專題原子核衰變

1、專題 97 原子核衰變高考命題潛規(guī)則解密 97：天然放射性衰變、放射線性質(zhì)、半衰期規(guī)則驗證： 2012年上海物理第 5 題、2012年上海物理第 9 題、2011海南物理卷 19題（ 1）、2010天津理綜第 2題、 2010全國理綜 1第 14 題、 2010福建理綜第 29題、 2010上海物理第 8 題、 2010北京理綜第 15題 命題規(guī)律：天然放射性衰變 、放射線性質(zhì)、半衰期是高中物理重要的知識點(diǎn)，是 高考考查的重點(diǎn)，高考命題經(jīng)常與其他知識綜合出題，一般為選擇題或填空題， 難度中等。命題分析考查方式一 考查天然放射性衰變【命題分析】天然放射性元素能夠自發(fā)放出 射線、 射線、 射線，射

2、線是 高速運(yùn)動的氦核，穿透能力最弱，電離能力最強(qiáng)； 射線是高速運(yùn)動的電子，穿 透能力較強(qiáng)，電離能力較弱； 射線是頻率很高的電磁波，穿透能力最強(qiáng)，電離 能力最小。 衰變規(guī)律是質(zhì)量數(shù)減少 4，電荷數(shù)減少 2；衰變規(guī)律是：電荷數(shù)增 加 1 ，質(zhì)量數(shù)不變。高考對 天然放射性衰變的考查難度中等。典例 1（2012年上海物理第 5 題）在軋制鋼板時需要動態(tài)地監(jiān)測鋼板厚度，其 檢測裝置由放射源、探測器等構(gòu)成，如圖所示。該裝置中探測器接收到的是 （）A）x 射線B）射線C）射線（D）射線典例 2 （2012天津理綜 ）下列說法正確的是A 采用物理和化學(xué)方法可以有效改變放射性元素的半衰期B 由波爾理論知道氫原子

3、從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時會放出光子C 從高空對地面進(jìn)行遙感攝影是利用紫外線良好的穿透能力D 原子核所含核子單獨(dú)存在時的總質(zhì)量小于該原子核的質(zhì)量典例 3. （2012全國理綜） 29325U經(jīng)過 m次衰變和 n次衰變20872 Pb,則A. m=7，n=3 B.m=7， n=4 C.m=14， n=9 D.m=14， n=18典例 4（2012海南物理）一靜止的 23982U核經(jīng) 衰變成為 23940 Th核，釋放出的總 動能為 4.27MeV。問此衰變后 29304Th核的動能為多少 MeV（保留 1位有效數(shù)字 ）？ 【答案】 0.07 MeV【解析】：根據(jù)題意知，此 衰變的衰變方程為 29328

4、 U 23940 Th+ 24He。 根據(jù)動量守恒定律得， mv= mThvTh，式中， m和 mTh 分別為 粒子和 23940 Th 核的質(zhì)量， v和 vTh 分別為 粒子和 23940 Th 核的速度的大小。由題設(shè)條件知， 1 mv2+ 1 mThvTh2 =Ek，22m=4mTh 234式中 Ek =4.27MeV，是 粒子和 29304 Th 核的總動能 聯(lián)立解得： 1 mThvTh2 = m Ek。2 m +mTh代入數(shù)據(jù)得，衰變后 23940 Th核的動能為 1 mThvTh2 =0.07 MeV。2 【考點(diǎn)定位】此題考查動量守恒定律、衰變及其相關(guān)知識。典例 5（2012上海物理

5、） 2670Co發(fā)生一次 衰變后變?yōu)?Ni 核，其衰變方程為 ；在該衰變過程中還發(fā)出頻率為 1、2 的兩個光子， 其總能量為典例 6（2011海南物理卷 19題（1）2011年3月 11日，日本發(fā)生九級大地震， 造成福島核電站的核泄漏事故。在泄露的污染物中含有131I 和 137Cs 兩種放射性核素，它們通過一系列衰變產(chǎn)生對人體有危害的輻射。 在下列四個式子中， 有兩 個能分別反映 131I 和 137Cs衰變過程，它們分別是 和（填入正確選項前的字母）。131I 和 137Cs 原子核中的中子數(shù)分別是 和.A.X 1 15367 Ba+10 n B.X2 15341Xe+ -01 e C.X

