5.2放射性元素的衰变 综合训练（Word版含答案）

5.2放射性元素的衰变
一、选择题（共14题）
1．对原子的认识，错误的是
A．原子由原子核和核外电子组成
B．原子核的质量就是原子的质量
C．原子核的电荷数就是核中的质子数
D．原子序数等于核电荷与电子电荷大小的比值
2．下列说法错误的是（　　）
A．密立根发现了电子
B．卢瑟福提出了原子的核式结构模型
C．贝可勒尔发现了铀和含铀矿物的天然放射现象
D．伦琴发现了X射线
3．100年前，卢瑟福猜想在原子核内除质子外还存在着另一种粒子X，后来科学家用粒子轰击铍核证实了这一猜想，该核反应方程为：，则（ ）
A．，，X是中子
B．，，X是电子
C．，，X是中子
D．，，X是电子
4．下列说法正确的是（　　）
A．原子中的电子绕原子核高速运转时，运行轨道的半径是任意的
B．宏观物体的物质波波长非常小，极不易观察到它的波动性
C．β衰变中产生的β射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的
D．已知氡的半衰期是3.8天，则40个氡原子核经过3.8天还剩下20个氡原子核
5．下列说法中正确的是（　　）
A．黑体辐射随着温度的升高，各种波长的辐射强度都在增加，同时辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
B．卢瑟福通过α粒子散射实验证实了在原子核内部存在质子
C．放射性元素原子核的半衰期长短与原子所处的化学状态和外部条件有关
D．β衰变所释放的电子是原子核内的质子转变为中子时所产生的
6．近代物理学史中的重大发现都对人类社会发展产生深远影响，以下叙述正确的是（　　）
A．粒子散射实验揭示了原子核内部具有复杂结构
B．氢原子从激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子
C．只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应
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
7．由于放射性元素的半衰期很短，所以在自然界一直未被发现，只是在使用人工的方法制造后才被发现．已知经过一系列衰变和衰变后变成，下列论断中正确的是（ ）
A．衰变过程中原子核的质量和电荷量守恒
B．的原子核比的原子核少28个中子
C．衰变过程中共发生了7次衰变和4次衰变
D．经过两个半衰期后含有的矿石的质量将变为原来的四分之一
8．以下说法正确的是
A．汤姆生发现电子，说明了原子具有核式结构
B．16 个某种放射性元素的原子核，经过一个半衰期后，将会有8个原子核发生衰变
C．20 世纪初建立的量子力学和爱因斯坦提出的狭义相对论表明经典力学不再适用于微观粒子和高速运动物体
D．一个运动的物体，如果不再受力了，它总会逐渐停下来．这说明：静止状态才是物体不受力时的“自然状态”
9．某放射性元素X的原子核发生了β衰变，产生了新的元素Y原子核，同时放出γ光子，下列判断正确的是
A．X原子核放出β射线，表明X原子核内有β粒子
B．光子来自X原子核
C．Y比X原子序数小
D．Y原子核比X原子核核子平均质量小
10．放射性同位素钍232经、衰变会生成氧，其衰变方程为，其中（　　）
A．， B．， C．， D．，
11．下列说法正确的是（　　）
A．衰变为要经过4次衰变和2次衰变
B．衰变中产生的射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的
C．查德威克发现了中子，并第一次实现了人工合成放射性同位素
D．汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子，并准确测出了电子的电荷量
12．下列说法正确的是
A．发现中子的核反应方程是
B．20个原子核经过一个半衰期后，还有10个未发生衰变
C．一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁，最多可释放出3种频率的光子
D．是核衰变反应方程
13．一种元素的几种同位素，它们的（ ）
A．中子数一定相同 B．质子数一定相同
C．质量数一定相同 D．化学性质一定相同
14．一个质子以1.4×107 m/s的速度撞一个孤立的静止铝原子核后被俘获，铝原子核变成硅原子核。已知铝原子核的质量是质子的27倍，硅原子核的质量是质子的28倍，则下列说法正确的是（　　）
A．核反应方程为
B．核反应方程为
C．硅原子核速度的数量级为107 m/s
D．硅原子核速度的数量级为105 m/s
二、填空题
15．发生一次α衰变后得到，原子核内含有______个中子；1919年英国物理学家卢瑟福用α粒子轰击氮核，得到了和质子，其核反应方程为____________________ 。
16．甲、乙两种放射性元素质量为和，经过60天后它们的质量相等。已知甲的半衰期为20天，乙的半衰期为30天，则它们的质量之比=______。
17．放射性元素具有半衰期，如果将某种放射性元素制成核电池，带到火星上去工作．火星上的温度等环境因素与地球有很大差别，该放射性元素到火星上之后，半衰期________（填“发生”或“不发生”）变化．若该放射性元素的半衰期为T年，经过________年，该元素还剩余12.5%．
18．放射性元素经过_______次α衰变和_____次β衰变变成了稳定元素衰变同时往往会伴随_______辐射．
