【導(dǎo)學(xué)練】高中物理魯科版(2019)選擇性必修3：5.2 課后素養(yǎng)落實12 原子核衰變及半衰期習(xí)題

課后素養(yǎng)落實(十二)(建議用時：40分鐘)題組一對原子核衰變的理解1．(多選)一個原子核發(fā)生衰變時，下列說法中正確的是()A．總質(zhì)量數(shù)保持不變B．核子數(shù)保持不變C．變化前后質(zhì)子數(shù)保持不變D．總動量保持不變ABD[衰變過程中質(zhì)量數(shù)守恒，又質(zhì)量數(shù)等于核子數(shù)，故衰變過程中核子數(shù)不變，A、B正確；發(fā)生β衰變時，質(zhì)子數(shù)增加中子數(shù)減少，C錯誤；由動量守恒的條件知D正確。]2．第118號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α衰變后，變成質(zhì)量數(shù)為282的第112號元素的原子核，則上述過程中的粒子x是()A．中子 B．質(zhì)子C．電子 D．α粒子A[發(fā)生3次α衰變，質(zhì)量數(shù)減少12，核電荷數(shù)減少了6，可見，先放出的三個粒子的電荷數(shù)是0，A正確。]3．(多選)關(guān)于天然放射現(xiàn)象，以下敘述正確的是()A．若使放射性物質(zhì)的溫度升高，其半衰期將變大B．β衰變所釋放的電子是原子核內(nèi)的質(zhì)子轉(zhuǎn)變?yōu)橹凶訒r產(chǎn)生的C．在α、β、γ這三種射線中，γ射線的穿透能力最強，α射線的電離能力最強D．鈾核eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(eq\o\al(\s\up1(238),\s\do1(92))U))衰變?yōu)殂U核eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(eq\o\al(\s\up1(206),\s\do1(82))Pb))的過程中，要經(jīng)過8次α衰變和6次β衰變CD[半衰期與元素的物理狀態(tài)無關(guān)，若使某放射性物質(zhì)的溫度升高，其半衰期將不變，故A錯誤；β衰變所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子而放出的電子，故B錯誤；在α、β、γ這三種射線中，γ射線的穿透能力最強，α射線的電離能力最強，故C正確；鈾核(eq\o\al(\s\up11(238),\s\do4(92))U)衰變?yōu)殂U核(eq\o\al(\s\up11(206),\s\do4(82))Pb)的過程中，每經(jīng)一次α衰變質(zhì)子數(shù)少2，質(zhì)量數(shù)少4；而每經(jīng)一次β衰變質(zhì)子數(shù)增1，核子數(shù)不變；由質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)守恒，要經(jīng)過8次α衰變和6次β衰變，故D正確。]題組二半衰期的理解與應(yīng)用4．(多選)某種放射性元素的半衰期為6天，則下列說法中正確的是()A．10個這種元素的原子，經(jīng)過6天后還有5個沒有發(fā)生衰變B．當(dāng)環(huán)境溫度升高的時候，其半衰期縮短C．這種元素以化合物形式存在的時候，其半衰期不變D．質(zhì)量為m的這種元素，經(jīng)過12天后還有0.25m沒有發(fā)生衰變CD[半衰期是原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間，是大量原子核的統(tǒng)計規(guī)律，10個原子不能反映統(tǒng)計規(guī)律，故A錯誤；原子核的衰變是由原子核內(nèi)部因素決定的，與外界環(huán)境以及原子的物理、化學(xué)狀態(tài)均無關(guān)，故B錯誤，C正確；質(zhì)量為m的這種元素，經(jīng)過12天后還有meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up10(eq\s\up6(\f(12,6)))＝eq\f(m,4)沒有發(fā)生衰變，故D正確。]5．一塊氡222放在天平的左盤時，需要天平的右盤加444g砝碼，天平才能處于平衡，氡222發(fā)生α衰變，經(jīng)過一個半衰期以后，欲使天平再次平衡，應(yīng)從右盤中取出的砝碼為()A．222g B．8gC．2g D．4gD[原有氡222共444g，經(jīng)過一個半衰期后有222g氡發(fā)生衰變，其衰變方程為eq\a\vs4\al(eq\o\al(\s\up1(222),\s\do1(86))Rn)→eq\a\vs4\al(eq\o\al(\s\up1(218),\s\do1(84))Po)＋eq\o\al(\s\up11(4),\s\do4(2))He，但是衰變后生成的釙218還在左盤，也就是說，經(jīng)過一個半衰期只有4g的α粒子從左盤放射出去，因此欲使天平再次平衡，右盤中只需取出4g砝碼。故A、B、C錯誤，D正確。]6．已知碘131的半衰期約為8天，下列說法中正確的是()A．全部碘131衰變所需時間的一半是8天B．2個碘131原子核經(jīng)過8天只剩1個C．碘131原子質(zhì)量數(shù)減少一半所需的時間是8天D．