高中物理 3.1 原子核的組成與核力規(guī)范訓練 教科版選修3-5

第三章原子核1原子核的組成與核力(時間：60分鐘)知識點基礎(chǔ)中檔稍難原子核結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)1、2原子核的組成3、4同位素5、68核力8、4、1011綜合提升121314知識點一原子核結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)1．最早提出原子核是由質(zhì)子和中子組成的科學家是()．A．貝可勒爾 B．居里夫人C．盧瑟福 D．查德威克解析由于盧瑟福通過α粒子轟擊氮原子核發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，并從其他原子核中都打出了質(zhì)子，盧瑟福認為質(zhì)子是原子核的組成部分，并依據(jù)質(zhì)子數(shù)與質(zhì)量數(shù)不相等的情況預言了中子的存在，提出了原子核是由質(zhì)子和中子組成的理論，故C正確．答案C2．盧瑟福預想到原子核內(nèi)除質(zhì)子外，還有中子的事實依據(jù)是()．A．電子數(shù)與質(zhì)子數(shù)相等B．原子核的質(zhì)量大約是質(zhì)子質(zhì)量的整數(shù)倍C．原子核的核電荷數(shù)只是質(zhì)量數(shù)的一半或少一些D．質(zhì)子和中子的質(zhì)量幾乎相等解析本題考查原子核結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)過程．答案C知識點二原子核的組成3．據(jù)最新報道，放射性同位素鈥eq\o\al(166,67)Ho，可有效治療癌癥，該同位素原子核內(nèi)中子數(shù)與核外電子數(shù)之差是()．A．32B．67C．99解析根據(jù)原子核的表示方法得核外電子數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＝67，中子數(shù)為166－67＝99，故核內(nèi)中子數(shù)與核外電子數(shù)之差為99－67＝32，故A對，B、C、D錯．答案A4．關(guān)于原子核eq\o\al(210,83)Bi，下列說法中正確的是()．A．核外有83個電子，核內(nèi)有127個質(zhì)子B．核外有83個電子，核內(nèi)有83個質(zhì)子C．核內(nèi)有83個質(zhì)子，127個中子D．核內(nèi)有210個核子解析根據(jù)原子核的表示方法可知，這種原子核的電荷數(shù)為83，質(zhì)量數(shù)為210.因為原子核的電荷數(shù)等于核內(nèi)質(zhì)子數(shù)，等于核外電子數(shù)，對于離子則質(zhì)子數(shù)與電子數(shù)可不相等，故該核內(nèi)有83個質(zhì)子，核外不一定有83個電子，故A、B錯誤．因為原子核的質(zhì)量數(shù)等于核內(nèi)質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)之和，即等于核內(nèi)核子數(shù)，故該核核內(nèi)有210個核子，其中有127個中子，故C、D正確．答案CD知識點三同位素5．人類探測月球發(fā)現(xiàn)，在月球的土壤中含有較豐富的質(zhì)量數(shù)為3的氦，它可以作為未來核聚變的重要原料之一．氦的該種同位素應表示為()．A.eq\o\al(4,3)HeB.eq\o\al(3,2)HeC.eq\o\al(4,2)HeD.eq\o\al(3,3)He解析氦是2號元素，質(zhì)量數(shù)為3的氦同位素為eq\o\al(3,2)He.答案B6．氫有三種同位素，分別是氕eq\o\al(1,1)H，氘eq\o\al(2,1)H，氚eq\o\al(3,1)H，則()．A．它們的質(zhì)量數(shù)相等 B．它們的核外電子數(shù)相等C．它們的核子數(shù)相等 D．它們的中子數(shù)相等解析氕、氘、氚的核子數(shù)分別為1、2、3，質(zhì)子數(shù)和核外電子數(shù)相同，都為1，中子數(shù)等于核子數(shù)減去質(zhì)子數(shù)，故中子數(shù)各不相同，所以本題B選項正確．答案B7.eq\o\al(228,88)Ra是鐳eq\o\al(226,88)Ra的一種同位素，對于這兩種鐳的原子而言，下列說法正確的有()．A．它們具有相同的質(zhì)子數(shù)和不同的質(zhì)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(zhì)解析原子核的原子序數(shù)與核內(nèi)質(zhì)子數(shù)、核電荷數(shù)、核外電子數(shù)都是相等的，且原子核內(nèi)的質(zhì)量數(shù)(核子數(shù))等于核內(nèi)質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)之和．由此可知這是鐳的兩種同位素，核內(nèi)的質(zhì)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(zhì)由核外電子數(shù)決定，由于它們的核外電子數(shù)相同，因此它們的化學性質(zhì)也相同．