山东省宁阳第四中学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 课时练（含解析）

3.2原子核衰变及半衰期
1．由于放射性元素的半衰期很短，所以在自然界一直未被发现，在使用人工的方法制造后才被发现．已知经过一系列α衰变和β衰变后变成，下列论述中正确的是（ ）
A．核 比核少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．衰变过程中共发生了4次α衰变和7次β衰变
D．发生β衰变时，核内中子数不变
2．关于放射性元素的衰变，下列说法中正确的是（　　）
A．氡经一系列衰变变成稳定的，要经过4次α衰变和4次β衰变
B．原子核发生一次β衰变，原子核内的一个质子转变为一个中子
C．三种天然放射线中，电离能力和穿透能力最强的是α射线
D．天然放射现象说明原子具有核式结构
3．天然放射性元素衰变时放出的γ射线是（　　）
A．质子流 B．电子流 C．氦核流 D．电磁波
4．天然放射性元素放出的α、β、γ射线中（　　）
A．三种射线的速度相同
B．α射线的穿透本领最强
C．β射线的本质与阴极射线的相同
D．γ射线在真空中的速度比X射线的大
5．法国物理学家贝可勒尔发现了铀和含铀的矿物质发出看不见的射线，开始了对原子核的研究。一静止的核经α衰变成为核，释放出的总动能为Ek。则衰变后核的动能为（　　）
A．Ek B．Ek C．Ek D．Ek
6．下列射线本质上由电子构成的是（　　）
A．射线 B．射线 C．射线 D．射线
7．查德威克通过原子核的人工转变实验发现了（　　）
A．质子 B．中子 C．电子 D．原子
8．在天然放射现象中，放出的三种射线里有一种射线是带正电的。组成这种射线的是（　　）
A．质子 B．中子 C．电子 D．氦原子核
9．一块含铀矿石的质量为M，其中铀的质量为m，铀发生一系列衰变，最终生成物为铅.已知铀的半衰期为T，则经过时间T，下列说法正确的是
A．这块矿石的质量为0.5M B．这块矿石的质量为
C．这块矿石中铀的质量为0.5m D．这块矿石中铅的质量为0.5m
10．下列说法正确的是（ ）
A．衰变为要经过1次α衰变和1次β衰变
B．衰变为要经过1次α衰变和1次β衰变
C．衰变为要经过4次α衰变和4次β衰变
D．衰变为要经过6次α衰变和4次β衰变
11．放射性同位素的衰变能转换为电能，将某种放射性元素制成“放射性同位索电池”（简称同位素电池），带到火星上去工作，已知火星上的温度、压强等环境因素与地球有很大差别。该放射性元素到火星上之后，半衰期 ________（选填“变大”、“变小”或“不变”）。若该放射性元素的半衰期为T年，经过2T年，质量为m的该放射性元素还剩余的质量为 ______。
12．贝可勒尔发现天然放射现象，揭开了人类研究原子核结构的序幕。如图中P为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线在电场中分成A、B、C三束。
(1)三种射线中，穿透能力最强，经常用来对金属探伤的是________射线；电离作用最强，动量最大，经常用来轰击原子核的是____________射线。
(2)请完成以下与上述粒子有关的两个核反应方程：
Th→Pa＋________；
________。
13．1993年，中国科学院上海原子核研究所制得了一种新的铂元素的同位素.制取过程如下：
（1）用质子轰击铍靶产生快中子；
（2）用快中子轰击汞，反应过程可能有两种：
①生成，放出氦原子核；②生成，同时放出质子、中子；
（3）生成的发生两次衰变，变成稳定的原子核.
写出上述核反应过程.
14．1934年约里奥-居里夫妇用粒子轰击静止的，发现了放射性磷和另一种粒子，并因这一伟大发现而获得诺贝尔物理学奖.
