5.2原子核衰变及半衰期同步训练（Word版含答案）

5.2原子核衰变及半衰期
一、选择题（共14题）
1．在天然放射性物质附近放置一带电体，带电体所带的电荷很快消失的根本原因是（　　）
A．γ射线的贯穿作用
B．α射线的电离作用
C．β射线的贯穿作用
D．β射线的中和作用
2．下列与α粒子相关的说法中正确的是（　　）
A．天然放射性现象中产生的α射线速度与光速相当，贯穿能力很强
B．丹麦物理学家玻尔进行了α粒子散射实验并首先提出了原子的核式结构模型
C．（铀238）核放出一个α粒子后就变为（钍234）
D．高速α粒子轰击氮核可从氮核中打出中子，核反应方程为
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．人类可以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．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
D．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
4．2019年9月10日，我国国产首批医用钻－60原料组件从秦山核电站启运，这标着着我国国伽马刀设备“中国芯”供应问题得到解决，核电站是利用中子照射钻－59制备钻－60，伽马刀是利用钻－60发生衰变释放的射线工作的，已知钻－60的半期约为5.3年，下列说法正确的是（）
A．秦山核电站制备钴－60的反应是重核衰变
B．钻－60发生衰变后生产的新核比钻－60少一个电子
C．钻－60发生衰变后生产的新核比钻－60多一个中子
D．钻－60制成后，经过5.3年剩下的钻－60的约有一半
5．下列关于衰变与核反应的说法正确的是（ ）
A．衰变为，经过3次衰变，2次β衰变
B．β衰变所释放的电子是原子核外的电子电离形成的
C．核聚变反应方程中，X表示质子
D．高速粒子轰击氮核可从氮核中打出中子，核反应方程为
6．放射性物质发生衰变时会发出α、β、γ三种射线，关于这三种射线的本质及它们的本领比较， 下列说法正确的是（　　）
A．α射线是氢原子核 B．γ射线穿透能力最强
C．β射线电离能力最强 D．β射线是氦原子核
7．下列说法正确的是( )
A．贝克勒尔发现了天然放射现象，并提出了原子的核式结构
B．用加温或加压的方法能改变原子核衰变的半衰期
C．某原子核经过一次α衰变后，核内质子数减少2个
D．β射线是原子的核外电子电离后形成的电子流
8．放射性同位素被考古学家称为“碳钟”，它可以用来判定古生物体的年代。宇宙射线中高能量中子碰撞空气中的氮原子后，会形成不稳定的，它容易发生衰变，其半衰期为5730年。生物体中的生成和衰变通常是平衡的，即的含量是不变的。当生物体死亡后，生物体机体内不再生成，含量会不断减少。以下说法正确的是（　　）
A．发生衰变后生成的新核为
B．10个经过5730年一定会有5个发生衰变
C．原子核中含有粒子
D．若测得一具古生物遗骸中含量只有活体中的12.5%，则这具遗骸距今约有17190年
9．放射性物质衰变时，能够释放出带电粒子而形成电流。假设有的放射性物质A，每个原子核只发生一次衰变就成为稳定核，半衰期为，衰变释放的电荷全部用于形成电流，第一个半衰期内平均电流强度为；假设同样有的放射性物质B，每个原子核只发生一次衰变就成为稳定核，半衰期为，衰变释放的电荷全部用于形成电流，第一个半衰期内平均电流强度为。下列说法正确的是（　　）
A．衰变时释放的电子为原子核外电子
B．A和B都经过第一个半衰期释放的电荷量大小之比为
C．
D．经过一个半衰期，剩余物质的总质量都变为原来的二分之一
10．放射性元素U衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成Bi，而Bi可以经一次衰变变成X（X代表某种元素），也可以经一次衰变变成Tl，X和T1最后都变成Pb，衰变路径如图所示。则下列说法正确的是（　　）