1g碘131原子經(jīng)過8天，碘131質(zhì)量剩余一半D[放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間叫作這種元素的半衰期，C項沒有區(qū)分質(zhì)量數(shù)和質(zhì)量，A、C錯誤；半衰期是大量原子核衰變的概率統(tǒng)計結(jié)果，對少數(shù)或單個特定的原子核無意義，對于一個特定的原子核我們無法判定其何時發(fā)生衰變，B錯誤；1g碘131原子經(jīng)過8天，剩余的質(zhì)量m＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up10(eq\f(t,τ))＝0.5g，D正確。]題組三核反應(yīng)與放射性同位素的應(yīng)用7．有關(guān)放射性同位素eq\o\al(\s\up11(30),\s\do4(15))P的下列說法，正確的是()A．eq\o\al(\s\up11(30),\s\do4(15))P與eq\o\al(\s\up11(30),\s\do4(14))X互為同位素B．eq\o\al(\s\up11(30),\s\do4(15))P與eq\o\al(\s\up11(30),\s\do4(14))X有相同的化學(xué)性質(zhì)C．用eq\o\al(\s\up11(30),\s\do4(15))P制成化合物后它的半衰期變長D．含有eq\o\al(\s\up11(30),\s\do4(15))P的磷肥釋放正電子，可用作示蹤原子，觀察磷肥對植物的影響D[同位素應(yīng)具有相同的質(zhì)子數(shù)，eq\o\al(\s\up11(30),\s\do4(15))P和eq\o\al(\s\up11(30),\s\do4(14))X不是同位素，不具有相同的化學(xué)性質(zhì)，A、B錯誤；元素的半衰期與其所處的狀態(tài)無關(guān)，C錯誤；放射性同位素可作為示蹤原子，D正確。]8．(多選)一個質(zhì)子以1.0×107m/s的速度撞一個靜止的鋁原子核后被俘獲，鋁原子核變成硅原子核。已知鋁原子核的質(zhì)量是質(zhì)子的27倍，硅原子核的質(zhì)量是質(zhì)子的28倍，則下列說法正確的是()A．核反應(yīng)方程為eq\o\al(\s\up11(27),\s\do4(13))Al＋eq\o\al(\s\up11(1),\s\do4(1))H→eq\o\al(\s\up11(28),\s\do4(14))SiB．核反應(yīng)方程為eq\o\al(\s\up11(27),\s\do4(13))Al＋eq\o\al(\s\up11(1),\s\do4(0))n→eq\o\al(\s\up11(28),\s\do4(14))SiC．質(zhì)子撞鋁原子核的過程動量守恒D．硅原子核速度的數(shù)量級為107m/s，方向跟質(zhì)子的初速度方向一致AC[由核反應(yīng)中核電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒可知，選項A正確，B錯誤；由動量守恒定律求得硅原子速度的數(shù)量級為105m/s，選項D錯誤，C正確。]9．正電子發(fā)射計算機斷層顯像(PET)的基本原理是：將放射性同位素15O注入人體，參與人體的代謝過程。15O在人體內(nèi)衰變放出正電子，與人體內(nèi)負(fù)電子相遇而湮滅轉(zhuǎn)化為一對光子，被探測器探測到，經(jīng)計算機處理后產(chǎn)生清晰的圖像。根據(jù)PET原理，回答下列問題：(1)寫出15O的衰變和正負(fù)電子湮滅的方程式：________________________________________________________________。(2)將放射性同位素15O注入人體，15O的主要用途是________。A．利用它的射線 B．作為示蹤原子C．參與人體的代謝過程 D．有氧呼吸(3)PET中所選的放射性同位素的半衰期應(yīng)________(選填“長”“短”或“長短均可”)。[解析](1)由題意得eq\o\al(\s\up11(15),\s\do4(8))O→eq\o\al(\s\up11(15),\s\do4(7))N＋eq\o\al(\s\up11(0),\s\do4(1))e，eq\o\al(\s\up11(0),\s\do4(1))e＋eq\o\al(\s\up11(0),\s\do4(－1))e→2γ。(2)將放射性同位素15O注入人體后，由于它能放出正電子，并能與人體內(nèi)的負(fù)電子產(chǎn)生一對光子，從而被探測器探測到，所以它的用途為作為示蹤原子，B正確。(3)根據(jù)同位素的用途，為了減小對人體的傷害，半衰期應(yīng)該很短。[答案](1)eq\o\al(\s\up11(15),\s\do4(8))O→eq\o\al(\s\up11(15),\s\do4(7))N＋eq\o\al(\s\up11(0),\s\do4(1))e，eq\o\al(\s\up11(0),\s\do4(1))e＋eq\o\al(\s\up11(0),\s\do4(－1))e→2γ(2)B(3)短10．(多選)某校學(xué)生在進(jìn)行社會綜合實踐活動時，收集并列出了一些放射性同位素的半衰期和可供利用的射線(見下表)，并總結(jié)出它們的幾種用途。