山东省济南历城四中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 达标作业（含解析）

3.2原子核衰变及半衰期
1．下列关于原子核衰变的说法中正确的是（ ）
A．放射性同位素的半衰期长短与地震、风力等外部环境无关
B．衰变现象说明电子是原子核的组成部分
C．氡的半衰期为3. 8天，若取4个氡原子核，经7. 6天后就一定剩下一个氡原子核
D．衰变时放出的射线为原子的核外电子电离后形成的电子流
2．关于放射性的知识，下列说法正确的是（　　）
A．铀238会衰变为钍234，经过两个半衰期后，矿石中原来所含的铀元素的原子核全部发生了衰变
B．γ射线一般伴随着α或β射线产生，在这三种射线中，α射线的穿透能力最强，电离能力最弱
C．β衰变所释放的电子是原子核中的中子转化成质子时产生的
D．发生α衰变时，生成核与原来的核相比，中子数减少了4个
3．关于、β、γ三种射线，下列说法正确的是（　　）
A．射线是带负电的高速电子流
B．β射线是带正电的高速粒子流
C．γ射线是能量很高的电磁波
D．、β、γ三种射线都是高速运动的带电粒子流
4．放射性同位素钍 经一系列α、β衰变后生成氡，以下说法正确的是
A．每经过一次α衰变原子核的质量数会减少2个
B．每经过一次β衰变原子核的质子数会增加1个
C．放射性元素钍 的原子核比氡原子核的中子数少4个
D．钍 衰变成氡一共经过2次α衰变和3次β衰变
5．一个静止的放射性同位素的原子核衰变成，另一个也静止的天然放射性原子核衰变成，在同一磁场中得到衰变后粒子的运动轨迹1、2、3、4，如图所示，则这四条运动轨迹对应的粒子依次是（ ）
A．电子、、、正电子
B．、电子、正电子、
C．、正电子、电子、
D．正电子、、、电子
6．居室装修中经常用到的花岗岩都不同程度地含有放射性元素（含铀、钍等），会释放出α、β、γ射线，这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道疾病.根据有关放射性知识判断下列说法中正确的是（ ）
A．α射线是发生α衰变时产生的，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了4个
B．β射线是发生β衰变时产生的，生成核与原来的原子核相比，质量数减少了1个
C．γ射线是发生γ衰变时产生的，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了 1个
D．在α、三种射线中. 射线的穿透能力最强、电离能力最弱
7．14C发生放射性衰变变为14N，半衰期约为5700年。已知植物存活期间，其体内14C与12C的比例不变；生命活动结束后，14C的比例持续减少。现通过测量得知，某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一。下列说法正确的是（　　）
A．该古木的年代距今约为5700年
B．12C、13C、14C具有相同的中子数
C．14C衰变为14N的过程中放出α射线
D．增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变
8．由铅块包裹的放射源可以从右侧小孔向外发射α、β和γ三种射线，射线出射的速度方向均平行于纸面水平向右，速度大小分别为0.1c，0.99c和c（c为光速），且离开铅块后立刻进入匀强电场和匀强磁场并存的区域，其中电场方向竖直向上，磁场方向垂直纸面向外，区域面积足够大。现调整匀强电场和匀强磁场的强度，使在该区域中仅能观察到两条轨迹a和b，则下列说法正确的是（　　）
A．γ射线一定在a轨迹中
B．β射线一定在b轨迹中
C．a轨迹中可能同时包含α射线和γ射线
D．b轨迹中可能同时包含α射线和β射线
9．与的核聚变反应不产生温室气体，不产生放射性物质，是一种十分清洁、环保的能源，对今后人类社会的可持续发展具有深远意义，该核反应可表示为（X表示某种粒子），则下列说法正确的是（　　）
A．该核反应很容易发生，是目前利用核能的主要方式
B．原子核比原子核稳定
C．X为中子，是原子核的组成部分，最早由查德威克通过实验发现
D．X具有较强的电离能力
10．核电站核泄漏的污染物中含有碘131和铯137。碘131的半衰期约为8天，会释放射线；铯137是铯133的同位素，半衰期约为30年，发生衰变时会辐射射线，下列说法正确的是（　　）
A．碘131释放的射线由氦核组成，衰变的方程是
B．碘131释放的射线是电子流，衰变的方程是
C．与铯137相比，碘131衰变更慢，且铯133和铯137含有相同的质子数
D．铯137衰变时辐射出的光子能量大于可见光光子能量
11．若元素A的半衰期为4天，元素B的半衰期为5天，相同质量的A和B，经过20天后，剩下的质量之比mA：mB=___________。
12．氡是一种天然放射性气体，其衰变方程是＋_______，释放出来的射线叫做_____射线。
13．一个静止的质量为m1的铀核，放出一个质量为m2的α粒子后，衰变成质量为m3的钍核。（已知光速为c）
（1）写出核衰变反应方程
（2）算出该核衰变反应中释放出的核能
（3）假设反应中释放出的核能全部转化为钍核和α粒子的动能，则钍核获得的动能有多大（用字母m1、m2、m3、c表示结果）
14．经过一系列的衰变、衰变后,可以变成稳定的元素，这一过程中衰变和衰变的次数各是多少?
