5.2 放射性元素的衰变 综合练习（Word版含答案）

5.2、放射性元素的衰变
一、选择题（共16题)
1．由原子核衰变释放的，且属于电磁波的射线是（　　）
A．射线 B．阴极射线 C．射线 D．射线
2．某原子核有N个核子，其中中子n个，当该核俘获一个中子后。放出一个粒子和粒子，它自身变成一个新核，该新核（　　）
A．有中子个 B．有中子个
C．核子数是个 D．原子序数是
3．一个 核经一次 衰变后，生成新原子核的质子数和中子数分别是
A．6和8 B．5和9
C．8和6 D．7和7
4．以下涉及物理学史上的重大发现，其中说法正确的是（　　）
A．查德威克在原子核人工转变的实验中，发现了中子
B．居里夫妇发现了天然放射性现象，说明原子有复杂的结构
C．汤姆生在原子核人工转变的实验中，发现了质子
D．卢瑟福发现了电子，说明原子可以再分
5．具有放射性，经以下连续衰变过程，最后生成稳定的：→→→→…→，下列说法正确的是（ ）
A．和属于放射性同位素，其原子核中子数相同，质子数不同
B．发生β衰变后变为，说明原子核内有β粒子
C．的半衰期约为6.7年，将该元素掺杂到其他稳定元素中，半衰期将增大
D．整个衰变过程共发生6次α衰变和4次β衰变
6．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
7．物理现象与物理规律紧密联系，下列对物理现象和规律表述正确的是（　　）
A．用白光做双缝干涉实验时，得到的干涉条纹中，中央亮条纹是白色的
B．体操运动员落地时屈腿能减小触地过程中受到的冲量
C．β衰变时产生的电子是核外电子被激发形成的
D．（钍）的半衰期是24天，1g钍经过96天后还剩0.25g
8．关于原子核的衰变，下列说法正确的是（　　）
A．碘131的半衰期是8天，20g碘131经过24天后还有5g未衰变
B．用化学反应改变放射性元素的存在状态，可以实现对衰变快慢的控制
C．衰变为，经过3次衰变，2次衰变
D．、和三种射线中，射线的电离能力最强，射线的穿透能力最弱
9．氡222衰变为钋218的半衰期为3.8d．20g氡222经7.6d后还剩下
A． B． C． D．
10．如图，放射源放在铅块上的细孔中，铅块上方有匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向外．已知放射源放出的射线有α、β、γ三种．下列判断正确的是
A．甲是α射线，乙是γ射线，丙是β射线
B．甲是β射线，乙是γ射线，丙是α射线
C．甲是γ射线，乙是α射线，丙是β射线
D．甲是α射线，乙是β射线，丙是γ射线
11．光子的能量是hν，动量的大小为hν/c.如果一个静止的放射性元素的原子核在发生衰变时只发出一个γ光子．则衰变后的原子核(　　)
A．仍然静止 B．沿着与光子运动方向相同的方向运动
C．沿着与光子运动方向相反的方向运动 D．可以向任何方向运动
12．在匀强磁场中，一个原来静止的U原子核，由于衰变放射出某种粒子，其衰变方程是U→Th+x，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为r1、r2，则下列说法正确的是（　　）
A．衰变后Th核和射出的x的动量相同
B．衰变后的产物x是电子
C．r1：r2=1：90
D．衰变后新核和射出的粒子的动能之比为2：117
13．在匀强磁场中有一个原来静止的碳14原子核，它放射出的粒子与反冲核的径迹是两个内切的圆，两圆的直径之比为7：1，如图所示，那么碳14的衰变方程为（ ）
A．
B．
C．
D．
14．关于天然放射现象，以下叙述正确的是（ ）
A．若使放射性物质的温度升高，其半衰期将变大
B．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
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(92U)衰变为铅核(82Pb)的过程中，要经过8次α衰变和6次β衰变
15．下列说法正确的是（　　）
A．原子的核式结构模型是汤姆逊最早提出的
B．铀核（）衰变为铅核（）的过程中，要经过8次α衰变和6次β衰变
C．一个氢原子从量子数n=3的激发态跃迁到基态时最多可辐射3种不同频率的光子
D．考古专家发现某一骸骨中C的含量为活着的生物体中C的，已知C的半衰期为5730年，则确定该生物死亡时距今约11460年
