2022-2024年北京市重點(diǎn)校高二下學(xué)期期末物理試題匯編：放射性元素的衰變含解析

2022-2024北京重點(diǎn)校高二（下）期末物理匯編放射性元素的衰變一、單選題1．（2024北京東城高二下期末）下列關(guān)于物理學(xué)科的實(shí)驗(yàn)及其揭示的規(guī)律的說法中，不正確的是（

）A．奧斯特通過對放在通電直導(dǎo)線正下方的小磁針的偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象的分析，提出了磁生電的觀點(diǎn)B．康普頓通過對康普頓效應(yīng)的分析，提出了光子除了具有能量之外還具有動量C．湯姆孫通過對陰極射線在電場和磁場中的偏轉(zhuǎn)情況的研究，發(fā)現(xiàn)了電子D．盧瑟福猜想原子核中還存在著一種不帶電的粒子，即中子，查德威克通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了中子的存在2．（2024北京海淀高二下期末）一靜止的原子核發(fā)生衰變，其衰變方程為，生成的兩粒子處于勻強(qiáng)磁場中，速度方向與磁場方向垂直，圖中可以正確反映兩粒子運(yùn)動軌跡的是（）A． B．C． D．3．（2024北京第二中學(xué)高二下期末）關(guān)于天然放射現(xiàn)象，下列說法正確的是（）A．天然放射現(xiàn)象表明原子內(nèi)部有一定結(jié)構(gòu)B．升高溫度可以改變原子核衰變的半衰期C．β射線是原子核外的電子形成的電子流D．三種射線中γ射線的穿透能力最強(qiáng)，電離作用最小4．（2024北京第二中學(xué)高二下期末）已知氡222的半衰期為3.8天.那么4g的放射性物質(zhì)氡222經(jīng)過7.6天，還剩下沒有發(fā)生衰變的質(zhì)量為A．2g B．1g C．0.5g D．0g5．（2023北京豐臺高二下期末）下列說法正確的是（）A．天然放射現(xiàn)象說明原子核內(nèi)部是有結(jié)構(gòu)的B．湯姆遜發(fā)現(xiàn)電子說明原子具有核式結(jié)構(gòu)C．盧瑟福根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)提出原子的能級結(jié)構(gòu)模型D．放射性元素的半衰期隨溫度的升高而變短6．（2023北京海淀高二下期末）花崗巖、大理石等裝修材料中都不同程度地含有放射性元素，下列有關(guān)放射性的說法正確的是（）A．衰變成要經(jīng)過8次α衰變和6次β衰變B．氡的半衰期為3.8天，4個(gè)氡原子核經(jīng)過7.6天后只剩下1個(gè)氡原子核C．α射線與γ射線都是電磁波，α射線穿透本領(lǐng)遠(yuǎn)比γ射線弱D．放射性元素發(fā)生β衰變時(shí)所釋放的電子是原子被電離時(shí)產(chǎn)生的7．（2023北京海淀高二下期末）關(guān)于天然放射現(xiàn)象，下列說法正確的是（）A．天然放射現(xiàn)象說明原子具有核式結(jié)構(gòu)B．若使放射性物質(zhì)的溫度升高，其半衰期將減小C．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(shí)所產(chǎn)生的D．在α、β、γ這三種射線中，γ射線的穿透能力最強(qiáng)，β射線的電離能力最強(qiáng)8．（2023北京大興高二下期末）已知天然放射現(xiàn)象放出、、三種射線。下列說法正確的是（

）A．、、三種射線分別是氦原子核、電子和中子B．三種射線中射線電離作用最強(qiáng)、射線穿透能力最強(qiáng)C．J.J.湯姆孫最早完成著名的“粒子散射實(shí)驗(yàn)”并提出核式結(jié)構(gòu)的原子模型D．射線轟擊氮原子核可以產(chǎn)生質(zhì)子，核反應(yīng)方程為9．（2023北京東城高二下期末）秦山核電站生產(chǎn)的核反應(yīng)方程為，其產(chǎn)物的衰變方程為。下列說法正確的是（）A．是衰變 B．經(jīng)過一個(gè)半衰期，10個(gè)將剩下5個(gè)C．來自原子核外 D．可以用作示蹤原子10．（2019·北京海淀·模擬預(yù)測）下列說法正確的是（）A．放射性元素的半衰期與外界壓強(qiáng)有關(guān)B．天然放射現(xiàn)象說明原子具有核式結(jié)構(gòu)C．原子核放出γ射線說明原子核內(nèi)有光子D．β衰變的本質(zhì)是原子核內(nèi)的1個(gè)中子轉(zhuǎn)化為1個(gè)質(zhì)子和1個(gè)電子11．（2017·北京海淀·三模）下列現(xiàn)象中，與原子核內(nèi)部變化有關(guān)的是（

