高中物理人教版选修3-5能力提升测试卷：第十九章 课时2放射性元素的衰变+Word版含答案
文档属性
| 名称 | 高中物理人教版选修3-5能力提升测试卷：第十九章 课时2放射性元素的衰变+Word版含答案 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 56.9KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2019-06-03 10:32:37 | ||
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文档简介
课时2 放射性元素的衰变
一、选择题
1．(多选)对天然放射现象，下列说法中正确的是( )
A．α粒子带正电，α射线一定是从原子核中射出的
B．β粒子带负电，β粒子有可能是核外电子
C．γ射线是光子，γ射线有可能是原子从高能级向低能级跃迁产生的
D．α射线、β射线、γ射线都是从原子核内部释放出来的
答案 AD
解析 α衰变的实质是原子核中的两个质子和两个中子结合在一起形成一个氦核发射出来的；β衰变的实质是原子核内的一个中子变成一个质子和一个电子，释放出电子；γ射线是伴随α衰变和β衰变产生的，是衰变产生的新原子核从高能级向低能级跃迁产生的。这三种射线都是从原子核内部释放出来的。故选A、D。
2．(多选)下列对原子核衰变的描述，正确的是( )
A．放出一个β粒子后，原子核的中子数减1，原子序数少1
B．放出一个α粒子后，原子核的质量数少4，核电荷数少2
C．放出一个β粒子后，原子核的质量数不变，核电荷数加1
D.Ra经过5次α衰变和4次β衰变后变为Pb
答案 BCD
解析 β衰变的规律为核的电荷数增加1，质量数不变，A错误，C正确；α衰变规律：核的电荷数减少2，质量数减少4，B正确；Ra经过5次α衰变和4次β衰变后，质量数减少20，核的电荷数先减少10，再增加4，一共减少6，变为Pb，D正确。
3．一块含铀的矿石质量为M，其中铀元素的质量为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，那么下列说法中正确的是( )
A．经过2个半衰期后，这块矿石中基本不再含有铀
B．经过2个半衰期后，原来所含的铀元素的原子核有发生了衰变
C．经过3个半衰期后，其中铀元素的质量还剩
D．经过1个半衰期后该矿石的质量剩下
答案 C
解析 经过2个半衰期后矿石中剩余的铀应该有，故A、B错误；经过3个半衰期后矿石中剩余的铀还有，故C正确；因为衰变产物大部分仍然留在该矿石中，所以矿石质量没有太大的改变，故D错误。
4．(多选)静止的镭原子核Ra经一次α衰变后变成一个新核Rn，则下列相关说法正确的是( )
A．该衰变方程为88Ra→Rn＋He
B．若该元素的半衰期为τ，则经过2τ的时间，2 kg的 88Ra中有1.5 kg已经发生了衰变
C．随着该元素样品的不断衰变，剩下未衰变的原子核 88Ra越来越少，其半衰期也变短
D．若把该元素放到密闭的容器中，则可以减慢它的衰变速度
E．该元素的半衰期不会随它所处的物理环境、化学状态的变化而变化
答案 ABE
解析 由镭的α衰变方程：88Ra→86Rn＋He，可判断A项正确；由m＝m0可知，t＝2τ，m0＝2 kg时，m＝0.5 kg，则已衰变的镭为m衰＝m0－m＝2 kg－0.5 kg＝1.5 kg，B项正确；放射性元素衰变的快慢是由核内部自身因素决定的，跟元素所处的化学状态、物理环境和元素多少没有关系，C、D两项错误，E项正确。
5．(多选)Th具有放射性，它能放出一个新的粒子而变为Pa，同时伴随有γ射线产生，其方程为Th→Pa＋x，钍的半衰期为24天。则下列说法中正确的是( )
A．x为质子
B．x是钍核中的一个中子转化成一个质子时产生的
C．γ射线是Pa原子核放出的
D．1 g 的Th经过120天后还剩0.2 g
答案 BC
解析 根据衰变方程质量数守恒和电荷数守恒，可判断x的质量数为234－234＝0，电荷数为90－91＝－1，所以x是电子，A错误；放射性元素的放射性来自于原子核内部，电子是由原子核内部的一个中子转化为一个质子而形成的，B正确；γ射线同β射线一样都是来自于原子核，即来自于Pa原子核，C正确；半衰期是针对大量原子核衰变的一个统计规律，1 g 的Th经过120天即5个半衰期，剩余的质量为5 g＝ g，不是0.2 g，D错误。
