2024-2025學(xué)年新教材高中物理第五章原子核2放射性元素的衰變課時練習(xí)含解析新人教版選擇性必修3

PAGE8-放射性元素的衰變(25分鐘·60分)一、選擇題(本題共6小題,每題6分,共36分)1.(多選)2020年3月15日中國散裂中子源(CSNS)利用中子成像技術(shù)幫助中國科技高校進行了考古方面的探討。散裂中子源是探討中子特性、探測物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和運動的科研裝置。下列關(guān)于中子探討的說法正確的是 ()A.β衰變過程中釋放的電子來自原子核B.U經(jīng)過4次α衰變,2次β衰變,新核與原來的原子核相比,中子數(shù)少了10個C.γ射線實質(zhì)是高速中子流,可用于醫(yī)學(xué)的放射治療D.原子核發(fā)生一次β衰變,該原子外層就肯定失去一個電子【解析】選A、B。β衰變所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子時產(chǎn)生的,故A正確;每次α衰變,質(zhì)量數(shù)少4,電荷數(shù)少2,所以中子數(shù)少2,每次β衰變,一個中子轉(zhuǎn)化成一個質(zhì)子和一個電子,所以中子數(shù)少1,所以經(jīng)過4次α衰變,2次β衰變,新核與原來的原子核相比,中子數(shù)少4×2+2×1=10,故B正確;γ射線實質(zhì)是電磁波,不是中子流,故C錯誤;β衰變的實質(zhì)是原子核中的一個中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€質(zhì)子和一個電子,電子釋放出來,與原子外層的電子無關(guān),故D錯誤。2.以下是物理學(xué)史上3個聞名的核反應(yīng)方程xLi→2yyN→xOyBe→zCx、y和z是3種不同的粒子,其中z是 ()A.α粒子 B.質(zhì)子 C.中子 D.電子【解析】選C。依據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可以確定x為質(zhì)子H,y為He即α粒子,z為中子n。【補償訓(xùn)練】以下幾個核反應(yīng)方程,粒子X代表中子的方程是 ()ANHeO+XBBeHeC+XCPSi+XDCN+X【解析】選B。由核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可以推斷出選項B正確。3.日本福島核事故是世界上最大的核事故之一,2019年2月13日日本宣布該核電站內(nèi)部的核殘渣首次被“觸及”,其中部分殘留的放射性物質(zhì)的半衰期可長達1570萬年。下列有關(guān)說法正確的是 ()A.衰變成要經(jīng)過4次β衰變和7次α衰變B.自然放射現(xiàn)象中產(chǎn)生的α射線的速度與光速相當(dāng),穿透實力很強C.將由放射性元素組成的化合物進行高溫分解,會變更放射性元素的半衰期D.放射性元素發(fā)生β衰變時所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子時產(chǎn)生的【解析】選D。設(shè)衰變成須要x次α衰變和y次β衰變,依據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒則有:92-2x+y=82,4x=238-206,所以解得:x=8,y=6,故A錯誤;自然放射性現(xiàn)象中產(chǎn)生的α射線速度為光速的非常之一,電離實力較強,穿透實力較弱,故B錯誤;半衰期具有統(tǒng)計規(guī)律,只對大量的原子核適用,且半衰期的大小由原子核內(nèi)部因素確定,與所處的物理環(huán)境和化學(xué)狀態(tài)無關(guān),故C錯誤;β衰變的實質(zhì)是原子核中的一個中子轉(zhuǎn)變成一個質(zhì)子,同時產(chǎn)生一個電子,這個電子以β射線的形式釋放出去,同時輻射出γ光子,故D正確。4.本題中用大寫字母代表原子核,E經(jīng)α衰變成為F,再經(jīng)β衰變成為G,再經(jīng)α衰變成為H。上述系列衰變可記為下式:EFGH,另一系列衰變?nèi)缦?PQRS,已知P和F是同位素,則 ()A.Q和G是同位素,R和H是同位素B.R和E是同位素,S和F是同位素C.R和G是同位素,S和H是同位素D.Q和E是同位素,R和F是同位素【解析】選B。