基礎達標練
一、選擇題
1．(2023·安徽高三月考)2020年1月10日，中國核潛艇之父黃旭華獲國家最高科學技術獎，他為核潛艇研制和跨越式發(fā)展作出巨大貢獻。物理學史上許多物理學家的科學研究推動了人類文明的進程，下列說法正確的是( D )
A．1896年貝克勒爾發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象揭開原子核內部的信息，他認為原子核是可分的，從原子核內部釋放的射線有α射線、β射線、X射線、γ射線
B．湯姆孫通過α粒子轟擊鈹核(eq \\al(9,4)Be)獲得碳核(eq \\al(12, 6)C)的實驗發(fā)現(xiàn)了中子
C．玻爾理論成功解釋了大量原子光譜規(guī)律，其局限性在于保留了經(jīng)典粒子的觀念
D．盧瑟福預言了中子的存在，查德威克通過實驗發(fā)現(xiàn)了中子
解析： 1896年貝克勒爾發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象揭開了原子核內部的信息，他認為原子核是可分的，從原子核內部釋放的射線有α射線、β射線和γ射線，沒有X射線，A錯誤；查德威克通過α粒子轟擊鈹核(eq \\al(9,4)Be)獲得碳核(eq \\al(12, 6)C)的實驗發(fā)現(xiàn)了中子，B錯誤；玻爾理論只成功解釋了氫原子光譜規(guī)律，其局限性在于保留了經(jīng)典粒子的觀念，C錯誤；盧瑟福預言了中子的存在，查德威克通過實驗發(fā)現(xiàn)了中子，D正確。
2．(2023·河南省洛陽市第一中學高二5月) 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 )
A．德布羅意大膽地把光的波粒二象性推廣到了實物粒子，提出實物粒子也具有波動性的假設
B．貝克勒爾通過對天然放射性現(xiàn)象的研究，發(fā)現(xiàn)了原子中存在原子核
C．盧瑟福通過α粒子散射實驗，證實了在原子核內存在質子
D．湯姆孫通過陰極射線在電場和在磁場中的偏轉實驗，發(fā)現(xiàn)了陰極射線就是高速氦核流
解析： 德布羅意大膽地把光的波粒二象性推廣到了實物粒子，提出實物粒子也具有波動性的假設，選項A正確；貝克勒爾首先發(fā)現(xiàn)天然放射性現(xiàn)象，但沒有發(fā)現(xiàn)原子中存在原子核，選項B錯誤； 盧瑟福通過α粒子散射實驗的研究得到了原子的核式結構理論，選項C錯誤；湯姆孫通過陰極射線在電場和在磁場中的偏轉實驗，發(fā)現(xiàn)了陰極射線就是高速電子流，選項D錯誤。
3．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。下列說法正確的是( A )
A．居里夫婦從瀝青鈾礦中分離出了釙(P)和鐳(Ra)兩種新元素
B．盧瑟福通過對α粒子散射實驗的研究，揭示了原子核有復雜的結構
C．湯姆孫通過對陰極射線的研究，發(fā)現(xiàn)陰極射線是原子核中的中子變?yōu)橘|子時產生的β射線
D．查德威克用α粒子轟擊鈹原子核，發(fā)現(xiàn)了質子
解析： 居里夫婦從瀝青鈾礦中分離出了釙(P)和鐳(Ra)兩種新元素，故A正確；盧瑟福通過α粒子散射實驗，證實了原子是由原子核和核外電子組成的，但他沒有揭示原子核有復雜的結構，故B錯誤；湯姆孫通過對陰極射線的研究，發(fā)現(xiàn)陰極射線是帶負電的粒子，且質量非常小，并未發(fā)現(xiàn)該射線是中子變?yōu)橘|子時產生的β射線，故C錯誤；查德威克用α粒子轟擊鈹原子核，發(fā)現(xiàn)了中子，故D錯誤。