6．放射性元素氡(Rn)经α衰变成为钋(Po)，半衰期约为3.8天；但勘测表明，经过漫长的地质年代后，目前地壳中仍存在天然的含有放射性元素Rn的矿石，其原因是( )
A．目前地壳中的Rn主要来自于其他放射性元素的衰变
B．在地球形成的初期，地壳中元素Rn的含量足够高
C．当衰变产物Po积累到一定量以后，Po的增加会减慢Rn的衰变进程
D.Rn主要存在于地球深处的矿石中，温度和压力改变了它的半衰期
答案 A
解析 元素半衰期的长短由原子核自身因素决定，与原子所处的物理、化学状态以及周围环境、温度无关，C、D错误；即使元素氡的含量足够高，经过漫长的地质年代，地壳中也几乎没有氡了，一定是来自于其他放射性元素的衰变，A正确，B错误。
7．A、B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α粒子，另一个放出β粒子，α与β粒子的运动方向跟磁场方向垂直，图中a、b、c、d分别表示α粒子、β粒子以及两个剩余核的运动轨迹，则( )
A．a为α粒子轨迹，c为β粒子轨迹
B．b为α粒子轨迹，d为β粒子轨迹
C．b为α粒子轨迹，c为β粒子轨迹
D．a为α粒子轨迹，d为β粒子轨迹
答案 C
解析 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r＝，半径大的应该是电荷量小的α粒子的运动轨迹，A、D错误；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，B错误，C正确。
8．(多选)三个原子核X、Y、Z，X核放出一个正电子后变为Y核，Y核与质子发生核反应后生成Z核并放出一个氦核(He)(质量数、电荷数也守恒)。则下面说法正确的是( )
A．X核比Z核多一个质子
B．X核比Z核少一个中子
C．X核的质量数比Z核质量数大3
D．X核与Z核的总电荷是Y核电荷的2倍
答案 CD
解析 设原子核X的符号为X，则原子核Y为Y，X→e＋Y，H＋Y→He＋Z，故原子核Z为Z。故选C、D。
9．(多选)元素X是Y的同位素，分别进行下列衰变过程：XPQ，YRS。则下列说法正确的是( )
A．Q与S是同位素
B．X与R原子序数相同
C．R比S的中子数多2
D．R的质子数少于上述任何元素
答案 AC
解析 上述变化过程为：XPQ，YRS，由此可知，Q与S为同位素，R比S多两个中子，故A、C正确，B、D错误。
10．放射性在技术上有很多应用，不同的放射源有不同的用途。下表列出了一些放射性元素的半衰期和可供利用的射线。
元素
射线
半衰期
钋210
α
138天
氡222
β
3.8天
,,
元素,射线,半衰期
锶90,β,28年
铀238,α、β、γ,4.5×109年
某铝业公司生产铝薄板，方法是让厚的铝板通过轧辊把铝板轧薄，利用适当的放射线来测定通过轧辊后的薄板厚度是否均匀，可利用的元素是( )
A．钋210 B．氡222 C．锶90 D．铀238
答案 C
解析 题中测定铝薄板的厚度，要求射线可以穿透铝薄板，因此α射线就不合适了，γ射线穿透作用最强，薄板厚度不会影响γ射线穿透效果，所以只能选用β射线，而氡222半衰期太小，铀238半衰期太长，所以只有C较合适。
11．(多选)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粒子和反冲核的轨道半径之比为44∶1，如图所示，则( )
A．α粒子与反冲核的动量大小相等、方向相反
B．原来放射性元素的核电荷数为90
C．反冲核的核电荷数为88
D．α粒子和反冲核的速度之比为1∶88
答案 ABC
解析 由于粒子之间相互作用的过程中动量守恒，初始总动量为零，则最终总动量也为零，即α粒子和反冲核的动量大小相等、方向相反，A正确；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qvB＝得R＝，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p1＝p2，R1∶R2＝44∶1，得Q＝90，B、C正确；它们的速度之比无法求得，D错误。
二、非选择题
12.
