5.2原子核衰变及半衰期专项测试（word版含答案）

5.2、原子核衰变及半衰期
一、选择题（共16题）
1．碳14（）是碳元素的一种具有放射性的同位素，会发生β衰变。下列说法正确的是（　　）
A．碳14发生β衰变的衰变方程为→+
B．碳14发生β衰变的衰变方程为→+
C．若环境温度升高，则碳14的半衰期变长
D．若环境温度升高，则碳14的半衰期变短
2．下列四幅图分别对应着四种说法，其中正确的是
A．氢原子辐射出一个光子后，电势能增大，动能减小
B．根据α、β、γ射线的特点可知，射线1是α射线，射线2是γ射线，射线3是β射线
C．天然放射性元素的半衰期由原子核内部自身的因素决定，跟所处的化学状态和外部条件无关
D．重核的裂变反应方程可以有
3．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
4．钍核（）具有放射性，它能放出一个新的粒子而变为镤核（），同时伴随有γ射线产生，其方程为．则x粒子为
A．质子 B．中子 C．α粒子 D．β粒子
5．下列说法正确的是（ ）
A．一束光照射到某金属表面上产生了光电效应，增大光的强度可以增加光电子的最大初动能
B．查德威克发现中子的核反应方程式是：
C．铋210的半衰期是5天，1克铋210经过10天全部衰变为其它原子核
D． 衰变为 要经过4次 衰变和2次 衰变
6．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
7．我国近年来在原子核物理研究方面取得了一系列的研究成果，其中“新核素的合成和研究”项目组在世界上首次建立了短寿命缺中子核铒153和镱157两个重要核素的衰变纲图和具有重要物理意义的新的三粒子态、新的同质异能态和核基态形状新的突变点。对铒153（）和铒167（）进行比较，其中短寿命缺中子核铒153的缺中子的含义是其中子数少于（　　）
A．质子数 B．核电荷数
C．铒167的质子数 D．铒167的中子数
8．人工合成的稀有气体元素118号元素经过一系列衰变后成为新元素，下列说法正确的是（　　）
A．若增大压强，可以增大的半衰期
B．的中子数比的中子数多18
C．118号元素经过8次衰变和2次衰变后成为新元素
D．若的半衰期为，12个经过2个半衰期后剩余3个
9．下列说法中正确的是（　　）
A．β衰变现象说明电子是原子核的组成部分
B．玻尔理论认为，原子中的核外电子轨道是量子化的
C．“原子由电子和带正电的物质组成”是通过卢瑟福α粒子散射实验判定的
D．天然放射性元素（钍）共经过4次衰变和6次β衰变变成（铅）
10．、两种放射性元素，原来都静止在同一匀强磁场中，磁场方向如图所示，其中一个放出粒子，另一个放出粒子，与粒子的运动方向跟磁场方向垂直，图中、、、分别表示粒子、粒子以及两个剩余核的运动轨迹，则（ ）
A．为粒子轨迹，为粒子轨迹
B．为粒子轨迹，为粒子轨迹
C．为粒子轨迹，为粒子轨迹
D．为粒子轨迹，为粒子轨迹
11．放射性元素A经过1次衰变和1次衰变后生成一新元素B，则元素B在元素周期表中的位置较元素A的位置向前移动了（　　）
A．1位 B．2位 C．3位 D．4位
12．放射性元素钋（Po）发生衰变时，会产生He和一种未知粒子，并放出γ射线，其核反应方程为Po→X＋He＋γ，下列说法正确的是（　　）
A．He的穿透能力比γ射线强
B．y＝206
C．X核的中子个数为126
D．这种核反应为β衰变
13．关于原子学物理知识，下列说法正确的是
A．升高放射性物质的温度，其半衰期变短
B．发生光电效应现象时，增大照射光的频率，同一金属的逸出功变大
C．经过7次α衰变和5次β衰变后变成
D．根据玻尔理论，氢原子向低能级跃迁时只放出符合两能级能量差的光子
14．一个质子和一个中子结合成氘核时，产生γ光子，由此可见
A．氘核的质量等于质子和中子的质量之和
B．氘核的质量小于质子和中子的质量之和
C．核子结合成原子核时会释放核能
D．原子核分解成核子时会释放核能
15．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，其半衰期不变
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、、这三种射线中，射线的穿透能力最强，射线的电离能力最强
D．铀核U衰变为铅核Pb的过程中，要经过8次衰变和6次衰变
