山东省古交市第二高级中学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 质量检测（含解析）

3.2原子核衰变及半衰期
1．一 静 止 的 铀 核 放 出 一 个 α粒 子 衰 变 成 钍 核 ， 衰 变 方 程 为，下列说法正确的是（ ）
A．中含有
B．衰变后钍核的动量大小等于α粒子的动量大小
C．衰变后 α粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量
D．200 个铀核经过一个半衰期后就只剩下 100 个铀核
2．已知天然放射现象放出三种射线。下列说法正确是（　　）
A．三种射线分别是氦原子核、电子和中子
B．三种射线中射线速度最快、射线电离作用最强、射线穿透能力最强
C．射线轰击氮原子核可以产生质子，核反应方程为
D．英国物理学家J.J.汤姆孙最早用射线完成著名的“粒子散射实验”并提出核式结构的原子模型
3．实验观察到，静止在匀强磁场中A点的原子核发生β衰变，衰变产生的新核与电子恰在纸面内做匀速圆周运动，运动方向和轨迹示意如图．则（?? ）
A．轨迹1是电子的，磁场方向垂直纸面向外
B．轨迹2是电子的，磁场方向垂直纸面向外
C．轨迹1是新核的，磁场方向垂直纸面向里
D．轨迹2是新核的，磁场方向垂直纸面向里
4．放射性元素放射出的三种射线在匀强电场中偏转情况如图所示，对于这些射线的性质，下面说法中正确的是（　　）
A．射线①电离本领最强 B．射线②电离本领最强
C．射线③贯穿本领最强 D．射线②贯穿本领最强
5．下列核反应式中，X代表粒子的是（ ）
A． B．
C． D．
6．下列与α粒子相关的说法中正确的是（ ）
A．天然放射现象中产生的α射线速度与光速差不多，穿透能力强
B．（铀238）核放出一个α粒子后就变为（钍234）
C．高速α粒子轰击氮核可从氮核中打出中子，核反应方程为
D．丹麦物理学家玻尔进行了α粒子散射实验并首先提出了原子的核式结构模型
7．烟雾探测器使用了一种半衰期为432年的放射性元素镅来探测烟雾。当正常空气分子穿过探测器时，镅衰变所释放的射线会将它们电离，从而产生电流。一旦有烟雾进入探测腔内，烟雾中的微粒会吸附部分射线，导致电流减小，从而触发警报。则（ ）
A．镅放出的是X射线
B．镅放出的是γ射线
C．1mg的镅经864年将有0.75mg发生衰变
D．发生火灾时，烟雾探测器中的镅因温度升高而半衰期变短
8．核反应方程中的X表示
A．中子 B．电子 C．α粒子 D．质子
9．已知的半衰期为24天。经过72天还剩下（　　）
A．0.5g B．1g C．2g D．3.5g
10．在垂直纸面向外的匀强磁场中，某静止的原子核发生了或衰变，衰变后或粒子和反冲核的轨迹如图所示，两图中大圆和小圆的半径之比为45:1。下列说法正确的是（　　）
A．甲图是衰变的轨迹，乙图是衰变的轨迹
B．乙图可能表示92号元素发生了衰变
C．甲图可能表示46号元素发生了衰变
D．甲图是衰变的轨迹，乙图是衰变的轨迹
11．如图(a)是α、β、γ三种射线穿透能力的示意图，图(b)是工业上利用射线的穿透性来检查金属内部的伤痕的示意图，请问图(b)中的检查是利用了____射线。
12．烟雾探测器使用了一种半衰期为432年的放射性元素镅来探测烟雾。当正常空气分子穿过探测器时，镅衰变所释放的射线会将它们电离，从而产生电流，则镅放出的是________（填“α”或“γ”）射线。一旦有烟雾进入探测腔内，烟雾中的微粒会吸附部分射线，导致电流减小，从而触发警报，则发生火灾时，烟雾探测器中的镅半衰期________（填“会”或“不会”）因温度升高而变化。
13．用速度大小为v的中子轰击静止的锂核( Li)，发生核反应后生成氚核和α粒子，生成的氚核速度方向与中子的初速度方向相反，氚核与α粒子的速度之比为7∶8，中子的质量为m，质子的质量可近似看做m，光速为c.
(1)写出核反应方程.
(2)求氚核与α粒子的速度大小.
(3)若核反应过程中放出的核能全部转化为α粒子和氚核的动能，求出质量亏损.
