7.2原子核的衰变课后练习-2021-2022学年高二下学期物理沪教版（2019）选择性必修第三册（word 含答案）

7.2原子核的衰变
一、选择题（共15题）
1．约里奥－居里夫妇用α粒子轰击铝核Al，产生了第一个人工放射性元素X：α＋Al→10n＋X。X的原子序数和质量数分别为（　　）
A．15和28 B．15和30
C．16和30 D．17和31
2．下列叙述中符合物理学史实的有（　　）
A．托马斯·杨通过对光的干涉现象的研究，证实了光具有粒子性
B．卢瑟福利用人工核转变发现了质子
C．麦克斯韦根据电磁场理论，证实了光是一种电磁波
D．贝克勒尔发现了天然放射现象，并提出了原子的核式结构学说
3．物理学家通过对实验的深入观察和研究，获得正确的科学认知，推动物理学的发展。下列说法符合事实的是（　　）
A．汤姆孙发现了电子，并提出了“原子的核式结构模型”
B．卢瑟福用粒子轰击获得反冲核，发现了质子
C．查德威克发现了天然放射现象，说明原子核有复杂结构
D．原子核在人工转变的过程中，一定放出能量
4．钚是一种放射性元素，是原子能工业的一种重要原料，可作为核燃料和核武器的裂变剂。钚的一种同位素的衰变方程为，则X原子核中含有的中子数为（　　）
A．142 B．143 C．144 D．145
5．如图所示，R是一种放射性物质，虚线框内是匀强磁场B，LL′是一厚纸板，MN是荧光屏，实验时，发现在荧光屏O、P两处有亮斑，则下列关于磁场方向、到达O点的射线、到达P点的射线的判断，与实验相符的是（　　）
磁场方向 到达O点射线 到达P点射线
A 竖直向上 β射线 α射线
B 竖直向下 α射线 β射线
C 垂直线面向内 γ射线 β射线
D 垂直线面向外 β射线 γ射线
A．A B．B C．C D．D
6．下列说法正确的时（　　）
A．光的波动性是光子之间的相互作用引起的
B．α、β、γ三种射线中，γ射线的电离能力最强
C．卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子核式结构模型，并据此估计原子的半径
D．气体导电时发光机理是：气体的原子受到高速运动的电子撞击，有可能向上跃迁到激发态。因处于高能级的原子不稳定，会自发地向低能级跃迁，放出光子，最终回到基态
7．A、B是两种放射性元素的原子核，原来都静止在同一匀强磁场，真中一个放出α粒子，另一个放出β粒子，运动方向都与磁场方向垂直。图中a、b与c、d分别表示各粒子的运动轨迹，下列说法中正确的是（　　）
A放出的是α粒子，B放出的是β粒子
B．a为α粒子运动轨迹，d为β粒子运动轨迹
α轨迹中的粒子比b轨迹中的粒子动量小
D．磁场方向一定垂直纸面向外
8．碘131具有放射性，它的放射性物质主要是β射线。它的核反应方程是（　　）
A． B．
C． D．
9．下列说法正确的是（　　）
A．光电效应实验中，入射光的强度足够强就可以发生光电效应
B．由玻尔理论知道所所氢原子从激发态跃迁到基态时吸收光子
C．物体所受的冲量不为零，但物体的动量大小却不变
D．放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件有关
10．日本政府决定将福岛第一核电站的核废水排向大海，这一决定引发全球热议。据悉，这些核废水中有一种氢的同位素——氚。氚具有放射性，会发生衰变，且半衰期为12.43年。下列说法正确的是（　　）
A．通过化合反应，可以改变氚的衰变周期
B．经过海水稀释后，氚的衰变周期会减小
C．经过12.43年，2个氚原子核中一定有1个发生了衰变
D．发生衰变后，氚核质量数不变，核电荷数增加1
11．2021年10月2日，美国“海狼”级核潜艇“康涅狄格“号在南海因撞受伤，引起国际社会的担忧，担心核泄漏引动核污染。核污染主要是核泄漏出的放射性物质发生衰变，放射出α、β、γ射线.这些射线会导致生物细胞发生变异，引起疾病。下列相关说法正确的是（　　）
A．铀衰变为要经过4次α衰变和2次β衰变，铀的比结合能大于的比结合能
B．在α、β、γ这三种射线中，α射线的穿透能力最强，γ射线的电离能力最强
C．放射性元素发生β衰变时所释放的电子是原来核内的质子转变为中子时产生的
D．原子核衰变成新核时，新原子核处于高能级状态不稳定，会向低能级跃迁，跃迁时放出一些特定频率的γ射线，因此γ射线是新核发生跃迁时的产物
12．根据下列四幅图作出的解释，正确的是（　　）
