人教版(新教材)高中物理選擇性必修3課時作業(yè)5：5 2 第1課時 原子核的衰變 半衰期練習

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第三冊PAGEPAGE12放射性元素的衰變第1課時原子核的衰變半衰期考點一原子核的衰變1．一個放射性原子核發(fā)生一次β衰變，則它的()A．質子數(shù)減少1，中子數(shù)不變B．質子數(shù)增加1，中子數(shù)不變C．質子數(shù)增加1，中子數(shù)減少1D．質子數(shù)減少1，中子數(shù)增加1〖答案〗C〖解析〗β衰變的實質是一個中子轉化成一個質子和一個電子，故中子數(shù)減少1，而質子數(shù)增加1，A、B、D錯誤，C正確．2．(多選)下列說法中正確的是()A．α粒子帶正電，α射線是從原子核中射出的B．β粒子帶負電，所以β粒子有可能是核外電子C．γ射線是光子，所以γ射線有可能是原子核發(fā)光產(chǎn)生的D．α射線、β射線、γ射線都是從原子核內部釋放出來的〖答案〗AD〖解析〗α衰變的實質是原子核中的兩個質子和兩個中子結合在一起形成一個氦核發(fā)射出來，β衰變的實質是原子核內的一個中子轉化成一個質子和一個電子，然后釋放出電子，γ射線是伴隨α衰變和β衰變產(chǎn)生的，所以這三種射線都是從原子核內部釋放出來的，A、D正確．3．(多選)有些建材中的放射性物質會釋放出α、β、γ射線，根據(jù)有關放射性知識可知，下列說法正確的是()A．發(fā)生α衰變時，生成核與原來的原子核相比，核內質量數(shù)減少2B．發(fā)生β衰變時，生成核與原來的原子核相比，核內中子數(shù)減少1C．β射線是原子的核外電子電離后形成的電子流D．在這三種射線中γ射線的穿透能力最強，電離能力最弱〖答案〗BD〖解析〗α衰變是兩個質子與兩個中子作為一個整體從原子核中輻射出來，所以發(fā)生α衰變時，核內質量數(shù)減少4，選項A錯誤；β衰變是原子核內一個中子轉化成一個質子和一個電子，所以發(fā)生β衰變時，核內中子數(shù)減少1，核子數(shù)不變，β射線是原子核內發(fā)射的電子流，選項B正確，選項C錯誤；由三種射線性質可得，選項D正確．4．下列表示放射性元素碘131(eq\o\al(131,

53)I)β衰變的方程是()A.eq\o\al(131,

53)I→eq\o\al(127,

51)Sb＋eq\o\al(4,2)He B.eq\o\al(131,

53)I→eq\o\al(131,

54)Xe＋eq\o\al(0,－1)eC.eq\o\al(131,

53)I→eq\o\al(130,

53)I＋eq\o\al(1,0)n D.eq\o\al(131,

53)I→eq\o\al(130,

52)Te＋eq\o\al(1,1)H〖答案〗B〖解析〗β衰變是原子核自發(fā)地釋放一個β粒子(即電子)產(chǎn)生新核的過程，原子核衰變時質量數(shù)與電荷數(shù)都守恒，結合選項分析可知，選項B正確．5．(2020·臨沂市第一中學高二月考)放射性同位素釷232經(jīng)多次α、β衰變，其衰變方程為eq\o\al(232,

