高中物理 第3章 原子核与放射性 第2节 原子核衰变及半衰期学业分层测评 鲁科版选修3-5

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第2节 原子核衰变及半衰期 (建议用时：45分钟) [学业达标] 1．关于天然放射现象和对放射性的研究，下列说法正确的是(　　) A．α射线和β射线在电场或磁场中偏转说明它们是带电粒子 B．原子核不是单一的粒子 C．γ射线一定伴随α射线或β射线而产生 D．任何放射性元素都能同时发出三种射线 E．γ射线往往伴随α射线或β射线而产生 【解析】　带电粒子以一定的初速度垂直进入电场或磁场能发生偏转，α射线和β射线能在电场或磁场中偏转说明它们是带电粒子，故A正确；放射现象说明原子核的可变性，即原子核不是单一粒子，具有复杂的结构，故选项B正确；γ射线是原子核在发射α射线或β射线时多余的能量以γ射线的形式产生的辐射，因此γ射线是伴随(不是一定伴随)α射线或β射线而放出的，故选项E正确，C、D均错误． 【答案】　ABE 2．关于放射性元素的半衰期，下列说法正确的是(　　) A．是放射源质量减少一半所需的时间 B．是原子核半数发生衰变所需的时间 C．与外界压强和温度有关 D．可以用于测定地质年代、生物年代等 E．与原子的化学状态无关 【解析】　原子核的衰变是由原子核的内部因素决定的，与外界环境无关．原子核的衰变有一定的速率，每隔一定的时间即半衰期，原子核就衰变掉总数的一半．不同种类的原子核，其半衰期也不同，若开始时原子核数目为N0，经时间t剩下的原子核数目为N，半衰期为T1/2，则N＝N0().若能测出N与N0的比值，就可求出t，依此公式可测定地质年代、生物年代等．故正确答案为B、D、E. 【答案】　BDE 3．日本福岛核电站泄漏事故中释放出大量的碘131，碘131是放射性同位素，衰变时会发出β射线与γ射线，碘131被人摄入后，会危害身体健康，由此引起了全世界的关注．下面关于核辐射的相关知识，说法正确的是(　　) A．人类无法通过改变外部环境来改变碘131衰变的快慢 B．碘131的半衰期为8.3天，则4个碘原子核经16.6天后就一定剩下一个原子核 C．β射线与γ射线都是电磁波，但γ射线穿透本领比β射线强 D．碘131发生β衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的 E．β射线是高速运动的电子流，是从碘131原子核内释放出来的 【解析】　衰变的快慢由放射性元素本身决定，与外部环境无关，A正确；半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少数几个原子核无意义，B错误；β射线是高速电子流，γ射线是电磁波，故C错误，E正确；β衰变的实质是n→H＋e，D正确． 【答案】　ADE 4．某一放射性元素放出的射线通过电场后分成三束，如图325所示，下列说法正确的是(　　) 图325 A．射线3的电离作用在三种射线中最强 B．射线2贯穿本领最弱，用一张白纸就可以将它挡住 C．一个原子核放出一个射线3的粒子后，质子数和中子数都比原来少2个 D．一个原子核放出一个射线1的粒子后，形成的新核比原来的电荷数少1个 E．一个原子核放出一个射线1的粒子后，形成的新核与原来的核的核子数相同 【解析】　根据三束射线的偏转方向，可以断定射线1带负电，是β射线；射线2不带电，是γ射线；射线3是α射线．α射线的电离作用最强，选项A正确．γ射线贯穿本领最强，用一张白纸可以挡住的是α射线，选项B错误．每发生一次α衰变，原子核里面的2个中子和2个质子结合成一个氦核而释放出来，选项C正确．每发生一次β衰变，原子核里面的一个中子变成一个质子，因此核电荷数增加1，但核子数不变，故选项D错误，E正确． 【答案】　ACE 5．有一种新型镍铜长效电池，它是采用半衰期长达100年的放射性同位素镍63(Ni)和铜两种金属作为长寿命电池的材料，利用镍63发生β衰变时释放电子给铜片，把镍63和铜片作电池两极，外接负载为负载提供电能．下面有关该电池的说法正确的是(　　) 【导学号：18850043】 A．镍63的衰变方程是Ni→Cu＋e B．镍63的衰变方程是Ni→Cu＋e C．外接负载时镍63的电势比铜片高 D．该电池内电流方向是从镍片到铜片 E．该电池的正极是镍片 【解析】　镍63的衰变方程为Ni→e＋Cu，选项A对，B错．电流方向为正电荷定向移动方向，在电池内部电流从铜片到镍片，镍片电势高，为电池的正极，选项C、E对，D错． 