5.2放射性元素的衰变 同步练习（Word版含答案）

5.2放射性元素的衰变
一、选择题（共15题 )
1．下列说法正确的是（　　）
A．β衰变所释放的电子是原子核外电子电离形成的
B．贝克勒尔通过实验发现了中子
C．原子从a能级状态跃迁到b能级状态时吸收波长为λ1的光子；原子从b能级状态跃迁到c能级状态时发射波长为λ2的光子，已知λ1＞λ2，那么原子从a能级状态跃迁到c能级状态时将要吸收波长为的光子
D．赫兹首次用实验证实了电磁波的存在
2．用中子轰击，产生钠和；钠具有放射性，它衰变后变成镁和，则和分别是
A．质子和粒子 B．电子和粒子
C．粒子和正电子 D．粒子和电子
3．放射性同位素衰变的快慢有一定的规律。现已知某放射性元素任意时刻的质量m与开始时刻的质量m0的比值随时间变化的曲线如图所示，则下列说法正确的是（　　）
A．该元素的半衰期约为200天
B．温度能改变原子的衰变进程
C．若该元素发生β衰变，说明该元素原子核中有电子
D．若该元素衰变产生α射线，则该元素可用于钢板探伤
4．下列说法正确的是（ ）
A．若使放射性物质的温度升高，其半衰期将会缩短
B．β衰变所释放的电子是原子核内的质子转变为中子时所产生的
C．在α、β、γ这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强
D．铀核（）衰变为铅核（）的过程中，要经过10次α衰变和6次β衰变
5．在匀强磁场中有一个静止的氡原子核（）,由于衰变它放出一个粒子,此粒子的径迹与反冲核的径迹是两个相互外切的圆,大圆与小圆的直径之比为42∶1,如图所示,那么氡核的衰变方程应为 （ ）
A．
B．
C．
D．
6．下列叙述正确的是
A．比较α、β、γ三种射线，由α粒子组成的α射线，电离能力最弱、穿透能力最强
B．卢瑟福依据极少数α粒子发生大角度散射，绝大多数不偏转，提出了原子核式结构模型
C．紫外线照射到金属锌板表面时能产生光电效应，则当增大紫外线的光照强度时，从锌板表面逸出的光电子的最大初动能也随之增大
D．发现天然放射现象的意义在于使人类认识到原子具有复杂的结构
7．如图是历史上发现中子的实验示意图（　　）
A．是质子，是电子 B．是粒子，是中子
C．是质子，是中子 D．是光子，是质子
8．钴60（）是金属元素钴的放射性同位素之一，其半衰期为5.27年.它发生衰变变成镍60（）同时放出能量高达的高速电子和两束射线.钴60的应用非常广泛，几乎遍及各行各业.在农业上，常用于辐射育种、食品辐射保藏与保鲜等；在工业上，常用于无损探伤、辐射消毒、辐射加工、辐射处理废物以及自动控制等；在医学上，常用于人体肿瘤的放射治疗.关于钻60，下列说法正确的是（ ）
A．发生衰变的衰变方程为
B．将钴60放入高温高压环境中可以加快其衰变
C．钴60可以作为示踪原子研究人体对药物的吸收
D．10g钴60经过10.54年全部发生衰变
9．实验观察到，静止在匀强磁场中A点的原子核发生β衰变，衰变产生的新核与电子恰在纸面内做匀速圆周运动，运动方向和轨迹示意如图．则（ ）
A．轨迹1是电子的，磁场方向垂直纸面向外
B．轨迹2是电子的，磁场方向垂直纸面向外
C．轨迹1是新核的，磁场方向垂直纸面向里
D．轨迹2是新核的，磁场方向垂直纸面向里
10．在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于衰变放射出某种粒子，衰变过程动量守恒，结果得到一张两个相切圆1和2的径迹照片如图所示，已知两个相切圆半径分别r1、r2，则下列说法正确的是（ ）
A．原子核可能发生衰变，也可能发生衰变
B．若衰变方程是，则衰变后新核和粒子圆周运动周期相同
C．若衰变方程是，则衰变后新核和粒子的速度大小之比 为2：117
D．若衰变方程是，则r1：r2＝2：117
11．某原子核的衰变过程为，下列说法正确的是（　　）
A．核A的中子数减核C的中子数等于2
B．核A的质量数减核C的质量数等于5
C．核A的质子数比核C的质子数多1
D．核A的质子数比核B的质子数多1
12．用于治疗肿瘤的放射源必须满足以下两个条件：①放射线具有较强的穿透力，以辐射到体内的肿瘤处；②要在较长时间内具有相对稳定的辐射强度,根据以上条件，表中给出的四种放射性元素，适合用于治疗肿瘤的是（　　）
同位索 辐射线 半衰期
钋210 α 138天
锝99 γ 6小时
钴60 γ 5年
