粤教版高中物理选修3-5课时分层作业 13 核衰变与核反应方程 Word版含解析

课时分层作业(十三)
(时间：45分钟　分值：100分)
[基础达标练]
一、选择题(本题共6小题，每小题6分)
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，所以α射线一定是从原子核中射出的
B．β粒子带负电，所以β射线有可能是核外电子
C．γ粒子是光子，所以γ射线有可能是由原子发光产生的
D．γ射线是伴随α衰变和β衰变而产生的
AD　[α衰变的实质是原子核中的两个质子和两个中子结合成一个氦核放出的，β衰变的实质是一个中子变成一个质子和一个电子，然后释放出电子，γ射线是在α衰变和β衰变中产生的，所以这三种射线都是从原子核内部释放出来的．]
2．一个原子核发生衰变时，下列说法中不正确的是(　　)
A．总质量数保持不变
B．核子数保持不变
C．变化前后质子数保持不变
D．总动量保持不变
C　[衰变过程中质量数守恒，又质量数等于核子数，故衰变过程中核子数不变，A、B正确；发生β衰变时，质子数增加中子数减少，C错误；由动量守恒的条件知D正确．]
3．关于天然放射性，下列说法正确的是(　　)
A．元素周期表中的所有元素都具有天然放射性
B．γ射线的实质是高速运动的电子流
C．放射性元素形成化合物后，该元素仍具有放射性
D．α、β和γ三种射线中，γ射线的电离能力最强
C　[不是所有元素都能发生衰变，故A错误．β射线实质是高速运动的电子流，γ射线是波长极短，频率极高的电磁波，故B错误．放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性，故C正确．α、β和γ三种射线中，α射线的电离能力最强，而γ射线的穿透能力最强，故D错误．]
4．天然放射现象中可产生α、β、γ三种射线．下列说法正确的是(　　)
A．β射线是由原子核外电子电离产生的
B. U经过两次α衰变，变为Th
C．α射线的穿透能力比γ射线穿透能力强
D．放射性元素的半衰期不随温度升高而变化
D　[β射线的实质是衰变中产生的电子，故A错误；α衰变过程中，一个原子核释放一个α粒子(由两个中子和两个质子形成的氦原子核)，并且转变成一个质量数减少4，核电荷数减少2的新原子核．所以U经过一次α衰变，变为
Th，故B错误；α、β、γ三种射线分别是氦核、电子、电磁波，三种射线的穿透能力逐渐增强，所以α射线的穿透能力比γ射线穿透能力弱，故C错误；半衰期是由原子核内部性质决定的，与温度无关，故D正确；
5. U(铀核)衰变为Rn(氡核)要经过几次α衰变，几次β衰变(　　)
A．4　3　　　　　　　 B．4　2
C．3　3 D．3　4
B　[因为β衰变的质量数不变，所以α衰变的次数n＝＝4次，在α衰变的过程中电荷数总共少8，则β衰变的次数为m＝8－(92－86)＝2次，故B正确，A、C、D错误．]
6．本题中用大写字母代表原子核．E经α衰变成为F，再经β衰变成为G，再经α衰变成为H.上述系列衰变可记为，另一系列衰变为，已知P是F的同位素，则(　　)
A．Q是E的同位素，R是F的同位素
B．R是E的同位素，S是F的同位素
C．R是G的同位素，S是H的同位素
D．Q是G的同位素，R是H的同位素
B　[以P、F的质量数与电荷数为基数，每次α衰变核的质量数减少4，电荷数减少2，每次β衰变核的质量数不变，电荷数增加1，由此可确定各原子核的情况：；故选项B正确．]
二、非选择题(14分)
7．天然放射性铀(U)发生衰变后产生钍(Th)和另一个原子核．
(1)请写出衰变方程；
(2)若衰变前铀(U)核的速度为v，衰变产生的钍(Th)核的速度为，且与铀核速度方向相同，求产生的另一种新核的速度．
[解析]　(1)U→Th＋He
(2)设另一新核的速度为v′，铀核质量为238m，由动量守恒定律得：238mv＝234m＋4mv′得：v′＝v.