A．甲图中A处和C处都能观察到大量的闪光点
B．乙图用紫外线灯照射原来不带电的锌板时，发现验电器的两箔片张开，可推测所用紫外线的频率超过了锌板的截止频率
C．丙图中一个处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时可以发出6种不同频率的光子
D．丁图中A为β射线，B为γ射线，C为α射线
13．下列说法正确的是 （ ）
E．由于光既有波动性，又具有粒子性，无法只用其中一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性
A．玻尔对氢原子光谱的研究导致原子的核式结构模型的建立
B．可利用某些物质在紫外线照射下发射出荧光来设计防伪措施
C．天然放射现象中产生的射线都能在电场或磁场中发生偏转
D．卢瑟福依据α粒子散射实验的现象提出了原子的“核式结构”理论
14．下列四个图片均来自课本中的实验、仪器、实际应用，相应的现象、原理及应用的说法相一致的是( )
A．甲图“水流导光”的原理是光的全反射
B．乙图“CT”是利用射线能够穿透物质来检查人体内部器官
C．丙图“灯泡发光”是学生电源中交流或直流通过变压器的互感现象
D．丁图“环流器”是仪器利用磁场来约束参加反应的物质等离子体
15．如图，A、B为原来都静止在同一匀强磁场中的两个放射性元素原子核的变化示意图，其中一个放出一粒子，另一个放出一粒子，运动方向都与磁场方向垂直。下图中a、b与c、d分别表示各粒子的运动轨迹，下列说法中正确的是（　　）
A．A放出的是粒子，B放出的是粒子
B．b为粒子的运动轨迹，c为粒子的运动轨迹
C．a为粒子的运动轨迹，d为粒子的运动轨迹
D．磁场方向一定为垂直纸面向里
二、填空题
16．原子核X经图中所示一系列α、β衰变后，生成稳定的原子核Y。在此过程中原子核共经历了_____次β衰变，核X比核Y多____个核子。
17．衰变类型
（1）α衰变：
原子核放出α粒子的衰变。进行α衰变时，质量数______，电荷数______，U的α衰变方程：U→Th＋______.
（2）β衰变：
原子核放出β粒子的衰变。进行β 衰变时，质量数______，电荷数______，Th的β衰变方程：Th→ Pa＋______.
18．很多人都听过“点石成金”的故事，现在科学家在实验室里，用中子轰击的方法可以得到金、只是用这种方式制造金的费用高昂，只能在实验室里进行，请据此完成方程式：_
19．完成下列各核反应方程。
A． +______
B．+______
C． ______
D．+______
三、综合题
20．一定质量的某元素样品经过6小时后还剩下没有衰变，求它的半衰期。
21．用中子轰击氮14，会产生碳14，碳14具有β放射性，它放出一个β粒子后，会衰变成什么？请写出这两个核反应方程。
22．如图所示，有界匀强磁场的磁感应强度为B，区域足够大，方向垂直于纸面向里，直角坐标系xoy的y轴为磁场的左边界，A为固定在x轴上的一个放射源，内装镭核（Ra）沿着与+ x成θ角方向释放一个α粒子后衰变成氡核（Rn）。α粒子在y轴上的N点沿方向飞离磁场，N点到O点的距离为L，已知OA间距离为，α粒子质量为m，电荷量为q，氡核的质量为 m0
（1）写出镭核的衰变方程；
（2）如果镭核衰变时释放的能量全部变为α粒子和氡核的动能，求一个原来静止的镭核衰变时放出的能量。
23．如图所示，有界匀强磁场磁感应强度为B=0.05T，磁场方向垂直于纸面向里，MN是磁场的左边界，在磁场中A处放一个放射源，内装Ra（镭），Ra放出某种放射线后衰变成Rn（氡），试写出Ra衰变的方程，若A距磁场的左边界MN的距离OA=1.0m时，放在MN左侧的粒子接收器收到垂直于边界MN方向射出的质量较小的粒子，此时接收器距过OA的直线1.0m，则此时可以推断出一静止镭核Ra衰变时放出的能量是多少？（保留两位有效数字，取1u=1.6×10－27kg，电子电荷量e=1.6×10－19C）
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．B
【详解】
根据核反应遵循的质量数守恒和电荷数守恒可知，X的电荷数为2＋13＝15，质量数为4＋27－1＝30，根据原子核的电荷数等于原子序数，可知X的原子序数为15，质量数为30。
故选B。
2．B
【详解】
A．托马斯·杨通过对光的干涉现象的研究，证实了光具有波动性，故A错误；