4．關于α、β、γ三種射線，下列說法正確的是( B )
A．γ射線是波長最長的電磁波，它的穿透能力最強
B．γ射線一般伴隨著α或β射線產生，它的穿透能力最強
C．α射線是氦核流，它的電離作用最弱
D．β射線是電子流，它是原子核的組成部分
解析： γ射線一般伴隨著α或β射線產生，其波長很短，頻率很高，它的穿透能力最強，故A錯誤，B正確；α射線是氦核流，它的電離作用最強，故C錯誤；β射線是電子流，它并不是原子核的組成部分，故D錯誤。
5．(多選)eq \\al(228, 88)Ra是eq \\al(226, 88)Ra的一種同位素，對于這兩種鐳的原子核而言，下列說法正確的是( AC )
A．它們具有相同的質子數(shù)和不同的質量數(shù)
B．它們具有相同的中子數(shù)和不同的原子序數(shù)
C．它們具有相同的核電荷數(shù)和不同的中子數(shù)
D．它們具有相同的核外電子數(shù)和不同的化學性質
解析： 原子核的原子序數(shù)與核內質子數(shù)、核電荷數(shù)、核外電子數(shù)都是相等的，且原子核的質量數(shù)(核子數(shù))等于核內質子數(shù)與中子數(shù)之和。由此知這兩種鐳的原子核質子數(shù)均為 88，核子數(shù)分別為228 和226，中子數(shù)分別為140 和138；原子的化學性質由核外電子數(shù)決定，因它們的核外電子數(shù)相同，故它們的化學性質也相同。正確選項為AC。
6．(2023·江蘇鹽城調研)α、β和γ射線穿透物質的能力是不同的，為把輻射強度減到一半，所需鋁板的厚度分別為0.000 5 cm、0.05 cm和8 cm，而鋼板降低輻射強度的能力比鋁板強一些。工業(yè)部門可以使用射線來測厚度。 如圖所示，軋鋼廠的熱軋機上可以安裝射線測厚儀，探測器探測到的射線強度與鋼板的厚度有關，軋出的鋼板越厚，透過的射線越弱。因此，將射線測厚儀接收到的信號輸入計算機，就可以對鋼板的厚度進行自動控制。如果鋼板的厚度需要控制為 5 cm，請推測測厚儀使用的射線是( C )
A．α射線 B．β射線
C．γ射線 D．可見光
解析： 根據(jù)α、β、γ三種射線的特點可知，γ射線穿透能力最強，電離作用最弱；α射線電離作用最強，穿透能力最弱。為了能夠準確控制鋼板的厚度，探測射線應該用γ射線，選項C正確。
7．(多選)如圖所示，鉛盒A中裝有天然放射性物質，放射線從其右端小孔中水平向右射出，在小孔和熒光屏之間有垂直于紙面向外的勻強磁場，則下列說法中正確的有( AC )
A．打在圖中a、b、c三點的依次是β射線、γ射線和α射線
B．α射線和β射線的軌跡都是拋物線
C．α射線和β射線的軌跡都是圓弧
D．如果在鉛盒和熒光屏間再加一豎直向下的勻強電場，則屏上的亮斑可能只剩下b
解析： 由左手定則可知粒子向右射出后，在勻強磁場中α粒子受的洛倫茲力向下，β粒子受的洛倫茲力向上，軌跡都是圓弧。由于α粒子速度約是光速的eq \f(1,10)，而β粒子速度接近光速，所以在同樣的混合場中不可能都做直線運動，故AC正確。
二、非選擇題
8．質譜儀是一種測定帶電粒子的質量及分析同位素的重要工具，它的構造原理圖如圖所示，離子源S產生的各種不同正離子束(速度可看成為零)，經(jīng)加速電場加速后垂直進入有界勻強磁場中，經(jīng)磁場偏轉后到達照相底片P上，設離子打在P上的位置到入口處S1的距離為x。
