高中物理滬科版5第四章從原子核到夸克 2023版第4章章末分層突破

章末分層突破[自我校對(duì)]①氮②eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H③查德威克④eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n⑤質(zhì)子⑥α⑦β⑧eq\o\al(4,2)He⑨eq\o\al(0,－1)e⑩eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________原子核的衰變及半衰期1.原子核的衰變放射性元素的原子核由于放出某種粒子而轉(zhuǎn)變?yōu)樾潞说淖兓Q為衰變．2．衰變規(guī)律電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒．3．衰變的分類(1)α衰變的一般方程：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)He，每發(fā)生一次α衰變，新元素與原元素相比較，核電荷數(shù)減小2，質(zhì)量數(shù)減少4.α衰變的實(shí)質(zhì)：是某元素的原子核同時(shí)放出由兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子組成的粒子(即氦核)．(核內(nèi)2eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)He)(2)β衰變的一般方程：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A,Z＋1)Y＋eq\o\al(0,－1)e.每發(fā)生一次β衰變，新元素與原元素相比較，核電荷數(shù)增加1，質(zhì)量數(shù)不變．β衰變的實(shí)質(zhì)：是元素的原子核內(nèi)的一個(gè)中子變成質(zhì)子時(shí)放射出一個(gè)電子(核內(nèi)eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(0,－1)e)．＋β衰變：eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e.(3)γ射線是伴隨α衰變或β衰變同時(shí)產(chǎn)生的，γ射線不改變?cè)雍说碾姾蓴?shù)和質(zhì)量數(shù)．γ射線實(shí)質(zhì)：是放射性原子核在發(fā)生α衰變或β衰變時(shí)，產(chǎn)生的某些新核由于具有過(guò)多的能量(核處于激發(fā)態(tài))而輻射出的光子．4．半衰期(1)剩余核數(shù)：N＝N0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(\f(t,T)).(2)剩余質(zhì)量：m＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(\f(t,T)).23892U放射性衰變有多種可能途徑，其中一種途徑是先變成21083Bi，而21083Bi可以經(jīng)一次衰變變成210aX(X代表某一種元素)，也可以經(jīng)一次衰變變成b81Ti，210aX和b81Ti最后都變成20682Pb，衰變路徑如圖4-1所示，則圖中()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：06092041】圖4-1A．a(chǎn)＝84，b＝208B．①是β衰變，②是α衰變C．①是α衰變，②是β衰變D.b81Ti經(jīng)過(guò)一次α衰變變成20682Pb【解析】21083Bi經(jīng)一次衰變變成210aX，由于質(zhì)量數(shù)不變，所以只能發(fā)生了一次β衰變，電荷數(shù)增加1即a＝83＋1＝84，①是β衰變，21083Bi經(jīng)一次衰變變成b81Ti，由于電荷數(shù)減少2，所以只能發(fā)生了一次α衰變，質(zhì)量數(shù)減少4，即b＝210－4＝206，②是α衰變，故B正確，A、C錯(cuò)誤；20681Ti變成20682Pb，質(zhì)量數(shù)不變，電荷數(shù)增加1，所以只能經(jīng)過(guò)一次β衰變，故D項(xiàng)錯(cuò)誤．【答案】B核反應(yīng)方程1.幾個(gè)重要的核反應(yīng)方程核反應(yīng)式與其相關(guān)的重要內(nèi)容eq\o\al(238,)92U→eq\o\al(234,)90Th＋eq\o\al(4,2)Heα衰變實(shí)質(zhì)2eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(234,)90Th→eq\o\al(234,)91Pa＋0－1eβ衰變實(shí)質(zhì)eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋0－1eeq\o\al(14,)7N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,)8O＋eq\o\al(1,1)H質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)(1919年)盧瑟福eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n發(fā)現(xiàn)中子的關(guān)鍵反應(yīng)查德威克eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n人工放射性同位素的發(fā)現(xiàn)約里奧·居里夫婦eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e正電子的發(fā)現(xiàn)(1934年)約里奧·居里夫婦2.