鲁科版（2019）高中物理 选择性必修第三册 课时分层作业15　原子核衰变及半衰期word版含答案

课时分层作业(十五)　原子核衰变及半衰期
(建议用时：25分钟)
◎考点一　对原子核衰变的理解
1．(多选)对天然放射现象，下列说法正确的是(　　)
A．α粒子带正电，所以α射线一定是从原子核中射出的
B．β粒子带负电，所以β射线有可能是核外电子
C．γ粒子是光子，所以γ射线有可能是由原子发光产生的
D．α射线、β射线、γ射线都是从原子核内部释放出来的
AD　[α衰变的实质是原子核中的两个质子和两个中子结合成一个氦核放出的，β衰变的实质是一个中子变成一个质子和一个电子，γ射线伴随α衰变或β衰变的产生而产生．所以这三种射线都是从原子核内部释放出来的．]
2．(多选)某原子核的衰变过程ABC，下列说法正确的是(　　)
A．核C比核A的质子数少1
B．核C比核A的质量数少5
C．原子核为A的中性原子的电子数比原子核为B的中性原子的电子数多2
D．核C比核B的中子数少2
AD　[原子核A经过一次β衰变和一次α衰变变为原子核C的衰变方程为：ABC，由此可知核C比核A的质子数少1，质量数少4，A正确，B错误；原子核为A的中性原子的电子数比原子核为B的中性原子的电子数少1，C错误；核C比核B的中子数少2，核C比核A的中子数少3，D正确．]
◎考点二　半衰期的理解与应用
3．下列有关半衰期的说法，正确的是(　　)
A．放射性元素的半衰期越短，表明有半数原子核发生衰变所需的时间越短，衰变速度越大
B．放射性元素样品不断衰变，随着剩下未衰变的原子核减少，元素的半衰期也变短
C．把放射性元素放在密封的容器中，可以减慢放射性元素的衰变速率
D．降低温度或增大压强，让该元素与其他物质形成化合物均可减小半衰期
A　[半衰期是指大量的原子核有半数发生衰变的时间，半衰期越短，说明原子核发生衰变的速度越快，故A正确；某种元素的半衰期是这种元素所具有的特性，与原子核个数的多少、所处的位置、温度等都没有任何关系，故B、C、D错误．]
4．若元素A的半衰期为4天，元素B的半衰期为5天，则相同质量的A和B，经过20天后，剩下两元素的质量之比mA∶mB为(　　)
A．30∶31 B．31∶20
C．1∶2 D．2∶1
C　[根据半衰期公式，易得A经历5个半衰期，B经历4个半衰期，所以剩余质量之比为1∶2，C正确．]
5．14C测年法是利用14C衰变规律对古生物进行年代测定的方法．若以横坐标t表示时间，纵坐标m表示任意时刻14C的质量，m0为t＝0时14C的质量．下面四幅图中能正确反映14C衰变规律的是(　　)
A　　　　　B　　　　C　　　　D
C　[设衰变周期为T，那么任意时刻14C的质量m＝m0)．可见，随着t的增长物体的质量越来越小，且变化越来越慢，很显然C项图线符合衰变规律，故选C．]
◎考点三　放射性的应用
6．(多选)放射性同位素钴60能放出较强的γ射线，其强度容易控制，这使得γ射线得到广泛应用．下列选项中，属于γ射线应用的是(　　)
A．医学上制成γ刀，无须开颅即可治疗脑肿瘤
B．机器运转时常产生很多静电，用γ射线照射机器可将电荷导入大地
C．铝加工厂将接收到的γ射线信号输入计算机，可对薄铝板的厚度进行自动控制
D．用γ射线照射草莓、荔枝等水果，可延长保存期
AD　[γ射线的电离作用很弱，不能使空气电离成为导体，B错误；γ射线的穿透能力很强，薄铝板的厚度变化时，接收到的信号强度变化很小，不能控制铝板厚度，C错误；γ射线能量很大，可以杀菌，延长水果的保存期，对肿瘤细胞有很强的杀伤作用，故A、D正确．]
7．(多选)正电子发射型计算机断层显像(PET)的基本原理是：将放射性同位素O注入人体，O在人体内衰变放出的正电子与人体内的负电子相遇湮灭转化为一对γ光子，被探测器采集后，经计算机处理生成清晰图像．则根据PET原理判断下列表述正确的是(　　)
A．O在人体内衰变方程是O→N＋e
B．正、负电子湮灭方程是e＋e→2γ
C．在PET中，O主要用途是作为示踪原子
D．在PET中，O主要用途是参与人体的新陈代谢
