山东省章丘中学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 课时作业（含解析）

3.2原子核衰变及半衰期
1．关于核反应方程，下列说法正确的是（　　）
A．此核反应方程中的X代表的粒子为氢原子核
B．通过降低温度的方法，一定能缩短的半衰期
C．此核反应释放能量
D．此核反应方程属于β衰变，β粒子是核外的电子电离形成的
2．下列有关半衰期的说法中正确的是（　　 ）
A．所有放射性元素都有半衰期，其半衰期的长短与元素的的质量有关
B．半衰期是放射性元素有半数核子发生衰变所需要的时间
C．一块纯净的放射性元素矿石，经过一个半衰期后，它的总质量仅剩下一半
D．放射性元素在高温和高压下，半衰期变短，在与其他物质组成化合物时半衰期要变长
3． 具有天然放射性，会自发地发生衰变，衰变成并放出一个粒子x；在中子的轰击下会发生裂变，用一个中子轰击会裂变成、和n个中子。则关于x和n，下列说法正确的是（　　）
A．x为β粒子
B．x的穿透能力很强
C．n＝9
D．n＝10
4．如图所示，两个相切的圆表示一静止的原子核发生某种核反应后，产生的两种粒子在匀强磁场中的运动轨迹，可能是（　　）
A．原子核发生了重核裂变
B．原子核发生了β衰变
C．原子核放出了一个正电子
D．原子核放出了一个中子
5．用粒子轰击铝核（），产生磷核（）和X粒子，磷核（）具有放射性，它衰变后变成硅核（）和Y粒子，则X粒子和Y粒子分别是（　　）
A．质子，电子 B．质子，正电子 C．中子，正电子 D．中子，电子
6．原子核聚变可望给人类未来提供丰富的洁净能源．当氘等离子体被加热到适当高温时，氘核参与的几种聚变反应可能发生，放出能量．这几种反应总的效果可以表示为6→k+d+2 +43.15MeV由平衡条件可知（?? ）
A．k=1，d=4??????????????????????? B．k=2，d=2??????????????????????? C．k=1，d=6??????????????????????? D．k=2，d=3
7．如图，放射源放在铅块上的细孔中，铅块上方有匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向外．已知放射源放出的射线有α、β、γ三种．下列判断正确的是
A．甲是α射线，乙是γ射线，丙是β射线
B．甲是β射线，乙是γ射线，丙是α射线
C．甲是γ射线，乙是α射线，丙是β射线
D．甲是α射线，乙是β射线，丙是γ射线
8．下面列出的是一些核反应方程中：
， ， ，其中（ ）
A．X是质子，Y是中子，Z是正电子
B．X是正电子，Y是质子，Z是中子
C．X是中子，Y是正电子，Z是质子
D．X是正电子，Y是中子，Z是质子
9．将α、β、γ三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场，下图表示射线偏转情况中正确的是（　　）
A． B．
C． D．
10．核反应堆是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能。是反应堆中发生的许多核反应中的一种，是某种粒子，是粒子的个数，用分别表示核的质量，表示粒子的质量，为真空中的光速，以下说法正确的是（ ）
A．为中子，
B．为中子，
C．上述核反应中放出的核能
D．上述核反应中放出的核能
11．氡222是一种天然放射性气体，被吸入后，会对人的呼吸系统造成辐射损伤．它是世界卫生组织公布的主要环境致癌物质之一．其衰变方程是→＋ ．已知的半衰期约为3.8天，则约经过 天，16g的衰变后还剩1g．
12．恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，当温度达到108K时，可以发生“氦燃烧”。完成“氦燃烧”的核反应方程：＋_______→。是一种不稳定的粒子，其半衰期为2.6×10－16s。一定质量的，经7.8×10－16s后所剩下的占开始时的_______。
13．放射性同位素C被考古学家称为“碳钟”，它可以用来判定古生物体的年代，此项研究获得1960年诺贝尔化学奖。
（1）宇宙射线中高能量的中子碰到空气中的氮原子后，会形成很不稳定的，它很容易发生衰变，放出β射线变成一个新核，其半衰期为5730年，试写出此核反应方程。
（2）若测得一古生物遗骸中的含量只有活体中的12.5%，则此遗骸距今约有多少年？
14．茫茫宇宙空间存在大量的宇宙射线，对航天员构成了很大的威胁，现有一束射线（含有、、三种射线）.
（1）在不影响和射线的情况下，如何用最简单的办法除去射线?
（2）余下的和射线经过如图所示的一个使它们分开的磁场区域，请画出和射线进入磁场区域后轨迹的示意图.
