人教版（2019）高中物理 选择性必修第三册 课时分层作业17　放射性元素的衰变word含解析

课时分层作业(十七)　放射性元素的衰变
(建议用时：25分钟)
◎考点一　对原子核衰变的理解
1．(多选)一个原子核发生衰变时，下列说法中正确的是(　　)
A．总质量数保持不变
B．核子数保持不变
C．变化前后质子数保持不变
D．总动量保持不变
ABD　[衰变过程中质量数守恒，又质量数等于核子数，故衰变过程中核子数不变，A、B正确；发生β衰变时，质子数增加中子数减少，C错误；由动量守恒的条件知D正确。]
2．第118号元素的原子核先放出3个相同的粒子x，再连续经过3次α衰变后，变成质量数为282的第112号元素的原子核，则上述过程中的粒子x是(　　)
A．中子　　　　　 B．质子
C．电子 D．α粒子
A　[发生3次α衰变，质量数减少12，核电荷数减少了6，可见，先放出的三个粒子的电荷数是0，A正确。]
3．(多选)关于天然放射现象，以下叙述正确的是(　　)
A．若使放射性物质的温度升高，其半衰期将变大
B．β衰变所释放的电子是原子核内的质子转变为中子时产生的
C．在α、β、γ这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强
D．铀核衰变为铅核的过程中，要经过8次α衰变和6次β衰变
CD　[半衰期与元素的物理状态无关，若使某放射性物质的温度升高，其半衰期将不变，故A错误；β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化为质子而放出的电子，故B错误；在α、β、γ这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强，故C正确；铀核(U)衰变为铅核(Pb)的过程中，每经一次α衰变质子数少2，质量数少4；而每经一次β衰变质子数增1，核子数不变；由质量数和核电荷数守恒，要经过8次α衰变和6次β衰变，故D正确。]
◎考点二　半衰期的理解与应用
4．(多选)在下列关于近代物理知识的说法中，正确的是(　　)
A．氢原子的核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，原子的能量增大
B．β射线是原子的核外电子电离后形成的电子流
C．铀元素的半衰期为T，当温度发生变化时，铀元素的半衰期也发生变化
D．查德威克发现了中子，其核反应方程为：Be＋He→C＋n
AD　[氢原子的核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，吸收了能量，所以原子的能量增大，A正确；β射线是从原子核辐射出来的，不是原子外层电子电离出来的，B错误；半衰期不随外界因素的变化而变化，C错误；D符合物理学事实，D正确。]
5．一块氡222放在天平的左盘时，需要天平的右盘加444 g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．222 g B．8 g
C．2 g D．4 g
D　[原有氡222共444 g，经过一个半衰期后有222 g氡发生衰变，其衰变方程为→＋He，但是衰变后生成的钋218还在左盘，也就是说，经过一个半衰期只有4 g的α粒子从左盘放射出去，因此欲使天平再次平衡，右盘中只需取出4 g砝码。故A、B、C错误，D正确。]
◎考点三　核反应与放射性同位素的应用
6．(多选)元素X是Y的同位素，分别进行下列衰变过程：XPQ，YRS。则下列说法正确的是(　　)
A．Q与S是同位素
B．X与R原子序数相同
C．R比S的中子数多2
D．R的质子数少于上述任何元素
AC　[上述变化过程为：XP，YRS，由此可知，Q与S为同位素，R比S多两个中子，比X多一个质子，故A、C正确，B、D错误。]
7．有关放射性同位素P的下列说法，正确的是(　　)
A.P与X互为同位素
B.P与X有相同的化学性质
C．用P制成化合物后它的半衰期变长
D．含有P的磷肥释放正电子，可用作示踪原子，观察磷肥对植物的影响
D　[同位素应具有相同的质子数，P和X不是同位素，不具有相同的化学性质，A、B错误；元素的半衰期与其所处的状态无关，C错误；放射性同位素可作为示踪原子，D正确。]
8．(多选)一个质子以1.0×107 m/s的速度撞一个静止的铝原子核后被俘获，铝原子核变成硅原子核。已知铝原子核的质量是质子的27倍，硅原子核的质量是质子的28倍，则下列说法正确的是(　　)
A．核反应方程为Al＋H→Si
B．核反应方程为Al＋n→Si
C．质子撞铝原子核的过程动量守恒
D．硅原子核速度的数量级为107 m/s，方向跟质子的初速度方向一致
AC　[由核反应中电荷数和质量数守恒可知，选项A正确，B错误；由动量守恒定律求得硅原子速度的数量级为105 m/s，选项D错误，C正确。]
9．正电子发射计算机断层显像(PET)的基本原理是：将放射性同位素15O注入人体，参与人体的代谢过程。15O在人体内衰变放出正电子，与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清晰的图像。根据PET原理，回答下列问题：