16．装修中用到的某些含有Th（钍）的花岗岩会释放出放射性惰性气体Rn（氡），核反应方程为：，而氡会继续发生衰变，放出、、射线，这些射线可能会诱发呼吸道方面的疾病，甚至会导致细胞发生癌变。下列说法正确的是（　　）
A．方程中x=3，y是电子
B．方程中x=2，y是中子
C．1000个氡经过一个半衰期后还剩下500个
D．上述核反应方程中，中子总数减少了2个
二、填空题
17．一个中子与某原子核发生核反应，生成一个氘核，其核反应方程式为_____________，该反应放出的能量为Q，则氘核的比结合能为_____________ 。
18．完成下列核反应方程，并指出其中哪个是发现质子的核反应方程，哪个是发现中子的核反应方程______。
① _____
② _______
③ ______
④ _____
19．(1)核能作为一种新能源在现代社会中已不可缺少，但安全是核电站面临的非常严峻的问题．核泄露中的钚(Pu)是一种具有放射性的超铀元素，钚的危险性在于它对人体的毒性，与其他放射性元素相比钚在这方面更强，一旦侵入人体，就会潜伏在人体肺部、骨骼等组织细胞中，破坏细胞基因，提高罹患癌症的风险．已知钚的一种同位素的半衰期为24100年，其衰变方程为，下列有关说法正确的是______________
A．X原子核中含有143个中子
B．100个经过24100年后一定还剩余50个
C．由于衰变时释放巨大能量，根据E＝mc2，衰变过程总质量增加
D．衰变发出的γ放射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力
(2)氢原子核的光谱在可见光范围内有四条谱线，其中在靛紫色区内的一条是处于量子数n＝4的能级氢原子跃迁到n＝2的能级发出的，氢原子的能级如下图所示，已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·S，则该条谱线光子的能量为________ eV，该条谱线光子的频率为________ Hz.(结果保留3位有效数字)
20．原子核A经过若干次衰变后变成原子核B ， 已知B核的质子数比A核少8，B核的中子数比A核少16，则此衰变过程中共有________次α衰变，________次β衰变．
三、综合题
21．约里奥—居里夫妇因发现人工放射性而获得了1935年的诺贝尔化学奖，他们发现的放射性元素衰变成的同时会放出另一种粒子，这种粒子是何种粒子？是的同位素，被广泛应用于生物示踪技术，1mg随时间衰变的关系如图所示，估算4mg经多少天的衰变会剩下0.25mg？
22．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.
23．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？
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．A
【详解】
AB．根据质量数和电荷数守恒可知碳14发生β衰变的衰变方程为→+，故A正确，B错误；
CD．碳14的半衰期与温度以及其他外部条件无关，故CD错误。
故选A。
2．C
【详解】
一个氢原子放出光子，原子能量减小，根据知，得，电子的动能增大，电势能减小，A错误；三种射线的穿透本领不同，根据射线的特点可知，射线1的穿透本领最弱，是射线，射线3的穿透本领最强，是射线，射线2是射线，B错误；半衰期与其化学性质与化学状态无关，将放射性元素掺杂到其它稳定元素中，并降低其温度，它的半衰期会不变，C正确；重核的裂变是重核俘获一个慢中子后才能发生的，所以核反应方程有，D错误．
3．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。
4．D
【详解】
试题分析：根据核反应方程的电荷数及质量数守恒可知，x的质量数为0，电荷数为-1，即为电子，故x粒子为β粒子，故选D.
5．D
【详解】
A．根据光电效应方程，光电子最大初动能与入射光的频率有关，而与光的强度无关，故A错误；
B．查德威克发现中子的反应方程式是：，故B错误；
C．半衰期是大量放射性元素的统计规律，对个别的放射性原子不能使用，故C错误；
D．衰变为，质量数减小16，而质子数减小6，而经过一次衰变，质量数减小4，质子数减小2，而经过一次衰变质量数不变，则质子数增大1，因此要经过4次衰变和2次衰变，故D正确.
故选D.