A．a=82，b=211
B．X→Pb是α衰变，Tl→Pb是β衰变
C．Bi→X是α衰变，Bi→Tl是β衰变
D．Tl经过一次β衰变和一次α衰变变成Pb
11．下列说法正确的是(　　)
A．经过6次α衰变和3次β衰变后成为稳定的原子核Pb
B．原子从a能级状态跃迁到b能级状态时发射波长为λ1的光子；原子从b能级状态跃迁到c能级状态时吸收波长为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
C．当用蓝色光照射某金属表面时有电子逸出，则改用红光照射也一定会有电子逸出
D．发生衰变，经过3个半衰期，剩下的占开始时的
12．2020年2月17日凌晨，“嫦娥五号”返回器携带月球样品着陆地球，实现了中国首次月球无人采样返回，助力月球成因和演化历史等科学研究。为应对月球夜间的低温，“嫦娥五号”除了太阳能板之外，还有一块“核电池”，在月球夜间提供不小于2.5W的电功率，还能提供一定能量用于舱内温度控制。“核电池”利用了的衰变，其半衰期为T，衰变方程为，下列说法正确的是（　　）
A．m=92，n=4，原子核衰变时电荷数和质量数都守恒
B．100个经过时间T后一定还剩余50个
C．发生的是衰变，射线的电离本领大，它在威耳逊云室中的径迹直而清晰
D．衰变的半衰期会受到阳光、温度、电磁场等环境因素的影响
13．关于天然放射性，下列说法正确的（ ）
A．放射性元素的半衰期与外界的温度无关
B．所有元素都有可能发生衰变
C．一个原子核在一次衰变中可同时放出α、β和γ三种射线
D．α、β和γ三种射线中，γ射线的穿透能力最强
E．放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性
14．2021年3月23日，在三星堆遗址考古工作中，研究员对新发现的“祭祀坑”中碳屑样本使用年代检测法进行了分析。已知会发生衰变，其半衰期为5730年，衰变方程为。下列说法正确的是（　　）
A．核的质量大于核的质量 B．衰变前后总能量守恒，质量数守恒
C．地球的气候变化会影响的半衰期 D．100个核经过5730年后还剩余50个
二、填空题
15．一质子束入射到静止靶核上，产生如下核反应：，式中p代表质子，n代表中子，X代表核反应产生的新核．由反应式可知，新核X的质子数为____________，中子数为______________．
16．一个原子核经过一次衰变和一次衰变，成为一新原子核，则新核与原来核相比，质子少了___________个，中子少了___________个。
17．约里奥—居里夫妇因发现人工放射性同位素而获得了1935年的诺贝尔奖，他们发现的放射性元素P衰变成Si的同时放出另一种粒子，这种粒子是___________。P是P的同位素，被广泛应用于生物示踪技术。1 mg P随时间衰变的关系如图所示，请估算4 mg的P经___________天的衰变后还剩0.25 mg。
18．如图所示，放射性元素镭释放出、、三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，其中______是射线，______是射线，______是射线．
三、综合题
19．放射性物质衰变速率，即每秒衰变的原子核数，叫作放射性强度，在过去很长一段时间，夜光手表利用氚（）来产生荧光、如果荧光的强度与放射性强度成正比，那么当手表使用5年后，与最初的亮度相比，将有什么变化？（已知氚的半衰期大约为12年）
20．请列表总结三种射线的性质。
名称 本质 射出速度 穿透能力 电离作用
α射线
β射线
γ射线
21．静止的氡核放出某种粒子后变成钋核，粒子的动能为，若衰变放出的能量全部变成钋核和粒子的动能．试回答以下问题：
（1）写出上述衰变的核反应方程（请用物理学上规定的符号表示粒子）；
（2）求钋核的动能.