（1）写出这个过程的核反应方程式；
（2）若该种粒子以初速度与一个静止的核发生碰撞，但没有发生核反应，该粒子碰后的速度大小为，运动方向与原运动方向相反，求碰撞后核的速度
参考答案
1．B
【解析】
的原子核比少93-83=10个质子，质子数和中子数总共少237-209=28，故的原子核比少18个中子，故A错误；设变为需要经过x次α衰变和y次β衰变，根据质量数和电荷数守恒则有：93=2x-y+83，4x=237-209，所以解得：x=7，y=4，故B正确，C错误；β衰变是原子核内的中子转化为质子释放一个电子，所以中子数减少，故D错误．故选B．
【点睛】
本题考查了原子核衰变过程中质量数和电荷数守恒的应用，对于这一重点知识，要注意加强练习．
2．A
【解析】
A．氡经一系列衰变变成稳定的，由222=206+4X，86=82+2X-Y，联立解得：X=4次，Y=4次，要经过4次α衰变和4次β衰变，选项A正确；
B．原子核发生一次β衰变，原子核内的一个中子转变为一个质子，选项B错误；
C．三种天然放射线中，电离能力最强的是α射线，穿透能力最强的是γ射线，选项C错误；
D．天然放射现象说明原子核具有复杂结构，选项D错误。
故选A。
3．D
【解析】
天然放射性元素衰变时能够的三种射线是、、，其中射线是光子流，属于电磁波，故ABC错误，D正确。
故选D。
4．C
【解析】
A. γ射线速度为光速，β射线次之，α射线速度最慢，故A错误；
B. γ射线的穿透本领最强，故B错误；
C. β射线的电子来源于原子核，阴极射线的电子来自于核外电子，两者本质都是高速电子流，故C正确；
D. γ射线和X射线的传播速度都是光速，故D错误。
故选C。
5．A
【解析】
根据动量守恒定律
由条件可知
联立解得
故A正确，BCD错误。
故选A。
6．D
【解析】
A．射线是波长低短的电磁波，所以A错误；
B．射线是能量较高，穿透能力极强的电磁波，所以B错误；
C．射线是高速运动的氦原子核，所以C错误；
D．射线是高速电子流，是由电子构成，所以D正确。
故选D。
7．B
【解析】
查德威克通过原子核的人工转变实验发现了中子，为
所以B正确，ACD错误。
故选B。
8．D
【解析】
在天然放射现象中，放出的三种射线里α射线即氦原子核是带正电的。
故选D。
9．C
【解析】
根据半衰期公式 m余=m（）n，n为半衰期次数，其中n=1，经过1个半衰期后剩余铀核为 ，则这块矿石中铀的质量还剩0.5m，但U变成了Pb，且生成铅质量小于，经过一个半衰期后该矿石的质量剩下会大于（M-）；
A．这块矿石的质量为0.5M，与结论不相符，选项A错误；
B．这块矿石的质量为0.5(M-m) ，与结论不相符，选项B错误；
C．这块矿石中铀的质量为0.5m ，与结论相符，选项C正确；
D．这块矿石中铅的质量为0.5m，与结论不相符，选项D错误；
故选C.
10．BD
【解析】衰变时核电荷数减2，质量数减4，衰变时核电荷数加1，质量数不变；设发生了x次衰变和y次衰变，则根据质量数和电荷数守恒有：，，解得x=1，y=0，A错误；设发生了x次衰变和y次衰变，则根据质量数和电荷数守恒有：，解得x=1，y=1，故衰变过程为1次哀变和1次衰变，B正确；设发生了x次衰变和y次衰变，则根据质量数和电荷数守恒有：，解得x=4，y=2，故衰变过程中共有4次衰变和2次衰变，故C错误；设发生了x次衰变和y次衰变，则根据质量数和电荷数守恒有：，解得x=6，y=4，故衰变过程中共有6次衰变和4次衰变，D正确．
11．不变 0.25m
【解析】
[1]．放射性元素的半衰期与外界条件无关，则放射性元素到火星上之后，半衰期不变。
[2]．经过2T年，质量为m的该放射性元素还剩余的质量为
12．B C
【解析】
(1)[1][2]α射线为氦核，带正电，β射线为电子流，带负电，γ射线为高频电磁波，故根据电荷所受电场力特点可知：A为β射线、B为γ射线、C为α射线；而三种射线中，穿透能力最强，经常用来对金属探伤的是γ射线，即为B射线；电离作用最强，动量最大，经常用来轰击原子核的是α射线，即为C射线。
(2)[3]根据核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒，则未知的生成物的质量数为0，电荷数为-1，则为电子；
[4]根据核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒，则未知的反应物的质量数为4，电荷数为2，则为氦核。
13．（1）（2）①② （3）
【解析】
(1)用质子轰击铍靶产生快中子，根据质量数守恒和电荷数守恒，核反应方程为：
。
(2)①用快中子轰击汞，生成，放出氦原子核，根据质量数守恒和电荷数守恒，核反应方程为：
。
②用快中子轰击汞，生成，同时放出质子、中子。根据质量数守恒和电荷数守恒，核反应方程为：
(3)生成的发生两次衰变，变成稳定的原子核，根据质量数守恒和电荷数守恒，核反应方程为：
，
14．（1） （2）运动方向与该粒子原运动方向相同
【解析】
(1)根据核反应前后质量数守恒和电荷数守恒知核反应方程式为：。
(2)设该种粒子的质量为m，则核的质量为，碰撞后核的速度为v2
由动量守恒定律可得:
解得:
则碰撞后核的运动方向与该粒子原运动方向相同。