锶90 β 28年
A．钋210 B．锝99 C．钴60 D．锶90
13．由于放射性元素的半衰期很短，所以在自然界一直未被发现，只是在使用人工的方法制造后才被发现．已知经过一系列衰变和衰变后变成，下列论断中正确的是（ ）
A．衰变过程中原子核的质量和电荷量守恒
B．的原子核比的原子核少28个中子
C．衰变过程中共发生了7次衰变和4次衰变
D．经过两个半衰期后含有的矿石的质量将变为原来的四分之一
14．科研人员正在研制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（）和铜两种金属作为长寿命电池的材料利用镍63发生衰变时释放电子被铜片俘获，把镍63和铜片做电池的两极为外电阻R提供电能．下列说法正确的是
A．电阻R上的电流方向是从到
B．镍63的衰变方程是
C．升高温度、增大压强可以改变镍63的半衰期
D．衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子时所产生的
15．关于下列四幅图的表述，正确的是（　　）
A．图甲表示随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较长的方向移动
B．图乙中的射线测厚装置是利用γ射线的穿透能力来自动控制的
C．图丙中电子衍射实验说明∶电子的动量越大，物质波的波长越长
D．图丁光电效应现象中，光电流与电压的关系表明遏止电压与光的强度有关
二、填空题（共4题）
16．应用放射线对金属进行探伤，是利用了射线的_________能力；用于消除静电，是利用了射线的_________作用．
17．1953年，莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用在β衰变中产生的中微子与水中的核反应，间接地证实了几乎没有质量且不带电的中微子的存在。中微子与水中的发生核反应，请完成方程式：中微子+→+_______。上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇，形成几乎静止的整体后，转变为两个γ光子，即+→2γ，正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子，其原因是：_________。
18．图为查德威克发现新粒子的实验装置，用放射性元素（）发出的粒子轰击铍（）会产生粒子流，用粒子流轰击石蜡，会放出粒子流，则为________，为________。
19．正电子发射计算机断层显像（PET）的基本原理是：将放射性同位素15O注入人体，参与人体的代谢过程。15O在人体内衰变放出正电子，与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清晰的图像。根据PET原理，回答下列问题：
(1)写出15O的衰变和正负电子湮灭的方程式。（_______）
(2)将放射性同位素15O注入人体，15O的主要用途是（______）
A．利用它的射线 B．作为示踪原子 C．参与人体的代谢过程 D．有氧呼吸
(3)PET中所选的放射性同位素的半衰期应______。（选填“长”“短”或“长短均可”）
三，计算题（共4题）
20．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，常用能放射正电子的同位素作为示踪原子。是由小型回旋加速器输出的高速质子轰击获得的，同时还产生另一粒子，试写出该核反应的方程。若的半衰期为20min，经2.0h剩余的质量占原来的百分之几？（结果保留2位有效数字）
21．静止的氮核被速度为的中子击中，生成碳核和另一种新原子核，已知与新核的速度方向与碰撞前中子的速度方向一致，碰后碳与新核的动量之比为1:1．设核子的平均质量相等．
①写出核反应方程式； ②求与新核的速度各是多大？
22．如图所示，垂直于纸面向里的匀强磁场的磁感应强度B=0.500T，MN是磁场的左边界．在磁场中的A点有一静止镭核()，A距MN的距离OA=1.00m.D为放置在MN边缘的粒子接收器，OD=1.00m. 发生放射性衰变，放出某种粒子x后变为一氡()，接收器D接收到了沿垂直于MN方向射来的粒子x，已知衰变过程释放的能量全部转化为两新核的动能．
(1)写出上述过程中的衰变方程(衰变方程必须写出x的具体符号).
