人教版高中物理举一反三-选择性必修三专题5.1 原子核的组成（解析版）

专题5.1原子核的组成【人教版】TOC\o"1-3"\t"正文,1"\h【题型1天然放射现象的发现】 【题型2射线的判断】 【题型3质子和中子的发现】 【题型4原子核的组成】 【题型5同位素】 【题型6综合问题】 【题型7拓展问题】 【题型1天然放射现象的发现】【例1】天然放射现象的发现揭示了（）A．原子是可分的 B．原子的中心有一个很小的核C．原子核具有复杂的结构 D．原子核由质子和中子组成【答案】C【解析】天然放射现象的发现揭示了原子核具有复杂的结构。故选C。【变式1-1】[多选]物理学家通过对实验的深入观察和研究，获得正确的科学认知，推动物理学的发展。下列说法符合事实的是()A．赫兹通过一系列实验，证实了麦克斯韦关于光的电磁理论B．查德威克用α粒子轰击eq\o\al(14,7)N获得反冲核eq\o\al(17,8)O，发现了中子C．贝克勒尔发现的天然放射性现象，说明原子核有复杂结构D．卢瑟福通过对阴极射线的研究，提出了原子核式结构模型解析：选AC麦克斯韦曾提出光是电磁波，赫兹通过实验证实了麦克斯韦关于光的电磁理论，选项A正确。查德威克用α粒子轰击eq\o\al(9,4)Be，获得反冲核eq\o\al(12,)6C，发现了中子，选项B错误。贝克勒尔发现了天然放射现象，说明原子核有复杂的结构，选项C正确。卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，提出了原子核式结构模型，选项D错误。【变式1-2】(多选)在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到了非常重要的作用。下列说法符合历史事实的是()A．玛丽·居里和皮埃尔，居里从沥青铀矿中分离出了钋(Po)和镭(Ra)两种新元素B．汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中偏转的实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成的，并测出了该粒子的比荷C．卢瑟福通过对粒子大角散射实验的研究发现了质子D．贝克勒尔通过对天然放射现象的研究，发现了原子中存在原子核【解析】居里夫妇通过对含铀物质的研究发现了钋(Po)和镭(Ra)，故A正确；汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中偏转的实验，说明了阴极射线是由带负电的粒子组成的，并测出了粒子的比荷，故B正确；卢瑟福α粒子大角散射实验，提出了原子核式结构，故C错误；贝克勒尔通过对天然放射现象的研究，明确了原子核具有复杂结构，故D错误。故选AB。【答案】AB【变式1-3】下列现象可作为“原子核可再分”的依据的是（）A．阴极射线实验 B．α粒子散射实验 C．天然放射性现象 D．原子发光【答案】C【解析】汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，从而证明了原子可再分，故A错误；卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构学说，故B错误；天然放射现象是原子发生衰变之后会放出三种射线，这说明原子核可再分，故C正确；氢原子发光说明核外电子的跃迁，不能说明原子核可再分，故D错误。故选B。【题型2射线的判断】【例2】如图所示为研究某未知元素放射性的实验装置，实验开始时在薄铝片和荧光屏之间有图示方向的匀强电场E，通过显微镜可以观察到在荧光屏的某一位置上每分钟闪烁的亮点数，若撤去电场后继续观察，发现每分钟的闪烁亮点数没有变化；如果再将薄铝片移开，观察到每分钟闪烁的亮点数大大增加，由此可以判断，放射源发出的射线可能为（