16．目前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，这些装饰材料都不同程度地含有放射性元素，下列有关放射性知识的说法中正确的是(　　)
A．β射线与γ射线一样是电磁波，但穿透本领远比γ射线弱
B．衰变成要经过4次α衰变和2次β衰变
C．氡的半衰期为3.8天，4个氡原子核经过7.6天后就一定只剩下1个氡原子核
D．放射性元素发生β衰变时所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时产生的
二、填空题
17．质子是谁发现的_______ 中子是发现的_______
18．衰变定义：原子核自发地放出______或______，而变成另一种原子核的变化。
19．在贝克勒尔发现天然放射现象后，人们对放射线的性质进行了深入研究，下图为三种射线在同一磁场中的运动轨迹，请图中各射线的名称：
1射线是：____________，
2射线是：____________，
3射线是：____________．
20．卢瑟福在近代原子物理研究中取得了伟大的成就，被人们尊称为原子核之父。如图是1911年卢瑟福完成粒子散射实验的示意图，根据此实验现象，他提出了________模型，从而否定了_______提出的“枣糕”模型：卢瑟福在1919年通过下图右图所示的实验装置，第1次实现了原子核的人工转变，得到质量数为17的氧的同位素原子核，由此发现了_________（填“质子”、“中子”、“电子”），这种粒子能穿过银箔打在荧光屏上，用显微镜观察到了闪光。请完成：得到该粒子的核反应方程_____。
三、综合题
21．一个静止的原子核，衰变时放出一个质量为m1速率为v1的粒子，同时产生一个质量为m2的反冲新核和一个光子，测得新核的速率为v2、光子与新核运动方向相同．已知普朗克常量为h，写出该衰变的方程并求出光子的波长λ．
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．放射性同位素电池具有工作时间长、可靠性高和体积小等优点，是航天、深海、医学等领域的重要新型电源，也是我国近年重点科研攻关项目。某同学设计了一种利用放射性元素β衰变的电池，该电池采用金属空心球壳结构，如图1所示，在金属球壳内部的球心位置放有一小块与球壳绝缘的放射性物质，放射性物质与球壳之间是真空的。球心处的放射性物质的原子核发生β衰变发射出电子，已知单位时间内从放射性物质射出的电子数为N，射出电子的最小动能为E1，最大动能为E2。在E1和E2之间，任意相等的动能能量区间ΔE内的电子数相同。为了研究方便，假设所有射出的电子都是沿着球形结构径向运动，忽略电子的重力及在球壳间的电子之间的相互作用。元电荷为e，a和b为接线柱。
（1）原子核是由质子和中子等核子组成的，说明β衰变的电子是如何产生的。
（2）求a、b之间的最大电势差Um，以及将a、b短接时回路中的电流I短。
（3）在a、b间接上负载时，两极上的电压为U，通过负载的电流为I。论证电流大小I随电压U变化的关系，并在图2中画出I与U关系的图线。
（4）若电源的电流保持恒定且与负载电阻无关，则可称之为恒流源。请分析负载电阻满足什么条件时该电源可视为恒流源。
（注意：解题过程中需要用到、但题目没有给出的物理量，要在解题中做必要的说明）
24．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）．
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．C
【详解】
射线是高速运动的氦原子核，阴极射线是原子受激发时射出的电子，射线是原子核能级跃迁时释放的射线，射线是原子内层电子受到激发而产生的；故由原子核衰变释放的，且属于电磁波的射线是射线。
故选C。
2．B
【详解】
α衰变生成氦原子核，质子数减少2个，质量数减少4个，所以中子数减少2个；β衰变生成负电子，质子数增加1个，是因为一个中子转化成质子而释放出的电子，中子数减少1个，该核俘获1个中子后，放出1个α粒子中子数减少2个，放出1个β粒子，中子数减少1个，所以这个新核有（n-2）个中子，原子核内有N个核子，该核俘获1个中子后，放出1个α粒子质量数减少4个，放出1个β粒子，质量数不变，所以这个新核核子数是（N-3），所以原子序数即质子数是
故ACD错误，B正确；
故选B。
3．D
【详解】
一个 核经一次 衰变后，生成新原子核，质量数不变，电荷数增加1，故质量数为14，电荷数为7，即新核的质子数为7，中子数也为7，故选D.