22．一个验电器带正电，因为空气干燥，验电器金属箔的张角能维持很长的时间。现有一束射线射向这个验电器上端的金属球，验电器金属箔的张角将会怎样变化？为什么？
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．B
【详解】
由于α射线的电离作用较强，能使空气分子电离，电离产生的电荷会与带电体上的电荷中和，B正确。
故选B。
2．C
【详解】
天然放射性现象中产生的α射线速度为光速的十分之一，电离能力较强，穿透能力较弱．故A错误；卢瑟福进行了α粒子散射实验并首先提出了原子的核式结构模型，故B错误；由质量数与电荷数守恒可知，．故C正确；由质量数与电荷数守恒可知高速粒子轰击氮核可从氮核中打出质子，核反应方程为：，故D错误．
3．C
【详解】
A．半衰期不受温度，压强等外部环境的影响而变化，所以人类目前无法改变放射性元素的半衰期，故A错误；
B．半衰期是对大量粒子的一个统计规律，不适用于单个原子，故B错误；
C．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，故C正确；
D．β射线为高速电子流不是电磁波，故D错误；
故选C．
4．D
【详解】
A．利用中子照射钻－59制备钻－60是原子核的人工转变，重核裂变是质量较大的核停获中子后分裂成两个(或多个)中等质量接的反应，钻一60是中等核，故A错误；
BC．钻－60发生衰变释放的电子是钻－60原子核中的中子转变为质子，同时释放一个电子，新核比钻－60少一个中子，而核中没有电子，故B、C错误；
D．半就期就是有一半原子核发生衰变所用的时间，所以钻－60制成后，经过5.3年剩下的钻－60的约有一半，故D正确；
故选D。
5．A
【详解】
A．设发生n次衰变，m次β衰变，根据电荷数和质量数守恒，则有
解得n=3，m=2，故A正确；
B．衰变所释放的电子是原子核内一个中子转变成一个质子和一个电子，故B错误；
C．根据质量数守恒和电荷数守恒可知，聚变反应方程中，X的质量数为
电荷数为
可知X表示中子，故C错误；
D．高速粒子轰击氮核可从氮核中打出质子，不是中子，核反应方程为
故D错误。
故选A。
6．B
【详解】
A．α射线是氦原子核，选项A错误；
B．γ射线穿透能力最强，选项B正确；
CD．β射线是电子流，α射线电离能力最强，选项CD错误。
故选B。
7．C
【详解】
贝克勒尔发现了天然放射现象，说明了原子核可以再分，具有复杂的结构．故A错误；用加温或加压的方法不能改变原子核衰变的半衰期，选项B错误；α衰变放出的氦核，则某原子核经过一次α衰变后，核内质子数减少2个，选项C正确； β射线是原子核内的中子转化为质子时放出的电子，形成的电子流，选项D错误；故选C.
8．D
【详解】
AC．由题意得
发生衰变后生成的新核为，原子核中不含有粒子，故AC错误；
B．原子核有半数发生衰变所需的时间就是该放射性元素的半衰期，是大量原子核衰变的统计结果，对少量的放射性元素的原子核不适应，故B错误；
D．经过一个半衰期，有半数发生衰变，测得一具古生物遗骸中含量只有活体中的12.5%，根据
解得
即经过3个半衰期，所以
故D正确。
故选D。
9．B
【详解】
A．衰变是一个中子变成一个质子和一个电子的过程，电子从原子核内释放出来，故A错误；
B．衰变释放的是氦原子核，一个氦原子核带两个单位的正电荷，衰变释放的是电子，一个电子带一个单位正电荷，故A和B都经过第一个半衰期释放的电荷量大小之比为
故B正确；
C ．A和B都经过第一个半衰期释放的电荷量大小之比为
电流
但不确定是否等于，所以无法得出和的关系，故C错误；
D．由公式
可知经过一个半衰期，A、B物质的质量都变为原来的二分之一，但是剩余物质还含有衰变后生成新核的质量，故D错误。
故选B。
10．B
【详解】
ABD．X→Pb质量数减小4可知是发生了一次α衰变，可知a=84；Tl→Pb电荷数增加1，可知是发生了一次β衰变，则b=206；则AD错误，B正确；
