高中物理教科版 (2019)选择性必修第三册第五章 原子核与基本粒子1. 原子核的组成精品学案

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▉题型1 同位素的概念
【知识点的认识】
1.同位素的概念：具有相同质子数而中子数不同的原子核组成的元素，再元素周期表中处于同一位置，因而互称同位素。
2.氢有三种同位素，分别叫作氕（也就是通常说的氢）、氘（也叫重氢）、氚（也叫超重氢），符号分别是H 11H、 12H、 13H（如图）。
1．同位素是指（ ）
A．质子数相同而核子数不同的原子
B．核子数相同而中子数不同的原子
C．核子数相同而质子数不同的原子
D．中子数相同而核子数不同的原子
【答案】A
【解答】解：同位素是质子数相同，而中子数或核子数不同的原子，故A正确，BCD错误；
故选：A。
2．元素x是A的同位素，分别进行下列衰变：X→αP→βQ A→βR→αS则下面正确的是（ ）
A．Q和S不是同位素
B．X和R的原子序数相同
C．X和R的质量数相同
D．R的质子数多于前述任何元素
【答案】D
【解答】解：A、根据衰变方程知XA都经历了αβ衰变，质子数都减少了1，Q和S也是同位素，A错误；
B、A经过β衰变，质子数比原来多1，所以X的原子序数比R少1，B错误；
C、X和A的质量数不同，A和R的质量数相同，故X和R的质量数不同，C错误；
D、X的质子数比P多2，比Q多1，R的质子数比X多1，故R的质子数多于前述任何元素，D正确；
故选：D。
3．元素X是A的同位素，分别进行下列衰变：X→ααP→βQ、A→βR→αS，则下列判断正确的是（ ）
A．Q和S是同位素B．P和R是同位素
C．X和R的质量数相同D．P和Q的中子数相同
【答案】A
【解答】解：A、同位素是指质子数相同（核电荷数相同）而质量数不同的同一类元素，由于元素X是A的同位素，因此X经过α和β衰变后的Q，与A经过β和α衰变后的S，质子数仍相同，故Q与S还是同位素，故A正确；
B、A经过β衰变，原子序数增加1，而X与A原子序数相同，故P与R原子序数不同，不是同位素，故B错误；
C、A经过β衰变变为R，质量数不变，R质量数仍与A相同，由于X与A质量数不同，因此X和R的质量数不同，故C错误；
D、根据β衰变实质可知，P的中子数不可能等于Q，故D错误；
故选：A。
▉题型2 原子核的内部构成
【知识点的认识】
1.定义：原子核是由质子和中子组成的。
2.发现过程：1919年，卢瑟福用镭放射出的α粒子轰击氮原子核，从氮原子核中打出了一种新的粒子。根据这种粒子在电场和磁场中的偏转，测出了它的质量和电荷量，原来它就是氢原子核，叫作质子（prtn），用p表示。以后，人们用同样的方法从氟、钠、铝等原子核中都打出了质子，由此断定，质子是原子核的组成部分。
质子带正电荷，电荷量与一个电子的电荷量相等。质子的质量为mP＝1.672 621 898×10﹣27kg
但经过研究发现绝大多数原子核的质量与电荷量之比都大于质子的相应比值。卢瑟福猜想，原子核内可能还存在着另一种粒子，它的质量与质子相同，但是不带电，他把这种粒子叫作中子（neutrn）。1932年，卢瑟福的学生查德威克通过实验证实了这个猜想。中子不带电，用n表示。中子的质量是mn＝1.674927471x10﹣27kg。
3.核子的概念：质子和中子除了是否带电的差异以及质量上的微小差别外，其余性质十分相似，而且，都是原子核的组成成分，所以统称为核子（nuclen）。
4．天然放射现象的发现揭示了（ ）
A．原子不可再分
B．原子的核式结构
C．原子核是可分的
D．原子核由中子和质子组成
【答案】C
【解答】解：天然放射现象中，原子核发生衰变，生成新核，同时有中子产生，因此说明了原子核可以再分，
故选：C。
