山东省怀仁县巨子高中2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-5：3.2原子核衰变及半衰期 学业测评（含解析）

3.2原子核衰变及半衰期
1．下列说法中正确的是（ ）
A．钍的半衰期为24天。1g 钍经过 120 天后还剩0.2g 钍
B．一单色光照到某金属表面时，有光电子从金属表面逸出，延长入射光照射时间，光电子的最大初动能不会变化
C．放射性同位素经α、β衰变会生成，其中经过了2次α衰变和 3 次β衰变
D．大量处于n=4激发态的氢原子向低能级跃迁时，最多可产生4种不同频率的光子
2．由于放射性元素Np的半衰期很短，所以在自然界中一直未被发现，只是在使用人工的方法制造后才被发现。已知Np经过一系列α衰变和β衰变后变成Bi，下列选项中正确的是（　　）
A．Bi的原子核比Np的原子核少28个中子
B．衰变过程中共发生了7次α衰变和4次β衰变
C．Np的半衰期等于任一个Np原子核发生衰变的时间
D．Np经过衰变变成Bi，衰变过程可以同时放出α粒子、β粒子和γ粒子
3．铀是一种放射性元素，它存在多种同位素，是重要的核燃料。一个原子核经过x次α衰变和y次β衰变后变为原子核，则（　　）
A．x=6，y=8 B．x=8，y=10
C．x=8，y=6 D．x=10，y=8
4．关于衰变下列说法正确地是（　　）
A．天然放射现象使人们认识了原子的核式结构
B．原子核发生β衰变时，核的中子数减少1，而质量数不变
C．放射性元素衰变快慢与原子所处的外部条件有关
D．半衰期就是放射性元素全部衰变所用时间的一半
5．1919年，卢瑟福用a粒子轰击氮原子核发现了质子。发现质子的核反应方程为：,则X的原子序数和质量数分别为（　　）
A．8和17 B．7和17 C．6和14 D．10和15
6．一静止的铀核放出一个粒子衰变成钍核，衰变方程为.下列说法正确的是（ ）
A．衰变后钍核的动能等于粒子的动能
B．衰变后钍核的动量大小等于粒子的动量大小
C．铀核的半衰期等于其放出一个粒子所经历的时间
D．衰变后粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量
7．自然界存在的放射性元素的原子核并非只发生一次衰变就达到稳定状态，而是要发生一系列连续的衰变，最终达到稳定状态．某些原子核的衰变情况如图所示(N表示中子数，Z表示质子数)，则下列说法正确的是(　　)

A．由到的衰变是α衰变
B．已知的半衰期是T，则8个原子核经过2T时间后还剩2个
C．从到共发生5次α衰变和2次β衰变
D．图中发生的α衰变和β衰变分别只能产生α和β射线
8．经过一系列α衰变和β衰变后变成，则以下说法正确的是（　　）
A．经过了 6 次α衰变，4 次β衰变
B．经过了 4 次α衰变，2 次β衰变
C．比少16个中子，8个质子
D．比少8个中子，24个质子
9．下列说法中正确的有________。
A．黑体会吸收任何射向它的电磁波，而不向外辐射电磁波
B．光电效应中遏止电压与入射光的频率和阴极材料有关
C．经典物理学无法解释原子的稳定性，但可以解释原子光谱的分立特征
D．人工放射性同位素的半衰期一般比天然放射性物质短得多
10．“嫦娥二号”的任务之一是利用经技术改进的γ射线谱仪探测月球表面多种元素的含量与分布特征。月球表面一些元素（如钍、铀）本身就有放射性，发出γ射线；另外一些元素（如硅、镁、铝）在宇宙射线轰击下会发出γ射线。而γ射线谱仪可以探测到这些射线，从而证明某种元素的存在。下列关于γ射线的说法正确的是（　　）
A．γ射线经常伴随α射线和β射线产生
B．γ射线来自原子核
C．如果元素以单质存在其有放射性，那么元素以化合物形式存在不一定其有放射性
D．γ射线的穿透能力比α射线、β射线都要强
11．铀238经过一次衰变形成钍234，反应方程为：，则放出的粒子x的电荷数为_____，该粒子的电离性比γ射线_____（填“强”，“弱”，“相似”）。