答案AC知識點四核力8．氦原子核由兩個質(zhì)子與兩個中子組成，兩個質(zhì)子之間存在著萬有引力、庫侖力和核力，則這三種力從大到小的排列順序是()．A．核力、萬有引力、庫侖力B．萬有引力、庫侖力、核力C．庫侖力、核力、萬有引力D．核力、庫侖力、萬有引力解析在原子核大小范圍內(nèi)，有強相互作用存在即核力是最大的，由于質(zhì)子的質(zhì)量比較小，由萬有引力定律和庫侖定律可知，庫侖力比萬有引力大，所以選D.答案D9．關(guān)于核力的說法正確的是()．A．核力同萬有引力沒有區(qū)別，都是物體間的作用B．核力就是電磁力C．核力是短程力，作用范圍在1.5×10－15mD．核力與電荷有關(guān)解析核力是短程力，超過1.5×10－15m答案C10．對核力的認識，下列正確的是()．A．任何物體之間均存在核力B．核力廣泛存在于自然界中的核子之間C．核力只存在于質(zhì)子之間D．核力只發(fā)生在相距1.5×10－15m的核子之間，大于0.8×10－15m為吸引力，而小于0.8×10－解析由核力的特點知道，只有相距1.5×10－15m答案D11．在下列判斷中，正確的是()．A．組成eq\o\al(238,92)U核的核子中任何兩個核子之間都存在不可忽略的核力作用B．組成eq\o\al(238,92)U核的中子中任何兩個中子之間都存在不可忽略的核力作用C．組成eq\o\al(238,92)U核的質(zhì)子中任何兩個質(zhì)子之間都存在不可忽略的庫侖斥力作用D．組成eq\o\al(238,92)U核的質(zhì)子中任何兩個質(zhì)子之間，都存在不可忽略的核力作用解析核力屬于短程力，由于組成eq\o\al(238,92)U核的核子較多，兩核子之間的距離可能超過核力的作用范圍，所以某些核子之間的作用力可能比較小，所以選項A、B、D錯誤，但兩質(zhì)子之間都存在庫侖斥力的作用，所以選項C正確．答案C12．氫原子半徑是0.53×10－10m(1)電子所在軌道的電場強度的大小；(2)電子繞核運動的速率、頻率．解析(1)由點電荷場強公式得E＝eq\f(ke,r2)＝eq\f(9×109×1.6×10－19,0.53×10－102)N/C＝5.13×1011N/C.(2)由F電＝F向所以keq\f(e2,r2)＝eq\f(mv2,r)，v＝eq\r(\f(ke2,mr)，)代入數(shù)據(jù)得v＝2.2×106又因為ω＝eq\f(v,r)＝2πf，所以f＝eq\f(v,2πr)代入數(shù)據(jù)得f＝6.6×1015Hz.答案(1)5.13×1011N/C(2)2.2×106m/s6.6×1013．在勻強磁場中有一靜止的原子核eq\o\al(A,Z)X，它自發(fā)地射出一個α粒子，α粒子的速度方向與磁感線垂直，若它在磁場中做圓周運動的半徑為R，則反沖核的軌跡半徑多大？解析α粒子與反沖核在垂直于磁場方向上動量守恒，有mαvα＝m核v核，①Bqv＝eq\f(mv2,R)得R＝eq\f(mv,Bq) ②對α粒子有Rα＝eq\f(mαvα,B×2e) ③對反沖核有R核＝eq\f(m核v核,B×Z－2e) ④①代入③④得R核＝eq\f(2,Z－2)Rα，即R核＝eq\f(2,Z－2)R.答案eq\f(2,Z－2)R14．1919年盧瑟福用α粒子撞擊eq\o\al(14,7)N核發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子．(1)寫出這個核反應的方程式________________________；(2)上述核反應可以用如下的模型來認識，運動的α粒子撞擊一個靜止eq\o\al(14,7)N核，它們暫時形成一個整體(復合核)，隨即復合核迅速轉(zhuǎn)化成一個質(zhì)子和另一個原子核．已知復合核發(fā)生轉(zhuǎn)化需要能量1.19MeV，那么要想發(fā)生上述核反應，入射的α粒子的能量至少要多大？(3)英國物理學家威爾遜在1911年發(fā)明了“云室”，帶電粒子在云室中運動時，可以顯現(xiàn)出運動的徑跡．把云室放在勻強電場中，分別將質(zhì)子和α粒子垂直于電場方向打入同一勻強電場中，觀察到它們運動的徑跡，如果質(zhì)子和α粒子運動的徑跡相同(電場方向和質(zhì)子、α粒子運動徑跡所在平面平行)，求：質(zhì)子和α粒子進入電場時的動能之比是多少？解析(1)eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H(2)α粒子撞擊靜止的eq\o\al(14,7)N核形成復合核，應遵循動量守恒，即m1v0＝(m1＋m2)v，系統(tǒng)損失的動能轉(zhuǎn)變成復合核發(fā)生轉(zhuǎn)化所需要的能量，即eq\f(1,2)m1veq\o\al(2,0)－eq\f(1,2)(m1＋m2)v2＝eq\f(1,2)m1veq\o\al(2,0)×eq\f(m2,m1＋m2)＝1.19MeV，得入射α粒子的動能E0＝eq\f(1,2)m1veq\o\al(2,0)＝eq\f(m1＋m2,m2)×1.19＝1.53MeV(3)帶電粒子垂直于電場方向射入勻強電場中，在勻強電場中做類平拋運動，設(shè)它沿入射方向的位移是x，沿電場方向的位移為y，有y＝eq\f(1,2)eq\f(qE,m)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(x,v)))2＝