2024-2025學(xué)年高中物理第3章原子核與放射性2原子核衰變及半衰期課時練習(xí)含解析魯科版選修3-5

PAGE7-原子核衰變及半衰期(25分鐘·60分)一、選擇題(本題共6小題,每小題6分,共36分)1.放射性元素發(fā)生β衰變時,放出一個負電子,該電子是 ()A.核外電子從內(nèi)層軌道上躍遷出來的B.核內(nèi)電子受激發(fā)而射出來的C.核內(nèi)的一個質(zhì)子衰變成中子放出來的D.核內(nèi)的一個中子衰變成質(zhì)子放出來的【解析】選D。在β衰變中放出一個負電子,核內(nèi)的一個中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子,同時釋放一個電子,故D正確,故選D。2.(多選)(2024·泉州高二檢測)如圖所示,鉛盒A中裝有自然放射性物質(zhì),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對外的勻強磁場,則下列說法中正確的有()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.假如在鉛盒和熒光屏間再加一豎直向下的勻強電場,則屏上的亮斑可以重合【解析】選A、C。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,而β粒子速度接近光速,所以在同樣的混合場中不行能都做直線運動,A、C正確。再加豎直向下的勻強電場,正負粒子的偏轉(zhuǎn)角度都會變大,故D錯誤。3.(2024·海南高考)已知Th的半衰期為24天。4gTh經(jīng)過72天還剩下()A.0B.0.5gC.1【解析】選B。由衰變公式m′=m(,知m′=4×(g=4×()3g=0.5g,故B4.(2024·寧德高二檢測)某放射性元素經(jīng)過6次α衰變和8次β衰變,生成了新核。則新核和原來的原子核相比 ()A.質(zhì)子數(shù)削減了12 B.質(zhì)子數(shù)削減了20C.中子數(shù)削減了14 D.核子數(shù)削減了24【解析】選D。某放射性元素經(jīng)過6次α衰變和8次β衰變共產(chǎn)生:6個He和8個e所以質(zhì)子數(shù)削減:2×6+8×(-1)=4中子數(shù)削減:4×6-4=20核子數(shù)削減:4×6=24故選D。5.用中子轟擊鋁Al,產(chǎn)生鈉Na和X粒子,鈉Na具有放射性,它衰變后變成鎂Mg,則X粒子和鈉的衰變過程分別是 ()A.質(zhì)子α衰變 B.α粒子β衰變C.電子α衰變 D.正電子β衰變【解析】選B。依據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒有nAl→NaHeNaMge,則X是α粒子,鈉的衰變過程是β衰變。故B項正確,A、C、D三項錯誤。6.(多選)法國里昂的科學(xué)家發(fā)覺一種只由四個中子構(gòu)成的粒子,這種粒子稱為“四中子”,也有人稱之為“零號元素”。下列有關(guān)“四中子”粒子的說法正確的是()A.該粒子不顯電性B.在周期表中與氫元素占同一位置C.該粒子質(zhì)量比氫原子小D.該粒子質(zhì)量數(shù)為4【解析】選A、D。由題目中信息可得:此粒子是由四個中子構(gòu)成的粒子,所以它的核電荷數(shù)為零,故A對,B錯;而它的質(zhì)量數(shù)為4,故C錯,D對。二、非選擇題(本題共2小題,共24分)7.(12分)完成衰變方程。(1)β衰變Bi________ePoAt+________ThPa+________。

