5.2放射性元素的衰变基础巩固（Word版含答案）

5.2放射性元素的衰变基础巩固2021—2022学年高中物理人教版（2019）选择性必修第三册
一、选择题（共15题）
1．同位素是指（ ）
A．核子数相同而质子数不同的原子 B．核子数相同而中子数不同的原子
C．质子数相同而核子数不同的原子 D．中子数相同而核子数不同的原子
2．我国利用“墨子号”量子通信卫星在国际上率先实现了高速星地量子通信，初步构成量子通信网络．关于量子理论，下列说法正确的是
A．玻尔首先把能量子引入物理学，正确地破除了“能量连续变化”的传统观念
B．光的强度越大，则光子的能量也就越大
C．三种放射线α、β、γ，其本质上都是高能光子
D．大量氢原子从高能级向低能级跃迁时，只能发射某些特定频率的光子
3．放射性元素衰变为，此衰变过程的核反应方程是（ ）
A．
B．
C．
D．
4．同位素是指（ ）
A．具有相同的质子数和不同的中子数的原子
B．具有相同的中子数和不同的质子数的原子
C．具有相同的核子数和不同的中子数的原子
D．具有相同的核子数和不同的质子数的原子
5．在垂直于纸面的匀强磁场中，有一原来静止的原子核，该核衰变后，放出的带电粒子和反冲核的运动轨迹分别如图中a，b所示，由图可以判定( )
A．该核发生的是α衰变
B．该核发生的是β衰变
C．磁场方向一定垂直纸面向里
D．轨迹a为反冲核的运动轨迹
6．“朝核危机”引起全球瞩目，其焦点就是朝鲜核电站采用轻水堆还是重水堆．重水堆核电站在发电的同时还可以生产出可供研制核武器的钚239（），这种钚239可由铀239（）经过n次β衰变而产生，则n为 ( )
A．2 B．239 C．145 D．92
7．银河系中存在大量的铝同位素26Al。26A核β+衰变的衰变方程为，测得26A1核的半衰期为72万年。下列说法正确的是（　　）
A．26A1核的质量等于26Mg核的质量
B．26A1核的中子数大于26Mg核的中子数
C．将铝同位素26A1放置在低温低压的环境中，其半衰期不变
D．银河系中现有的铝同位素26A1将在144万年后全部衰变为26Mg
8．由于放射性元素的半衰期很短，所以在自然界中一直未被发现，只是在使用人工的方法制造后才被发现。已知一个原子核经过一系列α衰变和β衰变后变成，下列说法正确的是（　　）
A．的人工放射性同位素比天然放射性物质半衰期更短，放射性废料更容易处理
B．一次衰变过程可以同时放出α粒子、β粒子和γ粒子
C．的半衰期与任意一个原子核发生衰变的时间相等
D．衰变过程中共发生了7次α衰变和6次β衰变
9．取一定量的氡222样品，经过15.2天时间，有的原子核发生衰变，下列说法正确的是（　　）
A．氡222的半衰期为3.8天
B．继续对该样品进行加热，再经过3.8天，仅剩的原子核未发生衰变
C．取32个氡222原子核，经过19天，其中一定有31个发生衰变
D．取8g氡222，经过11.4天，其中还剩0.5g未发生衰变
10．某原子研究实验室发生放射性同位素泄漏事故。已知该元素的半衰期为3天，总放射量为人体最大允许量的8倍，则研究人员至少需等待几天后才能进入该实验室（　　）
A．3天 B．6天 C．9天 D．24天
11．下列说法中正确的有________
A．阴极射线是一种电磁辐射
B．所有原子的发射光谱都是线状谱，不同原子的谱线一定不同
C．β衰变所释放的电子是原子核内的质子转变为中子时产生的
D．古木的年代可以根据体内碳14放射性强度减小的情况进行推算
12．2018年3月1日起正式实施国家环境保护新标准，新标准高度重视对进口废物放射性污染控制，放射性元素钋发生衰变时，会产生He和一种未知粒子X，并放出γ射线，其核反应方程为，则（　　）
A．原子核X 的中子数为206
B．是核裂变方程
C．γ射线的电离作用很强，可用来消除有害静电
D．为防止放射线泄漏，可将放射性元素钋密封于铅盒中
13．中国散裂中子源工程（CSNS）打靶束流功率已达到100kW的设计指标，并开始100kW稳定供束运行，技术水平达到世界前列。散裂中子源是由加速器提供高能质子轰击重金属靶而产生中子的装置，一能量为109 eV的质子打到汞、钨等重核后，导致重核不稳定而放出20~30个中子，大大提高了中子的产生效率。关于质子和中子，下列说法中正确的是（　　）
A．原子核由质子和中子组成，稳定的原子核内，中子数一定大于质子数