由于P和F是同位素,設(shè)它們的質(zhì)子數(shù)為n,則其他各原子核的質(zhì)子數(shù)可分別表示如下:n+2EFGHnPQRS由此可以看出R和E是同位素,S、P和F是同位素,Q和G是同位素。5.現(xiàn)有一塊質(zhì)量為2M、含的礦石,其中的質(zhì)量為2m。已知的半衰期為T,則下列說法正確的是 ()A.經(jīng)過時間2T后,這塊礦石基本不再含有了B.經(jīng)過時間2T后,礦石中的有未發(fā)生衰變C.經(jīng)過時間2T后,該礦石的質(zhì)量剩下D.經(jīng)過時間3T后,礦石中的質(zhì)量還?！窘馕觥窟xB?？傎|(zhì)量2m、衰變后剩余質(zhì)量m1、衰變時間、半衰期T之間關(guān)系為:m1=2m(,所以在本題中有:經(jīng)過2T剩余為:m1=2m()2=,發(fā)生衰變的為,故A錯誤,B正確;雖然U238發(fā)生衰變,但衰變的產(chǎn)物大部分仍舊存在于礦石中,如鉛208;所以經(jīng)過2T后,礦石的質(zhì)量仍舊接近2M,故C錯誤;經(jīng)過時間3T后該礦石中的質(zhì)量還剩m2=2m()3=,故D錯誤。6.A、B兩種放射性元素,原來都靜止在同一勻強磁場中,磁場方向如圖所示,其中一個放出α粒子,另一個放出β粒子,α與β粒子的運動方向跟磁場方向垂直,圖中a、b、c、d分別表示α粒子、β粒子以及兩個剩余核的運動軌跡,則 ()A.a為α粒子軌跡,c為β粒子軌跡B.b為α粒子軌跡,d為β粒子軌跡C.b為α粒子軌跡,c為β粒子軌跡D.a為α粒子軌跡,d為β粒子軌跡【解題指南】解答本題應(yīng)把握以下三點:(1)原子核在釋放α或β粒子的過程中系統(tǒng)的動量守恒。(2)由左手定則和軌跡的內(nèi)切和外切推斷釋放粒子的電性。(3)依據(jù)洛倫茲力和牛頓其次定律以及動量守恒定律可知半徑和粒子電量的關(guān)系?！窘馕觥窟xC。兩個相切的圓表示在相切點處是靜止的原子核發(fā)生了衰變,由于無外力作用,動量守恒,所以原子核發(fā)生衰變后,新核與放出的粒子速度方向相反,若它們帶相同性質(zhì)的電荷,則它們所受的洛倫茲力方向相反,則軌道應(yīng)是外切圓,故左圖應(yīng)當(dāng)是原子核發(fā)生了α衰變,又因為r=,半徑大的應(yīng)當(dāng)是電荷量小的α粒子的運動軌跡,A、D錯誤;若它們所帶電荷的性質(zhì)不同,則它們的軌道應(yīng)是內(nèi)切圓。右圖所示的軌跡說明是放出了與原子核電性相反的電荷,故應(yīng)當(dāng)是發(fā)生了β衰變,半徑大的應(yīng)當(dāng)是電荷量小的電子的運動軌跡,故B錯誤,C正確。二、非選擇題(本題共2小題,共24分。要有必要的文字說明和解題步驟,有數(shù)值計算的要標明單位)7.(12分)氡是一種自然放射性氣體,被吸入后,會對人的呼吸系統(tǒng)造成輻射損傷,它是世界衛(wèi)生組織公布的主要環(huán)境致癌物質(zhì)之一,它發(fā)生衰變之后生成Po,已知氡的半衰期約為3.8天,則完成下列問題:(1)寫出氡的衰變方程;(2)16g氡經(jīng)過多少天變成1g?【解題指南】解答本題可按以下思路進行:(1)依據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒得出衰變方程中的未知粒子,然后寫出衰變方程。(2)依據(jù)m=m0()n得出半衰期的次數(shù),從而得出經(jīng)驗的天數(shù)。【解析】(1)依據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒知,未知粒子的電荷數(shù)為2,質(zhì)量數(shù)為4,為α粒子He)。其衰變方程是：→PoHe。(2)依據(jù)m=m0()n得,()n==,解得n=4,則t=4T=4×3.8天=15.2天。答案:(1)→PoHe(2)15.2天8.(12分U核經(jīng)一系列的衰變后變?yōu)镻b核,問:(1)一共經(jīng)過幾次α衰變和幾次β衰變?(2Pb與U相比,質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)各少了多少?(3)綜合寫出這一衰變過程的方程?！窘馕觥?1)設(shè)U衰變?yōu)镻b經(jīng)過x次α衰變和y次β衰變。由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可得238=206+4x ①92=82+2x-y ②聯(lián)立①②解得x=8,y=6即一共經(jīng)過8次α衰變和6次β衰變。