原来静止在匀强磁场中的放射性元素的原子核A，发生衰变后放出的一个射线粒子和反冲核都在垂直于磁感线的同一平面运动，形成如图所示的内切圆轨迹，已知大圆半径是小圆半径的n倍，且绕大圆轨道运动的粒子沿顺时针方向旋转。那么：
(1)该匀强磁场的方向一定是垂直于纸面向________。
(2)原子核A的原子序数是________。
(3)沿小圆运动的是________，其旋转方向为________。
答案 (1)里 (2)n－1 (3)反冲核 逆时针
解析 衰变的过程动量守恒，由粒子在磁场中做圆周运动的半径公式R＝可知，小圆是反冲核的运动轨迹，绕行方向为逆时针。由两轨迹圆周内切判断，是β衰变。根据左手定则可知，磁场方向垂直纸面向里。再由半径关系得反冲核的电荷量是β粒子的n倍，由此推出原子核A的原子序数为n－1。
13．放射性元素C的射线被考古学家称为“碳钟”，可用它来测定古生物的年代，此项研究获得1960年诺贝尔化学奖。
(1)C不稳定，易发生衰变，放出β射线，其半衰期为5730年，试写出有关的衰变方程。
(2)若测得一古生物遗骸中C的含量只有活体中的12.5%，则此遗骸的年代距今约有多少年？
答案 (1)C→N＋e (2)17190年
解析 (1)衰变方程为C→N＋e。
(2)活体中C保持动态平衡含量不变，生物死亡后，C持续衰变，设活体中C的含量为m0，遗骸中为m，则由半衰期的定义得m＝m0，即0.125＝，解得＝3，所以t＝3τ＝17190年。
14．室内装修污染四大有害气体是苯系物、甲醛、氨气和氡。氡存在于建筑水泥、矿渣砖、装饰石材及土壤中。氡看不到，嗅不到，即使在氡浓度很高的环境里，人们对它也毫无感觉。氡进入人的呼吸系统能诱发肺癌，是吸烟外导致肺癌的第二大因素。静止的氡核Rn放出一个粒子x后变成钋核Po，钋核的动能为Ek1，若衰变放出的能量全部变成钋核和粒子x的动能。试回答以下问题：
(1)写出上述衰变的方程(请用物理学上规定的符号表示粒子x)；
(2)求粒子x的动能Ek2。
答案 (1)Rn―→Po＋He (2)
解析 (1)氡核Rn放出某种粒子x后变成钋核Po，可以判断发生的是α衰变，衰变方程为：
Rn―→Po＋He。
(2)设钋核的质量为m1、速度为v1，粒子x的质量为m2、速度为v2，根据动量守恒定律，有：
0＝m1v1－m2v2
粒子x的动能：
Ek2＝m2v＝＝×＝。
一、选择题
1．(多选)对天然放射现象，下列说法中正确的是( )
A．α粒子带正电，α射线一定是从原子核中射出的
B．β粒子带负电，β粒子有可能是核外电子
C．γ射线是光子，γ射线有可能是原子从高能级向低能级跃迁产生的
D．α射线、β射线、γ射线都是从原子核内部释放出来的
答案 AD
解析 α衰变的实质是原子核中的两个质子和两个中子结合在一起形成一个氦核发射出来的；β衰变的实质是原子核内的一个中子变成一个质子和一个电子，释放出电子；γ射线是伴随α衰变和β衰变产生的，是衰变产生的新原子核从高能级向低能级跃迁产生的。这三种射线都是从原子核内部释放出来的。故选A、D。
2．(多选)下列对原子核衰变的描述，正确的是( )
A．放出一个β粒子后，原子核的中子数减1，原子序数少1
B．放出一个α粒子后，原子核的质量数少4，核电荷数少2
C．放出一个β粒子后，原子核的质量数不变，核电荷数加1
D.Ra经过5次α衰变和4次β衰变后变为Pb
答案 BCD
解析 β衰变的规律为核的电荷数增加1，质量数不变，A错误，C正确；α衰变规律：核的电荷数减少2，质量数减少4，B正确；Ra经过5次α衰变和4次β衰变后，质量数减少20，核的电荷数先减少10，再增加4，一共减少6，变为Pb，D正确。
3．一块含铀的矿石质量为M，其中铀元素的质量为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，那么下列说法中正确的是( )
A．经过2个半衰期后，这块矿石中基本不再含有铀
B．经过2个半衰期后，原来所含的铀元素的原子核有发生了衰变
C．经过3个半衰期后，其中铀元素的质量还剩
D．经过1个半衰期后该矿石的质量剩下
答案 C
解析 经过2个半衰期后矿石中剩余的铀应该有，故A、B错误；经过3个半衰期后矿石中剩余的铀还有，故C正确；因为衰变产物大部分仍然留在该矿石中，所以矿石质量没有太大的改变，故D错误。