B．卢瑟福利用人工核转变发现了质子，故B正确；
C．麦克斯韦根据电磁场理论，提出光是一种电磁波，故C错误；
D．贝克勒尔发现了天然放射现象，揭示了原子核具有复杂的结构，故D错误。
故选B。
3．B
【详解】
A．汤姆孙发现了电子，卢瑟福提出了“原子的核式结构模型”，故A错误；
B．卢瑟福用粒子轰击；获得反冲核，核反应方程为
发现了质子，故B正确；
C．贝可勒尔发现了天然放射现象，说明原子核有复杂结构，故C错误；
D．原子核在人工转变的过程中，可能放出能量，也可能吸收能量，故D错误。
故选B。
4．B
【详解】
原子核衰变时电荷数和质量数均守恒，可得X原子核中的质子数和中子数分别为92，235，故X原子核中含有的中子数为
故选B。
5．C
【详解】
由三种射线的本质知，γ射线在磁场中不偏转，O处亮斑为γ射线，能穿过厚纸板且在磁场中发生偏转的射线为β射线，再根据偏转方向，结合左手定则可知磁场方向垂直纸面向内。
故选C。
6．D
【详解】
A．光是一种概率波，光的波动性是光子的一种属性，即单个光子也有波动性，跟光子的数量和光子之间是否有相互作用是无关的。选项A错误；
B．α、β、γ三种射线中，γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱；选项B错误。
C．卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子核式结构模型，可以估算原子核的半径，选项C错误；
D．气体导电时发光机理是气体的原子受到高速运动的电子撞击，有可能向上跃迁到激发态。因处于高能级的原子不稳定，会自发地向低能级跃迁，放出光子，最终回到基态。选项D正确。
故选D。
7．A
【详解】
A．放射性元素放出α粒子时，α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β粒子时，β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B放出的是β粒子，A放出的是α粒子。故A正确；
B．根据带电粒子在磁场中的运动的半径计算公式可得
即
其中发出的粒子与反冲核的动量相等，而反冲核的电荷量大，故轨迹半径小，故b为α粒子运动轨迹，c为β粒子运动轨迹，故B错误；
C．根据动量守恒定律可知a轨迹中粒子和b轨迹中的粒子动量大小相等。故C错误；
D．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α粒子和β粒子的速度方向未知，不能判断磁场的方向。故D错误。
故选A。
8．A
【详解】
根据核反应过程中质量数和电荷数守恒，且放射性物质是β射线，故β粒子是电子，BCD错误，A正确。
故选A。
9．C
【详解】
A、发生光电效应的条件是入射光频率大于极限频率，入射光强，不一定能发生光电效应；故A错误；
B、根据波尔理论，原子从激发态跃迁到基态时，能级降低，释放能量，以光子形式放出，故B错误；
C、物体受到的冲量不为零，则动量一定发生变化，但可以只是方向的变化，大小可以不变，故C正确；
D、放射性元素的半衰期与核内部自身因素有关，与原子所处的化学状态和外部条件都无关，故D错误；
故选C．
10．D
【详解】
AB．氚的半衰期与外界的物理和化学状态无关，AB错误；
C．半衰期是大量放射性原子衰变的统计规律，对个别的放射性氚原子核没有意义，C错误；
D．根据电荷数守恒，质量数守恒知，β衰变放出一个电子，新核的电荷数增1，即原子序数增加1，D正确。
故选D。
11．D
【详解】
A．铀衰变为要经过次α衰变和86-(92-4×2)=2次β衰变；核反应向着比结合能大的方向进行，故铀的比结合能小于的比结合能，A错误；
B．α射线电离能力最强，穿透能力最弱，而γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱，故B错误；
C．放射性元素发生β衰变时所释放的电子是原来核内的中子转变为质子时产生的，故C错误；
D．原子核发生α、β衰变时，新原子核处于高能级状态不稳定，会向低能级跃迁，跃迁时放出射线，射线是伴随α、β衰变而产生的，故D正确。
故选D。
12．B
【详解】
A．α粒子散射实验中，绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，少数α粒子穿过金箔后发生了大角度偏转，极少数α粒子甚至被反弹回来，所以甲图中A处可以观察到大量的闪光点，B处、C处能观察到较少闪光点，A错误；