(1)写出15O的衰变和正负电子湮灭的方程式。
(2)将放射性同位素15O注入人体，15O的主要用途是(　　)
A．利用它的射线　　　 B．作为示踪原子
C．参与人体的代谢过程　　 D．有氧呼吸
(3)PET中所选的放射性同位素的半衰期应________。(选填“长”“短”或“长短均可”)
[解析]　(1)由题意得O→N＋e，e＋e→2γ。
(2)将放射性同位素15O注入人体后，由于它能放出正电子，并能与人体内的负电子产生一对光子，从而被探测器探测到，所以它的用途为作为示踪原子，B正确。
(3)根据同位素的用途，为了减小对人体的伤害，半衰期应该很短。
[答案]　(1)O→N＋e，e＋e→2γ
(2)B　(3)短
(建议用时：15分钟)
10．关于天然放射现象，下列说法正确的是(　　)
A．放射性元素的原子核内的核子有半数发生变化所需的时间就是半衰期
B．放射性元素的原子核发生衰变后产生的新核从高能级向低能级跃迁时，辐射出γ射线
C．当放射性元素的原子的核外电子具有较高能量时，将发生β衰变
D．放射性物质放出的射线中，α粒子动能很大，因此贯穿物质的本领很强
B　[放射性元素的半衰期是有一半该元素的原子核发生衰变所用的时间，故A错误；放射性元素的原子核发生衰变后产生的新核从高能级向低能级跃迁时，辐射出γ射线，故B正确；β衰变的实质是核内的中子可以转化成质子和电子，产生的电子从核内发射出来，而当放射性元素的原子的核外电子具有较高能量时将向低能级跃迁，不是发生衰变，故C错误；α粒子动能很大，但是贯穿物质的本领很弱，故D错误。]
11．(多选)某校学生在进行社会综合实践活动时，收集并列出了一些放射性同位素的半衰期和可供利用的射线(见下表)，并总结出它们的几种用途。
同位素 放射线 半衰期 同位素 放射线 半衰期 同位素 放射线 半衰期
钋210 α 138天 锶90 β 28年 钴60 γ 5年
镅241 β 433天 锝99 γ 6小时 氡 α 3.8天
根据上表分析判断下面结论正确的是(　　)
A．塑料公司生产聚乙烯薄膜，方法是让较厚的聚乙烯膜通过轧辊后变薄，利用α射线来测定通过轧辊后的薄膜厚度是否均匀
B．钴60的半衰期为5年，若取4个钴60原子核，经10年后就一定剩下一个原子核
C．把放射性元素钋210掺杂到其他稳定元素中，放射性元素的半衰期不变
D．用锝99可以作示踪原子，用来诊断人体内的器官是否正常。方法是给被检查者注射或口服附有放射性同位素的元素的某些物质，当这些物质的一部分到达检查的器官时，可根据放射性同位素的射线情况分析器官正常与否
CD　[因为α射线不能穿透薄膜，无法测量薄膜的厚度，A错误；钴60的半衰期为5年是指大量钴60原子核因衰变而减少到它原来数目的一半所需要的时间，B错误，C正确；检查时，要在人体外探测到体内辐射出来的射线，而又不能让放射性物质长期留在体内，所以应选取锝99作为放射源，D正确。]
12．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Pt。制取过程如下：
(1)用质子轰击铍靶Be产生快中子；
(2)用快中子轰击汞Hg，反应过程可能有两种：
①生成Pt，放出氦原子核；
②生成Pt，放出质子、中子；
(3)生成的Pt发生两次β衰变，变成稳定的原子核汞Hg。
写出上述核反应方程式。
[解析]　根据质量数守恒和电荷数守恒，算出新核的电荷数和质量数，然后写出核反应方程。
(1)Be＋H→B＋n。
(2)①Hg＋n→Pt＋He；
②Hg＋n→Pt＋2H＋n。
(3)Pt→Au＋e；
Au→Hg＋e。
[答案]　见解析
13．1956年李政道和杨振宁提出在弱相互作用中宇称不守恒，并由吴健雄用Co的衰变来验证，其核反应方程是Co→Ni＋e＋e。其中e是反中微子，它的电荷量为零，静止质量可认为是零。
(1)在上述衰变方程中，衰变产物Ni的质量数A是________，核电荷数Z是________。
(2)在衰变前Co核静止，根据云室照片可以看出，衰变产物Ni和e的运动径迹不在一条直线上，如果认为衰变产物只有Ni和e，那么衰变过程将违背________守恒定律。
(3)Co是典型的γ放射源，可用于作物诱变育种。我国应用该方法培育出了许多农作物新品种，如棉花高产品种“鲁棉1号”，年种植面积曾达到3 000多万亩，在我国自己培育的棉花品种中栽培面积最大。γ射线处理作物后主要引起________，从而产生可遗传的变异。
[解析]　(1)根据质量数和电荷数守恒，核反应方程为Co→Ni＋e＋e，由此得出两空分别为60和28。
(2)衰变过程遵循动量守恒定律。原来静止的核动量为零，分裂成两个粒子后，这两个粒子的动量和应还是零，则两粒子径迹必在同一直线上。现在发现Ni和e的运动径迹不在同一直线上，如果认为衰变产物只有Ni和e，就一定会违背动量守恒定律。
(3)用γ射线照射种子，会使种子的遗传基因发生突变，从而培育出优良品种。
[答案]　(1)60　28　(2)动量　(3)基因突变
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