90)Th→eq\o\al(220,86)Rn＋xα＋yβ，其中()A．x＝1，y＝3 B．x＝2，y＝3C．x＝3，y＝1 D．x＝3，y＝2〖答案〗D〖解析〗由質量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得：4x＋220＝232,2x－y＋86＝90，解得x＝3，y＝2，選D.考點二半衰期6．(多選)關于放射性元素的半衰期，下列說法正確的是()A．原子核全部衰變所需要的時間的一半B．原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需要的時間C．相對原子質量減少一半所需要的時間D．該元素原子核的總質量減半所需要的時間〖答案〗BD〖解析〗放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需要的時間叫作這種元素的半衰期，它與原子核全部衰變所需要的時間的一半不同；放射性元素發(fā)生衰變后成為一種新的原子核，原來的放射性元素原子核的個數(shù)不斷減少，當原來的放射性元素的原子核的個數(shù)減半時，該放射性元素的原子核的總質量也減半，故選項B、D正確．7．(2021·浙江紹興市高二期末)某原子研究實驗室發(fā)生放射性同位素泄漏事故．已知該元素的半衰期為3天，總放射量為人體最大允許量的8倍，則研究人員至少需等待幾天后才能進入該實驗室()A．3天 B．6天C．9天 D．12天〖答案〗C〖解析〗設放射性同位素的總量為N，則人體最大允許量為eq\f(N,8)，半衰期為T＝3天，由半衰期公式可知N余＝故當N余＝eq\f(N,8)時，可得eq\f(t,T)＝3故有t＝3T＝9天即研究人員至少需等待9天后才能進入該實驗室．故選C.8．(多選)活體生物由于需要呼吸，其體內的14C含量大致不變，死后停止呼吸，體內的14C含量開始減少．由于碳元素在自然界的各個同位素的比例一直都很穩(wěn)定，人們可通過測定古木的14C含量，來估計它的大概年齡，這種方法稱之為碳定年法.14C衰變?yōu)?4N的半衰期約為5730年，某古木樣品中14C的比例約為現(xiàn)代植物所制樣品的二分之一．下列說法正確的是()A．該古木的死亡時間約為5730年B．14C與14N具有相同的中子數(shù)C．14C衰變?yōu)?4N的過程中放出β射線D．升高古木樣品所處環(huán)境的溫度將加速14C的衰變〖答案〗AC〖解析〗設原來14C的質量為M0，衰變后剩余質量為M，則有M＝M0(eq\f(1,2))n，其中n為發(fā)生半衰期的次數(shù)，由題意可知剩余質量為原來的eq\f(1,2)，故n＝1，所以死亡時間為5730年，故A正確；14C的中子數(shù)是8個，14N的中子數(shù)是7個，故B錯誤；14C衰變?yōu)?4N的過程中質量數(shù)沒有變化，而核電荷數(shù)增加1，是14C中的一個中子變成了一個質子和一個電子，放出β射線，故C正確；放射元素的半衰期與物理環(huán)境以及化學環(huán)境無關，故D錯誤．9．(多選)釷eq\o\al(234,

90)Th具有放射性，它能放出一個新的粒子而變?yōu)殓heq\o\al(234,

91)Pa，同時伴隨有γ射線產(chǎn)生，其方程為eq\o\al(234,

90)Th→eq\o\al(234,

91)Pa＋X，釷的半衰期為24天，則下列說法中正確的是()A．X為質子B．X為電子C．X是釷核中的一個中子轉化成一個質子時產(chǎn)生的D．1g釷eq\o\al(234,

90)Th經(jīng)過120天后還剩0.3125g〖答案〗BC〖解析〗根據(jù)電荷數(shù)和質量數(shù)守恒知，釷核衰變過程中放出了一個電子，即X為電子，故A錯誤，B正確；發(fā)生β衰變時釋放的電子是由釷核內一個中子轉化成一個質子時產(chǎn)生的，故C正確；釷的半衰期為24天，經(jīng)過120天即經(jīng)過5個半衰期，故1g釷eq\o\al(234,

90)Th經(jīng)過120天后還剩0.03125g，故D錯誤．10．放射性同位素的衰變能轉換為電能，將某種放射性元素制成“放射性同位素電池”(簡稱同位素電池)，帶到火星上去工作，已知火星上的溫度、壓強等環(huán)境因素與地球有很大差別．該放射性元素到火星上之后，半衰期________(選填“變大”“變小”或“不變”)．若該放射性元素的半衰期為T年，經(jīng)過2T年，質量為m的該放射性元素還剩余的質量為________．〖答案〗不變0.25m〖解析〗放射性元素的半衰期與外界條件無關，則放射性元素到火星上之后，半衰期不變．經(jīng)過2T年，質量為m的該放射性元素還剩余的質量為m余＝m(eq\f(1,2))2＝eq\f(1,4)m＝0.25m.11．(2021·遼寧高二期中)核電池又叫“放射性同位素電池”，它是通過半導體換能器將同位素在衰變過程中不斷地放出具有熱能的射線，把熱能轉變?yōu)殡娔芏圃斐傻模穗姵匾殉晒Φ赜米骱教炱鞯碾娫?、心臟起搏器電源和一些特殊軍事用途．已知“嫦娥四號”上有一塊備用的核燃料電池，核燃料為eq\o\al(238,

94)Pu，其半衰期為88年，eq\o\al(238,

94)Pu的衰變方程為eq\o\al(238,

94)Pu→eq\o\al(234,

m)X＋eq\o\al(n,2)Y，下列說法正確的是()A.eq\o\al(238,

94)Pu核比X核多4個中子B．該元素衰變的速度隨所處環(huán)境的壓強和溫度的變化而發(fā)生變化C．任意一個eq\o\al(238,

94)Pu原子核發(fā)生衰變的時間都是88年D．該衰變的類型為α衰變，其實質是原子核內部兩個質子和兩個中子結合成一個α粒子從原子核中放射出來〖答案〗D〖解析〗由衰變方程質量數(shù)和電荷數(shù)守恒，可知m＝92，n＝4，故eq\o\al(238,