参考答案
1．A
【解析】
A．.放射性元素的半衰期与核内部自身因素有关，与原子所处的化学状态和外部条件无关，故A正确；
BD．衰变是原子核内的中子转变成质子和电子从而放出电子的过程，不说明电子是原子核的组成部分，故BD错误；
C．半衰期的概念只对大量原子核适用，故C错误。
故选A。
2．C
【解析】
本题考查对衰变现象的理解。
【详解】
A．半衰期是指有一半放射性元素发生衰变，两个半衰期还剩余四分之一铀原子核，故A错误；
B．α射线的穿透能力最弱，电离能力最强，故B错误；
C．β衰变所释放的电子是原子核中的中子转化成质子时产生的，故C正确；
D．发生α衰变时，生成核与原来的核相比，质子数减少2个，中子数减少了2个，故D错误。
故选C。
3．C
【解析】
A．高速运动的氦原子核的粒子束，称为α射线，α射线带正电荷，故A错误；
B．β射线由放射性同位素衰变时放出来带负电荷的粒子，故B错误；
CD．γ射线是原子核能级跃迁蜕变时释放出的射线，能量高穿透力强，γ射线不带电，故C正确，D错误。
故选C。
4．B
【解析】
A.经过一次α衰变，电荷数少2，质量数少4，故A错误；
B.经过一次β衰变，电荷数多1，质量数不变，质子数等于电荷数，则质子数增加1个，故B正确；
C.元素钍的原子核的质量数为232，质子数为90，则中子数为142，氡原子核的质量数为220，质子数为86，则中子数为134，可知放射性元素钍的原子核比氡原子核的中子数多8个，故C错误；
D.钍衰变成氡，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D错误。
5．B
【解析】
放射性原子核放出正电子时，正粒子与反冲核的速度方向相反，而电性相同，则两个粒子受到的洛伦兹力方向相反，两个粒子的轨迹应为外切圆.而放射性原子核放出电子时，电子与反冲核的速度方向相反，而电性相反，则两个粒子受到的洛伦兹力方向相同，两个粒子的轨迹应为内切圆.放射性原子核放出粒子时，两带电粒子的动量守恒，由轨迹半径，可得轨迹半径与电荷量成反比，而正电子和电子的电荷量比反冲核的电荷量小，则正电子和电子的轨迹半径比反冲核的轨迹半径都大，故运动轨迹1、2、3、4依次对应的粒子是、电子、正电子、.
A. 电子、、、正电子，与结论不相符，选项A错误；
B. 、电子、正电子、，与结论相符，选项B正确；
C. 、正电子、电子、，与结论不相符，选项C错误；
D. 正电子、、、电子，与结论不相符，选项D错误。
6．D
【解析】
A．α射线是发生α衰变时产生的，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了2个，质子数减少2个，穿透能力最弱，电离能力最强，A错；
B．β射线是发生β衰变时产生的，生成核与原来的原子核相比，质量数不变，质子数增加1个，B错；
CD．γ射线是原子发生α衰变或者β衰变后原子处于高能级状态，原子核由高能级向低能级跃迁时放出的，穿透能力最强，电力能力最弱，C错D对。
故选D。
7．A
【解析】
A．设原来的质量为M0，衰变后剩余质量为M则有
其中n为发生半衰期的次数，由题意可知剩余质量为原来的，故n=1，所以死亡时间为5700年，故A正确；
B．、、具有相同的质子数和不同的中子数，故B错误；
C．衰变为的过程中质量数没有变化而核电荷数增加1，所以是其中的一个中子变成了一个质子和一个电子，所以放出β射线，故C错误；
D．放射元素的半衰期与物理环境以及化学环境无关，故D错误。
故选A。
8．AC
【解析】
本题考查对衰变现象的理解和带电粒子在点磁场中的运动。
【详解】
根据衰变的特点，γ射线不带电，一定在a轨迹中；
α粒子带正电，电场力向上，洛伦兹力向下，电子带负电，电场力向下，洛伦兹力向上。
若α粒子电场力等于洛伦兹力，即
由于电子速度大于α粒子，故电子洛伦兹力大于电场力，向上偏转；
同理若电子电场力等于洛伦兹力，α粒子也向上偏转，故b轨迹中不可能同时包含α射线和β射线。AC正确，BD错误。
故选AC。
9．BC
【解析】
A．该核反应是聚变反应，需要在超高温和超高压的环境下进行的，不容易发生，故A错误；
B．反应过程放出能量，说明后面的能量低，更稳定，则原子核比原子核稳定，故B正确；
C．根据质量数守恒和电荷数守恒有
可知X为，是中子，是原子核的组成部分，最早由查德威克通过实验发现，故C正确；
D．由于中子不带电，因此它的电离能力较弱，故D错误。
故选BC。
10．BD
【解析】
AB．射线实际是电子流，根据核反应电荷数守恒，质量数守恒可得衰变方程为。故A错误，B正确；
C．半衰期是放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，碘131的半衰期为8天，铯137半衰期为30年，碘131衰变更快；同位素是具有相同的质子数和不同的中子数的元素，故铯133和铯137含有相同的质子数，故C错误；
D．射线是高频电磁波，其光子能量大于可见光的能量，故D正确。
故选BD。
11．1:2
【解析】
[1]．根据可知，经过20天后元素A经过了5个半衰期，元素B经过了4个半衰期，则剩下的质量之比
12．
【解析】
[1][2]．根据电荷数守恒、质量数守恒知，未知粒子的电荷数为2，质量数为4，为α粒子（）．因放出的是α粒子，所以衰变是α衰变．
13．（1） （2）(m1– m2–m3)c2 （3）
【解析】
（1）
（2）核衰变反应中的质量亏损Δm=m1– m2–m3
核衰变反应中释放出的核能ΔE=Δmc2=(m1– m2–m3)c2
（3）系统动量守恒，钍核和α粒子的动量大小相等，则：
由题知： 即
所以钍核获得的动能：
14．8；6
【解析】
设经过次衰变，次衰变，则衰变的方程为：
由质量数守恒得：
由电荷数守恒得：
.
解上式可得：
，