(2)α衰變Th________HeUTh+________CuCo+________。

(3)其中Th衰變成Pa的半衰期為1.2min,則64Th經(jīng)過6min還有______g未衰變。

【解析】(1BiPoePoAt+eThPae。(2ThRaHeUThHeCuCoHe。(3)由半衰期公式得m=m0(得m=64×(g=2g答案:見解析8.(12分)測得某礦石中鈾、鉛比例為1.15∶1,若起先時此礦石中只含有鈾238,發(fā)生衰變的鈾238都變成了鉛206,且鈾衰變成鉛的半衰期是4.5×109年,求此礦石的年齡?！窘馕觥吭O(shè)起先時礦石中有m0千克鈾238,經(jīng)過n個半衰期后,剩余的鈾238為m,則由半衰期公式得,m=m0()n,而已經(jīng)衰變掉的鈾238質(zhì)量為Δm=m0-m=m0[1-()n],設(shè)這些鈾衰變成鉛的質(zhì)量為x,則有=,即=,得x=m0[1-()n],依據(jù)題意,有=,即=解此方程得n=1,即t=T=4.5×109年,所以礦石的年齡為4.5×109年。答案:4.5×109年(15分鐘·40分)9.(6分)U的衰變有多種途徑,其中一種途徑是先衰變成Bi,然后可以經(jīng)一次衰變變成X(X代表某種元素),也可以經(jīng)一次衰變變成Ti,最終都衰變變成Pb,衰變路徑如圖所示,下列說法中正確的是 ()A.過程①是β衰變,過程③是α衰變;過程②是β衰變,過程④是α衰變B.過程①是β衰變,過程③是α衰變;過程②是α衰變,過程④是β衰變C.過程①是α衰變,過程③是β衰變;過程②是β衰變,過程④是α衰變D.過程①是α衰變,過程③是β衰變;過程②是α衰變,過程④是β衰變【解析】選B。Bi經(jīng)過①改變?yōu)閄,質(zhì)量數(shù)沒有發(fā)生改變,為β衰變;經(jīng)過③改變?yōu)镻b,質(zhì)量數(shù)削減4,為α衰變;過程②改變?yōu)門i,電荷數(shù)削減2,為α衰變;過程④的電荷數(shù)增加1,為β衰變。故A、C、D錯誤,B正確。故選B。10.(6分)在勻強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軌跡是兩個相切的圓,圓的半徑比為2∶1,如圖所示,那么碳的衰變方程是 ()A.CHBBCeBCCeNDCHeBe【解析】選D。由靜止的碳核得到的兩個粒子運動速度方向相反,并且兩個粒子滿意動量守恒定律,即mv=-m′v′,由題意可知,粒子在勻強磁場中做圓周運動的半徑比為2∶1,依據(jù)r=知,電荷量之比為1∶2,軌跡圓外切,知放射的粒子與反沖核帶同種電荷,故D正確,A、B、C錯誤?！究偨Y(jié)提升】衰變粒子在磁場中運動軌跡的探討

核衰變前后粒子動量守恒,α粒子或β粒子運動方向與新核運動方向相反,但α粒子帶正電,β粒子帶負電,故可用左手定則推斷得到如下結(jié)論:

(1)α衰變時兩軌跡圓外切,且α粒子與反沖核繞行方向相同。

(2)β衰變時兩軌跡圓內(nèi)切,且β粒子與反沖核的繞行方向相反。

(3)反沖核的電量大,反沖核做圓周運動的半徑比放出粒子做圓周運動的半徑要小。11.(6分)(2024·三明高二檢測)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()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】選C。此題考查運用三種射線的性質(zhì)分析問題的實力。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。12.(22分)釷核Th發(fā)生衰變生成鐳核Ra并放出一個粒子,設(shè)該粒子的質(zhì)量為m,電荷量為q,它將要進入電勢差為U的帶窄縫的平行平板電極S1和S2之間的電場時,其速度為v0,經(jīng)電場加速后,沿Ox方向進入磁感應(yīng)強度為B、方向垂直紙面對外的有界勻強磁場,Ox垂直平板電極S2,當(dāng)粒子從P點離開磁場時,其速度方向與Ox方向的夾角θ=60°,如圖所示,整個裝置處于真空中。(1)寫出釷核衰變方程。(2)求粒子在磁場中沿圓弧運動的軌道半徑R。(3)求粒子在磁場中運動所用的時間t?！窘馕觥?1)釷核衰變方程ThHeRa。(2)設(shè)粒子離開電場時的速度為v,由動能定理得:qU=mv2-m,粒子在磁場中做勻速圓周運動,由qvB=得軌道半徑R=,所以R=。(3)粒子做圓周運動的周期T=,t=T=。答案:(1ThHeRa(2)(3)【加固訓(xùn)練】(多選)核電站核泄漏的污染物中含有碘131和銫137。碘131的半衰期約為8天,會釋放β射線;銫137是銫133的同位素,半衰期約為30年,發(fā)生衰變時會輻射γ射線。下列說法中正確的是()A.碘131釋放的β射線由電子組成B.銫137衰變時輻射出的γ光子能量大于可見光光