山东省济南中学2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-5：原子核与放射性 单元测试题（含解析）

原子核与放射性
1．一块氡222放在天平的左盘时，需要天平的右盘加444g砝码，天平才能处于平衡，氡222发生α衰变，经过一个半衰期以后，欲使天平再次平衡，应从右盘中取出的砝码为( )
A．222g B．8g
C.2g D．4g
2．下列说法正确的是( )
A．根据天然放射现象，卢瑟福提出了原子的核式结构
B．放射性元素的半衰期会随着压力、温度、化合物种类变化而变化
C．铀()经过多次α、β衰变形成稳定的铅()的过程中，有6个中子转变成质子
D．一个氡核衰变成钋核并放出一个粒子，其半衰期为3.8天，则2g氡经过7.6天衰变，剩余氡的质量是1g
3．2011年3月12日，因强震而出现故障的日本福岛第一核电站发生爆炸，放射性物质泄漏．放射性物质中含有α、β、γ等射线，下列说法正确的是（　　）
A．α射线的穿透性最强
B．γ射线的穿透性最强
C．α射线中含有的粒子是
D．β射线中含有的粒子是
4．图中P为放在匀强电场中的天放射源，其可以放出三种射线，其中射线（氦核）带正电，射线（电子）带负电，射线（电磁波）不带电，其放出的射线在电场的作用下分成a，b，c三束，以下判断正确的是（ 　）

A．a为射线，b为射线
B．a为射线，b为射线
C．b为射线，c为射线
D．b为射线，c为射线
5．如图所示，P为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线在电场的作用下分成a、b、c三束，下列判断正确的是（ ）

A．a为α射线、b为β射线
B．a为β射线、b为γ射线
C．若增大放射源的温度，则其半衰期减小
D．若增大放射源的温度，则其半衰期增大
6．根据有关放射性方面的知识可知，下列说法正确的是(　 　)
A．随着气温的升高，氡的半衰期会变短
B．许多元素能自发地放出射线，使人们开始认识到原子是有复杂结构的
C．放射性元素发生β衰变时所释放的电子来源于核外电子
D．氢核、中子和氘核的质量分别为m1、m2、m3，当氢核与中子结合为氘核时，放出的能量为(m1＋m2－m3)c2
7．下列说法正确的是（　　）
A．氡的半衰期为3.8天，若取4个氡原子核，经7.6天后就一定剩下1个原子核了
B．原子核内的中子转化成一个质子和一个电子，这种转化 产生的电子发射到核外，就是β粒子，这就是β衰变的实质
C．光子的能量由光的频率所决定
D．只要有核反应发生，就一定会释放出核能
E. 按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，电势能增大，原子的总能量不变
8．下列说法中正确的是（　　）
A．玻尔通过对氢原子光谱的研究建立了原子的核式结构模型
B．核力存在于原子核内任意两个核子之间
C．天然放射现象的发现使人类认识到原子核具有复杂的结构
D．光电效应现象和康普顿效应说明光具有粒子性
9．下列说法正确的是____．
A．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，因此，光子散射后波长变长
B．考古学家发现某一骰骨中碳14的含量为活着的生物含量的四分之一，已知碳14的半衰期为5 730年，则确定该生物死亡距今11 460年
C．按照波尔理论，氢原子核外电子从较小半径跃迁到较大半径轨道时，电子的动能减少，原子总能量增大
D．卢瑟福发现了中子，汤姆孙发现了电子
E. 机场、车站等地方进行安检工作时，能轻而易举地窥见箱内物品，利用了γ射线较强的穿透能力
10．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，只是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?，下列论断中正确的是（?）
A．衰变过程中原子核的质量和电荷量守恒
B．的原子核比的原子核少18个中子
C．衰变过程中共发生了7次α衰变和4次β衰变
D．经过两个半衰期后含有的矿石的质量将变为原来的四分之一．
11．能自发地进行β衰变，下列判断正确的是（　　）
A．经β衰变后变成 B．经β衰变后变成
C．发生β衰变时，原子核内一个质子转化成中子 D．发生β衰变时，原子核内一个中子转化成质子
12．下列的若干叙述中，正确的是 （填写正确答案标号，选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每选错1个扣3分，最低得分为0分）
A．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关
B．对于同种金属产生光电效应时，逸出光电子的最大初动能 Ek与照射光的频率成线性关系
C．一块纯净的放射性元素的矿石，经过一个半衰期以后，它的总质量仅剩下一半
D．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，原子的能量也减小了
E. 将核子束缚在原子核内的核力，是不同于万有引力和电磁力的另一种相互作用
13．放射性元素衰变为，此衰变过程的核反应方程是________；用此衰变过程中发出的射线轰击，可得到质量数为22的氖(Ne)元素和另一种粒子，此核反应过程的方程是________．
14．完成下列核反应方程，并说明反应类型.