）A．粒子散射現(xiàn)象 B．衰變現(xiàn)象C．光電效應(yīng)現(xiàn)象 D．原子發(fā)光現(xiàn)象12．（2022北京海淀高二下期末）以下是物理學(xué)史上3個(gè)著名的核反應(yīng)方程：x、y和z是三種不同的粒子，其中可判斷（）A．x是粒子，z是中子 B．x是質(zhì)子，z是中子C．y是粒子，z是電子 D．x是質(zhì)子，z是電子13．（2022北京西城高二下期末）如圖所示，用鉛做成的容器中放有天然放射源，射線從容器上面的小孔射出后垂直射入勻強(qiáng)磁場中，在磁場的作用下分成a、b、c三束。則下列判斷中正確的是（）A．a(chǎn)為射線、b為射線 B．a(chǎn)為射線、b為射線C．b為射線、c為射線 D．b為射線、c為射線14．（2022北京人大附中高二下期末）放射性元素鐳衰變過程中釋放出α、β、γ三種射線，進(jìn)入勻強(qiáng)電場中，偏轉(zhuǎn)情況如圖所示，由此可推斷（）A．①表示γ射線，③表示α射線B．①表示γ射線，③表示β射線C．②表示γ射線，③表示α射線D．②表示γ射線，③表示β射線15．（2022北京清華附中高二下期末）放射性同位素的樣品經(jīng)過6h后還剩下1/8沒有衰變，它的半衰期是（

）A．2h B．1.5h C．1.17h D．0.75h16．（2007·上?！じ呖颊骖}）衰變?yōu)橐?jīng)過m次a衰變和n次b衰變，則m，n分別為（）A．2，4 B．4，2 C．4，6 D．16，6二、多選題17．（2022北京清華附中高二下期末）已知某放射性元素原子核可記為，靜止在勻強(qiáng)磁場中的該核在P點(diǎn)發(fā)生衰變后，新核做逆時(shí)針的勻速圓周運(yùn)動，二者的運(yùn)動軌跡如圖所示，下列判定正確的是（）A．新核的動能比粒子的動能大B．磁場方向垂直紙面向里C．新核和衰變出來的粒子做勻速圓周運(yùn)動的半徑之比為D．新核和衰變出來的粒子做勻速圓周運(yùn)動的等效電流之比為三、解答題18．（2024北京東城高二下期末）在如圖所示的勻強(qiáng)磁場中，一個(gè)靜止的氡原子核發(fā)生了一次衰變。向右放射出的粒子在與磁場垂直的平面內(nèi)做圓周運(yùn)動。（1）若新核的元素符號用Y表示，寫出該衰變的核反應(yīng)方程。（2）圖給出了衰變后粒子在磁場中的運(yùn)動軌跡，請計(jì)算粒子與新核的軌道半徑之比，并在圖中畫出新核運(yùn)動軌跡的示意圖。（3）求新核與粒子的運(yùn)動周期之比19．（2023北京海淀高二下期末）活的植物通過光合作用和呼吸作用與環(huán)境交換碳元素，體內(nèi)碳14的比例與大氣中的相同。植物枯死后，遺體內(nèi)的碳14仍在衰變，不斷減少，但是不能得到補(bǔ)充。因此，根據(jù)放射性強(qiáng)度減小的情況就可以推算植物死亡的時(shí)間。（1）某建筑工地上發(fā)現(xiàn)地下有一棵死去的古樹，測出該古樹碳14的含量是現(xiàn)代植物的，求這棵古樹距今多少年？已知碳14的半衰期為5730年。如圖所示，在范圍足夠大的垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場中，靜止在S點(diǎn)的碳14核發(fā)生一次衰變，產(chǎn)生的粒子速度方向如圖所示，且粒子與氮核恰好在紙面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動。已知粒子與氮核質(zhì)量之比為，不計(jì)重力。（2）寫出衰變方程，求粒子與氮核做圓周運(yùn)動的半徑之比，并在答題紙相應(yīng)位置作出兩者的運(yùn)動軌跡（作圖需要顯示半徑大小的定性關(guān)系）。（3）求粒子與氮核做圓周運(yùn)動形成的等效電流之比，兩者形成的電流方向相同還是相反？20．（2022北京海淀高二下期末）1930年發(fā)現(xiàn)，在真空條件下用粒子（）轟擊鈹核（）時(shí)，會產(chǎn)生一種看不見的、貫穿能力極強(qiáng)且不帶電的粒子。查德威克認(rèn)定這種粒子就是中子。