5.2、放射性元素的衰变基础练习（Word版含答案）

5.2、放射性元素的衰变
一、选择题（共16题）
1．天然放射现象是1896年法国物理学家贝可勒尔发现的，该研究使人们认识到原子核具有复杂的结构。科学家在研究天然放射现象时发现，铀238核（U）放出一个M粒子，同时生成钍234核（Th），钍234核也具有放射性，它又能放出一个N粒子，同时生成镤（Pa）。则下列分析正确的是（　　）
A．M粒子的质量数为4
B．M粒子的核电荷数为1
C．N粒子的质量数为1
D．N粒子的核电荷数为2
2．某元素的原子核可以俘获自身核外的一个K电子而转变成新元素，这种现象称为K俘获，在K俘获的过程中，原子核将会以光子的形式放出K电子的结合能．关于K俘获的过程，下列说法中正确的是（ ）
A．原子序数不变
B．原子序数减小
C．原子总质量不变
D．原子总质量减小
3．一块含铀矿石的质量为M，其中铀的质量为m，铀发生一系列衰变，最终生成物为铅.已知铀的半衰期为T，则经过时间T，下列说法正确的是
A．这块矿石的质量为0.5M B．这块矿石的质量为
C．这块矿石中铀的质量为0.5m D．这块矿石中铅的质量为0.5m
4．下列说法中正确的是（　　）
A．为了解释光电效应规律，爱因斯坦提出了量子化
B．在原子核人工转变的实验中，查德威克发现了中子
C．玛丽·居里首先发现了放射现象
D．在完成粒子散射实验后，卢瑟福提出了原子的能级结构
5．下列说法正确的是（　　）
A．光电效应演示实验中，弧光灯照射原本就带电的锌板，发现验电器的张角变大，说明锌板原来带负电
B．根据玻尔的原子理论，能够解释复杂原子的光谱现象
C．车站、机场安检时，利用了α射线具有较强的穿透能力去探测箱子内的危险物品
D．黑体是一种理想化模型，黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关
6．下列说法正确的是（　　）
A．一束光照射到某种金属上没有发生光电效应，是因为该束光的波长太短
B．在粒子散射实验中，少数粒子大角度偏转，绝大多数粒子仍沿原来方向前进
C．在衰变方程 中，X原子核的质量数是234
D．动能相等的质子和电子，它们的物质波波长也相等
7．居里夫妇和贝克勒尔由于对放射性的研究而一起获得1903年的诺贝尔物理学奖，下列关于放射性的叙述，正确的是( )
A．自然界中只有原子序数大于83的元素才具有放射性
B．三种天然放射线中，电离能力和穿透能力最强的是射线
C．衰变的产物x由90个质子和144个中子组成
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
8．元素X是Y的同位素，分别进行下列衰变过程:, ，则下列说法错误的是
A．Q与s是同位素 B．x与R原子序数相同
C．R 的质子数不少于上述任何元素 D．R比S的中子数多2
9．现代已知碳的同位素共有十五种，有碳8至碳22，其中碳12和碳13属于稳定型，碳14是宇宙射线透过空气时撞击氮原子核产生的，碳14是一种放射性的元素，衰变为氮14.图中包含碳14衰变相关信息，结合这些信息可以判定下列说法正确的是（　　）
A．碳14转变为氮14，衰变方式为衰变
B．100个碳14原子核在经过一个半衰期后，一定还剩50个
C．若氮14生成碳14的核反应方程为，则X为质子
D．当氮14数量是碳14数量的7倍时，碳14衰变所经历时间为22920年
10．医学治疗中常用放射性核素产生射线，而是由半衰期相对较长的衰变产生的。对于质量为的，经过时间t后剩余的质量为m，其图线如图所示。下列关于衰变说法正确的是（　　）
A．从图中可以得到的半衰期为
B．从图中可以得到的半衰期为
C．发生β衰变生成和电子
D．当压强变大，温度变高，的半衰期会变大
11．2020年3月15日中国散裂中子源（CSNS）利用中子成像技术帮助中国科学技术大学进行了考古方面的研究。散裂中子源是研究中子特性、探测物质微观结构和运动的科研装置。CSNS是我国重点建设的大科学装置，将成为发展中国家拥有的第一台散裂中子源。下列关于中子研究的说法正确的是（　　）
A．α粒子轰击N生成O，并产生了中子
B．β衰变的实质是原子核内的中子转化成了一个质子和一个电子
C．β射线其实质是高速中子流，可用于医学的放射治疗
D．U经过4次α衰变、2次β衰变，新核与原来的原子核相比，中子数少了6个
12．以下对物理现象和物理规律的认识中正确的是（　　）
A．只要照射到金属表面的光的强度足够强就一定能产生光电效应现象