4．(多选)静止的镭原子核Ra经一次α衰变后变成一个新核Rn，则下列相关说法正确的是( )
A．该衰变方程为88Ra→Rn＋He
B．若该元素的半衰期为τ，则经过2τ的时间，2 kg的 88Ra中有1.5 kg已经发生了衰变
C．随着该元素样品的不断衰变，剩下未衰变的原子核 88Ra越来越少，其半衰期也变短
D．若把该元素放到密闭的容器中，则可以减慢它的衰变速度
E．该元素的半衰期不会随它所处的物理环境、化学状态的变化而变化
答案 ABE
解析 由镭的α衰变方程：88Ra→86Rn＋He，可判断A项正确；由m＝m0可知，t＝2τ，m0＝2 kg时，m＝0.5 kg，则已衰变的镭为m衰＝m0－m＝2 kg－0.5 kg＝1.5 kg，B项正确；放射性元素衰变的快慢是由核内部自身因素决定的，跟元素所处的化学状态、物理环境和元素多少没有关系，C、D两项错误，E项正确。
5．(多选)Th具有放射性，它能放出一个新的粒子而变为Pa，同时伴随有γ射线产生，其方程为Th→Pa＋x，钍的半衰期为24天。则下列说法中正确的是( )
A．x为质子
B．x是钍核中的一个中子转化成一个质子时产生的
C．γ射线是Pa原子核放出的
D．1 g 的Th经过120天后还剩0.2 g
答案 BC
解析 根据衰变方程质量数守恒和电荷数守恒，可判断x的质量数为234－234＝0，电荷数为90－91＝－1，所以x是电子，A错误；放射性元素的放射性来自于原子核内部，电子是由原子核内部的一个中子转化为一个质子而形成的，B正确；γ射线同β射线一样都是来自于原子核，即来自于Pa原子核，C正确；半衰期是针对大量原子核衰变的一个统计规律，1 g 的Th经过120天即5个半衰期，剩余的质量为5 g＝ g，不是0.2 g，D错误。
6．放射性元素氡(Rn)经α衰变成为钋(Po)，半衰期约为3.8天；但勘测表明，经过漫长的地质年代后，目前地壳中仍存在天然的含有放射性元素Rn的矿石，其原因是( )
A．目前地壳中的Rn主要来自于其他放射性元素的衰变
B．在地球形成的初期，地壳中元素Rn的含量足够高
C．当衰变产物Po积累到一定量以后，Po的增加会减慢Rn的衰变进程
D.Rn主要存在于地球深处的矿石中，温度和压力改变了它的半衰期
答案 A
解析 元素半衰期的长短由原子核自身因素决定，与原子所处的物理、化学状态以及周围环境、温度无关，C、D错误；即使元素氡的含量足够高，经过漫长的地质年代，地壳中也几乎没有氡了，一定是来自于其他放射性元素的衰变，A正确，B错误。
7．A、B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α粒子，另一个放出β粒子，α与β粒子的运动方向跟磁场方向垂直，图中a、b、c、d分别表示α粒子、β粒子以及两个剩余核的运动轨迹，则( )
A．a为α粒子轨迹，c为β粒子轨迹
B．b为α粒子轨迹，d为β粒子轨迹
C．b为α粒子轨迹，c为β粒子轨迹
D．a为α粒子轨迹，d为β粒子轨迹
答案 C
解析 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r＝，半径大的应该是电荷量小的α粒子的运动轨迹，A、D错误；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，B错误，C正确。
8．(多选)三个原子核X、Y、Z，X核放出一个正电子后变为Y核，Y核与质子发生核反应后生成Z核并放出一个氦核(He)(质量数、电荷数也守恒)。则下面说法正确的是( )
A．X核比Z核多一个质子
B．X核比Z核少一个中子
C．X核的质量数比Z核质量数大3
D．X核与Z核的总电荷是Y核电荷的2倍
答案 CD
解析 设原子核X的符号为X，则原子核Y为Y，X→e＋Y，H＋Y→He＋Z，故原子核Z为Z。故选C、D。
9．(多选)元素X是Y的同位素，分别进行下列衰变过程：XPQ，YRS。则下列说法正确的是( )
A．Q与S是同位素
B．X与R原子序数相同
C．R比S的中子数多2
D．R的质子数少于上述任何元素
答案 AC