）A．α射线和γ射线 B．α射线和β射线C．β射线和X射线 D．β射线和γ射线【答案】A【解析】三种射线中射线和射线带电，进入电场后会发生偏转，而射线不带电，不受电场力，电场对它没有影响，在电场中不偏转．由题，将电场撤去，从显微镜内观察到荧光屏上每分钟闪烁亮点数没有变化，可知射线中含有γ射线．再将薄铝片移开，则从显微镜筒内观察到的每分钟闪烁亮点数大为增加，根据射线的特性：穿透本领最弱，一张纸就能挡住，分析得知射线中含有射线．故放射源所发出的射线可能为射线和射线．A正确．【变式2-1】如图所示，某放射性元素衰变过程中释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强磁场和匀强电场中，关于三种射线，下列说法正确的是()A．①④表示α射线，其速度最慢、电离能力最弱B．②⑤表示γ射线，其穿透能力和电离能力都很强C．②⑤表示γ射线，是原子核内释放出的高频电磁波D．③⑥表示β射线，是高速电子流，可以穿透几毫米厚的铝板解析：选Cα射线是高速粒子流，粒子带正电，β射线为高速电子流，带负电，γ射线为高频电磁波，结合题图及左手定则可知：①④为β射线，②⑤为γ射线，③⑥为α射线。α射线的速度最小但电离能力最强，γ射线是由原子核内释放出的高频电磁波，其穿透能力很强，但电离能力很弱，故C正确，A、B、D错误。【变式2-2】一天然放射性物质发出三种射线，经过方向如图所示的匀强磁场、匀强电场共存的区域后射到足够大的荧光屏上，荧光屏上只有a、b两处出现亮斑，下列判断中正确的是（）A．射到b处的一定是α射线B．射到b处的一定是β射线C．射到b处的可能是γ射线D．射到b处的可能是α射线【答案】D【解析】α射线带正电，β射线带负电，γ射线不带电，γ射线不受电场力和洛伦兹力，故射到b处的一定不是γ射线，C错误；α射线和β射线在电场、磁场中受到电场力和洛伦兹力，若电场力大于洛伦兹力，则射到b处的是α射线，若洛伦兹力大于电场力，则射到b处的是β射线，D正确，A、B错误。故选D。【变式2-3】如图所示，x为未知放射源，L为薄铝片，若在放射源和计数器之间加上L后，计数器的计数率大幅度减小，在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，则x可能是（）A．α和β的混合放射源 B．纯α放射源C．α和γ的混合放射源 D．纯γ放射源【答案】C【解析】在放射源和计数器之间加上薄铝片后，计数器的计数率大幅度减小，说明射线中有穿透力很弱的粒子，即α粒子。在薄铝片和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，说明穿过铝片的粒子中无带电粒子，故只有γ射线。因此放射源可能是α和γ的混合放射源。故选C。【题型3质子和中子的发现】【例3】（多选）已知天然放射性物质衰变时放出、、三种射线，下列说法正确的是（）A．、、三种射线分别是氢原子核、质子和中子B．三种射线中射线电离作用最强、射线穿透能力最强C．粒子轰击氮原子核可以产生质子，核反应方程为D．三种射线在真空中的传播速度都等于光速【答案】BC【解析】、、三种射线分别是氦原子核、电子和电磁波，A错误；三种射线中射线电离作用最强、射线穿透能力最强，B正确；粒子轰击氮原子核可以产生质子，反应过程满足质量数守恒和电荷数守恒，核反应方程为C正确；射线在真空中的传播速度大约光速的，射线在真空中的传播速度大约可达到光速的，射线在真空中的传播速度等于光速，D错误；故选BC。【变式3-1】物理学家们探究自然奥秘，他们或长于思辨总结，或长于数学演绎，或长于实验论证。在发展物理学过程中也推动了哲学、数学等其他科学的发展，对人类文明进程贡献很多。下列表述正确的是()A．伽利略认真研究了自由落体运动，用直接观察实验的方法发现了v与x不成正比，v与t成正比，即x与t2成正比的规律B．牛顿在《自然哲学的数学原理》中提出三条运动定律和万有引力定律，该理论在任何情况下都可适用于所有天体和宏观物体C．法拉第发现电流磁效应；奥斯特发现磁生电现象D．