(1)若離子質量為m、電荷量為q、加速電壓為 U、磁感應強度大小為 B，求x；
(2)氫的三種同位素氕(eq \\al(1,1)H)、氘(eq \\al(2,1)H)、氚(eq \\al(3,1)H)從離子源S出發(fā)，到達照相底片的位置距入口處S1的距離之比xH∶xD∶xT為多少？
答案：(1)eq \f(2,B)eq \r(\f(2mU,q)) (2)1∶eq \r(2)∶eq \r(3)
解析：(1)離子在電場中被加速的過程，由動能定理可得
qU＝eq \f(1,2)mv2
進入磁場后，洛倫茲力提供向心力，有
qvB＝eq \f(mv2,r)
又x＝2r
聯(lián)立解得x＝eq \f(2,B)eq \r(\f(2mU,q))。
(2)氫的三種同位素的質量數(shù)分別為1、2、3，由(1)的結果知，
xH∶xD∶xT＝eq \r(mH) ∶eq \r(mD) ∶eq \r(mT)＝1∶eq \r(2) ∶eq \r(3)。
能力提升練
一、選擇題
1．(2023·黑龍江大慶鐵人中學高二期中)盧瑟福預言原子核內除質子外還有中子的事實依據(jù)是( C )
A．電子數(shù)與質子數(shù)相等
B．原子核的質量大約是質子質量的整數(shù)倍
C．原子核的核電荷數(shù)只是質量數(shù)的一半或少一些
D．質子和中子的質量幾乎相等
解析： 在原子核內，除了質子外，還可能有質量與質子相等的中性粒子(即中子)，他的主要依據(jù)是核電荷數(shù)在數(shù)值上只有質量數(shù)的一半或還少些，故C正確。
2．如圖所示，x為未知的放射源，L為薄鋁片，若在放射源和計數(shù)器之間加上L后，計數(shù)器的計數(shù)率大幅度減小，在L和計數(shù)器之間再加豎直向下的勻強磁場，計數(shù)器的計數(shù)率不變，則x可能是( C )
A．α和β的混合放射源
B．純α放射源
C．α和γ的混合放射源
D．純γ放射源
解析： 在放射源和計數(shù)器之間加上薄鋁片后，計數(shù)器的計數(shù)率大幅度減小，說明射線中有穿透能力很弱的粒子，即α粒子；在薄鋁片和計數(shù)器之間再加豎直向下的勻強磁場，計數(shù)器的計數(shù)率不變，說明穿過薄鋁片的粒子中無帶電粒子，故只有γ射線。因此放射源可能是α和γ的混合放射源。故選C。
3. (2023·廣東省湛江市高二下學期月考)某一放射性元素放出的射線通過電場后分成三束，如圖所示，下列說法正確的是( D )
A．射線1的電離作用在三種射線中最強
B．射線2貫穿本領最弱，用一張白紙就可以將它擋住
C．放出一個射線1的粒子后，形成的新核比原來的電荷數(shù)少1個
D．一個原子核放出一個射線3的粒子后，質子數(shù)和中子數(shù)都比原來少2個
解析： 射線3在電場中向負極板偏轉，射線3為α粒子，電離作用在三種射線中最強，故A錯誤；射線2在電場中不偏轉，射線2為γ射線，其貫穿本領最強，故B錯誤；射線1在電場中向正極板偏轉，射線1是β粒子，放出一個射線1的粒子后，形成的新核比原來的電荷數(shù)多1個，故C錯誤；射線3為α粒子，一個原子核放出一個射線3的粒子后，質子數(shù)和中子數(shù)都比原來少2個，故D正確。
4．(2023·安徽泗縣一中高二月考)物理學家通過對實驗的深入觀察和研究，獲得正確的科學認知，推動物理學的發(fā)展。下列說法符合事實的是( B )
A．查德威克用α粒子轟擊eq \\al(14, 7)N獲得反沖核eq \\al(17, 8)O，發(fā)現(xiàn)了質子
