山东省济南中学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 课时训练（含解析）

3.2原子核衰变及半衰期
1．关于核反应的类型，下列表述正确的是（ ）
A．是衰变
B．是衰变
C．是核聚变
D．是核裂变
2．铝核Al被α粒子击中后产生的反应生成物是磷P，同时放出一种粒子，关于这种粒子的下列说法中正确的是（　　）
A．这种粒子在电场中可以被加速或发生偏转 B．这种粒子在磁场中一定不受磁场力作用
C．这种粒子在真空中的速度等于3×108m/s D．在碳14核内有7个这种粒子
3．居家装修中的花岗岩、大理石等装修材料，有的会释放放射性气体氡，氢发生衰变，可诱发多种人体疾病，结合所学放射性知识，下列说法正确的是（　　）
A．衰变的实质在于核内的中子转化成了一个质子和一个电子
B．β射线是原子核外电子电离形成的电子流，它具有中等的穿透能力
C．氡的半衰期为3.8天，20个氡原子核经过7.6天则变为5个原子核
D．发生衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了2
4．在我们的生活中，日常用品、装饰材料、周围的岩石、食盐、香烟等都不同程度地含有放射性元素．其中香烟中含有钋（），具有放射性，其衰变方程为：，半衰期为138天，则下列说法正确的是(　 　)
A．该衰变中释放出的α射线的穿透能力强于γ射线的穿透能力
B．钋（）衰变过程中会释放出能量
C．质量为m的钋核经过276天，剩余的钋核的质量为
D．若采用提高温度的方法，可以改变钋（）的半衰期
5．根据临床经验部分药物在体内的代谢也有与原子核衰变相似的规律.药物的血浆半衰期是指药物在血浆中的浓度下降一半所需的时间.某种药物的血浆半衰期为2小时，一次合理剂量的用药后药物在血浆中的浓度为20毫克/升，若血浆中的药物浓度下降至3毫克/升以下就要补充用药.则该药物的用药时间间隔( )
A．2小时 B．4小时 C．6小时 D．8小时
6．关于天然放射性，下列说法正确的是（　　）
A．所有元素都可能发生衰变
B．、和三种射线，射线的穿透力最强
C．放射性元素的半衰期与外界的温度有关
D．放射性元素与别的元素形成化合物时就没有放射性
7．如图所示，在真空云室中的矩形ABCD区域内存在方向垂直纸面向外的匀强磁场，静止放置在O点的铀238原子核发生衰变，放出射线后变成某种新的原子核，两段曲线是反冲核（新核）和射线的径迹，曲线OQ为圆弧，x轴过O点且平行于AB边。下列说法正确的是（　　）
A．该衰变方程为：
B．曲线OQ是射线的径迹曲线
C．改变磁感应强度的大小，反冲核和射线圆周运动半径的比值随之改变
D．OP是射线的径迹，曲线OQ是反冲核的径迹
8．下列关于物理学方面的知识说法正确的是（　　）
A．原子核发生衰变过程中所放出的γ射线是由衰变的原子核从高能级跃迁到低能级时放出的
B．伽利略通过实验直接说明了力不是维持物体运动的原因
C．库仑发现了电荷之间的相互作用关系，同时提出了场的概念
D．根据速度定义式v，当非常小时，v就可以表示物体的瞬时速度，该定义应用了极限思维法
9．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
10．重元素的放射性衰变共有四个系列，分别是U238系列（从开始到稳定的 为止）、Th232系列、U235系列及Np237系列（从开始到稳定的为止），其中，前三个系列都已在自然界找到，而第四个系列在自然界一直没有被发现，只是在人工制造出后才发现的，下面的说法正确的是
A．Np237系列中所有放射性元素的质量数都等于4n+1（n等于正整数）
B．从到，共发生7次α衰变和4次β衰变
C．可能Np237系列中的所有放射性元素的半衰期对于地球年龄都比较短
D．天然的Np237系列中的放射性元素在地球上从来就没有出现过
11．根据核反应方程，完成填空：粒子中含有__个中子；物理学家卢瑟福用该粒子轰击氮核（），发现了___，该核反应方程是______。
12．发现中子的科学家叫__________ ；其核反应方程式为 ________________ 。
13．在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于放出一个粒子，结果得到一张两个相切圆的径迹照片（如图所示），今测得两个相切圆半径之比，求：
（1）图中哪一个圆是粒子的径迹？（说明理由）
（2）这个原子核原来所含的质子数是多少？
14．氚是最简单的放射性原子核，夜光手表即是利用氚核衰变产生的β射线激发荧光物质发光。氚核发生β衰变过程中除了产生β粒子和新核外，还会放出不带电且几乎没有静止质量的反中微子。在某次实验中测得一静止的氚核发生β衰变后，产生的反中微子和β粒子的运动方向在一直线上，设反中微子的动量为p1，β粒子的动量为p2。求：
