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]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變?yōu)樾潞说淖兓Q為衰變．2．衰變規(guī)律電荷數(shù)和質量數(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，質量數(shù)減少4.α衰變的實質：是某元素的原子核同時放出由兩個質子和兩個中子組成的粒子(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，質量數(shù)不變．β衰變的實質：是元素的原子核內(nèi)的一個中子變成質子時放射出一個電子(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衰變同時產(chǎn)生的，γ射線不改變原子核的電荷數(shù)和質量數(shù)．γ射線實質：是放射性原子核在發(fā)生α衰變或β衰變時，產(chǎn)生的某些新核由于具有過多的能量(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()【導學號：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)過一次α衰變變成20682Pb【解析】21083Bi經(jīng)一次衰變變成210aX，由于質量數(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，質量數(shù)減少4，即b＝210－4＝206，②是α衰變，故B正確，A、C錯誤；20681Ti變成20682Pb，質量數(shù)不變，電荷數(shù)增加1，所以只能經(jīng)過一次β衰變，故D項錯誤．【答案】B核反應方程1.幾個重要的核反應方程核反應式與其相關的重要內(nèi)容eq\o\al(238,)92U→eq\o\al(234,)90Th＋eq\o\al(4,2)Heα衰變實質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衰變實質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)中子的關鍵反應查德威克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.核反應遵守兩個守恒：核電荷數(shù)守恒，質量數(shù)守恒．3．核反應方程用“→”表示核反應的方向，不能用等號；熟記常見粒子的符號，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)一個質子以×107m/s的速度撞一個靜止的鋁原子核后被俘獲，鋁原子核變成硅原子核．已知鋁原子核的質量是質子的27倍，硅原子核的質量是質子的28倍，則下列說法正確的是()A．核反應方程為eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(28,14)SiB．核反應方程為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)量級為107m/s，方向跟質子的初速度方向一致D．硅原子核速度的數(shù)量級為105m/s，方向跟質子的初速度方向一致【解析】由核反應中電荷數(shù)和質量數(shù)守恒可知A選項正確，B選項錯誤；由動量守恒定律求得硅原子核速度的數(shù)量級為105m/s，即D選項正確，C選項錯誤．【答案】ADα射線和β射線在磁場中的運動軌跡分析α射線和β射線在磁場中的運動軌跡，應弄清以下基本規(guī)律：(1)衰變過程中，質量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒．(2)衰變過程中動量守恒．(3)帶電粒子垂直于磁場方向做勻速圓周運動時洛倫茲力提供向心力．(4)當靜止的原子核在勻強磁場中發(fā)生衰變且衰變后粒子運動方向與磁場方向垂直時，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衰變時兩圓外切(如圖4-2甲所示)，β衰變時兩圓內(nèi)切(如圖4-2乙所示)．如果已知磁場方向，還可根據(jù)左手定則判斷繞行方向是順時針還是逆時針．圖4-2(多選)靜止在勻強磁場中的某放射性元素的原子核，當它放出一個α粒子后，其速度方向與磁場方向垂直，測得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粒子與反沖核的動量大小相等，方向相反B．原來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程遵循動量守恒定律，由于初始總動量為零，則末動量也為零，即α粒子和反沖核的動量大小相等，方向相反，選項A正確．放出的α粒子和反沖核均在垂直于磁場的平面內(nèi)做勻速圓周運動．由Bqv＝meq\f(v2,R)得R＝eq\f(mv,Bq)若原來放射性元素的原子核電荷數(shù)為Q，則對α粒子：R1＝eq\f(p1,B·2e)對反沖核：R2＝eq\f(p2,BQ－2e)由于p1＝p2，且R1∶R2＝44∶1，解得Q＝90，故選項B正確，C錯誤．它們的速度大小與質量成反比，故選項D錯誤．【答案】AB1根據(jù)衰變后粒子在磁場中的運動軌跡是外切圓還是內(nèi)切圓判斷是α衰變還是β衰變.2無論是哪種核反應，反應過程中一定滿足質量數(shù)守恒和核電荷數(shù)守恒.1．(多選)在人類對微觀世界進行探索的過程中，科學實驗起到了非常重要的作用．下列說法符合歷史事實的是()A．密立根通過油滴實驗測出了基本電荷的數(shù)值B．貝可勒爾通過對天然放射現(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α粒子散射實驗證實了在原子核內(nèi)部存在質子【解析】密立根通過油滴實驗，驗證了物體所帶的電荷量都是某一值的整數(shù)倍，測出了基本電荷的數(shù)值，選項A正確．貝可勒爾通過對天然放射現(xiàn)象的研究，明確了原子核具有復雜結構，選項B錯誤．居里夫婦通過對含鈾物質的研究發(fā)現(xiàn)了釙(Po)和鐳(Ra)，選項C正確．盧瑟福通過α粒子散射實驗證實了原子的核式結構，選項D錯誤．【答案】AC2．放射性元素A經(jīng)過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的位置向前移動了()A．1位 B．2位C．3位 D．4位【解析】原子核經(jīng)過一次α衰變，電荷數(shù)減小2，所以經(jīng)過2次α衰變后電荷數(shù)減小4；同時，經(jīng)過一次β衰變，電荷數(shù)增加1；所以元素A經(jīng)過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錯誤；故選C.【答案】C3．(多選)有關物理學史下列說法正確的是()A．康普頓效應表明光子只具有能量，不具有動量B．玻爾的原子理論成功地解釋了氫原子光譜的實驗規(guī)律C．盧瑟福根據(jù)α粒子散射實驗提出了原子的核式結構模型D．德布羅意指出微觀粒子的動量越大，其對應的波長就越長【解析】康普頓效應表明光子有能量，也有動量，故A錯誤；玻爾的原子理論只能成功地解釋氫原子光譜的實驗規(guī)律，故B正確；盧瑟福根據(jù)α粒子散射實驗，提出了原子的核式結構模型，故C正確；依據(jù)德布羅意波長公式λ＝eq\f(h,p)，可知，微觀粒子的動量越大，其對應的波長越短，故D錯誤，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，除了測到預料中的中子外，還探測到了正電子．正電子的質量跟電子的質量相同，帶一個單位的正電荷，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，鋁箔被α粒子擊中后發(fā)生了如下反應：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程中放射出來的．(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)只有中子和質子，那么正β衰變中的正電子從何而來？【解析】(1)核反應方程為