卢瑟福指导他的助手进行了α粒子散射实验，提出了原子的核式结构。放射性现象揭示了原子核结构的复杂性，之后卢瑟福及其学生进一步发现了质子和中子，弄清楚了原子核的结构【答案】D【解析】伽利略在研究自由落体运动的性质中发现：如果v与x成正比，将会推导出十分复杂的结论。他猜想v与t成正比，但由于当时技术不够发达，无法直接测定瞬时速度，所以无法直接检验其是否正确。于是他想到了用便于测量的位移x与t的关系来进行检验：如果v=kt成立，则x与t的关系应是x=kt2，则不是直接实验观察，A错误；牛顿在《自然哲学的数学原理》中提出三条运动定律和万有引力定律，该理论不是所有天体和宏观物体都适用，B错误；奥斯特发现了电流磁效应，法拉第发现了电磁感应现象，C错误；卢瑟福指导他的助手进行了α粒子散射实验，提出了原子的核式结构。放射性现象揭示了原子核结构的复杂性，之后卢瑟福及其学生进一步发现了质子和中子，弄清楚了原子核的结构，D正确。故选D。【变式3-2】卢瑟福曾预言：在原子核内，除了质子外，还可能有质量与质子相等的中性粒子（即中子）存在。他的主要依据是通过实验发现原子核（）A．核外电子数与核内质子数相等 B．核电荷数与核外电子数相等C．核电荷数与核内质子数相等 D．核电荷数约是质量数的一半【答案】D【解析】卢瑟福曾预言：在原子核内，除了质子外，还可能有质量与质子相等的中性粒子（即中子）存在。他的主要依据是通过实验发现原子核的核电荷数约是质量数的一半，故D正确，ABC错误。故选D。【变式3-3】目前核电站使用的核燃料基本都是浓缩铀，有一种典型的铀核裂变方程是eq\o\al(235,92)U＋x→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3x.下列关于x的说法正确的是()A.x是β粒子，具有很强的电离本领B.x是中子，中子是查德威克通过实验最先发现的C.x是中子，中子是卢瑟福通过实验最先发现的D.x是α粒子，穿透能力比较弱答案B【题型4原子核的组成】【例4】下列关于原子核的相关说法中正确的是（）A．天然放射现象的发现说明了原子核是可以再分的B．原子核的电荷数不是它的电荷量，但质量数是它的质量C．卢瑟福通过实验发现了质子和中子D．原子核的核内有90个中子【答案】A【解析】考查原子核相关概念。天然放射现象中，原子核发生衰变，生成新核，因此说明了原子核可以再分，故A项正确；原子核的电荷数不是它的电荷量，质量数也不是它的质量，故B项错误；卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，故C项错误；原子核的质子数为90，中子数为144，故D项错误。故选A。【变式4-1】eq\o\al(232,90)Th经过一系列α衰变和β衰变后变成eq\o\al(208,82)Pb，则eq\o\al(208,82)Pb比eq\o\al(232,90)Th少()A．16个中子，8个质子B．8个中子，16个质子C．24个中子，8个质子D．8个中子，24个质子解析：选Aeq\o\al(208,82)Pb比eq\o\al(232,90)Th质子数少(90－82)＝8个，核子数少(232－208)＝24个，所以中子数少(24－8)＝16个，故A正确；B、C、D错误。【变式4-2】大亚湾核电站位于珠三角地区，是中国大陆第一座商用核电站。大亚湾核电站利用的是核裂变。一种典型的核裂变反应方程为，其中原子核X的中子数为（）A．52 B．53 C．54 D．55【答案】B【解析】核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒，可得原子核X的质子数为36、质量数为89，故原子核X的中子数为，B正确。故选B。【变式4-3】核中有（）A．92个电子 B．238个质子 C．146个中子 D．330个核子【答案】C【解析】中质子数为92，核子数238，由于质子数与中子数之和为核子数，则中子数为146，原子核内没有电子，故ABD错误，C正确。