(2)求该镭核在衰变为氡核和x粒子时释放的能量.(保留三位有效数字,电子电荷量e=1.60×10-19C，1u可近似取1.66×10-19kg,)
23．关于“原子核组成”的研究，经历了一些重要阶段，其中：
(1)1919年，卢瑟福用粒子轰击氮核（）从而发现了质子，写出其反应方程式。
(2)1932年，查德威克用一种中性粒子流轰击氢原子和氮原子，打出了一些氢核（质子）和氮核，测量出被打出的氢核和氮核的速度，并由此推算出这种粒子的质量而发现了中子。
查德威克认为：原子核的热运动速度远小于中性粒子的速度而可以忽略不计；被碰出的氢核、氮核之所以会具有不同的速率是由于碰撞的情况不同而造成的，其中速率最大的应该是弹性正碰的结果，实验中测得被碰氢核的最大速度为，被碰氮核的最大速度为；已知。请你根据查德威克的实验数据，推导中性粒子（中子）的质量与氢核的质量的关系？（保留三位有效数字）
参考答案
1．D
【详解】
A．β衰变的本质是原子核内的一个中子释放一个电子变为质子，故A错误；
B．根据物理学史可知，查德威克通过α粒子轰击铍核的实验，发现了中子的存在，故B错误；
C．光子的能量，由题，则，从a能级状态跃迁到b能级状态时吸收波长为λ1的光子，原子从b能级状态跃迁到c能级状态时发射波长为λ2的光子，根据玻尔理论，a能级的能量值大于c能级的能量值
所以原子从a能级状态跃迁到c能级状态时将要辐射波长为的光子，故C错误；
D．根据物理学史可知，赫兹首次用实验证实了电磁波的存在，故D正确。
故选：D。
2．D
【详解】
根据质量数和电荷数守恒有：
故X是粒子，Y是电子，故D正确，ABC错误。
3．A
【详解】
A．一半物质衰变所用的时间叫半衰期，由图像可知半衰期是200 天，故A正确；
B．一切物理、化学手段均不能改变元素的半衰期，B错误；
C．β衰变的实质是中子变为质子与电子，质子留在原子核，电子释放出来，C错误；
D．α粒子（氦的原子核）电荷量大质量大速度小，电离能力强而穿透能力弱，D错误。
故选A。
4．C
【详解】
A．半衰期是由放射性元素原子核的内部因素所决定，跟元素的化学状态、温度、压强等因素无关，故A错误；
B．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时所产生的，方程为，故B错误；
C．在α、β、γ这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强，故C正确；
D．的质子数为92，中子数为146，的质子数为82，中子数为124，因而铅核比铀核少10个质子，22个中子。注意到一次α衰变质量数减少4，故α衰变的次数为
x=次=8次
再结合核电荷数的变化情况和衰变规律来判定β衰变的次数y应满足
2x-y+82=92
y=2x-10=6次
故D错误。
故选C。
5．B
【详解】
原子核的衰变过程满足动量守恒，可得两带电粒子动量大小相等，方向相反，就动量大小而言有
m1v1=m2v2
由带电粒子在匀强磁场中圆周运动的半径公式可得
所以
分析ABCD四个选项，满足42：1关系的只有B，故B正确，ACD错误。
6．B
【详解】
比较α、β、γ三种射线，由α粒子组成的α射线，电离能力最弱、穿透能力最弱，选项A错误；卢瑟福依据极少数α粒子发生大角度散射，绝大多数不偏转，提出了原子核式结构模型，选项B正确；紫外线照射到金属锌板表面时能产生光电效应，则当增大紫外线的光照强度时，从锌板表面逸出的光电子的最大初动能不变，但单位时间逸出光电子数目随之增大，选项C错误；发现天然放射现象的意义在于使人类认识到原子核具有复杂的结构，选项D错误；故选B.