C．因为a=84，则Bi→X电荷数增加1，质量数不变，则是β衰变，因b=206，Bi→Tl可知质量数减小4，电荷减小2，是α衰变，选项C错误。
故选B。
11．B
【详解】
发生衰变是放出，发生衰变是放出电子，设发生了x次α衰变和y次β衰变，则根据质量数和电荷数守恒有，解得x=6，y=4，故衰变过程中共有6次α衰变和4次β衰变，A错误；原子从a能级状态跃迁到b能级状态时发射波长为λ1的光子；原子从b能级状态跃迁到c能级状态时吸收波长为λ2的光子，已知．根据玻尔理论得a→b：；b→c：；a→c：，联立以上三式得，故B正确；发生光电效应的条件是入射光的频率等于金属的极限频率，红光的频率小于蓝光，不一定有光电效应现象，故C错误；剩下的占开始时的，故D错误．
12．AC
【详解】
AC．根据电荷数和质量数守恒可知m=92，n=4，所以Y是α粒子，说明发生的是α衰变，α射线的电离本领大，它在威尔逊云室中的径迹直而清晰，故AC正确；
BD．半衰期是针对大量放射性元素的统计规律，对少数放射性元素不适用，并且半衰期是由原子核本身性质决定，与外界条件无关，故BD错误。
故选AC。
13．ADE
【详解】
试题分析：自然界中有些原子核是不稳定的，可以自发地发生衰变，衰变的快慢用半衰期表示，与元素的物理、化学状态无关．
解：A、放射性元素的半衰期由原子核决定，与外界的温度无关，故A正确；
B、有些原子核不稳定，可以自发地衰变，但不是所有元素都可能发生衰变，故B错误；
C、一个原子核在一次衰变中只能放出α、β两种射线中的一种，γ射线可以伴随α射线或β射线放出，所以不能同时放出α、β和γ三种射线，故C错误；
D、α、β和γ三种射线，γ射线的穿透力最强，电离能力最弱，故D正确；
E、放射性元素的放射性与核外电子无关，故放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性，故E正确．
故选ADE．
14．AB
【详解】
A．由于衰变过程中会有质量亏损，放出能量，故核的质量大于核的质量，故A正确；
B．根据能量守恒定律可知衰变前后总能量守恒；衰变过程质量数是守恒的，故B正确；
C．半衰期与外界的物理和化学状态无关，地球气候变化不会影响的半衰期，故C错误；
D．半衰期是大量放射性原子衰变的统计规律，对个别的原子没有意义，故D错误。
故选AB。
15． 14 13
【详解】
质子的电荷数为1，质量数为1，中子的电荷数为0，质量数为1．根据电荷数守恒、质量数守恒，X的质子数为1+13-0=14，质量数为1+27-1=27．因为质量数等于质子数和中子数之和，则新核的中子数为27-14=13。
16． 1 3
【详解】
某放射性元素经过1次α衰变和1次β衰变共产生：一个氦原子核一个电子，所以质子数减少：2×1+1×（-1）=1，中子数减少：2+1=3。
17． 正电子 56
【详解】
衰变方程为
即这种粒子是正电子。
[2]由题图图像可以看出P的半衰期为14天，则
4 mg×=0.25 mg
得
t=56天
18． ③④ ①⑥ ②⑤
【详解】
由放射现象中，α射线是氦核，带正电，β射线是高速电子流，带负电，γ射线是高频率电磁波，不带电，结合在电场与磁场中的偏转可知②⑤是γ射线，③④是α射线，①⑥是β射线．
19．变暗
【详解】
经过5年，部分氚原子核发生了衰变，因此放射性强度减弱，从而手表的亮度变暗。
20．
名称 本质 射出速度 穿透能力 电离作用
α射线 氦核 0.1c 很弱 很强
β射线 电子流 接近c 较强 一般
γ射线 光子 c 很强 很弱
21．（1）（2）
【详解】
(1)根据质量数守恒和核电荷数守恒，可得核反应方程：
（2）设粒子的质量为、速度为，钋核的质量为、速度为，
根据动量守恒定律有:
钋核的动能：:
联立解得：
22．张角变小，原因见详解
【详解】
验电器金箔的张角将变小。因为α射线具有一定的电离作用，它能使所经过的路径中空气分子电离，使空气变成导体，从而使带正电的验电器上的正电荷发生转移、中和，所以验电器金属箔的张角将变小。
答案第1页，共2页