B．当给放射性材料加热时其衰变进程将加快
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．一个氢原子从能级跃迁到能级，该氢原子放出光子，能量减少
13．科学家发现银河系中存在大量的放射性同位素，的半衰期为72万年，其衰变方程为，下列说法正确的是（　　）。
A．Y是氦核 B．Y是质子
C．再经过72万年现有的衰变一半 D．再经过144万年，现有的全部衰变
14．下列有关原子结构和原子核的认识，错误的是（　　）
A．氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能减小
B．衰变说明原子核内有电子
C．卢瑟福用粒子轰击氮核发现了质子，其核反应方程为
D．卢瑟福粒子散射实验说明了原子核是由质子和中子组成的
15．在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，都不同程度地含有放射性元素，有些含有铀、钍的花岗岩会释放出放射出α、β、γ射线，根据有关放射性知识可知，下列说法正确的是（ ）
A．发生α衰变时，生成核与原来的原子核相比，核内质量数减少2
B．放射性元素与别的元素形成化合物后仍具有放射性
C．β射线是原子的核外电子电离后形成的电子流
D．在这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱
E．升高放射性材料的温度，不能缩短其半衰期
16．下列说法正确的是
A．放射性元素发生α衰变的实质是原子核内的中子转化为
B．粒子散射实验表明原子的绝大部分质量和全部正电荷集中在一个半径很小的核内
C．一群氢原子受激发后处于n=3能级，当它们向低能级跃迁时能发出3种频率的光
D．用某种频率的光照射锌板不能发生光电效应，可能是因为该光的强度不够
二、填空题
17．恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，当温度达到108K时，可以发生“氦燃烧”。完成“氦燃烧”的核反应方程：＋_______→。是一种不稳定的粒子，其半衰期为2.6×10－16s。一定质量的，经7.8×10－16s后所剩下的占开始时的_______。
18．如图，1932年查德威克通过对α粒子轰击铍（Be）的研究，从而发现了______．图中x3为______________．
19．完成下列核反应方程，并指出各属于哪一种核反应．
（1）________，是________.
（2）________，是________.
（3）________，是________.
（4）________，是________.
20．放射性元素衰变为，此衰变过程的核反应方程是______；发生β衰变后，核内的______保持不变。
三、综合题
21．射线在真空中的速度与光速相同的是哪些？
22．静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核，当它放出一个α粒子后，其速度方向与磁场方向垂直，测得α粒子和反冲核轨道半径之比为44:1，如右图所示，则
（1）原来放射性元素的原子核电荷数为多少？
（2）反冲核的核电荷数为多少？
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．A
【详解】
AB.设M的质量数为m，核电荷数为n，则根据守恒条件可得m=4、n=2，故A正确，B错误；
CD.设N的质量数为p，核电荷数为q，则根据守恒条件可得p=0、q=-1，故CD错误。
故选A。
2．B
【详解】
AB．原子核内没有电子．俘获K电子的过程是一个质子与电子结合转变成一个中子的过程，由于质子数减少一个，所以原子序数减少l，故A错误，B正确；
CD．根据爱因斯坦的质能方程E=mc2知，伴随能量的释放，剩下的中子质量变大，故原子总质量增大．故C错误，D错误．
故选B．
3．C
【详解】
根据半衰期公式 m余=m（）n，n为半衰期次数，其中n=1，经过1个半衰期后剩余铀核为 ，则这块矿石中铀的质量还剩0.5m，但U变成了Pb，且生成铅质量小于，经过一个半衰期后该矿石的质量剩下会大于（M-）；
A．这块矿石的质量为0.5M，与结论不相符，选项A错误；
B．这块矿石的质量为0.5(M-m) ，与结论不相符，选项B错误；
C．这块矿石中铀的质量为0.5m ，与结论相符，选项C正确；
D．这块矿石中铅的质量为0.5m，与结论不相符，选项D错误；
故选C.
