上海市龙柏高中2019-2020学年物理沪科版选修3-5：4.2原子核的衰变 配套作业（含解析）

4.2原子核的衰变
1．下列说法中正确的是（ ）
A．天然放射现象的发现，揭示了原子核是由质子和中子组成的
B．玻尔的原子结构理论是在卢瑟福核式结构学说上引进了量子原理
C．γ射线是波长很短的电磁波，它的贯穿能力很弱
D．卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子核有复杂结构
2．一个静止的放射性同位素的原子核衰变为，另一个也静止的天然放射性元素的原子核衰变为，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，则这四条径迹依次是（　　）
A．电子、、、正电子
B．、电子、正电子、
C．、正电子、电子、
D．正电子、、、电子
3．Th具有放射性，经以下连续衰变过程，最后生成稳定的Pb：Th→Ra→Ac→Th→…→Pb，下列说法正确的是
A．Th和Th属于放射性同位素，其原子核中子数相同，质子数不同
B．Ra发生β衰变后变为Ac，说明Ra原子核内有β粒子
C．Ra的半衰期约为6.7年，将该元素掺杂到其他稳定元素中，半衰期将增大
D．整个衰变过程共发生6次α衰变和4次β衰变
4．由放射性元素放出的β粒子是
A．电子 B．氦核 C．光子 D．中子
5．下列说法正确的是（ ）
A．所有的核反应都具有质量亏损
B．β衰变本质是原子核中一个质子释放一个电子而转变成一个中子
C．光子既具有能量，又具有动量
D．宏观粒子不具有波动性
6．目前核电站所用核燃烧主要是浓缩铀发生裂变反应，一种可能的裂变方程为，则下列说法正确的是
A．X原子核中含有86个中子
B．因为裂变释放能量，出现质量亏损，所以裂变后总质量数减少
C．是天然放射性元素，半衰期约为7亿年，随着地球环境的不断变化，半衰期可能变短
D．现已建成的核电站的能量也有利用热核聚变
7．如图，天然放射源铀发出的一束射线经过匀强电场时分裂成1、2、3三种射线，下列说法正确是
A．三种射线都是带电的粒子流
B．射线1实质是高速的质子流
C．射线3是原子的核外电子电离后形成的电子流
D．三种射线都具有很高的能量，说明原子核是一个能量宝库
8．物理学重视逻辑, 崇尚理性, 其理论总是建立在对事实观察基础上, 下列说法正确的是
A．电子的发现使人们认识到原子具有核式结构
B．β射线的发现证实了原子核内部存在电子
C．密立根油滴实验表明核外电子的轨道是不连续的
D．天然放射现象说明原子核是可以再分的粒子
9．下列说法中正确的是(　　)
A．1896年，法国的玛丽·居里首先发现了天然放射线
B．查德威克通过实验验证了原子核内有中子
C．人类认识原子核的复杂结构并进行研究是从发现天然放射现象开始的
D．氢有三种同位素（氕(H)、氘(H)、氚(H)）化学性质不同
10．下列几幅图的有关说法中正确的是
图甲 图乙 图丙 图丁
A．甲图中少数α粒子发生了较大角度偏转，是由于原子的全部正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上
B．乙图中射线丙由 α 粒子组成，每个粒子带两个单位正电荷，射线乙不带电，是高速运动的中子流
C．丙图中强黄光和弱黄光曲线交于 U 轴同一点，说明发生光电效应时最大初动能与光的强度无关
D．丁图为粒子通过气泡室时的照片，通过照片可以分析粒子的动量、能量及带电情况
11．核动力航母利用可控核裂变释放核能获得动力。核反应23592U+10n→14156Ba+9236Kr+yX是若干核反应的一种,其中X为待求粒子,y为X的个数,则X是___(选填“质子”、“中子”、“电子”)，y=___.若反应过程中释放的核能为E，光在真空中的传播速度为c，则核反应的质量亏损表达式为△m=___.
12．如图所示在垂直纸面向外的匀强磁场中，一个静止的镭()发生一次α衰变，生成氡(Rn)时可能的径迹图，其中α粒子的径迹是________，新核的径迹为________，核反应方程为________．
13．会衰变成，衰变的一种方式有γ光子产生，方程：→＋x＋υ＋γ，另一种方式不辐射γ光子，方程：→＋x＋υ，其中υ是中微子（不带电，质量可忽略），x粒子是___，第一种方式衰变时，x粒子最大动能为1.84MeV，γ光子的能量为2.30MeV，忽略核的反冲效应和中微子能量，则第二种方式衰变时， x粒子最大动能为____MeV；
14．是一种常见的反射性元素，它可以衰变成，需要经过多次α衰变和β衰变。
①写出衰变成的核反应方程。
②用波长为300 nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10-19 J。已知普朗克常量为6.63×10-34 J·s，真空中的光速为3.00×108 m·s-1，能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为多少。（结果保留两位有效数字）
15．测得某矿石中铀、铅的质量之比,假设开始时矿石只含有铀238,发生衰变的铀238全部变成铅206,已知铀的半衰期年,求矿石的年龄。
参考答案
1．B
【解析】
【详解】
A．天然放射现象的发现揭示了原子核有复杂的结构，故A错误；
B．玻尔的原子结构理论是在卢瑟福核式结构学说的基础上引人了量子理论，故B正确；
C．γ射线是波长极短的电磁波，它的贯穿能力很强，故C错误；
D．卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子核式结构的模型，故D错误；
2．B
【解析】
【详解】
放射性元素放出正电子时，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．而放射性元素放出β粒子时，β粒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．放射性元素放出粒子时，两带电粒子的动量守恒．由半径公式，可得轨迹半径与动量成正比，与电量成反比，而正电子和β粒子的电量比反冲核的电量小，则正电子和β粒子的半径比反冲核的半径都大，故轨迹1、2、3、4依次是：、电子、正电子、，故B正确，ACD错误．
3．D
【解析】
【详解】
A、和具有相同的质子数属于放射性同位素，其原子核质子数相同，中子数不同，故A错误；
B、发生衰变后变为，是原子核内一个中子转化为一个质子数放出电子，并非原子核内有电子，故B错误；
C、元素的半衰期不随物理和化学状态的改变而改变，故C错误；
D、衰变质量数不变，故，则，发生6次衰变，根据电荷数守恒可知：，得到：，故发生4次衰变，故D正确。
4．A
【解析】
【分析】
【详解】
由放射性元素放出的β粒子是电子流，故选A.