7．B
【详解】
钋是常见的射线源，所以是粒子，粒子轰击铍，得到中子，中子轰击石蜡，打出质子。故x2是中子，x3是质子。
故选B。
8．A
【详解】
A．根据电荷数守恒、质量数守恒，知钴60发生衰变的衰变方程为：。故A正确。
B．放射性元素衰变的快慢由核自身的因素决定，与所处的外部环境无关。故B错误。
C．钴60半衰期太长，且衰变放出的高能粒子对人体伤害太大，不能作为药品的示踪原子。故C错误。
D．10.54年为两个半衰期，则剩下的钴60为原来的，没有全部衰变。故D错误。
故选A。
9．D
【详解】
静止的核发生衰变（）由内力作用，满足动量守恒，则新核和电子的动量等大反向，垂直射入匀强磁场后均做匀速圆周运动，由可知，则两个新核的运动半径与电量成反比，即，则新核为小圆，电子为大圆；而新核带正电，电子带负电，由左手定则可知磁场方向垂直纸面向里，选项D正确．
10．C
【详解】
原子核衰变过程系统动量守恒，由动量守恒定律可知，衰变生成的两粒子动量方向相反，粒子速度方向相反，由左手定则知：若生成的两粒子电性相反则在磁场中的轨迹为内切圆，若电性相同则在磁场中的轨迹为外切圆，所以为电性相同的粒子，可能发生的是α衰变，但不是β衰变，故A错误；若衰变方程是，则根据，因两粒子的 不同，则衰变后新核和粒子圆周运动周期不相同，选项B错误；根据动量守恒定律知，新核TH和α粒子的动量大小相等，则速度之比等于质量的倒数比，即速度之比为4:234=2:117，选项C正确；根据，则r1：r2=2：90=1：45，故D错误；
11．C
【详解】
设A的质量数为m，质子数为n，B的质量数为m－4，电荷数为n－2，C的质量数为，电荷数为
A．根据质子数和中子数之和为质量数，A的中子数为m－n，C的中子数为m－n－3，则
核A的中子数减核C的中子数等于3，故A错误；
B．A的质量数为m，C的质量数为，核A的质量数减核C的质量数等于4，故B错误；
C．A的质子数为n，C的质子数为，则核A的质子数比核C的质子数多1，故C正确；
D．A的质子数为n，B的质子数为n－2，则核A的质子数比核B的质子数多2，故D错误。
故选C。
12．C
【详解】
A．钋释放α射线，穿透力弱，极易电离，故A错误；
B．锝释放射线，射线具有较强的穿透力，但锝的半衰期太短，不能在较长时间内有相对稳定的辐射强度，故B错误；
C．钴释放γ射线，射线具有较强的穿透力，且钴的半衰期较长，在较长时间具有相对稳定的辐射强度，故C正确；
D．锶释放β射线，穿透力较弱，较易电离，故D错误。
故选C。
13．C
【详解】
A．的原子核比的原子核质量数少28，电荷数少10，所以衰变过程中原子核的质量和电荷量不守恒，故A错误；
B．的原子核比的原子核质量数少28，电荷数少10，故中子少18个，故B错误；
C．设变为 需要经过x次α衰变和y次β衰变，根据质量数和电荷数守恒则有
93-83=2x y
4x=237 209
所以解得
x=7
y=4
故C正确；
D．经过两个半衰期后的原子核个数变为原来的四分之一，但含有的矿石质量大于原来的四分之一，故D错误。
故选C。
14．D
【详解】
AB.根据电荷数守恒、质量数守恒知镍63的发生衰变时方程是：
铜片得到电子带负电，镍63带正电，知外接负载时镍63的电势比铜片高，电阻上的电流方向是从到，故A、B错误；