【答案】　ACE 6．原子核Th具有天然放射性，它经过若干次α衰变和β衰变后会变成新的原子核．下列原子核中，有三种是Th衰变过程中可以产生的，它们是(　　) A.Pb　 B.Pb　 C.Po D.Ra　 E.Ra 【解析】　发生1次α衰变时核子的质量数减4，电荷数减2；发生1次β衰变时，质量数不变，电荷数加1.先从质量数的变化分析，易得A、C、D正确． 【答案】　ACD 7．在横线上填上粒子符号和衰变类型． (1)U→Th＋________，属于________衰变 (2)Th→Pa＋________，属于________衰变 (3)Po→At＋________，属于________衰变 (4)Cu→Co＋________，属于________衰变 【解析】　根据质量数守恒和电荷数守恒可以判断，(1)中生成的粒子为He，属于α衰变；(2)中生成的粒子为e，属于β衰变；(3)中生成的粒子为e，属于β衰变；(4)中生成的粒子为He，属于α衰变． 【答案】　(1)He　α　(2)e　β　(3)e　β　(4)He　α 8.U经一系列的衰变后变为Pb. (1)求一共经过几次α衰变和几次β衰变？ (2)Pb与U相比，求质子数和中子数各少多少？ (3)写出这一衰变过程的方程． 【解析】　(1)设U衰变为Pb经过x次α衰变和y次β衰变．由质量数和电荷数守恒可得 238＝206＋4x① 92＝82＋2x－y② 联立①②解得x＝8，y＝6，即一共经过8次α衰变和6次β衰变． (2)由于每发生一次α衰变质子数和中子数均减少2，每发生一次β衰变中子数减少1，而质子数增加1，故Pb较U质子数少10，中子数少22. (3)核反应方程为U→Pb＋8He＋6e. 【答案】　(1)8　6 (2)10　22 (3)U→Pb＋8He＋6e [能力提升] 9．14C发生放射性衰变成为14N，半衰期约5 700年．已知植物存活期间，其体内14C与12C的比例不变；生命活动结束后，14C的比例持续减少．现通过测量得知，某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一．下列说法正确的是(　　) A．该古木的年代距今约5 700年 B．12C、13C、14C具有相同的中子数 C．14C衰变为14N的过程中放出β射线 D．增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变 E．14C比12C多2个中子 【解析】　剩余的碳14占，表明经过了一个半衰期，A正确；碳14、13、12的质子数相同，质量数不同，中子数不同，碳14比碳12多两个中子，故B错误，E正确；碳14变为氮14，质量数未变，放出的是电子流，即β射线，C正确；半衰期不受外界环境影响，D错误． 【答案】　ACE 10．回旋加速器在核科学、核技术、核医学等高新技术领域得到了广泛应用，有力地推动了现代科学技术的发展．当今医学影像诊断设备PET/CT堪称“现代医学高科技之冠”，它在医疗诊断中，常利用能放射正电子的同位素碳11作示踪原子．碳11是由小型回旋加速器输出的高速质子轰击氮14获得，同时还产生另一粒子，试写出核反应方程．若碳11的半衰期τ为20 min，经2.0 h剩余碳11的质量占原来的百分之几？(结果取2位有效数字) 【解析】　核反应方程为 N＋H→C＋He① 设碳11原有质量为m0，经过t1＝2.0 h剩余的质量为mr，根据半衰期定义有 ＝()＝()≈1.6%.② 【答案】　N＋H→C＋He　1.6% 11．在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于放出一个α粒子，结果得到一张两个相切圆的径迹照片(如图326所示)，今测得两个相切圆半径之比r1∶r2＝1∶44，求： 【导学号：18850044】 图326 (1)图中哪一个圆是α粒子的径迹？(说明理由) (2)这个原子核原来所含的质子数是多少？ 【解析】　(1)因为动量相等，所以轨道半径与粒子的电荷量成反比，所以圆轨道2是α粒子的径迹，圆轨道1是新生核的径迹． (2)设衰变后新生核的电荷量为q1，α粒子的电荷量为q2＝2e，它们的质量分别为m1和m2，衰变后的速度分别是v1和v2，所以原来原子核的电荷量 q＝q1＋q2. 根据轨道半径公式有 ＝＝ 又由于衰变过程中遵循动量守恒定律，则m1v1＝m2v2 以上三式联立解得q＝90e 即这个原子核原来所含的质子数为90. 【答案】　(1)见解析　(2)90