5．原子核的表示符号为 ZAX，下列说法正确的是（ ）
A．原子核的质子数为AB．原子的电子数为A
C．原子的质量数为ZD．原子核的质子数为Z
【答案】D
【解答】解：原子核的符号为 ZAX，其中A代表质量数，Z代表质子数，原子中质子数和电子数相等，故ABC错误，D正确。
故选：D。
6．某种元素具有多种同位素，反映这些同位素的质量数A与中子数N关系的是图（ ）
A．B．
C．D．
【答案】B
【解答】解：同位素的质子数相同，中子数不同，而质量数等于质子数加中子数，设质子数为M，则有：
A＝N+M，所以B正确。
故选：B。
▉题型3 核反应前后质量数、质子数、中子数、核子数等参数的关系
【知识点的认识】
1.核反应前后质量数守恒，电荷数（核电荷数）守恒。
2.各参数之间的关系如下：
质量数＝质子数+中子数＝核子数
核电荷数＝质子数＝原子序数＝核外电子数
7．在2024年9月《自然》杂志上发表的一篇文章中，介绍了中国科学家发明的一种神奇的微核电池，该电池比一颗米粒还小，却可以让手机50年不充电。电池使用从核废料中提取出来的镅作为原料，镅的一种衰变方程为 95241Am→93237Np+X，则式中的X应为（ ）
A．α粒子B．质子C．中子D．电子
【答案】A
【解答】解：根据质量数和电荷数守恒，X的质量数为241﹣237＝4，电荷数为95﹣93＝2，所以对应的X粒子为 24He，即α粒子，故A正确，BCD错误。
故选：A。
8．下列说法正确的是（ ）
A．原子核发生衰变时要遵守电荷守恒和质量守恒的规律
B．氢原子从激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子
C．α射线、β射线、γ射线都是高速运动的带电粒子流
D．发生光电效应时光电子的动能只与入射光的强度有关
【答案】B
【解答】解：A、原子核发生衰变时，电荷守恒，但会有质量亏损，遵循的是爱因斯坦的质能方程而非质量守恒规律；故A错误。
B、根据玻尔氢原子模型的相关理论，电子轨道和能量都是量子化的，而在“跃迁”过程中要遵循hυ＝Em﹣En，故只能辐射特定频率的光子；故B正确。
C、α射线和β射线分别是带正电的氦核流和带负电的电子流，而γ射线不带电。故C错误。
D、由光电效应的方程Ek＝hυ﹣W0可知，光电子的动能由入射光频率决定。故D错误。
故选：B。
9．有一种衰变叫EC衰变，EC衰变发生于核内中子数相对过少的放射性原子核．核内的一个质子（ 11H）可以俘获一个核外电子（ −10e）并放射出一个中微子而转变为一个中子（ 01n）．经过一次EC衰变后原子核的（ ）
A．质量数不变，原子序数减少1
B．质量数增加1，原子序数不变
C．质量数不变，原子序数不变
D．质量数减少1，原子序数减少1
【答案】A
【解答】解：设母核质子数为a中子数为b，发生衰变后质子数为a﹣1，中子数为b+1，质量数仍为a+b，所以母核的质量数等于子核的质量数；母核质子数为a，子核质子数为a﹣1，所以母核的电荷数比子核的电核数多1，故A正确；
故选：A。
10．我国研制出硼中子俘获治疗癌症的新方法：含硼化合物聚集癌细胞后，中子照射引发核反应 510B+ 01n→ 37Li+X，该反应释放短程射线灭癌且不伤正常组织。下列说法正确的是（ ）
A．X是α射线B．X是β射线
C．X是γ射线D．X是高速电子
【答案】A
【解答】解：根据核反应的质量数守恒和电荷数守恒可知，X的质量数为11﹣7＝4，电荷数为5﹣3＝2，对应氦核，即α粒子（ 24He），故A正确，BCD错误。
故选：A。
11．2023年12月26日，我国首个商用堆在线辐照生产同位素装置在中核集团秦山核电基地正式投入运行，首批镥﹣177医用同位素也同步出堆，标志着我国成功掌握批量化在线辐照生产短半衰期同位素的关键技术。辐照生成镥﹣177的核反应方程为 ZAYb+01n→(70177Yb)→71177Lu+−10e则上述反应中 ZAYb的（ ）
