高中物理沪科版5第四章从原子核到夸克 2023版第4章章末分层突破

章末分层突破[自我校对]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质子⑥α⑦β⑧eq\o\al(4,2)He⑨eq\o\al(0,－1)e⑩eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________原子核的衰变及半衰期1.原子核的衰变放射性元素的原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化称为衰变．2．衰变规律电荷数和质量数都守恒．3．衰变的分类(1)α衰变的一般方程：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)He，每发生一次α衰变，新元素与原元素相比较，核电荷数减小2，质量数减少4.α衰变的实质：是某元素的原子核同时放出由两个质子和两个中子组成的粒子(即氦核)．(核内2eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)He)(2)β衰变的一般方程：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A,Z＋1)Y＋eq\o\al(0,－1)e.每发生一次β衰变，新元素与原元素相比较，核电荷数增加1，质量数不变．β衰变的实质：是元素的原子核内的一个中子变成质子时放射出一个电子(核内eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(0,－1)e)．＋β衰变：eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e.(3)γ射线是伴随α衰变或β衰变同时产生的，γ射线不改变原子核的电荷数和质量数．γ射线实质：是放射性原子核在发生α衰变或β衰变时，产生的某些新核由于具有过多的能量(核处于激发态)而辐射出的光子．4．半衰期(1)剩余核数：N＝N0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(\f(t,T)).(2)剩余质量：m＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(\f(t,T)).23892U放射性衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成21083Bi，而21083Bi可以经一次衰变变成210aX(X代表某一种元素)，也可以经一次衰变变成b81Ti，210aX和b81Ti最后都变成20682Pb，衰变路径如图4­1所示，则图中()【导学号：06092041】图4­1A．a＝84，b＝208B．①是β衰变，②是α衰变C．①是α衰变，②是β衰变D.b81Ti经过一次α衰变变成20682Pb【解析】21083Bi经一次衰变变成210aX，由于质量数不变，所以只能发生了一次β衰变，电荷数增加1即a＝83＋1＝84，①是β衰变，21083Bi经一次衰变变成b81Ti，由于电荷数减少2，所以只能发生了一次α衰变，质量数减少4，即b＝210－4＝206，②是α衰变，故B正确，A、C错误；20681Ti变成20682Pb，质量数不变，电荷数增加1，所以只能经过一次β衰变，故D项错误．【答案】B核反应方程1.几个重要的核反应方程核反应式与其相关的重要内容eq\o\al(238,)92U→eq\o\al(234,)90Th＋eq\o\al(4,2)Heα衰变实质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衰变实质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质子的发现(1919年)卢瑟福eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n发现中子的关键反应查德威克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发现约里奥·居里夫妇eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e正电子的发现(1934年)约里奥·居里夫妇2.核反应遵守两个守恒：核电荷数守恒，质量数守恒．3．核反应方程用“→”表示核反应的方向，不能用等号；熟记常见粒子的符号，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．确定衰变次数的方法eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A′,Z′)Y＋neq\o\al(4,2)He＋m0－1e根据质量数、核电荷数守恒得Z＝Z′＋2n－mA＝A′＋4n二式联立求解得α衰变次数n，β衰变次数m.(多选)一个质子以×107m/s的速度撞一个静止的铝原子核后被俘获，铝原子核变成硅原子核．已知铝原子核的质量是质子的27倍，硅原子核的质量是质子的28倍，则下列说法正确的是()A．核反应方程为eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(28,14)SiB．