(2)由于每發(fā)生一次α衰變,質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)均削減2,每發(fā)生一次β衰變中子數(shù)削減1,而質(zhì)子數(shù)增加1,故U質(zhì)子數(shù)少10,中子數(shù)少22。(3)衰變方程為UPb+He+e。答案:(1)8次α衰變和6次β衰變(2)1022(3UPb+He+e(15分鐘·40分)9.(7分)(多選)14C發(fā)生放射性衰變成為14N,半衰期約5700年。已知植物存活期間,其體內(nèi)14C與12C的比例不變;生命活動結(jié)束后,14A.該古木的年頭距今約5700年B.12C、13CC.12C、13CD.14C衰變?yōu)椤窘馕觥窟xA、C、D。古木樣品中14C的比例是現(xiàn)代植物所制樣品的二分之一,依據(jù)半衰期的定義知該古木的年頭距今約5700年,選項A正確。同位素具有相同的質(zhì)子數(shù),不同的中子數(shù),選項B錯誤,C正確。14C的衰變方程為CNe,所以此衰變過程中放出β射線,選項D正確?！究偨Y(jié)提升】半衰期公式的敏捷應(yīng)用(1)分析有關(guān)放射性元素的衰變數(shù)量和時間問題時,正確理解半衰期的概念,敏捷運用有關(guān)公式進行分析和計算是關(guān)鍵。(2)某種核經(jīng)過一個半衰期后,剩余的核的數(shù)量從微觀上講是“個數(shù)變?yōu)樵瓉淼囊话搿?。?dāng)然,這個規(guī)律是個統(tǒng)計規(guī)律,假如詳細到有限的幾個、幾十個,甚至幾百幾千個,這個規(guī)律就不成立了,因為一摩爾物質(zhì)所含的微粒數(shù)就是阿伏加德羅常數(shù)。幾百幾千個算不上大量。(3)在分析計算時,應(yīng)留意:經(jīng)過一個半衰期,剩余的核的質(zhì)量應(yīng)當(dāng)變?yōu)榉磻?yīng)前的一半,即未衰變的核的質(zhì)量變?yōu)樵瓉淼囊话?不是反應(yīng)后質(zhì)量變?yōu)榉磻?yīng)前的一半,因為籠統(tǒng)說反應(yīng)后的質(zhì)量還包括反應(yīng)中生成的新核的質(zhì)量。10.(7分)(多選)科學(xué)家通過試驗探討發(fā)覺,放射性元素鈾有多種可能的衰變途徑：先變成，可以經(jīng)一次衰變變成,也可以經(jīng)一次衰變變成(X代表某種元素)，和最終都變成,衰變路徑如圖所示。則以下推斷正確的是 ()A.a=211,b=82B.①是α衰變,②是β衰變C.①是β衰變,②是α衰變D.經(jīng)過7次α衰變5次β衰變后變成【解析】選B、D。由題意可知，經(jīng)過①變更為,核電荷數(shù)少2,為α衰變,即：TiHe,故a=210-4=206，經(jīng)過②變更為,質(zhì)量數(shù)沒有發(fā)生變更,為β衰變,即：X+,故b=83+1=84,故A、C錯誤,B正確：經(jīng)過7次α衰變,則質(zhì)量數(shù)少28,電荷數(shù)少14,在經(jīng)過5次β衰變后,質(zhì)量數(shù)不變,電荷數(shù)增加5,此時質(zhì)量數(shù)為238-28=210,電荷數(shù)為92-14+5=83,變成了,故D正確。11.(7分)(多選)(2024·全國Ⅲ卷)1934年,約里奧—居里夫婦用α粒子轟擊鋁箔,首次產(chǎn)生了人工放射性同位素X,反應(yīng)方程為He+Al→Xn。X會衰變成原子核Y,衰變方程為X→Ye,則 ()A.X的質(zhì)量數(shù)與Y的質(zhì)量數(shù)相等B.X的電荷數(shù)比Y的電荷數(shù)少1C.X的電荷數(shù)比Al的電荷數(shù)多2D.X的質(zhì)量數(shù)與Al的質(zhì)量數(shù)相等【解析】選A、C。依據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒,核反應(yīng)方程分別為HeAlXnXYe。可知X的質(zhì)量數(shù)與Y的質(zhì)量數(shù)都是30,A正確;X的電荷數(shù)15比Y的電荷數(shù)14多1,B錯誤;X的電荷數(shù)15比Al的電荷數(shù)13多2,C正確;X的質(zhì)量數(shù)30比Al的質(zhì)量數(shù)27多3,D錯誤。12.(19分)一靜止的U核經(jīng)α衰變成為Th核,釋放出的總動能為4.27Me