B．原子核的β衰变，实质是原子核外电子电离形成的电子流，它具有很强的穿透能力
C．卢瑟福在原子核人工转变的实验中发现了中子
D．中子不带电，比质子更容易打入重核内
14．下列表示放射性元素碘131()β衰变的方程是（　　）
A．→＋ B．→Xe＋
C．→＋ D．→＋
15．在足够大的匀强磁场中，静止的钠的同位素发生衰变，沿与磁场垂直的方向释放出一个粒子后，变为一个新核，新核与放出的粒子在磁场中运动的轨迹为内切圆，如图所示，下列说法正确的是（　　）
A．Na发生的是α衰变 B．轨迹1是新核的径迹
C．新核的中子数为13 D．新核沿逆时针方向旋转
二、填空题（共4题）
16．1956年李政道和杨振宁提出在弱相互作用中宇称不守恒，吴健雄用对此进行了实验验证。次年，李、杨两人为此获得诺贝尔物理学奖，的衰变方程是：，其中是反电子中微子，它的电荷为零，静止质量被认为是零。
（1）在上述衰变方程中，衰变产生的的核子数A是______，核电荷数Z是_______。
（2）在衰变前是静止的，根据云室照片可以看出，衰变产物和的运动径迹不在同一条直线上，如果认为衰变产物只有和，那么衰变过程将违反_______守恒定律。
17．约里奥·居里夫妇因发现人工放射性而获得了1935年的诺贝尔化学奖，他们发现的放射性元素衰变成的同时放出另一种粒子，这种粒子是__________．是的同位素，被广泛应用于生物示踪技术．1mg随时间衰变的关系如图所示，请估算4 mg的经多少天的衰变后还剩0.25 mg？
18．约里奥·居里夫妇因发现人工放射性而获得了1935年的诺贝尔化学奖。他们发现的放射性元素衰变成的同时放出另一种粒子，这种粒子是_______。是的同位素，被广泛应用于生物示踪技术，1mg随时间衰变的关系如图所示，则4mg的经_________天的衰变后还剩0.25mg。
19．在中子、质子、电子、正电子、α粒子中选出一个适当的粒子，分别填在下列核反应式的横线上。
（1）U→Th＋___________；
（2）Be＋He→C＋___________；
（3）Th→Pa＋___________；
（4）P→Si＋___________；
（5）U＋___________→Sr＋Xe＋10n；
（6）N＋He→O＋___________。
三、综合题（共4题）
20．如图所示为卢瑟福在实验室里第一次成功在实现了原子核人工转变的实验装置示意图，M是显微镜，S是荧光屏，F是铝箔．氮气从阀门T充入，A是放射源．

（1）完成该人工核转变的方程式
（2）（单选题）在观察由新粒子引起的闪烁之前需进行必要的调整的是（）
A． 充入氮气后，调整铝箔厚度，使S上有α粒子引起的闪烁
B． 充入氮气后，调整铝箔厚度，使S上见不到新粒子引起的闪烁
C． 充入氮气前，调整铝箔厚度，使S上能见到新粒子引起的闪烁
D． 充入氮气前，调整铝箔厚度，使S上见不到α粒子引起的闪烁
（3）（单选题）在容器充入氮气后，屏S上出现闪光，该闪光是（）
A． α粒子射到屏上产生的 B． α粒子从F处打出的新粒子射到屏上产生的
C． α粒子击中氮核后产生的新粒子射到屏上产生的 D． 放射性物质的γ射线射到屏上产生的．
21．中国科学院上海原子核研究所制得了一种新的铂元素的同位素Pt。制取过程如下：
(1)用质子轰击铍靶Be产生快中子；
(2)用快中子轰击汞Hg，反应过程可能有两种：
①生成Pt，放出氦原子核；
②生成Pt，放出质子、中子；
(3)生成的Pt发生两次β衰变，变成稳定的原子核汞Hg。
写出上述核反应方程式。
22．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）
23．如右上图所示，铅盒内放有少量放射源，该放射源能放出α射线、β射线以及γ射线三种射线，在铅盒外部放置两块很大的平行带电金属板，能分离出三种射线．试画出分离后的三种射线的大致轨迹（标明射线的名称）．
参考答案
1．C
【详解】
同位素是质子数相同，而中子数或核子数不同的原子，故C正确，ABD错误；故选C．
2．D
【解析】
普朗克首先把能量子引入物理学，正确地破除了“能量连续变化”的传统观念，选项A错误； 光的频率越大，则光子的能量也就越大，选项B错误；三种放射线α、β、γ，只有γ射线本质上是高能光子，选项C错误；根据波尔理论，大量氢原子从高能级向低能级跃迁时，只能发射某些特定频率的光子，选项D正确；故选D.