同位素放射線半衰期同位素放射線半衰期同位素放射線半衰期釙210α13天8鍶90β28年鈷60γ5年镅241β433天锝99γ6小時氡α3.8天根據(jù)上表分析判斷下面結(jié)論正確的是()A．塑料公司生產(chǎn)聚乙烯薄膜，方法是讓較厚的聚乙烯膜通過軋輥后變薄，利用α射線來測定通過軋輥后的薄膜厚度是否均勻B．鈷60的半衰期為5年，若取4個鈷60原子核，經(jīng)10年后就一定剩下一個原子核C．把放射性元素釙210摻雜到其他穩(wěn)定元素中，放射性元素的半衰期不變D．用锝99可以作示蹤原子，用來診斷人體內(nèi)的器官是否正常。方法是給被檢查者注射或口服附有放射性同位素的元素的某些物質(zhì)，當(dāng)這些物質(zhì)的一部分到達(dá)檢查的器官時，可根據(jù)放射性同位素的射線情況分析器官正常與否CD[因為α射線不能穿透薄膜，無法測量薄膜的厚度，A錯誤；鈷60的半衰期為5年是指大量鈷60原子核因衰變而減少到它原來數(shù)目的一半所需要的時間，B錯誤；原子核的衰變是由原子核內(nèi)部因素決定的，與外界環(huán)境以及原子的物理、化學(xué)狀態(tài)均無關(guān)，C正確；檢查時，要在人體外探測到體內(nèi)輻射出來的射線，而又不能讓放射性物質(zhì)長期留在體內(nèi)，所以應(yīng)選取锝99作為放射源，D正確。]11．(多選)地球的年齡到底有多大，科學(xué)家利用天然放射性元素的衰變規(guī)律，通過對目前發(fā)現(xiàn)最古老的巖石中鈾和鉛含量來推算。測得該巖石中現(xiàn)含有的鈾是巖石形成初期時(巖石形成初期時不含鉛)的一半，鈾238衰變后形成鉛206，鈾238的相對含量隨時間變化規(guī)律如圖所示，圖中N為鈾238的原子數(shù)，N0為鈾和鉛的總原子數(shù)。由此可以判斷出()A．鈾238的半衰期為45億年B．地球的年齡大致為90億年C．被測定的巖石樣品在90億年時，鈾、鉛原子數(shù)之比約為1∶3D．根據(jù)鈾半衰期可知，20個鈾原子核經(jīng)過一個半衰期后就剩下10個鈾原子核AC[由于測定出該巖石中含有的鈾是巖石形成初期時的一半，由圖像可知對應(yīng)的時間是45億年，即地球年齡大約為45億年，半衰期為45億年，故A正確，B錯誤；由圖像知，90億年對應(yīng)的eq\f(N,N0)＝eq\f(1,4)，設(shè)鉛原子的數(shù)目為N′，則eq\f(N,N＋N′)＝eq\f(1,4)，所以eq\f(N,N′)＝eq\f(1,3)，即90億年時的鈾、鉛原子數(shù)之比為1∶3，故C正確；鈾的半衰期是大量鈾核衰變的統(tǒng)計規(guī)律，對少量的原子核衰變不成立，故D錯誤；故選AC。]12．氡222是一種天然放射性氣體，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。其衰變方程是eq\o\al(\s\up11(222),\s\do4(86))Rn→eq\o\al(\s\up11(218),\s\do4(84))Po＋________。已知eq\o\al(\s\up11(222),\s\do4(86))Rn的半衰期約為3.8天，則約經(jīng)過________天，16g的eq\o\al(\s\up11(222),\s\do4(86))Rn衰變后還剩1g。[解析]根據(jù)核反應(yīng)過程中電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可得該反應(yīng)的另一種生成物為eq\o\al(\s\up11(4),\s\do4(2))He。根據(jù)m余＝m原eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up10(eq\f(t,τ))知eq\f(t,τ)＝4，解得t＝3.8×4天＝15.2天。[答案]eq\o\al(\s\up11(4),\s\do4(2))He15.213．中國科學(xué)院上海原子核研究所制得了一種新的鉑元素的同位素eq\o\al(\s\up11(202),\s\do4(78))Pt。制取過程如下：(1)用質(zhì)子轟擊鈹靶eq\o\al(\s\up11(9),\s\do4(4))Be產(chǎn)生快中子；(2)用快中子轟擊汞eq\o\al(\s\up11(204),\s\do4(80))Hg，反應(yīng)過程可能有兩種：①生成eq\o\al(\s\up11(202),\s\do4(78))Pt，放出氦原子核；②生成eq\o\al(\s\up11(202),\s\do4(78))Pt，放出質(zhì)子、中子；(3)生成的eq\o\al(\s\up11(202),\s\do4(78))Pt發(fā)生兩次β衰變，變成穩(wěn)定的原子核汞eq\o\al(\s\up11(202),\s\do4(80))Hg。寫出上述核反應(yīng)方程式。[解析]根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，算出新核的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)，然后寫出核反應(yīng)方程。(1)eq\o\al(\s\up11(9),\s\do4(4))Be＋eq\o\al(\s\up1