核反應(yīng)遵守兩個(gè)守恒：核電荷數(shù)守恒，質(zhì)量數(shù)守恒．3．核反應(yīng)方程用“→”表示核反應(yīng)的方向，不能用等號(hào)；熟記常見(jiàn)粒子的符號(hào)，如：eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(1,1)Heq\o\al(1,0)n0－1eeq\o\al(0,1)eeq\o\al(2,1)Heq\o\al(3,1)Heq\o\al(235,)92U4．確定衰變次數(shù)的方法eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A′,Z′)Y＋neq\o\al(4,2)He＋m0－1e根據(jù)質(zhì)量數(shù)、核電荷數(shù)守恒得Z＝Z′＋2n－mA＝A′＋4n二式聯(lián)立求解得α衰變次數(shù)n，β衰變次數(shù)m.(多選)一個(gè)質(zhì)子以×107m/s的速度撞一個(gè)靜止的鋁原子核后被俘獲，鋁原子核變成硅原子核．已知鋁原子核的質(zhì)量是質(zhì)子的27倍，硅原子核的質(zhì)量是質(zhì)子的28倍，則下列說(shuō)法正確的是()A．核反應(yīng)方程為eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(28,14)SiB．核反應(yīng)方程為eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(28,14)SiC．硅原子核速度的數(shù)量級(jí)為107m/s，方向跟質(zhì)子的初速度方向一致D．硅原子核速度的數(shù)量級(jí)為105m/s，方向跟質(zhì)子的初速度方向一致【解析】由核反應(yīng)中電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒可知A選項(xiàng)正確，B選項(xiàng)錯(cuò)誤；由動(dòng)量守恒定律求得硅原子核速度的數(shù)量級(jí)為105m/s，即D選項(xiàng)正確，C選項(xiàng)錯(cuò)誤．【答案】ADα射線和β射線在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡分析α射線和β射線在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡，應(yīng)弄清以下基本規(guī)律：(1)衰變過(guò)程中，質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒．(2)衰變過(guò)程中動(dòng)量守恒．(3)帶電粒子垂直于磁場(chǎng)方向做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)洛倫茲力提供向心力．(4)當(dāng)靜止的原子核在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中發(fā)生衰變且衰變后粒子運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，大圓一定是α粒子或β粒子的軌跡，小圓一定是反沖核的軌跡．α衰變時(shí)兩圓外切(如圖4-2甲所示)，β衰變時(shí)兩圓內(nèi)切(如圖4-2乙所示)．如果已知磁場(chǎng)方向，還可根據(jù)左手定則判斷繞行方向是順時(shí)針還是逆時(shí)針．圖4-2(多選)靜止在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的某放射性元素的原子核，當(dāng)它放出一個(gè)α粒子后，其速度方向與磁場(chǎng)方向垂直，測(cè)得α粒子和反沖核的軌道半徑之比為R1∶R2＝44∶1，如圖4-3所示，則()圖4-3A．α粒子與反沖核的動(dòng)量大小相等，方向相反B．原來(lái)放射性元素的原子核電荷數(shù)為90C．反沖核的核電荷數(shù)為88D．α粒子和反沖核的速度之比為1∶88【解析】微粒之間相互作用的過(guò)程遵循動(dòng)量守恒定律，由于初始總動(dòng)量為零，則末動(dòng)量也為零，即α粒子和反沖核的動(dòng)量大小相等，方向相反，選項(xiàng)A正確．放出的α粒子和反沖核均在垂直于磁場(chǎng)的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)．由Bqv＝meq\f(v2,R)得R＝eq\f(mv,Bq)若原來(lái)放射性元素的原子核電荷數(shù)為Q，則對(duì)α粒子：R1＝eq\f(p1,B·2e)對(duì)反沖核：R2＝eq\f(p2,BQ－2e)由于p1＝p2，且R1∶R2＝44∶1，解得Q＝90，故選項(xiàng)B正確，C錯(cuò)誤．