3．B
【解析】
【详解】
放射性元素衰变为，知电荷数少2，质量数少4，知放出一个α粒子，
核反应方程为：，B正确。
4．A
【详解】
具有相同质子数而中子数不同的原子，在元素周期表中处于同一位置，因而互称同位素故A正确。
故选A。
5．B
【详解】
AB、放射性元素放出粒子时，粒子与反冲核的速度相反，而电性相同，则两个粒子受到的洛伦兹力方向相反，两个粒子的轨迹应为外切圆；而放射性元素放出粒子时，粒子与反冲核的速度相反，而电性相反，则两个粒子受到的洛伦兹力方向相同，两个粒子的轨迹应为内切圆，故放出的是粒子，故选项B正确，A错误；
C、粒子在磁场中做匀速圆周运动，磁场方向不同，粒子旋转的方向相反，由于粒子的速度方向未知，不能判断磁场的方向，故选项C错误；
D、根据动量守恒定律可知放出的带电粒子和反冲核的动量大小相等，而根据可得，可知电荷量较大的运动轨迹的半径较小，而的轨迹的半径较小，因此是反冲核的运动轨迹，故选项D错误；
6．A
【解析】
由衰变方程可知：发生一次衰变质子数就增加一个，所以这种钚239可由铀239衰变两次得到，即n=2，故A正确．
7．C
【详解】
A．26A1核的质量数等于26Mg核的质量数。26A1衰变过程释放出，故26A1核的质量不等于26Mg核的质量，故A错误；
B．26A1核的中子数为（26-13）个=13个，26Mg核的中子数为（26-12）个=14个，故26A1核的中子数小于26Mg核的中子数，故B错误；
C．半衰期由原子核本身结构决定，与外界环境无关，将铝同位素26A1放置在低温低压的环境中，其半衰期不变，故C正确；
D．26A1核的半衰期为72万年，银河系中现有的铝同位素26A1将在144万年后未衰变质量占原来质量的比值
则河系中现有的铝同位素26A1在144万年后没有全部衰变为26Mg，故D错误。
故选C。
8．A
【详解】
A．的半衰期比天然放射性物质短得多，与天然放射性物质相比，的人工放射性同位素的放射强度容易控制，放射性废料更容易处理，选项A正确；
B．一个原子核在一次衰变中要么是α衰变、要么是β衰变，同时伴随γ射线的产生，可以同时放出α粒子和γ粒子或者β粒子和γ粒子，不能同时放出三种粒子，选项B错误；
C．半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少数原子核不适用，选项C错误；
D．根据衰变的过程中质量数守恒，电荷数守恒，衰变过程中发生α衰变的次数为
(次)
β衰变的次数为
(次)
选项D错误。
故选A。
9．A
【详解】
A．设氡222样品的质量为m，t=15.2天，根据
代入解得，氡222的半衰期为T=3.8天，故A正确；
B．加热不会改变氡的半衰期，再经过3.8天，还剩的原子核未发生衰变，故B错误；
C．半衰期是一个统计规律，对大量原子核成立，对于少量原子核不适用，故C错误；
D．取8g氡222，经过11.4天，其中未发生衰变的质量为
故D错误。
故选A。
10．C
【详解】
设放射性同位素的总量为，则人体最大允许量为，半衰期为，由半衰期公式可知
故当时，可得
故有
即研究人员至少需等待9天后才能进入该实验室。
故选C。
11．B
【详解】
A．阴极射线是高速电子流，故A错误；
B．原子光谱，是由原子中的电子在能量变化时所发射或吸收的一系列波长的光所组成的光谱，原子光谱都不是连续的，每一种原子的光谱都不同，称为特征光谱，故B正确；
C．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时产生的，故C错误；
D．原子核的衰变是由原子核内部因素决定的，与外界环境无关，不随时间改变，故D错误。
故选B。
12．D
【解析】
【详解】
A．根据核反应方程遵循质量数守恒有
y=210-4=206
则X中的中子数为206-82=124，故A错误；
B．该核反应放出α粒子且反应物只有一个，是α衰变，故B错误；
C．γ射线的穿透作用很强，α射线的电离作用很强，故C错误；
D．为了防止放射线的泄漏，可将放射性元素密封于铅盒中以避免射线对人体的伤害和放射性物质对环境造成放射性污染，故D正确。
故选D。
13．D
【详解】
A．根据原子核内部质量数与质子数及中子数的关系可知，质子数、中子数只与元素的种类有关，即中子数不一定大于质子数，所以A错误；
B．根据β衰变的实质可知，在衰变过程中中子转变为一个质子和一个电子，所以B错误；