A： →+______.属______
B： + →______+ .属______
C： + →______+ .属______
D： + →+ +______.属______
15．碳11的半衰期τ为20 min，经1.0 h剩余碳11的质量占原来的_______。
16．如图，纵坐标表示某放射性物质中未衰变的原子核数（N）与原来总原子核数（N0）的比值，横坐标表示衰变的时间，则由图线可知该放射性物质的半衰期为______天，若将该放射性物质放在高温、高压或强磁场等环境中，则它的半衰期将_____________（填“变长”、“不变”或“变短”）
17．一个静止的铀核23290U（原子质量为232.0372u）放出一个α粒子（原子质量为4.0026u）后衰变成钍核 22890 Th（原子质量为228.0287u）．（已知原子质量单位1u=1.67×10﹣27kg，1u相当于931.5MeV的能量）
（1）写出铀核的衰变反应方程；
（2）求该衰变反应中释放出的核能为多少MeV。
18．如图所示，有界的匀强磁场磁感应强度为B=0.05T，磁场方向垂直于纸面向里，MN是磁场的左边界．在磁场中A处放一个放射源，内装 Ra， Ra放出某种射线后衰变成 Rn．
（1）写出上述衰变方程；
（2）若A处距磁场边界MN的距离OA=1.0m时，放在MN左侧边缘的粒子接收器收到垂直于边界MN方向射出的质量较小的粒子，此时接收器距过OA的直线1.0m．求一个静止 Ra核衰变过程中释放的核能有多少？（取1u=1.6×10﹣27 kg，e=1.6×10﹣19 C，结果保留三位有效数字）
参考答案
1．D
【解析】衰变前氡的质量为444g，摩尔质量为222g/mol，故共2mol氡。经过一个半衰期，有1mol氡衰变，放出1mol α粒子，则左盘质量减少了4g，故应从右盘中取出4g砝码。
2．C
【解析】由α粒子散射实验的实验现象卢瑟福提出了原子核式结构模型，故选项A错误；放射性元素的半衰期与物理因素无关，故选项B错误；衰变方程→＋8＋6，故有6个中子变为质子，选项C正确；半衰期是指有一半粒子衰变，故剩余的质量为2×()2＝0.5g，故选项D错误。
3．B
【解析】α、β、γ三种射线的电离本领依次减弱，电离本领依次增强，B正确A错误；α射线是，β射线是，故CD错误．
4．D
【解析】
根据所受知识可知，粒子是，带正电，粒子是高速电子流，带负电，是高频率的电磁波，不带电，因此根据三种射线的带电情况，可知c为射线、b为射线，a为射线，D正确，故选D.
5．B
【解析】根据三种射线的带电性质以及带电粒子在电场中受力特点；半衰期由原子核本身决定．
射线为氦核，带正电， 射线为电子流，带负电， 射线为高频电磁波，故根据电荷所受电场力特点可知：a为射线、b为射线、C为射线，故A错误B正确；半衰期由原子核本身决定，与外界因素无关，故CD错误．
6．D
【解析】:A、半衰期与环境因素无关;气温升高,氡的半衰期不变.故A错误;
B、能自发地放出射线,使人们通过天然放射现象,开始认识到原子核是有复杂结构的,故B错误;
C、 衰变时所释放的电子来源于原子核中子转变质子而放出的,故C错误;
D、当氢核与中子结合为氘核时,则质量亏损为 ;由质能方程可以知道,放出的能量为,所以D选项是正确的;
综上所述本题答案是：D
7．BC
【解析】半衰期是大量原子衰变时所表现出的统计规律，对少量原子核没有意义，A错误；β衰变所释放的电子是由原子核内中子转化成质子后释放出的电子，B正确；根据光子能量计算公式E=hυ可知其能量由光子频率决定，C正确；只有存在质量亏损的核反应（核反应过程中比结核能下降）才会释放核能，D错误；按玻尔理论，氢原子吸收光子向高能级跃时，半径增大，电子运动的动能减小，系统势能增加，总能量增加，E错误；故选BC.