（3）用磁场可以区分和射线，但不能把射线和射线区分开来，为什么? （已知粒子的质量约是粒子质量的8000倍，射线速度约为光速的，射线速度约为光速）
参考答案
1．C
【解析】
A．由电荷数守恒与质量数守恒可知X的质量数为4，电荷数为2，核反应方程为
所以此核反应方程中的X代表的粒子为粒子，故A错误；
B．半衰期与外界的温度等条件无关，故B错误；
CD．此反应是衰变，由于发生质量亏损释放能量，故C正确，D错误；
故选C。
2．B
【解析】
放射性元素的半衰期由原子核内部因素决定，与所处的化学状态和外部条件无关，故AD错误；半衰期是放射性元素有半数核子发生衰变所需要的时间，故B正确；一块纯净的放射性元素矿石，经过一个半衰期后，其中的放射性元素的原子的个数只剩下一半，但衰变后的产物仍然存在与矿山中，所以它的总质量要大于原来的一半，故C错误．所以B正确，ACD错误．
3．D
【解析】
AB． 根据质量数守恒与电荷数守恒可知，x的质量数为4，电荷数为2，可知x是α粒子，α粒子的穿透能力较弱，故A错误B错误；
CD． 根据质量数守恒可知n的个数：
n=1+235-136-90=10
故C错误D正确。
故选D。
4．C
【解析】
原子核发生衰变，粒子的速度方向相反，由图可知粒子的运动的轨迹在两侧，根据左手定则可以得知，衰变后的粒子带的电性相同，所以释放的粒子应该是氦核，所以原子核发生的可能是α衰变或者放出一个正电子，故C符合题意，ABD不符合题意。
故选C。
5．C
【解析】
根据质量数和电荷数守恒可知：X的质量数27+4-30=1，电荷数13+2-15=0，所以X的质子数为0，质量数为1，是中子；Y的质量数30-30=0，电荷数15-14=1，所以Y的质子数为1，质量数为0，是正电子。
故选C。
6．B
【解析】
在核反应的过程由质量数守恒可得6×2=4k+d+2×1 ①，根据核电荷数守恒可得6×1═2k+d②，联立①②两式解得?k=2，d=2．故选B．
【点睛】
核反应方程遵循四个守恒：质量数守恒、电荷数守恒、能量守恒、动量守恒．
7．B
【解析】
α射线是高速流，一个α粒子带两个正电荷．根据左手定则，α射线受到的洛伦兹力向右，故丙是α射线．β射线是高速电子流，质量数为0，带一个负电荷．根据左手定则，β射线受到的洛伦兹力向左，故甲是β射线．γ射线是γ光子，是电中性的，故在磁场中不受磁场的作用力，轨迹不会发生偏转．故乙是γ射线．
故B正确．
8．D
【解析】
根据电荷数守恒、质量数守恒，知X的电荷数为1，质量数为0，为正电子，Y的电荷数为0，质量数为1，为中子，Z的电荷数为1，质量数为1，为质子，故D正确，ABC错误。
9．AD
【解析】
A、B、因射线是高速氦核流，一个粒子带两个正电荷根据左手定则，射线受到的洛伦兹力向左，射线是高速电子流，带负电荷根据左手定则，射线受到的洛伦兹力向右，射线是光子，是中性的，故在磁场中不受磁场的作用力，轨迹不会发生偏转，a粒子得质量大，由可知a粒子得半径大；故A正确，B错误．
C、D、因射线实质为氦核流，带正电，射线为电子流，带负电，射线为高频电磁波，根据电荷所受电场力特点可知：向左偏的为射线，不偏的为射线，向右偏的为射线，a粒子得质量大则沿电场方向加速度小，相等时间内得偏移量小；因此C错误，D正确；
故选AD．
【点睛】
熟练掌握α、β两种衰变实质以及衰变方程的书写，同时明确α、β、γ三种射线性质及应用．本题综合性较强，主要考查两个方面的问题：①三种射线的成分主要是所带电性．②洛伦兹力的方向的判定．只有基础扎实，此类题目才能顺利解决，故要重视基础知识的学习
10．BC
【解析】
AB.由核电荷数守恒知X的电荷数为0，故X为中子；由质量数守恒知a=3，故A不符合题意，B符合题意；
CD.由题意知，核反应过程中的质量亏损△m=mu-mBa-mKr-2mn，由质能方程可知，释放的核能△E=△mc2=（mu-mBa-mKr-2mn）c2，故C符合题意，D不符合题意；
11．，15.2
【解析】
根据衰变过程中，质量数与电荷数守恒可知，该衰变过程中，所释放的粒子的质量数为A＝222－218＝4，电荷数为Z＝86－84＝2，所以该粒子为，根据半衰期公式有：m＝m0，代入数据解得：t＝4τ＝15.2天
12．
【解析】
[1]根据电荷数守恒、质量数守恒，未知粒子的质量数为4，电荷数为2，为；
[2]半衰期为2.6×10-16s，经7.8×10-16s，即3个半衰期，根据
知剩余占开始时的。
13．(1) ， (2) 17190年
【解析】试题分析：根据电荷数守恒、质量数守恒写出核反应方程；经过一个半衰期，有半数发生衰变，通过剩余的量确定半衰期的次数，从而求出遗骸距今约有多少年。
（1）根据电荷数守恒、质量数守恒得：，
（2）则由半衰期的定义得，即
可得：，所以t =17190年。
点睛：本题关键知道在核反应中电荷数守恒、质量数守恒，以及知道半衰期的定义。
14．(1)由于射线贯穿能力很弱，用一张纸放在射线前即可除去射线(2) (3)见解析
【解析】
(1)由于射线贯穿能力很弱，用一张纸放在射线前即可除去射线；
(2)γ射线不带电，垂直磁场进入磁场中不会受到洛伦兹力，故不偏转，由左手定则可判断出β射线进入磁场中时受竖直向上的洛伦兹力，如图所示.
(3)α粒子和电子在磁场中偏转，根据
得

对射线有
对射线有
故
射线穿过此磁场时，半径很大，几乎不偏转，故与射线无法分离.