它們的速度大小與質(zhì)量成反比，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤．【答案】AB1根據(jù)衰變后粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡是外切圓還是內(nèi)切圓判斷是α衰變還是β衰變.2無(wú)論是哪種核反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中一定滿足質(zhì)量數(shù)守恒和核電荷數(shù)守恒.1．(多選)在人類對(duì)微觀世界進(jìn)行探索的過(guò)程中，科學(xué)實(shí)驗(yàn)起到了非常重要的作用．下列說(shuō)法符合歷史事實(shí)的是()A．密立根通過(guò)油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)出了基本電荷的數(shù)值B．貝可勒爾通過(guò)對(duì)天然放射現(xiàn)象的研究，發(fā)現(xiàn)了原子中存在原子核C．居里夫婦從瀝青鈾礦中分離出了釙(Po)和鐳(Ra)兩種新元素D．盧瑟福通過(guò)α粒子散射實(shí)驗(yàn)證實(shí)了在原子核內(nèi)部存在質(zhì)子【解析】密立根通過(guò)油滴實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了物體所帶的電荷量都是某一值的整數(shù)倍，測(cè)出了基本電荷的數(shù)值，選項(xiàng)A正確．貝可勒爾通過(guò)對(duì)天然放射現(xiàn)象的研究，明確了原子核具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤．居里夫婦通過(guò)對(duì)含鈾物質(zhì)的研究發(fā)現(xiàn)了釙(Po)和鐳(Ra)，選項(xiàng)C正確．盧瑟福通過(guò)α粒子散射實(shí)驗(yàn)證實(shí)了原子的核式結(jié)構(gòu)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．【答案】AC2．放射性元素A經(jīng)過(guò)2次α衰變和1次β衰變后生成一新元素B，則元素B在元素周期表中的位置較元素A的位置向前移動(dòng)了()A．1位 B．2位C．3位 D．4位【解析】原子核經(jīng)過(guò)一次α衰變，電荷數(shù)減小2，所以經(jīng)過(guò)2次α衰變后電荷數(shù)減小4；同時(shí)，經(jīng)過(guò)一次β衰變，電荷數(shù)增加1；所以元素A經(jīng)過(guò)2次α衰變和1次β衰變后電荷數(shù)減小3，則生成的新元素在元素周期表中的位置向前移3位，故C正確，A、B、D錯(cuò)誤；故選C.【答案】C3．(多選)有關(guān)物理學(xué)史下列說(shuō)法正確的是()A．康普頓效應(yīng)表明光子只具有能量，不具有動(dòng)量B．玻爾的原子理論成功地解釋了氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律C．盧瑟福根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型D．德布羅意指出微觀粒子的動(dòng)量越大，其對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)就越長(zhǎng)【解析】康普頓效應(yīng)表明光子有能量，也有動(dòng)量，故A錯(cuò)誤；玻爾的原子理論只能成功地解釋氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，故B正確；盧瑟福根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，故C正確；依據(jù)德布羅意波長(zhǎng)公式λ＝eq\f(h,p)，可知，微觀粒子的動(dòng)量越大，其對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)越短，故D錯(cuò)誤，故選B、C.【答案】BC4．1934年，約里奧—居里夫婦在用α粒子轟擊鋁箔時(shí)，除了測(cè)到預(yù)料中的中子外，還探測(cè)到了正電子．正電子的質(zhì)量跟電子的質(zhì)量相同，帶一個(gè)單位的正電荷，跟電子的電性正好相反，是電子的反粒子．更意外的是，拿走α放射源以后，鋁箔雖不再發(fā)射中子，但仍然繼續(xù)發(fā)射正電子，而且這種放射性也有一定的半衰期．原來(lái)，鋁箔被α粒子擊中后發(fā)生了如下反應(yīng)：eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n，這里的eq\o\al(30,15)P就是一種人工放射性同位素，正電子就是它衰變過(guò)程中放射出來(lái)的．(1)寫出放射性同位素eq\o\al(30,15)P放出正電子的核反應(yīng)方程；(2)放射性同位素eq\o\al(30,15)P放出正電子的衰變稱為正β衰變，我們知道原子核內(nèi)只有中子和質(zhì)子，那么正β衰變中的正電子從何而來(lái)？【解析】(1)核反應(yīng)方程為