6、315367 Ba+ -01 e D.X 4 15341Xe+ 11p典例 7（2010天津理綜第 2 題）下列關(guān)于原子和原子核的說法正確的是A 衰變現(xiàn)象說明電子是原子核的組成部分B. 玻爾理論的假設(shè)之一是原子能量的量子化C 放射性元素的半衰期隨溫度的升高而變短D. 比結(jié)合能越小表示原子核中的核子結(jié)合得越牢固典例8（2010全國理綜 1第14題）原子核 23982 U經(jīng)放射性衰變變?yōu)樵雍?3940Th ，繼而經(jīng)放射性衰變變?yōu)樵雍?23941Pa ，再經(jīng)放射性衰變變?yōu)樵雍?3942U 。放射性衰變 、和依次為A衰變、 衰變和 衰變B衰變、衰變和 衰變C 衰變、 衰變和 衰變D 衰變、 衰變

7、和 衰變考查方式 二、考查 半衰期【命題分析】 半衰期是反映原子核衰變快慢的物理量， 放射性元素的原子核有半 數(shù)發(fā)生衰變所需的時間叫做這種元素的半衰期。 放射性元素衰變的快慢與元素所 處的物理化學(xué)狀態(tài)無關(guān)。 考查半衰期的試題有反映衰變規(guī)律的圖象、 衰變的計算 等，難度中等。典例 9（2010福建理綜第 29題）14C 測年法是利用 14C 衰變規(guī)律對古生物進(jìn)行年 代測定的方法。若以橫坐標(biāo) t 表示時間，縱坐標(biāo) m 表示任意時刻 14C 的質(zhì)量， m0 為 t 0 時 14C 的質(zhì)量。下面四幅圖中能正確反映 14C 衰變規(guī)律的 是 。（填選項前的字母）典例 10. （2010上海物理第 8題）某

8、放射性元素經(jīng)過 11.4天有 7/8 的原子核發(fā) 生了衰變，該元素的半衰期為A 11.4天B7.6天C5. 7天D3.8天典例 11（2010廣東理綜第 18 題）關(guān)于核衰變和核反應(yīng)的類型，下列表述正確的 有A. 23982U 23940Th+ 24 He是衰變B. 174N+24He178O+11H 是衰變C. 21 H+ 31H 24He+01n 是輕核聚變D. 8324 Se 8326 Kr+ 42 He+2 10 e是重核裂變【解析】：核反應(yīng) 23982 U 23940 Th+ 42 He 發(fā)出了 粒子，是 衰變，選項 A 正確； 147 N+ 42 He 178 O+ 11 H 是

9、粒子轟擊氮核產(chǎn)生質(zhì)子的反應(yīng)， 屬于原子核的人工轉(zhuǎn)變， 選項B錯誤；12H+31H24He+01n是氘氚聚合成氦核的聚變反應(yīng)， 選項 C正確；8342 Se 3826 Kr+ 24 He+2 01 e是3824 Se釋放出氦核和電子的衰變反應(yīng)，選項 D 錯誤。答案】 AC點(diǎn)評】此題考查對核衰變和核反應(yīng)的類型判斷， 要根據(jù)各種核反應(yīng)的特征進(jìn)行判斷?！?012模擬題精選訓(xùn)練題】 1（2012廣西南寧第一次適應(yīng)性考試） 如圖所示裝置處于真空中， S為能放出 、 和三種射線的放射源，虛線框內(nèi)是方向垂直紙面的勻強(qiáng)磁場，L 是 1mm 厚的紙板，M 是熒光屏，實(shí)驗時發(fā)現(xiàn)在熒光屏上 O、P 處有亮斑。則以下判

10、斷正確的是（ ）A如果磁場方向垂直紙面向里，則 斑B如果磁場方向垂直紙面向外，則 斑C如果磁場方向垂直紙面向里，則 斑D如果磁場方向垂直紙面向外，則 斑O 點(diǎn)和 P 點(diǎn)分別為 和 射線形成的亮O 點(diǎn)和 P 點(diǎn)分別為 和 射線形成的亮O 點(diǎn)和 P 點(diǎn)分別為 和 射線形成的亮O 點(diǎn)和 P 點(diǎn)分別為 和 射線形成的亮3. （2012云南部分名校聯(lián)考 ）下列說法正確的是A原子核內(nèi)部某個中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子和電子，產(chǎn)生的電子從原子核中發(fā)射出來，這就是衰變B比結(jié)合能小的原子核結(jié)合成或分解成比結(jié)合能大的原子核時一定吸收核 能C根據(jù)玻爾理論可知，氫原子輻射出一個光子后，氫原子的電勢能增大， 核外電子的運(yùn)動速度減小。