解析 上述变化过程为：XPQ，YRS，由此可知，Q与S为同位素，R比S多两个中子，故A、C正确，B、D错误。
10．放射性在技术上有很多应用，不同的放射源有不同的用途。下表列出了一些放射性元素的半衰期和可供利用的射线。
元素
射线
半衰期
钋210
α
138天
氡222
β
3.8天
,,
元素,射线,半衰期
锶90,β,28年
铀238,α、β、γ,4.5×109年
某铝业公司生产铝薄板，方法是让厚的铝板通过轧辊把铝板轧薄，利用适当的放射线来测定通过轧辊后的薄板厚度是否均匀，可利用的元素是( )
A．钋210 B．氡222 C．锶90 D．铀238
答案 C
解析 题中测定铝薄板的厚度，要求射线可以穿透铝薄板，因此α射线就不合适了，γ射线穿透作用最强，薄板厚度不会影响γ射线穿透效果，所以只能选用β射线，而氡222半衰期太小，铀238半衰期太长，所以只有C较合适。
11．(多选)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粒子和反冲核的轨道半径之比为44∶1，如图所示，则( )
A．α粒子与反冲核的动量大小相等、方向相反
B．原来放射性元素的核电荷数为90
C．反冲核的核电荷数为88
D．α粒子和反冲核的速度之比为1∶88
答案 ABC
解析 由于粒子之间相互作用的过程中动量守恒，初始总动量为零，则最终总动量也为零，即α粒子和反冲核的动量大小相等、方向相反，A正确；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qvB＝得R＝，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p1＝p2，R1∶R2＝44∶1，得Q＝90，B、C正确；它们的速度之比无法求得，D错误。
二、非选择题
12.
原来静止在匀强磁场中的放射性元素的原子核A，发生衰变后放出的一个射线粒子和反冲核都在垂直于磁感线的同一平面运动，形成如图所示的内切圆轨迹，已知大圆半径是小圆半径的n倍，且绕大圆轨道运动的粒子沿顺时针方向旋转。那么：
(1)该匀强磁场的方向一定是垂直于纸面向________。
(2)原子核A的原子序数是________。
(3)沿小圆运动的是________，其旋转方向为________。
答案 (1)里 (2)n－1 (3)反冲核 逆时针
解析 衰变的过程动量守恒，由粒子在磁场中做圆周运动的半径公式R＝可知，小圆是反冲核的运动轨迹，绕行方向为逆时针。由两轨迹圆周内切判断，是β衰变。根据左手定则可知，磁场方向垂直纸面向里。再由半径关系得反冲核的电荷量是β粒子的n倍，由此推出原子核A的原子序数为n－1。
13．放射性元素C的射线被考古学家称为“碳钟”，可用它来测定古生物的年代，此项研究获得1960年诺贝尔化学奖。
(1)C不稳定，易发生衰变，放出β射线，其半衰期为5730年，试写出有关的衰变方程。
(2)若测得一古生物遗骸中C的含量只有活体中的12.5%，则此遗骸的年代距今约有多少年？
答案 (1)C→N＋e (2)17190年
解析 (1)衰变方程为C→N＋e。
(2)活体中C保持动态平衡含量不变，生物死亡后，C持续衰变，设活体中C的含量为m0，遗骸中为m，则由半衰期的定义得m＝m0，即0.125＝，解得＝3，所以t＝3τ＝17190年。
14．室内装修污染四大有害气体是苯系物、甲醛、氨气和氡。氡存在于建筑水泥、矿渣砖、装饰石材及土壤中。氡看不到，嗅不到，即使在氡浓度很高的环境里，人们对它也毫无感觉。氡进入人的呼吸系统能诱发肺癌，是吸烟外导致肺癌的第二大因素。静止的氡核Rn放出一个粒子x后变成钋核Po，钋核的动能为Ek1，若衰变放出的能量全部变成钋核和粒子x的动能。试回答以下问题：
(1)写出上述衰变的方程(请用物理学上规定的符号表示粒子x)；
(2)求粒子x的动能Ek2。
答案 (1)Rn―→Po＋He (2)
解析 (1)氡核Rn放出某种粒子x后变成钋核Po，可以判断发生的是α衰变，衰变方程为：
Rn―→Po＋He。
(2)设钋核的质量为m1、速度为v1，粒子x的质量为m2、速度为v2，根据动量守恒定律，有：
0＝m1v1－m2v2
粒子x的动能：
Ek2＝m2v＝＝×＝。