B．乙图用紫外线灯照射原来不带电的锌板时，发现验电器的两箔片张开，说明有光电子逸出，发生光电效应，可推测所用紫外线的频率超过了锌板的截止频率，B正确；
C．一个处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可能发出3种不同频率的光，即n=4能级到n=3能级，n=3能级到n=2能级，n=2能级到n=1能级，3种不同频率的光子，C错误；
D．根据左手定则，丁图中A为α射线，B为γ射线，C为β射线，D错误。
故选B。
13．BDE
【详解】
解：A、D、卢瑟福依据α粒子散射实验的现象提出了原子的“核式结构”理论，故A错，D正确；
B、紫外线可使某些荧光物质在其照射下发射出荧光用来设计防伪措施，故B正确；
C、天然放射现象中的γ射线是电磁波，在电场和磁场中不发生偏转，故C错误；
E、由于光既有波动性，又具有粒子性，无法只用其中一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性，E说法正确．
故选BDE．
14．AD
【详解】
甲图“水流导光”的原理是光的全反射，故A正确；乙图“CT”是利用x射线能够穿透物质来检查人体内部器官，故B错误； “灯泡发光”是学生电源中交流通过变压器的互感现象，故C错误；丁图“环流器”是仪器利用磁场来约束参加反应的物质，故D正确．故选AD．
15．AB
【详解】
A．放射性元素放出α粒子时，α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β粒子时，β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B放出的是β粒子，A放出的是α粒子．故A正确；
BC．放射性元素放出粒子时，两带电粒子的动量守恒．由半径公式可得
轨迹半径与动量成正比，与电量成反比，而α粒子和β粒子的电量比反冲核的电量小，则α粒子和β粒子的半径比反冲核的半径都大，故b为α粒子的运动轨迹，c为β粒子的运动轨迹，故B正确，C错误；
D．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α粒子和β粒子的速度方向未知，不能判断磁场的方向．故D错误；
故选AB。
16． 6 32
【详解】
x的中子数为146，质子数为92，质量数为146+92=238。Y的中子数为124，质子数为82，质量数为124+82=206。质量数减少238-206=32，即核X比核Y多32个核子。
发生a衰变的次数为，发生β衰变的次数82-(92-2ⅹ8)=6
17． 减少4 减少2 He 不变 增加1 e.
【详解】
（1）根据质量数守恒和电荷数守恒可知，进行α衰变时，质量数减少4，电荷数减少2，U的α衰变方程
U→Th＋He
（2）原子核放出β时，是原子核内的中子放出β粒子变成质子，根据质量数守恒和电荷数守恒可知，进行β 衰变时，质量数不变，电荷数增加1，Th的β衰变方程
Th→ Pa＋e
18．
【详解】
根据核反应过程中核电荷数守恒可知，反应前该原子核的质量数为80，即元素周期表的第80号元素的原子核，经查可知这种元素是，所以方程为
19．
【详解】
根据质量数和核电荷数守恒可得
A．
B．
C．
D．
20．2h
【详解】
设该元素的半衰期为，由题意有
解得
21．，；
【详解】
根据质量数及核电荷数守恒，可得用中子轰击氮14，会产生碳14的核反应方程为
碳14它放出一个β粒子的核反应方程为
所以，碳14放出一个β粒子后，会衰变成。
22．（1）；（2）
【详解】
（1）镭核衰变方程为
（2）镭核衰变放出α粒子和氡核，分别在磁场中做匀速圆周运动，α粒子射出y轴时平行于x轴，设α粒子在磁场中的轨道半径为R，其圆心位置如图中O′点，有
则
α粒子在磁场中做匀速圆周运动，有
即
α粒子的动能为
则衰变过程中动量守恒
则氡核反冲的动能为
解得
23．Ra→Rn＋He；2.0×10－14J
【详解】
（1）核反应方程质量数和质子数反应前后保持不变，则衰变方程为
Ra→Rn＋He
衰变过程中释放的α粒子在磁场中做匀速圆周运动，半径R＝1.0 m，由
得α粒子的速度
衰变过程中系统动量守恒，Rn、He质量分别为222 u、4 u，则
得Rn的速度
释放的核能
代入数据解得