A．质量数为177，质子数为71
B．质量数为106，中子数为70
C．核子数为176，质子数为70
D．核子数为106，中子数为71
【答案】C
【解答】解：根据核反应方程，满足质量数和电荷数守恒，则
A＝177﹣1＝176
Z＝70﹣0＝70
所以反应中 ZAYb的质子数为70，质量数即核子数为176，根据质量数等于质子数和中子数之和，可知中子数为
176﹣70＝106
故C正确，ABD错误。
故选：C。
12．太阳中的核反应主要是“质子﹣质子链反应（pp链）”和“碳氮氧循环（CNO循环）”，CNO循环中有两个核反应方程式： 612C+ 11H→ a13N和 a13N→ 613C+ bcX。则方程式中X为（ ）
A．α射线B．β射线C．正电子D．中子
【答案】C
【解答】解：根据电荷数守恒、质量数守恒，方程式中a＝6+1＝7
b＝a﹣6＝7﹣6＝1
c＝13﹣13＝0
X粒子为正电子 10e，故C正确，ABD错误。
故选：C。
13．铀238本身是不容易衰变的，它是一种稳定的同位素。铀238通常需要先吸收中子然后经过衰变转化为钚，而钚是一种可衰变的同位素。铀238转化为钚的过程： 92238U+ 01n→ 92239U， 92239U→ 93239Np+ −10e， 93239Np→ xyPu+ −10e，下列说法正确的是（ ）
A．y＝239
B．x＝92
C．衰变过程中释放的电子，是由原子核内质子转化为中子和电子而来的
D．衰变过程中释放的电子，是由原子核外电子跃迁而来的
【答案】A
【解答】解：AB、根据核反应前后质量数守恒，核电荷数守恒，可得x＝94，y＝239，故A正确，B错误；
CD、衰变过程中释放的电子，是由原子核内中子转化为质子和电子而来的，故CD错误。
故选：A。
14．我国科学家将放射性元素镅243( 95243Am)引入到能量转换器中来提高转换效率。若镅243的衰变方程为： 95243Am→93aX+b4Y，X、Y代表两种不同的元素符号，则（ ）
A．a＝239，b＝1B．a＝239，b＝2C．a＝247，b＝1D．a＝247，b＝2
【答案】B
【解答】解：由质量数和核电荷数守恒可知
243＝a+4
95＝93+b
解得
a＝239，b＝2
故B正确，ACD错误；
故选：B。
15．科学家应用高能钛（Ti）粒子束撞击钚（Pu）粒子获得了“116号”鉝（Lv）元素，其核反应方程为 22mTi+ 94244Pu→ 116290Lv+4X。关于质量数m和粒子X，下列说法正确的是（ ）
A．X为中子，m＝50B．X为中子，m＝46
C．X为电子，m＝46D．X为质子，m＝50
【答案】A
【解答】解：根据质量数和电荷数守恒， 22mTi+ 94244Pu→ 116290Lv+4X。有m+244＝290+4A，22+94＝116+4Z，得Z＝0，满足电荷数为0的只能是中子，故A＝1，则m＝50，故A正确，BCD错误。
故选：A。
16．一质子束入射到能止靶核 1327AI上，产生如下核反应：P+ 1327AI→X+n式中p代表质子，n代表中子，X代表核反应产生的新核．由反应式可知，新核X的质子数为 14 ，中子数为 13 ．
【答案】14；13
【解答】解：质子的电荷数为1，质量数为1，中子的电荷数为0，质量数为1．根据电荷数守恒、质量数守恒，X的质子数为1+13﹣0＝14，质量数为1+27﹣1＝27．因为质量数等于质子数和中子数之和，则新核的中子数为27﹣14＝13．
故答案为：14 13．
▉题型4 核力与四种基本相互作用
【知识点的认识】
1．核力：组成原子核的核子之间有很强的相互作用力，使核子能克服库仑力而紧密地结合在一起，这种力称为核力．其特点为：