11、D德布羅意在愛因斯坦光子說的基礎(chǔ)上提出物質(zhì)波的概念，認(rèn)為一切物體 都具有波粒二象性。4. （6分）（2012河北唐山）下列說方法正確的是（ ）A人類關(guān)于原子核內(nèi)部的信息，最早來自天然放射現(xiàn)象B在、三種射線中射線電離作用最強(qiáng)C放射性元素的半衰期會隨著溫度的升高而縮短D較重的核分裂成中等質(zhì)量大小的核或較輕的核合并成中等質(zhì)量大小的核， 核子的比結(jié)合能都會增加5. （2012河南許昌四校聯(lián)考）在勻強(qiáng)磁場里有一個原來靜止的放射性碳 14， 它所放射的粒子與反沖核的徑跡是兩個相切的圓。 圓的直徑比為 71，碳14的衰變方程是：A. 164 C4 102 He+ 4 BeB. 164 C 1401e+ 5B

12、C. 164 C0 141e+ 7 ND. 146C 21 H+ 125B答案： C解析：由 r=mv/qB可知，圓的直徑與粒子電荷量成反比，選項 C正確6. （5 分 ）（ 2012 年 2 月湖南部分學(xué)校聯(lián)考） 已知一個氫原子的質(zhì)量為1673610-27kg，一個鋰原子的質(zhì)量為 11650510-27kg，一個氦原子的質(zhì)量為 6646710-27kg。一個鋰核受到一個質(zhì)子轟擊變?yōu)?2 個 粒子，核反 應(yīng)方程為11 H+ 73 Li 224He。根據(jù)以上信息，以下判斷正確的是 （填入選項前的字母代號）A 題中所給的核反應(yīng)屬于 衰變B題中所給的核反應(yīng)屬于輕核聚變C根據(jù)題中信息，可以計算核反應(yīng)釋

13、放的核能 D因為題中給出的是三種原子的質(zhì)量，沒有給出核的質(zhì)量，故無法計算核 反應(yīng)釋放的核能7. （5分）（2012年 2 月西安五校聯(lián)考）以下是有關(guān)近代物理內(nèi)容的若干敘述， 其中正確的是（ ）A原子核發(fā)生一次 衰變，該原子外層就失去一個電子B一束光照射到某種金屬上不能發(fā)生光電效應(yīng)，可能是因為這束光的光強(qiáng)太小C按照玻爾理論， 氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時， 電子的動能減小，但原子的能量增大D天然放射現(xiàn)象中發(fā)出的三種射線是從原子核內(nèi)放出的看不見的射線8（2012 年 2月深圳第一次調(diào)研）下列核反應(yīng)方程及其表述完全正確的是A是聚變反應(yīng)B是人工轉(zhuǎn)變C是裂變反應(yīng)D是裂變反應(yīng)9.

14、（ 2012年 2月山西四校聯(lián)考）下列說法中正確的是（選一個給 3分，選對兩個給 4 分，選對三個給 6 分。每選錯一個扣 3 分，最低得分為 0 分） A射線比 射線更容易使氣體電離B射線在電場和磁場中都不會發(fā)生偏轉(zhuǎn)C核反應(yīng)堆產(chǎn)生的能量來自輕核的聚變D一個氫原子從量子數(shù) n=3 躍遷到基態(tài)時最多可產(chǎn)生 2 條不同頻率的譜線 E用加熱、加壓或改變其化學(xué)狀態(tài)的方法都不能改變原子核衰變的半衰期10.（6分） （2012 江西重點(diǎn)中學(xué)聯(lián)盟第一次聯(lián)考） 2011年3月，日本地震引發(fā) 海嘯，繼而福島核電站 （世界最大的核電站 ）發(fā)生核泄漏關(guān)于核電站和核輻射， 下列說法中正確的是（ ）A核反應(yīng)堆發(fā)生的是輕

15、核聚變反應(yīng)B核反應(yīng)堆發(fā)生的是重核裂變反應(yīng)C放射性同位素的半衰期長短是由核內(nèi)部本身決定，與外部條件無關(guān) D放射性同位素的半衰期長短與地震、風(fēng)力等外部環(huán)境有關(guān)10. 答案： BC 解析：核反應(yīng)堆發(fā)生的是重核裂變反應(yīng)，選項 A 錯誤 B 正確；放 射性同位素的半衰期長短是由核內(nèi)部本身決定， 與外部條件無關(guān)， 選項 C 正確 D 錯誤。11. （ 2012 年開封二模）日本福島核電站泄漏事故中釋放出大量的碘131，碘 131 是放射性同位素，衰變時會發(fā)出 射線與 射線，碘 131 被人攝入后， 會危害身體健康，由此引起了全世界的關(guān)注 .下面關(guān)于核輻射的相關(guān)知識，說法 正確的是：A. 人類無法通過改變外