三、综合题
19．在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于放出一个α粒子，结果得到一张两个相切圆的径迹照片（如图所示），今测得两个相切圆半径之比r1∶r2＝1∶44。求：
（1）这个原子核原来所含的质子数是多少？
（2）图中哪一个圆是α粒子的径迹？（说明理由）
20．匀强磁场中有一静止的原子核X，它自发地射出一个α粒子，α粒子的速度方向与磁感线垂直，若它在磁场中做圆周运动的半径为R，则反冲核的轨迹半径多大？
21．考古中常用碳14测年，以前距今5000年左右的样品的测年误差在正负200多年，现在应用高精度加速器质谱测年技术，误差可以缩窄到正负50年。为了测定古物的年代，可通过测定古物中碳14与碳12的比例来实现，其物理过程可简化为如图所示，碳14与碳12经电离后的原子核带电量都为q，从容器A下方的小孔S不断飘入电压为U的加速电场，经过S正下方的小孔O后，沿SO方向垂直进入磁感应强度为B、方向垂直纸面向外的匀强磁场中，最后打在相机底片D上并被吸收。已知D与O在同一平面内，其中碳12在底片D上的落点到O的距离为x，不考虑粒子重力和粒子在小孔S处的初速度。
(1)碳14具有放射性，会发生β衰变，请写出它的衰变方程；
(2)求碳12的比荷；
(3)由于粒子间存在相互作用，从O进入磁场的粒子在纸面内将发生不同程度的微小偏转（粒子进入磁场速度大小的变化可忽略），其方向与竖直方向的最大偏角为α，求碳12在底片D上的落点到O的距离的范围。
22．一个静止在磁场中的（镭核），发生衰变后转变为氡核（元素符号为）。已知衰变中释放出的粒子的速度方向跟匀强磁场的磁感线方向垂直。设镭核、氡核和粒子的质量依次是、、，衰变的核能都转化为氡核和粒子的动能。求
(1)写出衰变方程；
(2)氡核和粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的轨道半径之比；
(3)氡核的动能。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．B
【详解】
A．原子由原子核和核外电子组成，故 A正确；
B．原子核的质量与电子的质量和就是原子的质量，故B错误；
C．原子核的电荷数就是核中的质子数，故C正确；
D．原子序数等于核电荷与电子电荷大小的比值，故D正确．
本题选错误的，故选B．
2．A
【详解】
A．密立根通过油滴实验测出了电子的电量，汤姆孙发现了电子，故A错误；
B． 卢瑟福根据粒子散色实验提出了原子的核式结构模型，故B正确；
C． 贝可勒尔发现了铀和含铀矿物的天然放射现象，故C正确；
D．伦琴发现了X 射线，故D正确。
本题选错误的，故选 A。
3．A
【详解】
根据电荷数和质量数守恒，则有
，
解得m=1，n=0，故X是中子
故选A。
4．B
【详解】
A．根据玻尔理论，原子中的电子绕原子核告诉运转的轨道半径是特定的，故A错误；
B．宏观物体的物质波波长非常小，极不易观察到它的波动性，故B正确；
C．β衰变中产生的β射线实际上是原子核内的中子转化为质子时放出的电子，故C错误；
D．半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少量的原子核不适用，故D错误。
故选B。
5．A
【详解】
A．黑体辐射随着温度的升高，各种波长的辐射强度都在增加，同时辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，选项A正确；
B．卢瑟福通过α粒子散射实验证实了原子的核式结构理论，并没有证实在原子核内部存在质子，选项B错误；
C．放射性元素原子核的半衰期长短与原子所处的化学状态和外部条件均无关，选项C错误；
D．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时所产生的，选项D错误。
故选A。
6．B
【详解】
AD．卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子具有核式结构，贝克勒尔发现的天然放射现象揭示了原子核具有复杂的结构，故AD错误；
B．氢原子从激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子，故B正确；
C．光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，与入射光的强度和照射时间无关，故C错误。
故选B。
7．C
【详解】
A．的原子核比的原子核质量数少28，电荷数少10，所以衰变过程中原子核的质量和电荷量不守恒，故A错误；
B．的原子核比的原子核质量数少28，电荷数少10，故中子少18个，故B错误；
C．设变为 需要经过x次α衰变和y次β衰变，根据质量数和电荷数守恒则有
93-83=2x y
4x=237 209
所以解得
x=7
y=4
故C正确；
D．经过两个半衰期后的原子核个数变为原来的四分之一，但含有的矿石质量大于原来的四分之一，故D错误。
故选C。
8．C
【详解】
汤姆生发现电子，说明了原子具有复杂的结构，选项A错误；半衰期是大量原子的统计规律，对少数原子不适应，选项B错误； 20 世纪初建立的量子力学和爱因斯坦提出的狭义相对论表明经典力学不再适用于微观粒子和高速运动物体，选项C正确；根据牛顿第一定律可知，一个运动的物体，如果不再受力了，它将保持匀速直线运动状态，故D错误；故选C.
