山东省寿光中学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 跟踪训练（含解析）

3.2原子核衰变及半衰期
1．目前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素，比如，有些含有铀、钍的花岗岩等岩石会释放出放射性惰性气体氡，而氡会发生放射性衰变，放射出、、射线，这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道等方面的疾病，根据有关放射性知识可知，下列说法正确的是（　　）
A．氡的半衰期为天，若取4个氡原子核，经天后就一定剩下一个氡原子核了
B．原子核发生一次衰变，该原子外层就失去一个电子
C．天然放射现象中发出的三种射线是从原子核内放出的看不见的射线
D．发生衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了4
2．天然放射性元素衰变时放出的β射线是（ ）
A．电子流 B．光子流 C．中子流 D．质子流
3．用α粒子轰击铝核的核反应方程是：，n为中子，则X的核子数为（　　）
A．15 B．16 C．29 D．30
4．下列射线来自于原子核外的是（ ）
A．α射线
B．β射线
C．γ射线
D．阴极射线
5．2019年5月16日消息，在美国俄亥俄州一所中学发现放射性污染后，家长指责能源部门的失职。下列有关放射性元素的说法中正确的是（　　）
A．Th钍核发生一次衰变时，生成的新核与原来的原子核相比，核子数减少了4个
B．1896年贝克勒尔发现天然放射现象揭开原子核内部信息认为原子核是可分的，从原子核内部释放的射线有射线、射线和射线，X射线
C．放射性元素衰变的快慢与温度有关，温度越高衰变越快
D．放射性元素发生衰变时所释放的电子是原子核内的质子转化为中子时产生的
6．在下列四个核反应方程中，符号“X”表示中子的是
A． B．
C． D．
7．下列说法正确的是（　　）
A．发现中子的核反应方程是
B．20个原子核经过一个半衰期后，还有10个未发生衰变
C．一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁，最多可释放出3种频率的光子
D．是核聚变反应方程
8．用中子轰击静止的Li核，核反应方程如下：。中子的速度为v，质量为m，生成的X核速度方向与中子的速度方向相反，X核与核的速度之比为7：8，质子的质量可近似为m，光速为c。则（　　）
A．X核为核
B．反应过程质量守恒、电荷数也守恒
C．核反应过程中释放的核能全部转化为X核的动能
D．核的速度为
9．英国物理学家卢瑟福在1890年发现，放射性物质放出的射线不是单一的，而是可以分出带正电荷的射线和带负电荷的射线，后来又分出射线。对于这三种射线，下列说法正确的是（　　）
A．射线来源于核外电子 B．射线的电离能力最强
C．射线的穿透能力最强 D．射线是波长很短、能量很高的电磁波
10．下列对物理知识的理解正确的有________．
A．α射线的穿透能力较弱，用厚纸板就能挡住
B．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等
C．放射性元素钋的半衰期为138天，100 g的钋经276天，已发生衰变的质量为75 g
D．质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3，两个质子和两个中子结合成一个α粒子，释放的能量是(m1＋m2－m3)c2
11．天然放射性元素铀可以放出三种射线，其中能被一张纸挡住的是______（选填“α”“β”或“γ”）射线。1934年，约里奥一居里夫妇用该射线去轰击，首次获得了人工放射性同位素，该核反应方程为_________。
12．约里奥·居里夫妇因发现人工放射性而获得了1935年的诺贝尔化学奖。他们发现的放射性元素衰变成的同时放出另一种粒子，这种粒子是_______。是的同位素，被广泛应用于生物示踪技术，1mg随时间衰变的关系如图所示，则4mg的经_________天的衰变后还剩0.25mg。
13．某放射性元素原为8g，经6天时间已有6g发生了衰变，此后它再衰变1g，还需要几天?
14．在磁感应强度为的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了一次衰变.放射出的粒子（）在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为.以、分别表示粒子的质量和电荷量.
（1）放射性原子核用表示，新核的元素符号用Y表示，写出该衰变的核反应方程.