（1）核力是强相互作用的一种表现，在原子核的尺度内，核力比库仑力大得多．
（2）核力是短程力，作用范围在1.5×10﹣15m之内．
（3）每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性．
2.四种基本相互作用
自然界存在四种相互作用：
引力相互作用——物体与物体间的万有引力。比如重力是由引力相互作用引起的。
电磁相互作用——压力、拉力、弹力、支持力、电荷间的相互作用、磁体间的相互作用等的都是电磁相互作用。
强相互作用——使核子紧密结合在一起的作用力，叫作核力。
弱相互作用——在某些放射现象中起作用的还有另一种基本相互作用，称为弱相互作用。弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，即引起中子一质子转变的原因。
17．关于相互作用，下列说法正确的是（ ）
A．地球对较近的月球有引力的作用，对遥远的火星则没有引力作用
B．原子核中质子和中子能紧密地保持在一起，是因为它们之间存在弱相互作用
C．电荷间的相互作用和磁体间的相互作用，本质上是同一种相互作用的不同表现
D．强相互作用的作用范围比电磁相互作用的作用范围大
【答案】C
【解答】解：A根据万有引力定律F=GMmr2，虽然地球和火星之间的距离较大，但是它们的质量也比较大，故它们之间的引力也是较大的。故A错误。
B、原子核中质子和中子能紧密地保持在一起，是因为它们之间存在强相互作用。故B错误。
C、电荷间的相互作用和磁体间的相互作用，本质上是同一种相互作用的不同表现，本质上都是电磁相互作用。故C正确。
D、强相互作用是短程力，它的作用范围比电磁相互作用的作用范围小的多。故D错误。
故选：C。
18．把行星和恒星聚集在一起，形成太阳系、银河系以及其他星系的力是四种基本作用力中的（ ）
A．电磁相互作用力B．万有引力
C．强相互作用力D．弱相互作用力
【答案】B
【解答】解：把行星和恒星聚集在一起，形成太阳系、银河系以及其他星系的力是四种基本作用力中的万有引力，故B正确，ACD错误。
故选：B。
19．物理学研究表明，自然界存在四种基本相互作用，我们学习过的重力、弹力（ ）
A．都属于万有引力相互作用
B．重力属于万有引力相互作用，弹力属于弱相互作用
C．重力属于强相互作用，弹力属于弱相互作用
D．重力属于万有引力相互作用，弹力属于电磁相互作用
【答案】D
【解答】解：引力是所有物体之间都存在的一种相互作用。
电磁相互作用包括静止电荷之间以及运动电荷之间的相互作用。
重力是由于物体受地球吸引而产生的，属于万有引力相互作用。
弹力和摩擦力从其产生机理上说是物质内部原子的吸引和排斥，属于电磁相互作用，
故选：D。
（多选）20．关于核力，下列说法中正确的是（ ）
A．核力是一种特殊的万有引力
B．原子核内只有质子和质子间有核力作用，而中子和中子之间、质子和中子之间则没有核力作用
C．核力是原子核稳定存在的原因
D．核力是一种短程强力作用
【答案】CD
【解答】解：核力与万有引力、库仑力的性质不同，核力是短程力，作用范围在1.5×10﹣15m，原子核的半径数量级在10﹣15m，所以核力只存在于相邻的核子之间，核力是原子核能稳定存在的原因，故CD正确
故选：CD。
21．四种基本相互作用分别是 万有引力 ， 电磁力 ， 强相互作用 ， 弱相互作用 。
【答案】万有引力；电磁力；强相互作用；弱相互作用
【解答】解：四种基本相互作用：万有引力（简称引力）、电磁力、强相互作用和弱相互作用。
故答案为：万有引力、电磁力、强相互作用、弱相互作用题型1 同位素的概念
题型2 原子核的内部构成
题型3 核反应前后质量数、质子数、中子数、核子数等参数的关系
题型4 核力与四种基本相互作用