4．B
【详解】
A．为了解释光电效应规律，爱因斯坦提出了光子说，A错误；
B．查德威克在用粒子轰击铍核的实验中发现了中子，B正确；
C．贝克勒尔首先发现了放射现象，C错误；
D．在完成粒子散射实验后，卢瑟福提出了原子的核式结构，D错误。
故选B。
5．D
【详解】
A．光照射锌板发生光电效应现象，电子从锌板上飞出，锌板带上正电，铝箔张角变大，说明其原来带正电，选项A错误；
B．玻尔的原子理论，只能够解释氢原子的光谱现象，选项B错误；
C．车站、机场安检时，利用了X-射线具有较强的穿透能力去探测箱子内的危险物品，选项C错误；
D．黑体是一种理想化模型，黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，选项D正确。
故选D。
6．B
【详解】
A．一束光照射到某种金属上没有发生光电效应，是因为其频率小于金属的极限频率，即波长大于极限波长。A错误；
B．在粒子散射实验中，少数粒子大角度偏转，绝大多数粒子仍沿原来方向前进。B正确；
C．根据质量数守恒，X原子核的质量数是235。C错误；
D．物质波波长为
质子质量大，所以其波长较短。D错误。
故选B。
7．C
【详解】
原子序数大于83的元素都具有放射性，小于83的个别元素也具有放射性，故A错误；射线的穿透能力最弱，电离能力最强，射线的穿透能力最强，电离能力最弱，故B错误；根据电荷数和质量数守恒得，产物x为，则质子为90个，中子数为个，故C正确；放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件无关，故D错误．故选C.
8．B
【详解】
试题分析：根据衰变方程知XY都经历了α、β衰变，质子数都减少了1，Q和S也是同位素，A正确；
Y经过β衰变，质子数比原来多1，所以X的原子序数比R少1，B错误；X的质子数比P多2，比Q多1，R的质子数比X多1，故R的质子数多于前述任何元素，C正确；R比S的质量数多4，质子数多2，则中子数多2，选项D正确；此题选择错误的选项，故选B．
9．A
【详解】
A．由核反应方程可知碳14转变为氮14是衰变，A正确；
B．半衰期是大量原子核衰变时的统计规律，个别原子核经多长时间衰变无法预测，即对个别或极少数原子核无半衰期可言，B错误；
C．由核反应过程中电荷数守恒和质量数守恒可知，X为中子，C错误；
D．当氮14数量是碳14数量的7倍时，碳14数量占总原子核数量的，经过3个半衰期即17190年，D错误。
故选A。
10．B
【详解】
AB．由图可知从到恰好衰变了一半，根据半衰期的定义可知半衰期为
B正确，A错误；
C．发生衰变时核反应方程质量数和电荷数守恒，C选项电荷数不守恒，C错误；
D．半衰期与物理状态、化学状态无关，压强变大不会改变半衰期，D错误。
故选B。
11．B
【详解】
A．由质量数守恒和电荷数守恒可知，α粒子轰击N，生成O，并产生了质子，故A错误；
B．β衰变的实质在于核内的中子转化成了一个质子和一个电子，故B正确；
C．β射线其实质是高速电子流，故C错误；
D．U经过4次α衰变、2次β衰变，质量数减少4×4=16，质子数减少4×2-2=6，则新核与原来的原子核相比，中子数少了16-6=10，故D错误。
故选B。
12．D
【详解】
A．发生光电效应的条件为入射光的频率必须大于金属的极限频率，与入射光的强度无关，所以A错误；
B．半衰期是原子的一种属性，与外部的物理化学变化无关，所以B错误；
C．天然放射现象中产生的 射线，不带电，其在电场或磁场中不会发生偏转，所以C错误；
D．一个氢原子从能级跃迁到能级，该氢原子放出光子，能量减少，所以D正确；
故选D。
13．C
【详解】
AB．根据核反应方程质量数和电荷数守恒
可知Y为，AB错误；
CD．剩余的质量，根据