（2）粒子的圆周运动可以等效成-一个环形电流，求圆周运动的周期和环形电流大小
参考答案
1．C
【解析】
A．半衰期具有统计意义，对大量的原子核适用，A错误；
B．衰变所释放的电子来自原子核，是原子核中的一个中子转变为一个电子和一个质子，电子释放出来，B错误；
C．天然放射现象中发出的三种射线是从原子核内放出的看不见的射线，C正确；
D．发生衰变时，电荷数少2，质量数少4，则中子数少2，D错误。
故选C。
2．A
【解析】
天然放射性元素衰变时能够放出的三种射线是α、β、γ．β是电子流，γ是光子流，A正确。
3．D
【解析】
ABCD．将题目中的核反应方程写成
根据电荷数守恒和质量数守恒得
，
解得
，
所以X的电荷数为15，核子数为30，故ABC错误，D正确。
故选D。
4．D
【解析】
α射线、β射线、γ射线都是在放射性物质衰变的过程中放射出的，来自于原子核的衰变，故ABC错误；阴极射线是阴极受热后，原子的核外电子受激发而发射出的电子，故D正确．所以D正确，ABC错误．
5．A
【解析】
A．钍核发生一次衰变，生成的新核与原来的原子核相比，质子数和中子数均减少2个，则核子数减少了4个，故A正确；
B．1896年贝克勒尔发现天然放射现象揭开原子核内部信息，认为原子核是可分的，从原子核内部释放的射线有射线、射线和射线，没有X射线，故B错误；
C．放射性元素衰变的快慢与温度无关，仅由核本身决定，故C错误；
D．放射性元素发生衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的，故D错误。
故选A。
6．C
【解析】
根据核反应过程中质量守恒和电荷数守恒，A中质量数为1，电荷数为1，为质子；B中质量数为0，电荷数为-1，为电子；C中质量数为1，电荷数为0，为中子；D中质量数为0，电荷数为-1，为电子；故C正确ABD错误。
故选C。
7．A
【解析】
A．根据物理学史的知识可知，发现中子的核反应方程是
故A正确；
B．半衰期在大量放射性元素衰变的统计规律，半衰期只适用于大量原子核而言才有意义，故B错误；
C．一群处于能级的氢原子向低能级跃迁，根据
可知，最多时放出6种频率的光子，故C错误；
D．核反应
中，释放出粒子，是衰变反应方程，故D错误。
故选A。
8．D
【解析】
A．根据质量数守恒，电荷数守恒可知，X电荷数为1，质量数为3，故X核为核，故A错误；
B． 反应过程电荷数守恒，但释放能量，存在质量亏损，质量不守恒，故B错误；
C． 核反应过程中释放的核能全部转化为X核和氦原子核的动能，故C错误；
D．反应中动量守恒
X核与核的速度之比为7：8，代入解得
故D正确。
故选D。
9．D
【解析】
A．β射线来源于原子核内部的反应，是中子转化为质子和电子时产生的，故A错误；
BD．γ射线是波长很短、能量很高的电磁波，电离能力最弱，穿透能力最强，故B错误，D正确；
C．α射线的电离能力最强，穿透能力最弱，故C错误。
故选D。
10．AC
【解析】
A、α射线在空气中的射程只有几厘米，只要一张纸就能挡住．A正确
B、根据德布罗意波长计算表达式，又，质子的质量大于电子，当它们动能相等时，质子的动量大于电子，所以质子的德布罗意波长比电子小．B错误
C、元素钋的半衰期为138天，经276天发生两次衰变，质量变成原来的1/4，所以已发生衰变的质量为75 g，C正确
D、根据质能方程可得，两个质子和两个中子结合成一个α粒子，释放的能量是(2m1＋2m2－m3)c2，D错误
11．α
【解析】
[1] α射线贯穿能力很弱，电离作用很强，一张纸就能把它挡住，α射线是高速氦核流；β射线能贯穿几毫米厚的铝板，电离作用较强，是原子核中的一个中子转化成一个质子，同时释放出β射线；γ射线穿透本领最强，甚至能穿透几厘米厚的铅板，是原子核发生衰变时释放的能量以γ光子的形式辐射出来的；
[2] 1934年，约里奥—居里夫妇用α射线去轰击铝箔，发现了中子，其人工核反应方程为：
12．正电子 56
【解析】
[1]核反应方程式为，由质量数守恒知X的质量数为0，由电荷数守恒知X的质子数为1，所以X为正电子。
[2]由图象知半衰期大约为15天，由公式
解得
t=60天
即4mg的经60天的衰变后还剩0.25mg。
13．3天
【解析】
由半衰期公式，可得，解得：
即放射性元素从8g衰变6g余下2g时需要2个半衰期。因为天，所以：
天
即半衰期是3天，而余下的2 g衰变1 g需1个半衰期天。故此后它衰变1 g还需3天。
14．（1） （2）
【解析】
(1)根据质量数与核电荷数守恒可知，反应方程为：
(2)设粒子的速度大小为v，根据牛顿第二定律：，可得：
即粒子在磁场中的运动周期为：
环形电流大小为：