6．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。
7．D
【详解】
原子核内的质子带正电，中子不带电，故原子核的核电荷数等于质子数，且同位素的核电荷数和质子数都是相等的，而铒153（）内的中子数等于核子总数减去质子数，即
中子数
所以短寿命缺中子核铒153的中子数还是比质子数多，只是比铒167的中子数少。
故选D。
8．B
【详解】
A．元素的半衰期与物理及化学性质无关，所以增大压强，半衰期不变。A错误；
B．的中子数为
的中子数为
的中子数比的中子数多18，B正确；
C．设经过x次衰变和y次衰变，根据质量数守恒及电荷数守恒得
，
解得
，
C错误；
D．半衰期是个统计概念，大量原子核才符合统计规律。D错误。
故选B。
9．B
【详解】
β衰变中的电子是核内中子转化为质子时释放出来的电子，此现象不能说明电子是原子核的组成部分，选项A错误；玻尔理论认为，原子中的核外电子轨道半径是量子化的，故B正确．通过卢瑟福α粒子散射实验判定的是原子具有核式结构，“原子由电子和带正电的物质组成”不是通过卢瑟福α粒子散射实验判定的，故C错误．天然放射性元素（钍）变成（铅），电荷数少8，质量数少24，设经过n次α衰变，m次β衰变，则有：4n=24，2n-m=8，解得n=6，m=4，故D错误．故选B．
10．C
【详解】
第一个图中：两个相切的圆表示在相切点处是静止的原子核发生了衰变，由于无外力作用，动量守恒，所以原子核发生衰变后，新核与放出的粒子速度方向相反，若它们带相同性质的电荷，则它们所受的洛伦兹力方向相反，则轨道应是外切圆，故左图应该是原子核发生了α衰变．又因为，半径大的应该是电荷量小的α粒子的运动轨迹；
若它们所带电荷的性质不同，则它们的轨道应是内切圆．右图所示的轨迹说明是放出了与原子核电性相反的电荷，故应该是发生了β衰变，半径大的应该是电荷量小的电子的运动轨迹．
A. 为粒子轨迹，为粒子轨迹，与结论不相符，选项A不符合题意；
B. 为粒子轨迹，为粒子轨迹，与结论不相符，选项B不符合题意；
C. 为粒子轨迹，为粒子轨迹，与结论相符，选项C符合题意；
D. 为粒子轨迹，为粒子轨迹，与结论不相符，选项D不符合题意；
11．A
【详解】
根据衰变规律可得方程为
由质量数守恒和电荷数守恒有
，
则x比m大1，则元素B在元素周期表中的位置较元素A的位置向前移动了1位。
故选A。
12．B
【详解】
A．He的穿透能力比γ射线弱，A错误；
B．根据质量数守恒可得
y＝210－4＝206
B正确；
C．X核的中子个数为
206－82＝124
C错误；
D．这种核反应放出α粒子，因此核反应为α衰变，D错误。
故选B。
13．D
【详解】
A．半衰期与温度无关，即升高放射性物质的温度，其半衰期不会发生变化，故A错误；
B．金属的逸出功由金属材料决定，与入射光的频率无关，故B错误；
C．设需要经过x次衰变和y次衰变，根据质量数和电荷数守恒则有：，，所以解得：，，故C错误；
D．根据玻尔理论，氢原子向低能级跃迁时只放出符合两能级能量差的光子，故D正确．
14．BC
【详解】
释放核能的原因是质量亏损，氘核的质量小于质子和中子的质量之和
15．ACD
【详解】
A．半衰期由原子核本身决定，与温度无关，故A正确；
B．衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时产生的，故B错误；
C．在、、这三种射线中，射线的穿透能力最强，射线的电离能力最强，故C正确；
D．由质量数守恒知
即经过8次衰变，再由电荷数守恒知
即经过6次衰变，故D正确。
故选ACD。
16．AD
【详解】
AB．根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，因He质量数为4，电荷数为2，可判断方程中x=3，y是电子，该反应为衰变方程，不可能出现中子，选项A正确，B错误；
C．半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少量原子核衰变不适应，选项C错误；
D．上述核反应为
反应前中子数为232-90=142，反应后中子数为（220-86）+3（4-2）=140，即中子总数减少了2个，选项D正确。
故选AD。
17．
【详解】
根据电荷数守恒、质量数守恒得
该反应释放的能量为Q，则结合能为Q，所以氘核的比结合能为。
18． 方程①是发生质子的核反应方程，方程④是发生中子的核反应方程
【详解】
核反应方程中满足质量数守恒，核电荷数守恒，核反应之前的质量数和电荷数分别等于核反应之后的质量数和电荷数。其中，方程①是发生质子的核反应方程，方程④是发生中子的核反应方程。
19． AD 2.55 6.15×1014
【详解】
(1)A、根据电荷数守恒、质量数守恒知，X的电荷数为92，质量数为235，则中子数为143.故A正确；
B. 半衰期具有统计规律，对大量的原子核适用．故B错误；
C. 由于衰变时释放巨大能量，根据E=mC2，衰变过程总质量减小．故C错误；
D. 衰变发出的γ放射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力．故D正确．
故选AD.
(2)辐射的光子能量△E= 0.85+3.4=2.55eV
根据△E=hγ知，γ=△E/h=2.55×1.6×10 19/6.63×10 34=6.15×1014Hz，
20． 6 4
【详解】
发生α衰变是放出， 发生β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：
2x-y=8，4x=16，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．
21．正电子；56天
【详解】
依题意，根据衰变过程中质量数及核电荷数守恒，可得该衰变方程为
故这种粒子为正电子。由题中图像可以看出的半衰期为14天，则
求得
（天）
22．（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：
23．
【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
答案第1页，共2页