4．A
【详解】
A．查德威克在原子核人工转变的实验中，发现了中子，A正确；
B．贝克勒尔发现了天然放射性现象，说明原子核有复杂的结构，B错误；
C．卢瑟福在原子核人工转变的实验中，发现了质子，故C错误；
D．汤姆生发现了电子，说明原子可以再分，D错误。
故选A。
5．D
【详解】
和具有相同的质子数属于放射性同位素，其原子核质子数相同，中子数不同，故A错误；发生β衰变后变为，是原子核内一个中子转化为一个质子数放出电子，并非原子核内有电子，故B错误；元素的半衰期不随物理和化学状态的改变而改变，故C错误；β衰变质量数不变，故232﹣208＝4x，则x＝6，发生6次α衰变，根据电荷数守恒可知：90﹣82＝2x﹣y，得到：y＝4，故发生4次β衰变，故D正确；
6．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。
7．A
【详解】
A．由知，用白光做双缝干涉实验时，每一频率光在中央产生的都是亮条纹，所以中央亮条纹为白色，故A正确；
B．体操运动员落地过程动量的变化量相同，即冲量一定，屈膝只是延长接触时间，从而减小冲击力，故B错误；
C．β衰变时产生的电子是原子核内的中子转化为质子时释放的，故C错误；
D．设原来的质量为m0，衰变后剩余质量为m，则
即原子经过96天后还剩下 没有衰变，故D错误。
故选A。
8．C
【详解】
A．碘131的半衰期是8天，20g碘131经过24天即3个半衰期后还有未衰变，选项A错误；
B．半衰期与外界因素无关，用化学反应改变放射性元素的存在状态，其半衰期不会发生变化，选项B错误；
C．设发生n次衰变，m次衰变，根据电荷数和质量数守恒，则有
，
解得
，
选项C正确；
D．、和三种射线中，射线的电离能力最强，射线的穿透能力最强，选项D错误；
故选C。
9．B
【详解】
7.6d为2个半衰期，则有经7.6d后还剩下：
A．与分析不符，故A错误；
B．与分析相符，故B正确；
C．与分析不符，故C错误；
D．与分析不符，故D错误；
故选B。
10．B
【详解】
α射线是高速流，一个α粒子带两个正电荷．根据左手定则，α射线受到的洛伦兹力向右，故丙是α射线．β射线是高速电子流，质量数为0，带一个负电荷．根据左手定则，β射线受到的洛伦兹力向左，故甲是β射线．γ射线是γ光子，是电中性的，故在磁场中不受磁场的作用力，轨迹不会发生偏转．故乙是γ射线．
故B正确．
11．C
【详解】
原子核在衰变过程中动量守恒，因为原子核初动量为零，衰变时发出一个光子，衰变后的原子核一定与光子动量大小相等方向相反，所以衰变后的原子核沿着与光子运动方向相反的方向运动，故C正确
故选C
12．D
【详解】
A．根据动量守恒定律可知，衰变后核和射出的x的动量大小相等，方向相反，故A错误；
B．根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，衰变后的产物x是α粒子，故B错误；
C．根据
两粒子动量大小相等，则半径之比等于电量的倒数比，即
r1：r2=2：90=1:45
故C错误；
D．根据
可知，衰变后新核和射出的粒子的动能之比为4:234=2：117，故D正确。
故选D。
13．D
【详解】
原子核的衰变过程满足动量守恒，粒子与反冲核的速度方向相反，根据左手定则判断得知，粒子与反冲核的电性相反，则知粒子带负电，所以该衰变是衰变，此粒子是粒子，符号为；可得两带电粒子动量大小相等，方向相反，据动量守恒定律可得
带电粒子在匀强磁场中做圆周运动，满足
可得半径公式为