8．CD
【解析】A、卢瑟福通过α粒子散射实验建立了原子核式结构模型，故A错误；
B、核力本质是核子与核子间相互作用，而核子只存在于质子和质子间，中子和中子间，且只在2×10-15m内起作用，故B错误；
C、天然放射现象中，原子核发生衰变，生成新核，同时有电子或α粒子产生，因此说明了原子核可以再分，具有复杂的结构，故C正确；
D、光电效应与康普顿效应的物理本质是相同的，都是个别光子与个别电子的相互用，说明光具有粒子性，故D正确；
故选CD。
9．ABC
【解析】在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，则动量减小，根据，知波长增大，A正确；考古专家发现某一骸骨中C14的含量为活着的生物中C14的四分之一，可知经过了2个半衰期，C14的半衰期为5730年，则确定该生物死亡时距今11460年，B正确；氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，原子能量增大，根据知，动能减小，C正确；卢瑟福发现了质子，查德维克发现了中子，汤姆孙发现了电子，D错误；机场、车站等地方进行安检工作时，能轻而易举地窥见箱内物品，利用了X射线较强的穿透能力，γ射线能够穿透金属，可用于工业探伤，故E错误；
10．BC
【解析】
A：衰变过程中原子核的质量数和电荷数守恒，质量会有亏损；故A错误
B：的中子数为，的中子数为；故的中子数比的中子数少．故B正确
C：经过一系列α衰变和β衰变后变成，设α衰变次数为m，β衰变次数为n；则 解得 ．故C正确
D：经过两个半衰期后矿石中的质量将变为原来的四分之一，故D错误
11．BD
【解析】
发生β衰变时，原子核中的一个中子转变为一个质子和一个电子，电子释放出来，所以每发射一个β粒子，一个中子转化为质子， 依据质量数与质子数守恒，则有．故B、D正确，A、C错误
点睛：β衰变的电子来自原子核，不是核外电子，注意β衰变与α衰变的区别．
12．ABE
【解析】黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，温度越高波长越长，故A正确；根据光电效应方程Ekm=hv-W0知，逸出光电子的最大初动能Ek与照射光的频率成线性关系，故B正确；一块纯净的放射性元素的矿石，经过一个半衰期以后，有半数发生衰变，不是总质量仅剩下一半，故C错误；按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，原子的能量变大了，故D错误；将核子束缚在原子核内的核力，是不同于万有引力和电磁力的另一种相互作用，故E正确。所以 ABE正确，CD错误。
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13．―→＋ ＋―→＋
【解析】根据衰变规律，此衰变过程的核反应方程是―→＋.用α射线轰击，可得到质量数为22的氖(Ne)元素和另一种粒子，此核反应过程的方程是：＋―→＋.
14． α衰变 轻核聚变 人工转变 重核裂变
【解析】A： 属α衰变
B： 属轻核聚变
C： 属人工转变
D： 属重核裂变
15．1/8
【解析】由题意知半衰期τ为20min，经1.0h，则发生了3个半衰期；剩余碳11的质量占总质量的比为.
16． 3.8天 不变
【解析】放射性元素的原子核有半数发生衰变时所需要的时间叫半衰期，由图线可知该放射性物质的半衰期为3.8天，半衰期由元素本身决定，与原子核所处环境、状态无关；所以若将该放射性物质放在高温、高压或强磁场等环境中，则它的半衰期将不变．
点睛：本题考查了半衰期的定义以及有关半衰期运算，对于基本概念要深刻理解其含义，同时理解有关半衰期公式中各个物理量的含义．
17．（1） 23290U→22890 Th+24He （2） 5.50 MeV
【解析】（1）由质量数与核电荷数守恒可知，核衰变反应方程为
（2）该核衰变反应中质量亏损为： ，
根据爱因斯坦质能方程得，释放出的核能；
18．（1）衰变方程 ；（2）一个静止 核衰变过程中释放的核能有 ．
【解析】
(1)Ra→Rn＋He
(2)衰变过程中释放的α粒子在磁场中做匀速圆周运动，半径R＝1.0 m，由2evB＝得
α粒子的速度v＝
衰变过程中系统动量守恒，Rn、He质量分别为222 u、4 u，则
222 u×v′＝4 u×v
得Rn的速度v′＝v
释放的核能E＝×222 u×v′2＋×4 u×v2＝
代入数据解得E＝2.04×10－14J.