C.半衰期由原子核本身决定，与外界因素无关，故C错误；
D.衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子同时释放电子所产生的，故D正确．
15．B
【详解】
A．图甲中，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加且极大值向波长较短的方向移动，选项A错误；
B．图乙中的射线测厚装置是利用γ射线的穿透能力来自动控制的，选项B正确；
C．图丙中电子衍射实验说明电子的动量越大，物质波的波长越短，选项C错误；
D．图丁光电效应现象中，遏止电压与与入射光的强度无关，选项D错误。
故选B。
16．贯穿 电离
【详解】
利用了射线的贯穿能力可以对金属探伤；
利用射线的电离能力，可以电离空气，消除静电。
17． 只转变为一个光子违反动量守恒定律（一个光子动量不会为零）
【详解】
由题意得，中微子是几乎没有质量且不带电的，则根据质量数守恒
所以
电荷数守恒可得
解得
即
所以方程式中为。正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子的原因是只转变为一个光子违反动量守恒定律（一个光子动量不会为零）。
18．中子 质子
【详解】
用粒子轰击铍（）的核反应方程为
而中子轰击石蜡会从氢原子中打出质子来，所以为中子，为质子。
19．O→N＋e，e＋e→2γ B 短
【详解】
由题意得O→N＋e，e＋e→2γ。
将放射性同位素15O注入人体后，由于它能放出正电子，并能与人体内的负电子产生一对光子，从而被探测器探测到，所以它的用途为作为示踪原子，故选B。
根据同位素的用途，为了减小对人体的伤害，半衰期应该很短。
20．，
【详解】
核反应方程为
设碳11原有质量为m0，经过t=2.0h剩余的质量为m，根据半衰期定义公式有
21．①；②
【详解】
①这个核反应方程式为
②设中子质量为，碳核质量为，生成的新核质量为m，中子击中氮核后生成的碳核和新核的速度分别为和v，此过程满足动量守恒定律，所以可得
根据题意,碰后碳与新核的动量之比为1:1.则有
其中
联立可得
22．(1) （2）2.04×10 12J
【详解】
(1)镭核衰变方程为：
(2)根据题意可知，α粒子在磁场中做圆运动的半径R=1.00m，设α粒子的速度为v，带电量为q，质量为m，
则有：解得,α粒子的速度v=
设氡核的质量为M，速度为v，
镭核衰变满足动量守恒,mv-Mv =0
有、质量分别为222u、4u，则
222u×v=4u×v
得的速度v=v
因此α粒子的动能：E1=mv2
氡核的动能：E2=Mv 2
因此镭核衰变时释放的能量：△E=E1+E2=2.04×10 12J，
23．(1)；(2)m=1.05mH
【详解】
(1)核反应方程满足质量数守恒与质子数守恒
(2)查德威克认为氢核、氮核与未知粒子之间的碰撞是弹性正碰；设未知粒子质量为m，速度为v0，氢核的质量为mH，最大速度为vH，并认为氢核在打出前为静止的，那么根据动量守恒和能量守恒可知
其中v是碰撞后未知粒子的速度，由此可得
同样可得出未知射线与氮原子核碰撞后，打出的氮核的速度
查德威克测得氢核的最大速度为
氮核的最大速度
因为，可得
代入数据得
解得
m=1.05mH