[答案]　(1)见解析　(2)v
[能力提升练]
一、选择题(本题共4小题，每小题6分)
1．(多选)如图为放射性元素放出的三种射线在磁场中的运动轨迹，下列说法正确的是(　　)
A．射线1来自于原子核外的电子
B．射线3的电离作用最强，但不是电磁波
C．射线2的穿透本领最强，工业部门可用其测量产品厚度
D．在车站机场检查行李物品的安检机光源发射的是射线2
BC　[射线在磁场中偏转，根据左手定则可知，射线1带负电，射线2不带电，射线3带正电，则射线3为α粒子，射线2是γ射线，射线1是β射线，其中γ射线穿透能力最强，α射线电离作用最强，A选项错误，B、C选项正确；在车站机场检查行李物品的安检机光源发射的是X射线，D选项错误．]
2．某放射性元素的原子核发生2次α衰变和6次β衰变，关于它的原子核的变化，下列说法中正确的是(　　)
A．中子数减少8 B．质子数减少2
C．质子数增加2 D．核子数减少10
C　[发生2次α衰变质量数减少8，电荷数减少4，发生6次β衰变质量数不变，电荷数增加6，最终质量数减少8，电荷数增加2，所以核子数减少8，质子数增加2，中子数减少10.选项C正确．]
3．一个静止的铀核，放射一个α粒子而变为钍核，在匀强磁场中的径迹如图所示，则正确的说法是(　　)
A．1是α，2是钍 B．1是钍，2是α
C．3是α，4是钍 D．3是钍，4是α
B　[铀核发生α衰变后变为钍核．α粒子和钍核都在匀强磁场中做匀速圆周运动，根据动量守恒定律知，两粒子的速度方向相反，且都带正电，根据左手定则，为两个外切圆．α粒子和钍核的动量大小mv相等，根据r＝分析，电荷量大的轨道半径小，知1是钍核的径迹，2是α粒子的径迹．故B正确，A、C、D错误．]
4．一瓶无害放射性同位素溶液，其半衰期为20天，测得每分钟衰变6×106次，今将这瓶溶液倒入一水库中，80天后可以认为溶液已均匀分布在水库中，现取2 m3水样本测得每分钟衰变20次，则该水库蓄水量为(　　)
A．1.875×104 m3 B．1.875×105 m3
C．3.75×104 m3 D．3.75×105 m3
C　[设水库中的水量为Q m3,80天后水库中所有放射性元素每分钟衰变的次数为10Q，放射性元素原有质量为mo,80天后剩余质量为m.
则有：＝
又m＝m0
联立解得：Q＝3.75×104 m3，故C正确，A、B、D错误；]
二、非选择题(本题共2小题，共26分)
5．(13分)如图所示为某种放射性元素的衰变规律(纵坐标表示任意时刻放射性元素的原子数与t＝0时的原子数之比)，求：
(1)该放射性元素的半衰期(一个月按30天计算)；
(2)在从某古迹中发掘出来的木材中，所含C的比例是正在生长的植物中的80%，放射性C的半衰期是5 700年，根据图象可以推算，该古迹距今约多少年？
[解析]　(1)原子核有半数衰变所需要的时间为半衰期，根据图象可知，当＝0.5时，对应的时间为半衰期，该放射性元素的半衰期是6个月，即为180天．
(2)分析图象可知，当＝0.8时，对应的时间为个半衰期，C的半衰期是5 700年，该古迹距今约1 900年．
[答案]　(1)180　(2)1 900
6．(13分)原子核的能量也是量子化的，Ac能发生β衰变产生新核Th，处于激发态的新核Th的能级图如图所示：
(1)写出Ac发生β衰变的方程；
(2)发生上述衰变时，探测器能接收到γ射线谱线有几条？求出波长最长γ光子的能量E.
[解析]　(1)根据质量数与核电荷数守恒可知，核衰变反应方程为，Ac→Th＋e.
(2)根据氢原子谱线规律可知，C＝3，探测器能接收到γ射线谱线有3条．
根据能级跃迁条件可知，波长最长对应能级差最小，E＝E2－E1＝0.072 1 MeV.
[答案]　(1) Ac→Th＋e
(2)3　0.072 1 MeV