94)Pu中子數(shù)為238－94＝144，X中子數(shù)為234－92＝142，eq\o\al(238,

94)Pu核比X核多2個中子，A錯誤；由衰變的快慢性質知，它由核本身的因素決定，而與原子所處的物理狀態(tài)、溫度、壓強、速度、受力和化學狀態(tài)無關，B錯誤；衰變規(guī)律是統(tǒng)計規(guī)律，只適用于大量原子核，對少數(shù)的原子核不適用，不能由半衰期推算任意一個eq\o\al(238,

94)Pu的衰變時間，C錯誤；是發(fā)生了α衰變，即eq\o\al(4,2)Y為eq\o\al(4,2)He，α粒子從原子核中射出，D正確．12．(多選)(2021·山東濱州市高二期中)如圖1所示，P為勻強磁場中一點，某放射性元素的原子核靜止在P點，該原子核發(fā)生衰變后，放出一個氦核(eq\o\al(4,2)He)和一個新核，它們速度方向與磁場垂直，其軌跡均為圓弧，半徑之比為45∶1，重力、阻力和氦核與新核間的庫侖力均不計．下列說法正確的是()圖1A．放射性元素原子核的電荷數(shù)是90B．可能的衰變方程為eq\o\al(238,

92)U→eq\o\al(234,

90)Th＋eq\o\al(4,2)HeC．氦核和新核動量比是1∶45D．衰變前核的質量數(shù)等于衰變后氦核和新核的總質量數(shù)〖答案〗BD〖解析〗放出氦核(eq\o\al(4,2)He)和新核的過程，系統(tǒng)的動量守恒，則有m氦v氦＝m新v新，所以氦核和新核動量比是1∶1，則C錯誤；由于放出的氦核(eq\o\al(4,2)He)和新核在磁場中做勻速圓周運動，根據(jù)洛倫茲力提供向心力有Bqv＝meq\f(v2,R)，解得R＝eq\f(mv,Bq)，則它們的軌道半徑與它們所帶的電荷量成反比，所以q氦∶q新＝1∶45，則新核所帶的電荷數(shù)為90，由于核反應過程電荷數(shù)、質量數(shù)守恒，則放射性元素原子核的電荷數(shù)是92，所以可能的衰變方程為eq\o\al(238,

92)U→eq\o\al(234,

90)Th＋eq\o\al(4,2)He，所以A錯誤，B、D正確．13．(多選)(2020·修水縣第五中學高二月考)如圖2甲所示，國際原子能機構2007年2月15日公布了核輻射警示新標志，新標志為黑框紅底三角，內有一個輻射波標記：一個骷髏頭標記和一個逃跑的人形．核輻射會向外釋放3種射線：α射線帶正電，β射線帶負電，γ射線不帶電，現(xiàn)有甲、乙兩個原子核，原來都靜止在同一勻強磁場中，其中一個核放出一個α粒子，另一個核放出一個β粒子，得出圖乙所示的4條徑跡，則()圖2A．磁場的方向一定垂直于紙面向里B．甲核放出的是α粒子，乙核放出的是β粒子C．a(chǎn)為α粒子的徑跡，d為β粒子的徑跡D．b為α粒子的徑跡，c為β粒子的徑跡〖答案〗BD〖解析〗根據(jù)左手定則分析，磁場的方向無論是垂直紙面向里還是垂直紙面向外，在勻強磁場中的軌跡形狀一樣，A錯誤；衰變過程滿足動量守恒，粒子與新核的動量大小相等，方向相反，根據(jù)帶電粒子在磁場中運動不難分析，若軌跡為外切圓，則為α衰變，所以甲核放出的是α粒子，乙核放出的是β粒子，B正確；由于衰變過程動量守恒，初狀態(tài)總動量為零，所以末狀態(tài)兩粒子動量大小相等，又由R＝eq\f(mv,qB)知半徑與電荷量成反比，所以b為α粒子的徑跡，c為β粒子的徑跡，C錯誤，D正確．14．天然放射性鈾(eq\o\al(238,

92)U)發(fā)生衰變后產(chǎn)生釷(eq\o\al(234,

90)Th)和另一個原子核．(1)請寫出衰變方程；(2)若衰變前鈾(eq\o\al(238,

92)U)核的速度為v，衰變產(chǎn)生的釷(eq\o\al(234,

90)Th)核的速度為eq\f(v,2)，且與鈾核速度方向相同，試估算產(chǎn)生的另一種新核的速度．〖答案〗(1)eq\o\al(238,

92)U→eq\o\al(234,

90)Th＋