14．1930年英国物理学家考克饶夫和瓦尔顿建造了世界上第一台粒子加速器，他们获得了高速运动的质子，用来轰击静止的锂原子核（），形成一个不稳定的复合核后分解成两个相同的原子核。
(1)写出核反应方程式；
(2)已知质子的质量为m，初速度为v0，反应后产生的一个原子核速度大小为1.5v0，方向与质子运动方向相同，求反应过程中释放的核能。（设反应过程释放的核能全部转变为动能）
参考答案
1．B
【解析】
A．的原子核由质子和中子构成，并不直接含有，是核反应后的产物，故A错误；
B．由于的初动量为零，根据动量守恒定律，衰变后钍核的动量与α粒子的动量等大反向，矢量和为零，故B正确；
C．由于衰变会发生质量亏损，衰变后 α粒子与钍核的质量之和小于衰变前铀核的质量，故C错误；
D．半衰期只有对大量的原子核才成立，对于少数的原子核是没有意义的，故D错误。
故选B。
2．C
【解析】
A．三种射线分别是氦核、电子、电磁波，选项A错误；
B．三种射线中射线速度最快、射线离作用最强、射线穿透能力最强，选项B错误；
C．射线轰击氮原子核可以产生质子，核反应方程为
选项C正确；
D．卢瑟福最早用射线完成著名的“粒子散射实验”并提出核式结构的原子模型，选项D错误。
故选C。
3．D
【解析】
静止的核发生衰变（）由内力作用，满足动量守恒，则新核和电子的动量等大反向，垂直射入匀强磁场后均做匀速圆周运动，由可知，则两个新核的运动半径与电量成反比，即，则新核为小圆，电子为大圆；而新核带正电，电子带负电，由左手定则可知磁场方向垂直纸面向里，选项D正确．
4．D
【解析】
根据粒子在电场中的偏转情况，可以判断①粒子带负电，为β射线，②粒子不带电，为γ射线，③粒子带正电，为α射线，由射线的性质可知，γ射线速度最快，贯穿本领最强，电离能力高低的判断主要依据粒子的带电荷量，γ射线不带电，β射线带一个单位负电荷，α粒子带两个单位正电荷，其电离能力最强。
故选项D正确，ABC错误。
故选D。
5．C
【解析】
A．核反应式，按照质量数守恒、电荷数守恒的规律，可知X应是。故A不符合题意。
B．核反应式，按照质量数守恒、电荷数守恒的规律，可知X应是。故B不符合题意。
C．核反应式，按照质量数守恒、电荷数守恒的规律，可知X应是。故C符合题意。
D．核反应式，按照质量数守恒、电荷数守恒的规律，可知X应是。故D不符合题意。
故选C。
6．B
【解析】
A．天然放射性现象中产生的α射线速度为光速的十分之一，电离能力较强，穿透能力较弱．故A错误；
B．核放出一个α粒子，电荷数少2，质量数少4，则电荷数为90，质量数234，变为，故B正确；
C．高速α粒子轰击氮核可从氮核中打出质子，核反应方程为
故C错误；
D．英国科学家卢瑟福进行了α粒子散射实验并首先提出了原子的核式结构模型，故D错误。
故选B。
7．C
【解析】
AB．镅会释放出射线将它们电离，从而产生电流，而三种射线中α射线能使空气电离，故镅放出的是α射线，故AB错误；
C．半衰期为432年，当经864年，发生两次衰变，1mg的镅将衰变掉四分之三即0.75mg，还剩下0.25 mg没有衰变，故C正确；
D．半衰期由原子核本身的性质决定，与物理条件和化学状态均无关，则温度升高而半衰期不变，故D错误。
故选C。
8．A
【解析】
核反应遵循质量数守恒，电荷数守恒．X的质量数为9+4-12=1，X的电荷数为4+2-6=0．所以为中子．A选项正确．
9．A
【解析】
的半衰期为24天，72天为3个半衰期，由
代入数据解得
故A正确，BCD错误。
故选A。
10．AB
【解析】
放射性元素的原子核，沿垂直于磁场方向放射出一个粒子后进入匀强磁场，在洛伦兹力的作用下都做匀速圆周运动。放射性元素放出粒子，动量守恒，由半径公式分析粒子和粒子与反冲核半径关系，根据洛伦兹力分析运动轨迹是内切圆还是外切圆，判断是哪种衰变。
【详解】
AD．由左手定则知衰变后产生的径迹是两个外切的圆，衰变后产生的径迹是两个内切的圆，甲图是衰变的轨迹，乙图是衰变的轨迹，选项A正确，D错误；
B．根据可知
因为发生衰变后动量守恒，两微粒的动量大小相等，则在磁场中的运动半径之比与电荷数成反比，若92号元素发生了衰变，衰变后两微粒电荷数之比为，故乙图可能表示92号元素发生了衰变，选项B正确；
C．若46号元素发生了衰变，衰变后两微粒电荷数之比为47：1，故甲图不可能表示46号元素发生了衰变，选项C错误。
故选AB。
11．γ
【解析】
[1] α、β、γ三种射线中α射线电离能力最强，γ射线穿透能力最强，因此用γ射线来检查金属内部的伤痕。
12． 不会
【解析】
[1]．射线的电离本领最强，能使空气电离，镅放出的是射线.
[2]．半衰期由原子核本身的性质决定，与物理条件和化学状态均无关，则温度升高而半衰期不变。
13．(1)n＋Li→H＋He(2)v　v　(3)
【解析】
(1)由题意可知，核反应方程为：n＋Li→H＋He
(2)设中子的初速度方向为正方向，由动量守恒定律得：mv＝－3mv1＋4mv2
由题意得：v1∶v2＝7∶8
解得：v1＝v，v2＝v.
(3)氚核和α粒子的动能之和为：Ek＝×3mv12＋×4mv22＝mv2
释放的核能为：ΔE＝Ek－Ekn＝mv2－mv2＝mv2
由爱因斯坦质能方程得，质量亏损为：Δm＝
14．(1)；(2)
【解析】
(1)核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒
(2)核反应过程，动量守恒
根据能量守恒定律