C．查德威克在原子核人工转变的实验中发现了中子，所以C错误；
D．因为在原子中所有的正电荷集中在原子核内，在重核内部，原子核所带的正电荷量较大，对于打入质子的库仑力斥力较大，而中子不带电，原子核对于打入的中子没有库仑力，因此中子比质子更容易打入重核内部，所以D正确；
故选D。
14．B
【详解】
β衰变是原子核自发地释放一个β粒子（即电子）产生新核的过程，原子核衰变时质量数与电荷数都守恒，结合选项分析可知，选项B正确。
故选B。
15．D
【详解】
AC．根据动量守恒得知，放出的粒子与新核的速度方向相反，由左手定则判断得知，放出的粒子应带负电，是粒子，所以发生的是衰变，根据质量数守恒和电荷数守恒，配平核反应方程式，可知衰变方程为
故新核是，所以新核中子数为12，AC错误；
B．由题意，静止的Na发生衰变时动量守恒，释放出的粒子与新核的动量大小相等，两个粒子在匀强磁场中都做匀速圆周运动，因为是衰变，所以新核的电荷量大于所释放出的粒子电荷量，由半径公式可知半径与电荷量q成反比，新核的电荷量q大，所以新核的半径小，所以轨迹2是新核的轨迹，B错误；
D．根据洛伦兹力提供向心力，由左手定则判断得知：新核要沿逆时针方向旋转，D正确。
故选D。
16．60 28 动量
【详解】
（1）[1][2]根据质量数与电荷数守恒，可知衰变产生的的核子数，核电荷数
（2）[3]衰变前核静止动量为零，衰变时不受外力动量守恒，若衰变产物和的运动径迹不在一条直线上，且衰变产物只有和，那么衰变前后动量不守恒，违反动量守恒定律，
17．56天
【详解】
由核反应过程中电荷数和质量数守恒可写出核反应方程：，可知这种粒子是正电子．由图象可知的半衰期为14天，4mg的衰变后还剩0.25mg，经历了4个半衰期，所以为56天。
18．正电子 56
【详解】
[1]核反应方程式为，由质量数守恒知X的质量数为0，由电荷数守恒知X的质子数为1，所以X为正电子。
[2]由图象知半衰期大约为15天，由公式
解得
t=60天
即4mg的经60天的衰变后还剩0.25mg。
19．He n e e n H
【详解】
(1)[1] 在核反应过程中，遵循电荷数守恒和质量数守恒规律。对参与反应的所有基本粒子采用左下角（电荷数）配平，左上角（质量数）配平。（1）中电荷数为92-90=2，质量数为238-234=4，由此可知为α粒子，即He。
(2)[2]（2）中电荷数为6-6=0，质量数为13-12=1，由此可知为中子，即n。
(3)[3]（3）中电荷数为90-91=-1，质量数为234-234=0，由此可知为电子，即e。
(4)[4]（4）中电荷数为15-14=1，质量数为30-30=0，由此可知为正电子，即e。
(5)[5]（5）中电荷数为92-38-54=0，质量数为235-234=1，由此可知为中子，即n。
(6)[6]（6）中电荷数为7+2-8=1，质量数为14+4-17=1，由此可知为质子，即H。
20．（1） （2）D （3）C
【分析】
（1）根据质量数和电荷数守恒判断核反应方程；（2）F处装的银箔刚好能阻止α粒子穿过，而不能阻止其它粒子如质子穿过；（3）充入氮气后，α粒子轰击氮核产生质子，质子穿过银箔，引起荧光屏S的闪烁．
【详解】
（1）[1]．卢瑟福通过用α粒子轰击氮核发现了质子，根据质量数和电荷数守恒可以判断核反应方程为：
（2）[2]．充入氮气后，α粒子轰击氮核产生质子，质子穿过银箔，引起荧光屏S的闪烁，故A错误，B错误；装置中A为放射源，放出的为α粒子，由于F处装的银箔刚好能阻止α粒子穿过，因此没有充入氮气之前无质子产生，不可能在S上见到质子引起的闪烁，故C正确，D错误；故选D．
（3）[3]．充入氮气后，α粒子轰击氮核产生质子，质子穿过银箔，引起荧光屏S的闪烁，故选C．
21．
根据质量数守恒和电荷数守恒，算出新核的电荷数和质量数，然后写出核反应方程。
(1)核反应为
Be＋H→B＋n
(2)①核反应为
Hg＋2n→Pt＋He
②核反应为
Hg＋n→Pt＋2H＋n
(3) 核反应为
Pt→Au＋e
Au→Hg＋e
22．，
【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
23．
【详解】
α射线是带正电的氦核，β射线是带负电的电子流，γ射线是不带电的光子流；根据它们在电场中的受力情况可画出偏转方向.