经历一个半衰期，现有的衰变一半；经历两个半衰期，现有的衰变四分之三，D错误C正确。
故选C。
14．ABD
【详解】
A．氢原子辐射光子后，轨道半径变小，其绕核运动的电子动能变大，故A错误；
B．β衰变是原子核内一个中子衰变成一个质子和电子，并不是核内有电子，故B错误；
C．卢瑟福用α粒子轰击氮核发现了质子，其核反应方程为
故C正确；
D．卢瑟福根据该实验现象提出了原子核式结构模型，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转，此实验并不能说明原子核由质子和中子组成，故D错误；
错误的故选ABD。
15．BDE
【详解】
A．发生α衰变时，生成核与原来的原子核相比，核内质量数减少4，选项A错误；
B．放射性元素与别的元素形成化合物后仍具有放射性，选项B正确；
C．β射线是原子核中的一个中子转变为一个质子和一个电子，电子释放出来形成的，选项C错误；
D．在这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱，选项D正确；
E．放射性元素的半衰期由元素本身的属性决定，与外界物理或化学条件无关，选项E正确。
故选BDE。
16．BC
【详解】
α衰变的实质是原子核中的两个质子和两个中子组成一个结合体释放出来，故A错误．α粒子散射实验表明原子的绝大部分质量和全部正电荷集中在一个半径很小的核内，故B正确．一群氢原子受激发后处于n=3能级，当它们向低能级跃迁时，根据=3知，能发出3种不同频率的光子，故C正确．用某种频率的光照射锌板不能发生光电效应，是因为入射光的频率小于金属的极限频率，故D错误．故选BC．
17．
【详解】
根据电荷数守恒、质量数守恒，未知粒子的质量数为4，电荷数为2，为；
半衰期为2.6×10-16s，经7.8×10-16s，即3个半衰期，根据
知剩余占开始时的。
18． 中子， 质子
【详解】
查德威克用α粒子去轰击铍核发现了中子，并产生一个新核，根据质量数守恒和电荷数守恒可得从而发现了中子，用中子轰击石蜡，根据质量数守恒和电荷数守恒可得从而发现了质子。
19． 原子核的人工转变 衰变 原子核的人工转变 衰变
【详解】
（1）由质量数守恒和核电荷数守恒可得：，是原子核的人工转变；
（2）由质量数守恒和核电荷数守恒可得：，是衰变；
（3）由质量数守恒和核电荷数守恒可得：，是原子核的人工转变；
（4）由质量数守恒和核电荷数守恒可得：，是衰变。
20． ＋He 中子数与质子数之和
【详解】
根据质量数和电荷数守恒，放射性元素衰变为，核反应方程为
＋He
发生β衰变后，原子核内的一个中子变成质子，同时放出一个电子，核内的中子数与质子数之和保持不变。
21．，； （表示光速）
【详解】
阴极射线中的电子是电热丝经通电发热而激发出来的，不同部位吸热量不同，所以激发飞出后的速度也不尽相同，比光速小；由实验测得α射线的速度约是光速的十分之一，β射线的速度约是光速的十分之九；γ射线是光子流，速度与光速相同.
22．（1）90（2）88
【详解】
微粒之间相互作用的过程中遵守动量守恒定律，由于初始总动量为零，则末动量也为零，即α粒子和反冲核的动量大小相等，方向相反．由于释放的α粒子和反冲核均在垂直于磁场的平面内，且在洛伦兹力作用下做圆周运动．由
Bqv=
得
若原来放射性元素的核电荷数为Q，则对α粒子
R1=
对反冲核
R2=
由于p1=p2，得
R1：R2=44：1
得
Q=90．
反冲核的核电荷数为90-2=88．
点睛：原子核的衰变过程类比于爆炸过程，满足动量守恒，而带电粒子在匀强磁场中圆周运动的半径公式中的分子恰好是动量的表达式，要巧妙应用.
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