（1）寫出粒子轟擊鈹核的核反應(yīng)方程。（2）一個(gè)中子與一個(gè)靜止的碳核（）發(fā)生正碰，已知中子的初速度為，與碳核碰后的速率變?yōu)?，運(yùn)動方向與原來運(yùn)動方向相反，求碰撞后碳核的速率。（3）與中子碰撞后，把該碳核垂直于磁場方向射入勻強(qiáng)磁場，測得碳核做圓周運(yùn)動的直徑為d，已知元電荷的電量為e，核子質(zhì)量為m，求該磁場的磁感強(qiáng)度大小。21．（2022北京第八中學(xué)高二下期末）如圖所示，在垂直紙面向里的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場中，一個(gè)靜止于P點(diǎn)的放射性元素氡的原子核發(fā)生了一次衰變，變?yōu)獒暎ǎ?。放射出的粒子（）和生成的新核釙（）均在與磁場方向垂直的平面內(nèi)做圓周運(yùn)動。已知粒子的質(zhì)量為m，電荷量為q。(1)寫出發(fā)生衰變的核反應(yīng)方程，并定性畫出新核釙（）和粒子的運(yùn)動軌跡；(2)新核釙（）和粒子的圓周運(yùn)動均可等效成一個(gè)環(huán)形電流，求粒子做圓周運(yùn)動的周期T和環(huán)形電流大小I；(3)磁矩是描述環(huán)形電流特征的物理量，把粒子做圓周運(yùn)動形成的環(huán)形電流與圓環(huán)面積的乘積叫做粒子的回旋磁矩，用符號μ表示。設(shè)粒子做圓周運(yùn)動的速率為v，試推導(dǎo)粒子回旋磁矩μ的表達(dá)式，并據(jù)此比較粒子和新核釙（）做圓周運(yùn)動的回旋磁矩的大小關(guān)系。22．（2022北京首師大附中高二下期末）能量守恒定律、動量守恒定律、電荷守恒定律等等是自然界普遍遵循的規(guī)律，在微觀粒子的相互作用過程中也同樣適用．盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子之后，他猜測：原子核內(nèi)可能還存在一種不帶電的粒子．（1）為尋找這種不帶電的粒子，他的學(xué)生查德威克用粒子轟擊一系列元素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．當(dāng)他用粒子轟擊鈹原子核時(shí)發(fā)現(xiàn)了一種未知射線，并經(jīng)過實(shí)驗(yàn)確定這就是中子，從而證實(shí)了盧瑟福的猜測．請你完成此核反應(yīng)方程．（2）為了測定中子的質(zhì)量，查德威克用初速度相同的中子分別與靜止的氫核與靜止的氮核發(fā)生彈性正碰．實(shí)驗(yàn)中他測得碰撞后氮核的速率與氫核的速率關(guān)系是．已知氮核質(zhì)量與氫核質(zhì)量的關(guān)系是，將中子與氫核、氮核的碰撞視為完全彈性碰撞．請你根據(jù)以上數(shù)據(jù)計(jì)算中子質(zhì)量與氫核質(zhì)量的比值．（3）以鈾235為裂變?nèi)剂系摹奥凶印焙朔磻?yīng)堆中，裂變時(shí)放出的中子有的速度很大，不易被鈾235俘獲，需要使其減速．在討論如何使中子減速的問題時(shí)，有人設(shè)計(jì)了一種方案：讓快中子與靜止的粒子發(fā)生碰撞，他選擇了三種粒子：鉛核、氫核、電子．以彈性正碰為例，僅從力學(xué)角度分析，哪一種粒子使中子減速效果最好，請說出你的觀點(diǎn)并說明理由．

參考答案1．A【詳解】A．奧斯特通過對放在通電直導(dǎo)線正下方的小磁針的偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象的分析，提出了電生磁的觀點(diǎn)。故A錯(cuò)誤，與題意相符；B．康普頓通過對康普頓效應(yīng)的分析，提出了光子除了具有能量之外還具有動量。故B正確，與題意不符；C．湯姆孫通過對陰極射線在電場和磁場中的偏轉(zhuǎn)情況的研究，發(fā)現(xiàn)了電子。故C正確，與題意不符；D．盧瑟福猜想原子核中還存在著一種不帶電的粒子，即中子，查德威克通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了中子的存在。故D正確，與題意不符。本題選不正確的故選A。2．A【詳解】根據(jù)動量守恒定律可知，生成的兩粒子動量等大反向，則根據(jù)解得可知電荷量較大的在磁場中的運(yùn)動半徑較小，即Th核的運(yùn)轉(zhuǎn)半徑小于X。