（1）氚发生β衰变的衰变方程；
（2）产生新核的动量。
参考答案
1．A
【解析】
A、是衰变，故选项A正确；
B、是人工转变，故选项B错误；
C、是人工转变，故选项C错误；
D、是衰变，故选项D错误。
2．B
【解析】
核反应前后质量数和电荷数守恒可得，核反应方程为
即放出的粒子为不带电的中子。
A．中子不带电，故在电场中不能被加速或发生偏转，A错误；
B．由于中子不带电，因此不受磁场力作用，B正确；
C．实物粒子的速度均小于光速，故C错误；
D．碳14核内的质子数为6，中子数为8，故D错误；
故选B。
3．D
【解析】
AB．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子时产生并发射出来的电子流，它具有中等的穿透能力，故AB错误；
C．半衰期是对大量原子核的统计规律，故C错误；
D．根据α衰变的特点可知，α衰变时，电荷数少2，质量数少4，中子数减少了2，故D正确。
故选D。
4．B
【解析】
A．α射线的穿透能力弱于γ射线的穿透能力，A错误
B．钋（）衰变过程中产生质量亏损，根据质能方程可知，会释放能量，B正确
C．质量为m的钋核经过276天，两个半衰期，每经过一个半衰期质量变为原来的一半，所以经过两个半衰期质量变为原来的，C错误
D．半衰期不会随着温度而改变，D错误
5．C
【解析】
因为药物的血浆半衰期为2小时，经过6小时，即3个半衰期，血浆中的药物浓度下降至2.5毫克/升，所以该药物的用药时间间隔是6小时，故C正确，ABD错误．
故选C
6．B
【解析】
A．有些原子核不稳定，可以自发地衰变，但不是所有元素都可能发生衰变，A错误；
B．α、β和γ三种射线中，γ射线的穿透能力最强，α射线的穿透能力最弱，B正确；
CD．放射性元素的半衰期由原子本身的性质决定的，与所处的物理、化学状态无关，因此无论是单质还是化合物，无论是高温还是低温，半衰期都不会发生变化，CD错误。
故选B。
7．D
【解析】
A．根据粒子的偏转方向及左手的定则可知，新原子核和放处的射线均带正电，故原子核发生的是衰变，衰变方程为，故A错误；
BD．由动量守恒可知，新核和粒子的动量相等，由可知，新核的电荷量大故半径小，故OQ是新核的径迹曲线，OP是射线的径迹，故B错误，D正确；
C．新核和粒子的动量相等，由可知，
即反冲核和射线圆周运动的半径之比与磁感应强度无关，故C错误；
故选D。
8．D
【解析】
A．γ射线是衰变过程中所产生的新原子核由于处于高能级，高能级不稳定，自发跃迁到低能级时放出的，故A错误；
B．伽利略实验是理想实验，故B错误；
C．场的概念是由法拉第提出来的，故C错误；
D．当Δt非常小时，可用Δt这段时间的平均速度表示该段时间任意时刻的瞬时速度，用的是极限思维法，故D正确。
故选D。
9．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
【点睛】
本题需要熟记和理解裂变反应和聚变反应 天然放射现象、射线的性质、衰变方程、物理学史等基础知识点，即可解题．
10．ABC
【解析】
A．Np237系列中所有放射性元素的质量数都等于4n+1（n等于正整数），A正确；
B．根据237-209=4×7，知发生了7次α衰变，根据93-83=2×7-4，知发生了4次β衰变，B正确；
CD．Np237系列中的所有放射性同位素在地球生成时应该是存在的，但由于它们的半衰期都比较短，经过漫长的岁月目前已不存在了，C正确,D错误．
故选ABC.
11．2 质子
【解析】
[1]根据质量数守恒和电荷数守恒知
，
解得m＝4，n＝2，则中子数为4－2＝2；
[2][3]物理学家卢瑟福用该粒子轰击氮核()，发现了质子，该核反应方程是
12．查德威克
【解析】
发现中子的科学家是查德威克，其核反应方程式为
13．（1）圆轨道2是α粒子的径迹，圆轨道1是新生核的径迹（2）90
【解析】
（1）因为动量相等，所以轨道半径与粒子的电荷量成反比，所以圆轨道2是α粒子的径迹，圆轨道1是新生核的径迹。
（2）设衰变后新生核的电荷量为；α粒子的电荷量为，它们的质量分别为和，衰变后的速度分别是和，所以原来原子核的电荷量
。
根据轨道半径公式有
又由于衰变过程中遵循动量守恒定律，则
以上三式联立解得，即这个原子核原来所含的质子数为90。
14．（1）（2）
【解析】
（1）由质量数守恒和电荷数守恒写出氚发生β衰变的衰变方程为：
（2）由于初状态静止，初动量为零，衰变过程中动量守恒，则：
解得产生新核的动量。