16、部環(huán)境來改變碘 131 衰變的快慢B. 碘131的半衰期為 8.3天，則 4個碘原子核經(jīng) 16. 6天后就一定剩下一個 原子核C. 射線與 射線都是電磁波，但 射線穿透本領(lǐng)比 射線強(qiáng)D. 碘131發(fā)生 衰變時所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時產(chǎn)生的12. （6 分）（2012山西太原期末）在 衰變中常伴有一種稱為“中微子”的 粒子放出，但中微子的性質(zhì)十分特別，因此在實(shí)驗中很難探測 1953 年， 萊尼斯和柯文建造了一個由大水槽和探測器組成的實(shí)驗系統(tǒng)， 利用中微子與 水中11H 的核反應(yīng)，間接地證實(shí)了中微子的存在， 中微子與水中 11H 發(fā)生核反 應(yīng)，產(chǎn)生中子（ 10 n）和正電子（ 01

17、 e），即：中微子 +11H 10n + 01 e，由此可 以判定，中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)分別是 （填入正確選項前的字 母）A0和 0B0和 1C1和0D1和 l上述核反應(yīng)產(chǎn)生的正電子與水中的電子相遇， 可以轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€能量相同的光 子（ ），即 01 e + 01 e 2已知正電子和電子的質(zhì)量都是 9.1 10-31kg，反 應(yīng)中產(chǎn)生的每個光子的能量約為J（c = 3.0 108m/s）13. (2012 蘇北四市聯(lián)考)一個鈾核 ( 29328U )放出一個 粒子后衰變成釷核 ( 23940Th )，其衰變 方程為 ；已知靜止的鈾核、釷核和 粒子的質(zhì)量分別為 m1、m2 和 m3，真 空中的光

18、速為 c，上述衰變過程中釋放出的核能為。24.(2012年 2月洛陽五校聯(lián)考)美國宇航局的 “新地平線 ”探測器在飛往冥王 星的漫漫旅途中，由于離太陽太遠(yuǎn)，無法使用太陽能，不得不依靠所攜帶的 109 kg 钚丸，利用其放射性衰變釋放的能量發(fā)電。已知钚丸( 23994 Pu)衰 變后成為 29325 U ，則衰變方程為 ；若分別用 m1、m2、m3 表示衰變過程中 29349 Pu核、 23952 U核和放出的粒子的質(zhì)量，則衰變過程中釋放出的 核能可以表示為 。15(2012年 3月福州質(zhì)檢) 29325U 原子核在中子的轟擊下發(fā)生一種可能的裂變反 應(yīng)，其裂變方程為：92 U+ 0nX+ 38

19、Sr+2 0 n，則下列說法正確的是。AX 的原子核中含有 141個核子BX 的原子核中含有 86個中子C因為裂變釋放能量，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，所以裂變后的總質(zhì)量減少D隨著地球環(huán)境的不斷變化， 29325U 的半衰期可能變短也可能變長16（5分,）（2012年 3月陜西寶雞第二次質(zhì)檢） 2006年美國和俄羅斯的科 學(xué)家利用回旋加速器，通過鈣 48轟擊锎 249發(fā)生核反應(yīng)，成功合成了第 1 18 號元素，這是迄今為止門捷列夫元素周期表中原子序數(shù)最大的元素， 實(shí)驗表 明，該元素的原子核先放出 3 個相同的粒子 x，再連續(xù)經(jīng)過 3次衰變后， 變成質(zhì)量為 282的第 112號元素的原子核，則上述過程中的粒子

20、 x是 A中子 B 質(zhì)子C電子D粒子17.（ 2013年 3月吉林二模）目前，在居家裝修中，經(jīng)常用到花崗巖、大理石等 裝修材料，這些巖石都不同程度地含有放射性元素，比如有些含有鈾、釷的花 崗巖等巖石都會釋放出放射性惰性氣體氡， 而氡會發(fā)生放射性衰變， 放出 、 射線，這些起射線會導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生癌變及呼吸道方面的疾病，根據(jù)有關(guān)放射 性知識可知，下列說法正確的是A衰變所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子時產(chǎn)生并發(fā)射出來的 B射線是原子核外電子電離形成的電子流，它具有中等的穿透能力C已知氡的半衰期為 3.8天,若取 1g氡放在天平上左盤上 ,砝碼放于右盤 ,左右兩 邊恰好平衡 ,則 7.6 天后,需取走 0.75g砝碼天平才能再次平衡D發(fā)生 衰變時 ,生成核與原來的原子核相比 ,中子數(shù)減少了 2E射線一般伴隨著 或 射線產(chǎn)生 ,在這三種射線中 , 射線的穿透能力最強(qiáng) , 電離能力最弱18.（6分）（2012年3 月江西南昌一模）下列說法正確的是（選對一個給 3分，選對兩個給 4分，選對 3個給 6分，每選錯一個扣 3分，最低得分為 0 分）A. 29302Th經(jīng)過6次衰變和 4次衰變后成為穩(wěn)定的原子核 20882 PbB發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程是