5．C
【解析】
【详解】
由结合能图象可知，只有较重的原子核裂变成中等质量的原子核或较轻的原子核聚变为中等质量的原子核时才有能量释放，具有质量亏损，选项A错；β衰变本质是原子核中一个中子释放一个电子而转变成一个质子，B错；光子作为一种粒子，具有质量、能量和动量，选项C正确；无论是宏观粒子还是微观粒子，都同时具有粒子性和波动性，选项D错。
6．A
【解析】
【详解】
由核反应方程的质量数守恒和电荷数守恒可知：X原子核中含有92-38=54个质子，质量数为235+1-94-2=140个，中子数是140-54=86个；故A正确；因为裂变释放能量，出现质量亏损，所以裂变后总质量减小，但是质量数不变，选项B错误；半衰期与外界因素无关，选项C错误；现已建成的核电站的能量都是利用重核裂变反应，选项D错误；故选A.
7．D
【解析】
A,2射线是不带点的电磁波.
B,1射线是带正电的氦核流；
C,3射线是带负电的电子流；这些电子是原子核内的中子发生变化生成质子和电子，电子被释放出来
8．D
【解析】A，电子的发现使人们认识到原子具有复杂结构，但不能说明原子具有核式结构，故A错误；
B，β射线是原子核发生衰变是的产物，实质是由原子核内一个中子转化为一个质子和电子，并不是说原子核内存在电子，故B错误
C，密立根油滴实验测出了电子的电量，但没有说明电子轨道是不连续的，故C错误；
D，天然放射现象是原子核发生的，所以表明原子核实可以再分的，故D正确；
综上所述本题的答案是: D
9．BC
【解析】
【详解】
A．贝克勒尔首先发现了天然放射现象，故A错误；
B．查德威克通过实验验证了原子核内有中子，选项B正确；
C．人类认识原子核的复杂结构并进行研究是从发现天然放射现象开始的，选项C正确；
D．同位素最外层电子排布相同，化学性质几乎完全相同，故D错误．
10．ACD
【解析】
甲图中少数α粒子发生了较大角度偏转，是由于原子的全部正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上，选项A正确；乙图中射线丙向右偏转，由左手定则可知，它由 α 粒子组成，每个粒子带两个单位正电荷；射线乙不偏转，故不带电，是高速运动的光子流，选项B错误；根据eU截=mvm2=hγ-W，当强黄光和弱黄光曲线交于U轴同一点，说明发生光电效应时最大初动能与光的强度无关，只与光的频率有关，故C正确．由图和根据玻尔理论知道，通过照片可以分析粒子的动量、能量及带电情况．故D正确．故选ACD.
11．中子3
【解析】
【详解】
根据电荷数守恒、质量数守恒得，yX的总电荷数为0，总质量数为3，知X为中子，y等于3。根据爱因斯坦质能方程E=△mc2，则。
12．c d
【解析】
【分析】
【详解】
由动量守恒定律可知 与42He的运动方向相反，故轨迹为外切圆，由可知，电荷量小的42He轨道半径大．则α粒子的径迹是c，新核的径迹为d，核反应方程为．
【点睛】
本题中原子核衰变过程类似于爆炸反冲问题，遵守动量守恒和能量守恒，原子核在磁场中做圆柱运动，应用半径和周期公式解决．
13． 4.14
【解析】由题意可知，衰变： ．结合质量数与质子数守恒，则有：x粒子是 ；
根据质能方程，第一种方式衰变时，释放核能为E=1.84MeV+2.30MeV=4.14MeV，则第二种方式衰变时，x粒子最大动能为EKm=4.14MeV．
点睛：考查核反应方程的书写规律，会根据质量数与质子数守恒来判定粒子，掌握质能方程的应用．注意建立正确的模型是解题的关键．
14．① ②
【解析】
【分析】
【详解】
①发生α衰变是放出42He，发生β衰变是放出电子°-1e，设发生了x次α衰变和y次β衰变，则根据质量数和电荷数守恒有
2x-y+82=92，4x+207=235
解得
x=7，y=4
故衰变过程中共有7次α衰变和4次β衰变。核反应方程为
②根据光电效应方程，光速、波长、频率之间关系为：
将数据，代入上式，则有：
根据据逸出功，得
；
【点睛】
正确解答本题的关键是：理解α、β衰变的实质，正确根据衰变过程中质量数和电荷数守恒进行解题。在学习中要牢记公式以及物理量之间的关系，例如光电效应方程，同时注意逸出功计算时的单位及运算的准确性。
15．4.5×109（年）
【解析】设矿石的年龄为，开始时矿石中的铀原子核的个数为。经过时间后的铀原子核的个数为,由题意有：；已经衰变的铀原子核的个数即为生成的铅原子核的个数，设经过时间后，生成的铅原子核的个数为，有；由题意可知：
解得： (年)