9．D
【详解】
A. β衰变的实质是原子核内的一个中子转化为一个质子和电子，这个电子以β射线的形式释放出来，原子核内并没有粒子，故A错误；
B. γ光子是由于放射性元素X发生衰变产生的新核Y原子核不稳定释放出来的，γ 光子来自Y原子核，故B错误；
C. 发生β衰变，新核的质子数增加1，原子序数变大，故Y比X原子序数大，故C错误；
D. 衰变过程要释放能量，发生质量亏损，所以Y原子核比X原子核核子平均质量小，故D正确。
故选D。
10．D
【详解】
由质量数和电荷数守恒可得
解得
，
故选D。
11．A
【详解】
A．经过4次α衰变和2次β衰变后，则质量数减小16，而质子减小6，因此衰变为要经过4次衰变和2次衰变，故A正确；
B．衰变中产生的β射线实际上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，不是来自核外电子，故B错误；
C．查德威克发现了中子，卢瑟福用α粒子轰击氮核首次实现了原子核的人工转变，故C错误；
D．汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子，密立根测出了电子的电荷量，故D错误。
故选A。
12．AD
【详解】
发现中子的核反应方程是，选项A正确；半衰期是大量原子核的统计规律，对少量原子核不适应，选项B错误； 一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁，最多可释放出种频率的光子，选项C错误； 是核衰变反应方程，选项D正确；故选AD.
13．BD
【详解】
试题分析：一种元素的几种同位素，电荷数相同，即核外电子数相等，核外电子决定化学性质，但同位素的质量数即中子数不同，因此答案为BD
14．AD
【详解】
AB．由核反应方程为
故A正确，B错误；
CD．由动量守恒定律得
解得
故D正确，C错误。
故选AD正确。
15． 144
【详解】
根据质量数守恒可得原子核内含有（238-92）-（4-2）=144个中子；
核反应方程为
16．2：1
【详解】
根据半衰期公式
可得
解得
17． 不发生 3T
【详解】
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，因此半衰期不发生变化；该元素还剩余12.5%，则放射性元素有7/8 的原子核发生了衰变，说明经过了3个半衰期，所以经过了3T年；
18． 6 4 γ
【详解】
试题分析：发生α衰变的次数：次；发生β衰变的次数：次；衰变同时往往会伴随γ辐射．
19．（2）90；（2）见解析
【详解】
（1）设衰变后新生核的电荷量为q1，α粒子的电荷量为q2＝2e，它们的质量分别为m1和m2，衰变后的速度分别为v1和v2，所以原来原子核的电荷量q＝q1＋q2。根据轨道半径公式有
又由于衰变过程中遵循动量守恒定律，则
以上三式联立解得
q＝90e
即这个原子核原来所含的质子数为90。
（2）因为动量相等，所以轨道半径与粒子的电荷量成反比。所以圆轨道2是α粒子的径迹，圆轨道1是新生核的径迹。
20．
【详解】
α粒子与反冲核在垂直于磁场方向上动量守恒，有：mαvα＝m核v核①
又洛伦兹力提供向心力由：Bqv＝
得r＝②
对α粒子有：Rα＝ ③
对反冲核有：R核＝④
联立①③④得：R核＝ Rα.
即R核＝R
21．(1) 见解析 ；(2) ；(3)
【详解】
(1)衰变方程
(2)由题意
又
可得
(3)粒子在磁场中圆运动半径
由图象可知：粒子左偏α角（轨迹圆心为O1）或右偏α角（轨迹圆心为O2）
落点到O的距离相等，均为
L=2rcosθ
故θ=0°时落点到O的距离最大
Lmax=2r=x
故θ=α时落点到O的距离最小
Lmin=2rcosα=xcosα
所以
xcosα≤L≤x
22．(1)；(2)；(3)
【详解】
(1)由质量数和电荷数守恒得衰变方程为
(2)根据
得
两个粒子动量等大，由半径公式
知，得
(3)由质能方程得，因为
可知两粒子动量跟质量成反比，因此氡核分配到的动能为
答案第1页，共2页