核反应方程为eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(28,14)SiC．硅原子核速度的数量级为107m/s，方向跟质子的初速度方向一致D．硅原子核速度的数量级为105m/s，方向跟质子的初速度方向一致【解析】由核反应中电荷数和质量数守恒可知A选项正确，B选项错误；由动量守恒定律求得硅原子核速度的数量级为105m/s，即D选项正确，C选项错误．【答案】ADα射线和β射线在磁场中的运动轨迹分析α射线和β射线在磁场中的运动轨迹，应弄清以下基本规律：(1)衰变过程中，质量数守恒、电荷数守恒．(2)衰变过程中动量守恒．(3)带电粒子垂直于磁场方向做匀速圆周运动时洛伦兹力提供向心力．(4)当静止的原子核在匀强磁场中发生衰变且衰变后粒子运动方向与磁场方向垂直时，大圆一定是α粒子或β粒子的轨迹，小圆一定是反冲核的轨迹．α衰变时两圆外切(如图4­2甲所示)，β衰变时两圆内切(如图4­2乙所示)．如果已知磁场方向，还可根据左手定则判断绕行方向是顺时针还是逆时针．图4­2(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α粒子后，其速度方向与磁场方向垂直，测得α粒子和反冲核的轨道半径之比为R1∶R2＝44∶1，如图4­3所示，则()图4­3A．α粒子与反冲核的动量大小相等，方向相反B．原来放射性元素的原子核电荷数为90C．反冲核的核电荷数为88D．α粒子和反冲核的速度之比为1∶88【解析】微粒之间相互作用的过程遵循动量守恒定律，由于初始总动量为零，则末动量也为零，即α粒子和反冲核的动量大小相等，方向相反，选项A正确．放出的α粒子和反冲核均在垂直于磁场的平面内做匀速圆周运动．由Bqv＝meq\f(v2,R)得R＝eq\f(mv,Bq)若原来放射性元素的原子核电荷数为Q，则对α粒子：R1＝eq\f(p1,B·2e)对反冲核：R2＝eq\f(p2,BQ－2e)由于p1＝p2，且R1∶R2＝44∶1，解得Q＝90，故选项B正确，C错误．它们的速度大小与质量成反比，故选项D错误．【答案】AB1根据衰变后粒子在磁场中的运动轨迹是外切圆还是内切圆判断是α衰变还是β衰变.2无论是哪种核反应，反应过程中一定满足质量数守恒和核电荷数守恒.1．(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．密立根通过油滴实验测出了基本电荷的数值B．贝可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C．居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋(Po)和镭(Ra)两种新元素D．卢瑟福通过α粒子散射实验证实了在原子核内部存在质子【解析】密立根通过油滴实验，验证了物体所带的电荷量都是某一值的整数倍，测出了基本电荷的数值，选项A正确．贝可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，选项B错误．居里夫妇通过对含铀物质的研究发现了钋(Po)和镭(Ra)，选项C正确．卢瑟福通过α粒子散射实验证实了原子的核式结构，选项D错误．【答案】AC2．放射性元素A经过2次α衰变和1次β衰变后生成一新元素B，则元素B在元素周期表中的位置较元素A的位置向前移动了()A．1位 B．2位C．3位 D．4位【解析】原子核经过一次α衰变，电荷数减小2，所以经过2次α衰变后电荷数减小4；同时，经过一次β衰变，电荷数增加1；所以元素A经过2次α衰变和1次β衰变后电荷数减小3，则生成的新元素在元素周期表中的位置向前移3位，故C正确，A、B、D错误；故选C.【答案】C3．(多选)有关物理学史下列说法正确的是()A．康普顿效应表明光子只具有能量，不具有动量B．玻尔的原子理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律C．卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型D．德布罗意指出微观粒子的动量越大，其对应的波长就越长【解析】康普顿效应表明光子有能量，也有动量，故A错误；玻尔的原子理论只能成功地解释氢原子光谱的实验规律，故B正确；卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型，故C正确；依据德布罗意波长公式λ＝eq\f(h,p)，可知，微观粒子的动量越大，其对应的波长越短，故D错误，故选B、C.【答案】BC4．1934年，约里奥—居里夫妇在用α粒子轰击铝箔时，除了测到预料中的中子外，还探测到了正电子．正电子的质量跟电子的质量相同，带一个单位的正电荷，跟电子的电性正好相反，是电子的反粒子．更意外的是，拿走α放射源以后，铝箔虽不再发射中子，但仍然继续发射正电子，而且这种放射性也有一定的半衰期．原来，铝箔被α粒子击中后发生了如下反应：eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n，这里的eq\o\al(30,15)P就是一种人工放射性同位素，正电子就是它衰变过程中放射出来的．(1)写出放射性同位素eq\o\al(30,15)P放出正电子的核反应方程；(2)放射性同位素eq\o\al(30,15)P放出正电子的衰变称为正β衰变，我们知道原子核内只有中子和质子，那么正β衰变中的正电子从何而来？【解析】(1)核反应方程为