故选C。【题型5同位素】【例5】下列说法中正确的是A．氦4核中有4个质子，4个中子B．氦4核与氦3核不是互为同位素C．Be中的质子数比中子数少6D．Si中的质子数比中子数少2答案：D解析：氦4核中有2个质子，2个中子，故A错误；氦4核与氦3核是互为同位素，故B错误；Be中质子数为4，中子数为6，则质子数比中子数少2，故C错误；Si的质子数比中子数少2，故D正确；故选D．【变式5-1】(多选)1934年，约里奥—居里夫妇用α粒子轰击铝箔，首次产生了人工放射性同位素X，反应方程为eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→X＋eq\o\al(1,0)n。X会衰变成原子核Y，衰变方程为X→Y＋eq\o\al(0,1)e。则()A．X的质量数与Y的质量数相等B．X的电荷数比Y的电荷数少1C．X的电荷数比eq\o\al(27,13)Al的电荷数多2D．X的质量数与eq\o\al(27,13)Al的质量数相等解析：选AC根据电荷数守恒和质量数守恒，可知eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→X＋eq\o\al(1,0)n方程中X的质量数为30，电荷数为15，再根据X→Y＋eq\o\al(0,1)e方程可知Y的质量数为30，电荷数为14，故X的质量数与Y的质量数相等，X的电荷数比Y的电荷数多1，X的电荷数比eq\o\al(27,13)Al的电荷数多2，X的质量数比eq\o\al(27,13)Al的质量数多3，A、C正确，B、D错误【变式5-2】氢有三种同位素，分别是氕、氘、氚，则下列说法正确的是（）A．它们的质子数不相等 B．它们的核外电子数不相等C．它们的核子数不相等 D．它们的中子数相等【答案】C【解析】根据同位素定义，可知它们具有相同的质子数，但质量数不同，质量数等于质子数加中子数，则中子数不同，故AD错误。同位素的质子数相同，则核外电子数相同，故B错误；核子数等于质子数加中子数，可知核子数不同，故C正确。故选C。【变式5-3】如图，轧钢厂的热轧机上可以安装射线测厚仪，仪器探测到的射线强度与钢板的厚度有关。已知某车间采用放射性同位素依-192作为放射源，其化学符号是，原子序数，通过衰变放出射线，半衰期为天，适合透照钢板厚度，下列说法正确的是（）A．衰变产生的新核用X表示，铱的衰变方程为份B．若已知钢板厚度标准为，探测器得到的射线变弱时，说明钢板厚度大于，应当增大热轧机两轮之间的厚度间隙C．若有铱，经过天有没有衰变D．放射性同位素发生衰变时，遵循能量守恒和质量守恒答案：A解析：衰变的实质是核里的一个中子放出一个电子变为一个质子，反应过程中遵循质量数守恒和核电荷数守恒，故质量数不变核电荷数加一，故A正确；探测器得到的射线变弱时，说明钢板厚度增大，应当减小热轧机两轮之间的厚度间隙，故B错误；若有铱，经过74天后还有没有衰变，再过74天（即总共经历148天）还有没有衰变，故C错误；放射性同位素发生衰变时，因遵循能量守恒，放出了能量出现了质量亏损，质量不守恒，故D错误；故选A。【题型6综合问题】【例6】在近代物理发展的过程中，实验和理论相互推动，促进了人们对微观世界的认识。对下列实验描述正确的是()A．甲图中只增大光照强度，电流表的示数一定不变B．乙图中用紫外灯照射锌板，验电器指针因带负电张开C．丙图的理论说明氢原子能级是分立的，但原子发射光子的频率是连续的D．