12．某考古队发现一古生物骸骨．考古专家根据骸骨中的含量推断出了该生物死亡的年代．已知此骸骨中的含量为活着的生物体中的1/4，的半衰期为5730年．该生物死亡时距今约 年．
13．1919年，卢瑟福用粒子轰击氮核发现质子科学研究表明其核反应过程是：粒子轰击静止的氮核后形成了不稳定的复核，复核发生衰变放出质子，变成氧核设粒子质量为，初速度为，氮核质量为，质子质量为，氧核的质量为．
写出卢瑟福发现质子的核反应方程；
粒子轰击氮核形成不稳定复核的瞬间，复核的速度为多大？
求此过程中释放的核能．
14．美国“里根”号核动力航空母舰的动力来自核反应堆，其中主要的核反应方程式是
(1)在括号内填出前的系数；
(2)用m1、m2、m3均分别表示核的质量，m表示中子的质量，则上述核反应过程中一个铀235核发生裂变产生的核能ΔE是多少?
(3)假设核反应堆的功率P=6.0×105kW，若一个铀235核裂变产生的能量为2.8×10-11J， 则该航空母舰在海上航行一个月需要消耗多少千克铀235?( 铀235的摩尔质量μ= 0.235kg／mol，一月约为t=2.6×106s，阿伏伽德罗常数NA=6.0×1023 mol-1。（计算结果保留两位有效数字）
参考答案
1．B
【解析】
A．钍的半衰期为24天，1g钍经过120天后，发生5个半衰期，1g钍经过120天后还剩
故A错误。
B．光电效应中，依据光电效应方程Ekm=hγ-W，可知，光电子的最大初动能由入射光的频率和逸出功决定，与入射光照射时间长短无关，故B正确。
C．钍衰变为可知质量数少12，电荷数少4，因为经过一次α衰变，电荷数少2，质量数少4，经过一次β衰变，电荷数多1，质量数不变，可知经过3次α衰变，2次β衰变，故C错误。
D．大量处于n=4激发态的氢原子向低能级跃迁时，最多可产生种不同频率的光子，故D错误。
故选B。
2．B
【解析】
A．的原子核比少10个质子，质子数和中子数总共少28，的原子核比少18个中子，故A错误；
B．设变成需要经过次衰变和次衰变，根据质量数和电荷数守恒则有
联立解得
故B正确；
C．半衰期是大量放射性元素的原子发生衰变的统计规律，对个别的原子没有意义，故C错误；
D．衰变、衰变是独立进行的，不能同时发生，故D错误。
故选B。
3．C
【解析】
根据核反应方程规律：反应前后遵循质量数，电荷数守恒，则有：238=206+4x，92=82+2x-y，可求得：x=8，y=6，故ABD错误，C正确；
故选C。
4．B
【解析】
A．天然放射现象是原子核发生衰变而产生的，说明原子核内部是有结构的，是可以再分的粒子，故A错误；
B．发生β衰变时，是核内的中子转化为一个质子和一个电子，则中子数减少1，而质量数不变，故B正确；
C．放射性元素衰变的快慢由原子核自身的因素决定，跟原子所处的化学状态和外部条件无关，故C错误；
D．原子核的衰变有一定的速率，每隔一定的时间（即半衰期），原子核就衰变掉总数的一半，这个时间即为半衰期，不是指原子量或元素质量减少一半的时间，故D错误。
故选B。
5．A
【解析】
氮和氢的原子序数分别为7和1，粒子的核电荷数和质量数分别为2和4，由反应前后核电荷数和质量数守恒可知，X的原子序数和质量数分别为8和17，故A正确；
故选A。
6．B
【解析】
A．根据可知，衰变后钍核的动能小于粒子的动能，故A错误；
B．根据动量守恒定律可知，生成的钍核的动量与粒子的动量等大反向，故B正确；
C．铀核的半衰期等于一半数量的铀核衰变需要的时间，而放出一个粒子所经历的时间是一个原子核衰变的时间，故两者不等，故 C错误；
D．由于该反应放出能量，由质能方程可知，衰变后粒子与钍核的质量之和小于衰变前铀核的质量，故 D错误。
7．C
【解析】
由到放出负电子，则此衰变是β衰变，选项A错误；半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少数的原子核不适应，选项B错误；变为，质量数少20，则发生了5次α衰变，根据5×2-x=8得，x=2，知发生了2次β衰变，故C正确；图中发生的α衰变和β衰变时，往往伴随γ射线产生，选项D错误；故选C.