见r与q成反比，由题意，大圆与小圆的半径之比为7：1，则得粒子与反冲核的电荷量之比为1：7，所以反冲核的电荷量为7e，电荷数是7，其符号为，所以碳14的衰变方程为
D正确。
故选D。
14．CD
【详解】
A．半衰期的时间与元素的物理状态无关，若使某放射性物质的温度升高，其半衰期不变，故A错误；
B．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子时产生的，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．铀核(92U)衰变为铅核(82Pb)的过程中，每经过一次α衰变质子数少2，质量数少4；而每经过一次β衰变质子数增加1，质量数不变；由质量数和核电荷数守恒，设经过x次衰变，y次衰变，可有
，
解得，可知要经过8次α衰变和6次β衰变，故D正确。
故选CD。
15．BD
【详解】
A．原子的核式结构模型是卢瑟福提出的，故A错误；
B．设发生x次α衰变，y次β衰变，则有
解得
又
得
故B正确；
C．一个氢原子从量子数n=3的激发态跃迁到基态时可能从3到2，再从2到1，或3到1，所以一个氢原子从量子数n=3的激发态跃迁到基态时最多可辐射2种不同频率的光子，故C错误；
D．根据半衰期公式知
得
即发生两次半衰期，则确定该生物死亡时距今约11460年，故D正确。
故选BD。
16．BD
【详解】
A．β射线是电子流，不是电磁波，穿透本领远比γ射线弱。γ射线是电磁波。故A错误；
B．设需经过x次α衰变和y次β衰变，则由质量数守恒以及电荷数守恒，有
解得，，故B正确；
C．半衰期是大量原子核衰变时所表现出的统计规律，对少量原子核没有意义。故C错误；
D．β衰变是原子核内的中子转变为质子和电子，质子留在核内，电子释放出去。故D正确。
故选BD。
17． 卢瑟福 查德威克
【详解】
卢瑟福通过粒子轰击氮核得到质子，查德威克通过粒子轰击铍核发现了中子．
18． α粒子 β粒子
【详解】
衰变定义：原子核自发地放出α粒子或β粒子同时伴随射线的放出，而变成另一种原子核的变化过程。
19． β γ α
【详解】
由图可知1线粒子带负电，于是可知为β 射线，2线粒子是中性的，可知为γ 射线；3线粒子带正电，可知为α射线；
20． 核式结构 汤姆孙 质子
【详解】
根据此实验现象，他提出了核式结构模型，从而否定了汤姆孙出的“枣糕”模型
卢瑟福第一次用α粒子轰击氮核完成了原子核的人工转变并发现了质子，该核反应方程为
21．；
【详解】
试题分析：
解得：
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．（1）β衰变的实质是1个中子转化为1个质子和1个电子；（2），；（3）见解析；（4）0【解析】
（1）β衰变的实质是1个中子转化为1个质子和1个电子。或写出核反应方程
（2）根据动能定理有
－eUm = 0－E2
解得a、b之间的最大电势差
将a、b短接时所有逸出电子都能由球心处的放射源到达球壳，故短路电流
（3）①在0②在E1因为单位时间发射的电子是按照能量均匀分布的，所以这时通过负载的电流为
③在eU=E2即U=时，电子将无法到达球壳，此时通过负载的电流为零。
综合①②③的分析，可知I随电压U变化的伏安特性关系如答图2所示
（4）当0U=IR=NeR
解得
0当负载电阻满足024．
【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.
答案第1页，共2页