因兩粒子均帶正電，速度反向，可知運(yùn)動軌跡為外切圓。故選A。3．D【詳解】A．天然放射現(xiàn)象表明原子核內(nèi)部有一定結(jié)構(gòu)，故A錯(cuò)誤；B．原子核衰變的半衰期由自身結(jié)構(gòu)決定，與物理?xiàng)l件和化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，故升高溫度可以不能改變原子核衰變的半衰期，故B錯(cuò)誤；C．發(fā)生一次β衰變，實(shí)際是原子核內(nèi)的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，這個(gè)電子被拋射出來，故C錯(cuò)誤；D．三種射線中γ射線是不帶電的光子，則穿透能力最強(qiáng)，電離作用最小，故D正確；故選D。4．B【詳解】根據(jù)衰變的半衰期公式，其中，n為半衰期的個(gè)數(shù),，聯(lián)立可得：；故選B.5．A【詳解】A．天然放射現(xiàn)象說明原子核內(nèi)部有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，故A正確；B．湯姆遜發(fā)現(xiàn)了電子，但不能說明原子具有核式結(jié)構(gòu)，故B錯(cuò)誤；C．盧瑟福根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)提出原子的核式結(jié)構(gòu)模型，故C錯(cuò)誤；D．放射性元素的半衰期是其本身的屬性，與溫度無關(guān)，故D錯(cuò)誤。故選A。6．A【詳解】A．鈾核（）衰變成鉛核（）的過程中，設(shè)發(fā)生x次α衰變，y次β衰變，衰變方程為根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒有解得，即要經(jīng)過8次α衰變和6次β衰變，故A正確；B．半衰期是對大量原子核的衰變的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對于單個(gè)原子核是不成立的，故B錯(cuò)誤；C．α射線是氦核流，γ射線的實(shí)質(zhì)是電磁波，γ射線的穿透本領(lǐng)比較強(qiáng)，故C錯(cuò)誤；D．β衰變時(shí)，原子核中的一個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，電子釋放出來，故D錯(cuò)誤。故選A。7．C【詳解】A．天然放射現(xiàn)象說明原子核具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)，故A錯(cuò)誤；B．半衰期與外界條件無關(guān)，故B錯(cuò)誤；C．根據(jù)β衰變的本質(zhì)可知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(shí)所產(chǎn)生的，故C正確；D．在α、β、γ這三種射線中，γ射線的穿透能力最強(qiáng)，α射線的電離能力最強(qiáng)，故D錯(cuò)誤；故選C。8．D【詳解】A．、、三種射線分別是氦原子核、電子和光子，故A錯(cuò)誤；B．三種射線中射線電離作用最強(qiáng)、射線穿透能力最強(qiáng)，故B錯(cuò)誤；C．盧瑟福最早完成著名的“粒子散射實(shí)驗(yàn)”并提出核式結(jié)構(gòu)的原子模型，故C錯(cuò)誤；D．射線轟擊氮原子核可以產(chǎn)生質(zhì)子，核反應(yīng)方程為，故D正確。故選D。9．D【詳解】A．屬于衰變，故A錯(cuò)誤；B．半衰期是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對于大量原子核衰變是成立的，個(gè)數(shù)較少時(shí)不成立，故B錯(cuò)誤；C．是由原子核內(nèi)的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，電子被釋放出來，來自原子核內(nèi)部，故C錯(cuò)誤；D．屬于碳元素放射性同位素，可以用作示蹤原子，故D正確。故選D。10．D【詳解】A．放射性元素的半衰期與外界因素?zé)o關(guān)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；B．盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)說明原子具有核式結(jié)構(gòu)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；C．原子核放出γ射線是伴隨著α衰變和β衰變放出的能量，不能說明原子核內(nèi)有光子，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；D．β衰變的本質(zhì)是原子核內(nèi)的1個(gè)中子轉(zhuǎn)化為1個(gè)質(zhì)子和1個(gè)電子，選項(xiàng)D正確。故選D。11．B【詳解】A．α粒子散射實(shí)驗(yàn)表明了原子內(nèi)部有一個(gè)很小的核，并沒有涉及到核內(nèi)部的變化，故A錯(cuò)誤；B．衰變現(xiàn)象中核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子，涉及到原子核內(nèi)部的變化，選項(xiàng)B正確；C．光電效應(yīng)是原子核外層電子脫離原子核的束縛而逸出，沒有涉及到原子核的變化，故C錯(cuò)誤；D．原子發(fā)光是原子躍遷形成的，即電子從高能級向低能級躍遷，釋放的能量以光子形式輻射出去，沒有涉及到原子核的變化，故D錯(cuò)誤。12．B【詳解】將上述三個(gè)方程相加，整理后得根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒，z的質(zhì)量數(shù)為1，電荷數(shù)為0，為中子，y是粒子，x是質(zhì)子。故選B。13．C【詳解】帶電粒子在磁場中運(yùn)動，根據(jù)左手定則，a帶正電為α粒子，b不帶電為γ射線，c帶負(fù)電為β粒子，故C正確，ABD錯(cuò)誤。故選C。14．C【詳解】α射線帶正電，β射線帶負(fù)電，γ射線不帶電，γ射線在磁場中一定不偏轉(zhuǎn)，②為γ射線；電場中，α射線向右偏，β射線向左偏，①為β射線，③為α射線。故C正確，ABD錯(cuò)誤。故選C。15．A【詳解】每經(jīng)過一個(gè)半衰期，有半數(shù)發(fā)生衰變，經(jīng)過6小時(shí)后還有沒有衰變，由于知經(jīng)過了n=3個(gè)半衰期，所以半衰期等于2小時(shí)。故選A。16．B【詳解】在α衰變的過程中，電荷數(shù)少2，質(zhì)量數(shù)少4，在β衰變的過程中，電荷數(shù)多1，有：2m-n=6，4m=16，解得m=4，n=2．故A正確，B、C、D錯(cuò)誤．17．BD【詳解】A．衰變過程中滿足動量守恒，設(shè)新核的符號為Y，即由動量和能量的關(guān)系得可得由于不知道新核和粒子的質(zhì)量，故不能比較動能的大小，故A錯(cuò)誤；B．原子核帶正電，由題意和左手定則可知，磁場方向垂直紙面向里，故B正確；C．原子核在磁場中做圓周運(yùn)動，洛倫茲力提供向心力有解得可得新核和衰變出來的粒子做勻速圓周運(yùn)動的半徑之比為，故C錯(cuò)誤；D．原子核做圓周運(yùn)動的周期為根據(jù)電流定義式可得電流大小為可得新核和衰變出來的粒子做勻速圓周運(yùn)動的等效電流之比為，故D正確。故選BD。18．（1）；（2），；（3）【詳解】（1）根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒，氡原子核發(fā)生衰變的核反應(yīng)方程為（2）在衰變瞬間，粒子與反沖核的速度方向相反，根據(jù)題意，粒子向右射出，新核向左運(yùn)動，衰變過程動量守恒，而系統(tǒng)初動量為零，則根據(jù)反沖運(yùn)動規(guī)律可知反沖核和粒子動量大小相等，由得得粒子與新核的軌道半徑之比為結(jié)合左手定則判斷畫出新核運(yùn)動軌跡的如圖所示（3）由洛倫茲力提供向心力而做圓周運(yùn)動的周期為聯(lián)立解得得新核與粒子的運(yùn)動周期之比為19．（1）28650年；（2）；；

（3），電流方向相同【詳解】（1）由題意可知，該古樹死去后已經(jīng)經(jīng)歷了5個(gè)半衰期，則有可知這棵古樹距今28650年。（2）根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒，衰變方程