B．盧瑟福通過對α粒子散射實驗的研究提出了原子的核式結構模型
C．居里夫婦發(fā)現(xiàn)的天然放射性現(xiàn)象，說明原子核具有復雜結構
D．湯姆孫通過對陰極射線的研究，提出了原子核式結構模型
解析： 查德威克用α粒子轟擊鈹原子核，產生中子和12C，發(fā)現(xiàn)了中子，A錯誤；盧瑟福通過對α粒子散射實驗的研究，提出了原子的核式結構模型，B正確；貝克勒爾發(fā)現(xiàn)的天然放射性現(xiàn)象，說明原子核有復雜結構，C錯誤；湯姆孫通過對陰極射線的研究，發(fā)現(xiàn)了電子，D錯誤。
5．(多選)(2023·江蘇南通海安高中高二下月考)質子數(shù)與中子數(shù)互換的核互為鏡像核，例如eq \\al(3,2)He是eq \\al(3,1)H的鏡像核，同樣eq \\al(3,1)H也是eq \\al(3,2)He的鏡像核。下列說法正確的是( ACD )
A．eq \\al(13, 7)N和eq \\al(13, 6)C互為鏡像核
B．eq \\al(15, 7)N和eq \\al(16, 8)O互為鏡像核
C．eq \\al(15, 7)N和eq \\al(15, 8)O互為鏡像核
D．互為鏡像核的兩個核質量數(shù)相同
解析： 根據(jù)鏡像核的定義及質量數(shù)A等于核電荷數(shù)Z和中子數(shù)N之和，可知eq \\al(13, 7)N和eq \\al(13, 6)C的質子數(shù)與中子數(shù)互換了，互為鏡像核；eq \\al(15, 7)N和eq \\al(15, 8)O的質子數(shù)與中子數(shù)互換了，互為鏡像核，故A、C正確。eq \\al(15, 7)N質子數(shù)為7，中子數(shù)為8；而eq \\al(16, 8)O的質子數(shù)和中子數(shù)都為8，沒有互換，不是鏡像核，故B項錯誤；互為鏡像核的兩個核質子數(shù)與中子數(shù)互換，質子數(shù)與中子數(shù)的和不變，所以互為鏡像核的兩個核質量數(shù)相同，故D正確。
二、非選擇題
6．(2023·山西懷仁第一中學高二月考)茫茫宇宙空間存在大量的宇宙射線，對航天員構成了很大的威脅，現(xiàn)有一束射線(含有α、β、γ三種射線)。
(1)在不影響β和γ射線的情況下，如何用最簡單的辦法除去α射線？
(2)余下的β和γ射線經(jīng)過如圖所示的一個使它們分開的磁場區(qū)域，請畫出β和γ射線進入磁場區(qū)域后軌跡的示意圖。
(3)用磁場可以區(qū)分β和γ射線，但不能把α射線和γ射線區(qū)分開來，為什么？(已知α粒子的質量約是β粒子質量的8 000倍，α射線速度約為光速的eq \f(1,10)，β射線速度約為光速)
答案：見解析
解析：(1)由于α射線貫穿能力很弱，用一張紙放在射線前即可除去α射線。
(2)γ射線不帶電，垂直磁場進入磁場中不會受到洛倫茲力，故不會發(fā)生偏轉，由左手定則可判斷出β射線進入磁場中時受向上的洛倫茲力，如圖所示。
(3)α粒子和電子在磁場中偏轉，根據(jù)：qvB＝meq \f(v2,R)，得：R＝eq \f(mv,qB)；對α射線有：R1＝eq \f(mαvα,qαB)；對β射線有：R2＝eq \f(meve,Bqe)，故：eq \f(R1,R2)＝eq \f(mαvαqe,meveqα)＝400，α射線穿過此磁場時，半徑很大，幾乎不偏轉，故與γ射線無法區(qū)分開來。

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