核 A 裂变成原子核 B 和 C 时会有质量亏损 ， 要放出核能 D. 在核反应堆的铀棒之间插入镉棒是为了控制核反应速度 5. （ 多选 ） 用质子轰击锂核 （ 7 3 Li ） 生成两个 α 粒子 ， 以此进行有名的验证爱因斯坦质能 方程的实验 。 已知质子初动能是 0.6 MeV ， 质子 、 α 粒子和锂核的质量分别是 1.0073 u 、 4.0015 u 和 7.0160 u 。 已知 1 u 相当于 931.5 MeV ， 则下列叙述中正确的有 （ ） A. 此反应过程质量减少 0.0103 u B. 若生成的两个 α 粒子的动能之和是 18.3 MeV ， 则与实验相符 C. 核反应中释放的能量是 18.9 MeV ， 则与实验相符 D. 若生成的两个 α 粒子的动能之和是 19.5 MeV ， 则与实验相符 6. 一个静止的铀核 232 92 U （ 原子质量为 232.0372 u ） 放出一个 α 粒子 （ 原子质量为 4.0026 u ） 后衰变成钍核 228 90 Th （ 原子质量为 228.0287 u ）。 （ 已知 ： 原子质量单位 1 u=1.67×10 -27 kg ， 1 u 第 4 题图 核子平均质量 Fe E A B C D F Z O 积累 · 整合 （ 三 ） 63 暑 假 作 业 新课程 第 周 年 月 日 相当于 931 MeV ） （ 1 ） 写出核衰变反应方程 。 （ 2 ） 算出该核衰变反应中释放出的核能 。 （ 3 ） 假设反应中释放出的核能全部转化为钍核和 α 粒子的动能 ， 则钍核获得的动能有多 大 ？ （ 计算结果保留一位有效数字 ） 7. 1919 年 ， 卢瑟福用 α 粒子轰击氮核 （ 14 7 N ） 产生氧 （ 17 8 O ） 并发现了一种新的粒子 。 已 知氮核质量为 m N =14.00753 u ， 氧核的质量为 m O =17.00454 u ， α 粒子质量为 m α =4.00387 u ， 新 粒子的质量为 m p =1.00815 u 。 （ 已知 ： 1 u 相当于 931 MeV ， 结果保留两位有效数字 ） （ 1 ） 写出发现新粒子的核反应方程 。 （ 2 ） 核反应过程中是吸收还是释放能量 ？ 求此能量的大小 。 （ 3 ） α 粒子以 v=3×10 7 m/s 的速度沿两核中心连线方向轰击静止氮核 ， 反应生成的氧核 和新的粒子同方向运动 ， 且速度大小之比为 1 ∶ 43 ， 求氧核的速度大小 。 64 高二物理 第 周 年 月 日 梳 理 · 建 构 积 累 · 整 合 应 用 · 拓 展 1. （ 多选 ） 关于链式反应的说法正确的有 （ ） A. 核反应方程 235 92 U→ 144 56 Ba+ 89 36 Kr+2 1 0 n B. 需要铀块足够大 ， 才能使链式反应继续下去 C. 核反应方程 235 92 U+ 1 0 n→ 144 56 Ba+ 88 36 Kr+3 1 0 n D. 核反应方程 235 92 U+ 1 0 n→ 144 56 Ba+ 89 36 Kr+3 1 0 n 2. （ 多选 ） 某原子核反应堆由铀棒 、 镉棒 、 慢化剂 、 冷却剂和水泥防护层等组成 ， 关于 它们的作用 ， 下列说法正确的有 （ ） A. 铀棒是核反应堆的燃料 B. 镉棒是吸收中子的材料 C. 慢化剂 （ 如石墨 、 重水等 ） 起减慢核反应的作用 D. 冷却剂把反应堆的热量传递出去 ， 同时使反应堆冷却 3. 大科学工程 “ 人造太阳 ” 主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电 ， 氘核聚变反应 方程是 2 1 H+ 2 1 H→ 3 2 He+ 1 1 n ， 已知 2 1 H 的质量为 2.0136 u ， 3 2 He 的质量为 3.0150 u ， 1 0 n 的质量为 1.0087 u ， 1 u=931 MeV/c 2 。 氘核聚变反应中释放的核能约为 （ ） A. 3.7 MeV B. 3.3 MeV C. 2.7 MeV D. 0.93 MeV 4. 关于重核的裂变 ， 下列说法正确的是 （ ） A. 核裂变时释放的能量等于它俘获中子时得到的能量 B. 重核裂变时释放出大量的能量 ， 产生明显的质量亏损 ， 所以核子数减少 C. 铀核自发放出 α 粒子 、 β 粒子时要释放能量 ， 核电站利用的就是这一能量 D. 重核的比结合能小于中等质量核的比结合能 ， 所以重核裂变成中等质量核时 ， 要放出 核能 ， 有质量亏损 5. 已知 π + 介子 、 π - 介子都是由一个夸克 （ 夸克 u 或夸克 d ） 和一个反夸克 （ 反夸克 u 或 反夸克 d ） 组成的 ， 它们的带电量如下表所示 ， 表中 e 为元电荷 。 下列说法正确的是 （ ） A. π + 由 u 和 d 组成 B. π + 由 d 和 u 组成 C. π - 由 u 和 d 组成 D. π - 由 d 和 d 组成 6. 现在发现的粒子达 400 多种 ， 它们大体可以分为 、 、 和 几种类型 。 π + π - u d u d 带电量 +e -e + 2 3 e - 1 3 e - 2 3 e + 1 3 e 应用 · 拓展 65