8．AC
【解析】
AB．衰变时，质量数守恒，电荷数守恒。设经历了x次α衰变和y次β衰变后变成，每经历一次α衰变，核电荷数减小2，质量数减小4；每经历一次β衰变，核电荷数加1，质量数不变。则
解得
；
故A正确，B错误；
CD．质量数等于质子数加中子数，质子数等于核电荷数。有90个质子，142个中子；有82个质子，126个中子；故比少16个中子，少8个质子。C正确，D错误；
故选AC。
9．BD
【解析】
A．黑体能完全吸收入射到其表面的各种波长的电磁波而不发生反射，但是仍向外辐射电磁波，选项A错误；
B．根据可知，光电效应中遏止电压与入射光的频率和阴极材料有关，选项B正确；
C．经典物理学无法解释原子的稳定性，也无法解释原子光谱的分立特征，选项C错误；
D．人工放射性同位素的半衰期一般比天然放射性物质短得多，选项D正确。
故选BD。
10．ABD
【解析】
AB.γ射线是原子核发生变化时伴随α射线和β射线放出来的，故AB正确；
C.元素的放射性与其为单质还是化合物无关，故C错误；
D. γ射线本质是高速光子流，穿透能力比α射线、β射线都要强，故D正确。
故选ABD。
11．2 强
【解析】
[1]根据核反应前后电荷数、质子数以及质量数守恒得，粒子x的电荷数为2，质量数为4，所以该粒子为α粒子
[2]α射线射线的穿透能力最弱，一张纸即可把它挡住，但是其电离能力最强，γ射线的穿透能力最强，但是其电离能力最弱。
12．11460年
【解析】
核剩下1/4，说明正好经过两个半衰期时间，故该生物死亡时距今约2×5730年=11460年．
13．（1）（2）（3）
【解析】
根据质量数和电荷数守恒可以正确书写核反应方程，α粒子轰击静止的氮核过程中动量守恒，因此根据动量守恒和质能方程可正确解答该题；
【详解】
①根据质量数和电荷数守恒可得α粒子轰击氮核方程为：
②设复核的速度为v，由动量守恒定律得：
解得：
③核反应过程中的质量亏损：
反应过程中释放的核能：。
【点睛】
利用动量守恒和质能方程解答原子物理问题是考查的重点，在平时训练中要加强这方面的训练。
14．（1）3（2） （3）
【解析】
）根据质量数与核电荷数守恒求出系数；先求出质量亏损，然后由质能方程求出产生的核能；根据核反应释放的能量与核潜艇需要的能量求出铀的质量。
【详解】
（1）由质量数与核电荷数守恒可知，产生的中子数为3；
（2）由题意知，质量亏损为△m=m1-m2-m3-2m，由质能方程可知，释放的核能为：△E=△mc2=（ m1-m2-m3-2m）c2；
（3）一个月内核反应产生的总能量为E=Pt
同时：
所以）
可得：
【点睛】
核反应过程中质量数与核电荷数守恒，应用质量数与核电荷数守恒、应用质能方程即可正确解题，注意计算的正确性。