丁图放射源产生的三种射线中，射线1的电离本领最强【答案】D【解析】光流照射金属表面，发生光电效应，当只增大光照强度时，相同时间内溢出的电子数会增加，电流表的示数会增大，故A错误；②图中用紫外灯照射锌板，锌板发生光电效应，锌板失去电子而带正电，验电器用导线连在锌板上，其指针也带正电张开，故B错误；氢原子的能级图可以很好的解释氢原子光谱的规律，是高激发态跃迁到n=2产生了巴尔末系可见光，原子发射光子是不连续的，故C错误；α射线是高速的氦核流，一个α粒子带两个正电荷，根据左手定则，α射线受到的洛伦兹力向左，故1是α射线，其电离本领最强；β射线是高速电子流，带一个负电荷，根据左手定则，β射线受到的洛伦兹力向右，故3是β射线，其电离本领较强；γ射线是γ光子，是电中性的，故在磁场中不受磁场的作用力，轨迹不会发生偏转，故2是γ射线，其电离本领最弱，故D正确；故选D。【变式6-1】在以下说法中，正确的是()A．医学上利用γ射线治疗肿瘤主要是利用了γ射线的穿透能力强的特点B．若用频率更高的单色光照射时，同级牛顿环半径将会变大C．机械波在传播波源的振动的形式的同时不传递了能量D．麦克耳孙﹣莫雷实验表明：不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是一样的【答案】D【解析】医学上利用γ射线治疗肿瘤主要是利用了γ射线的具有高能量的特点，故A错误；若用频率更高的单色光照射时，光的波长变小，同级牛顿环半径将会变小，故B错误；机械波在传播波源的振动的形式的同时传递了能量．故C不正确；爱因斯坦的相对论与麦克耳孙﹣莫雷实验表明：不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是一样的，与参考系的选取无关．故D正确．故选D。【变式6-2】下列说法正确的有()A．黑体辐射的强度与频率的关系是：随着温度的升高，各种频率的辐射都增加，辐射强度极大值的光向频率较低的方向移动B．α粒子散射实验中少数α粒子发生了较大偏转是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据C．天然放射现象的发现说明了原子有复杂的结构D．利用α射线可发现金属制品中的裂纹【答案】B【解析】随着温度的升高，一方面各种波长的辐射强度都有增加，另一方面辐射强度的极大值向波长较短、频率较高的方向移动，故A错误；当α粒子穿过原子时，电子对α粒子影响很小，影响α粒子运动的主要是原子核，离核远则α粒子受到的库仑斥力很小，运动方向改变小．只有当α粒子与核十分接近时，才会受到很大库仑斥力，而原子核很小，所以α粒子接近它的机会就很少，因此只有少数α粒子发生较大偏转，卢瑟福正是对这些现象的认真研究提出了原子核式结构模型，故B正确；人们认识到原子核具有复杂结构是从发现天然放射现象开始的，故C错误；α射线的穿透能力最弱，不能用α射线检查金属制品的裂纹，故D错误．故选：B。【变式6-3】下列说法正确的是()A．β射线是原子核外电子挣脱原子核束缚后形成的B．汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，从而揭示了原子核是有复杂结构的C．卢瑟福的原子核式结构模型解释了α粒子散射实验D．查德威克发现了天然放射现象说明原子具有复杂的结构【解析】β射线是原子核内中子转化为质子时释放的电子，故A错误；汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，从而揭示了原子是有复杂结构的，故B错误；卢瑟福通过α粒子散射实验，提出了原子核式结构模型，故C正确；贝克勒尔发现了天然放射现象说明原子核具有复杂的结构，故D错误。故选C。【答案】C【题型7拓展问题】【例7】科学家研究发现闪电能够引发大气核反应，其中一种典型的核反应如图所示，闪电产生的高能射线把原子核A的中子移除，产生不稳定的原子核，该不稳定的原子核再衰变成中微子（质量数和电荷数均为零）、正电子和原子核，则原子核A为（）A． B． C． D．【答案】A【解析】不稳定的原子核衰变成中微子（质量数和电荷数均为零）、正电子和原子核，不稳定的原子核为，高能射线把原子核A的中子移除，产生不稳定的原子核，原子核A为。故选A。【变式7-1】（多选）质子数与中子数互换的核互为镜像核，例如是的镜像核，同样也是的镜像核．下列说法正确的是()A．和