ABC　[由题意知A、B正确；显像的原理是采集γ光子，即注入人体内的O衰变放出正电子和人体内的负电子湮灭转化为γ光子，因此O主要用途是作为示踪原子，故C正确，D错误．]
◎考点四　放射性的污染和防护
8．(多选)2017年6月6日，日本原子能研究开发机构再次发生核泄漏事故，工作人员遭受核辐射，引发了人们对核辐射问题的重视．核废料对人体和环境有严重危害的原因有(　　)
A．铀、钚等核废料有放射性
B．铀、钚等核废料的半衰期很长
C．铀、钚等重金属有剧毒
D．铀、钚等核废料会造成爆炸
ABC　[铀、钚等核废料有放射性，射线对人体和环境有危害，故A正确；铀、钚等核废料的半衰期很长，短期内很难消失，故B正确；铀、钚等是重金属，有剧毒，但不会造成爆炸，故C正确，D错误．]
9．(多选)以色列对加沙地带的哈马斯组织发动了代号为“铸铅”的军事打击行动，轰炸了加沙的大型工程设施，据报道，以色列在为期20多天的以巴军事战争中使用了白磷弹和贫铀弹．其中贫铀弹是从金属铀中提炼铀235以后的副产品，其主要成分是铀238．贫铀炸弹贯穿力是常规炸弹的9倍，杀伤力极大而且残留物可长期危害环境，下列关于其残留物长期危害环境的理由正确的是(　　)
A．爆炸后的弹片存在放射性，对环境产生长期危害
B．爆炸后的弹片不会对人体产生危害，对环境产生长期危害
C．铀238的衰变速度很快
D．铀的半衰期很长
AD　[天然放射现象周期很长，会对环境和生物造成长期的影响，故A、D正确，B、C错误．]
(建议用时：15分钟)
10．2006年美国和俄罗斯的科学家利用回旋加速器，通过Ca(钙48)轰击Cf(锎249)发生核反应，成功合成了质量数为297的第118号元素，这是迄今为止门捷列夫元素周期表中原子序数最大的元素，实验表明，该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，则上述过程中粒子x是(　　)
A．质子 B．中子
C．电子 D．α粒子
B　[设粒子x的质量数为A，质子数为B，列出核反应方程可得：P→3x＋3He＋Q，可得：297＝3A＋12＋282；118＝3B＋6＋112，所以A＝1，B＝0，可知粒子x是中子，B正确．]
11．下列说法正确的是(　　)
A．研制核武器的钚239(Pu)由铀239(U)经过4次β衰变而产生
B．发现中子的核反应方程是Be＋He→C＋n
C．20 g的U经过两个半衰期后其质量变为15 g
D．U在中子轰击下，生成Sr和Xe的核反应前后，原子核的核子总数减少
B　[经过β衰变电荷数多1，质量数不变，所以钚239(Pu)由铀239(U)经过2次β衰变而产生，A错误；发现中子的核反应方程是Be＋He→C＋n，B正确；根据公式m＝m0)知，20 g的U经过两个半衰期后其质量变为5 g，C错误；核反应前后，原子核的核子总数守恒，D错误．]
12．(多选)某实验室工作人员，用初速度为v0＝0.09c(c为真空中的光速)的α粒子轰击静止在匀强磁场中的钠原子核Na，产生了质子．若某次碰撞可看作对心正碰，碰后新核的运动方向与α粒子的初速度方向相同，质子的运动方向与新核运动方向相反，它们在垂直于磁场的平面内分别做匀速圆周运动．通过分析轨迹半径，可得出新核与质子的速度大小之比为1∶10，已知质子质量为m．则(　　)
A．该核反应方程是He＋Na→Mg＋H
B．该核反应方程是He＋Na→Mg＋n
C．质子的速度约为0.225c
D．质子的速度为0.09c
AC　[新原子核的质量数：m＝23＋4－1＝26，核电荷数：z＝11＋2－1＝12，核反应方程：He＋Na→Mg＋H．故A正确，B错误；质子质量为m，α粒子、新核的质量分别为4m、26m，设质子的速度为v，对心正碰，选取α粒子运动的方向为正方向，则由动量守恒得：
4mv0＝26m－mv　解出v＝0.225c，故C正确，D错误．]
13．同位素这个概念是1913年英国科学家索迪(1877～1956)提出的．许多元素都存在同位素现象，在目前已发现的114种元素中，稳定同位素约300多种，而放射性同位素达1 500种以上，而且大多数是人工制造的．
(1)中国科学院近代物理研究所的科学家利用兰州重离子加速器在重质量半中子区首次制得镤元素的一种同位素(234Pa)．已知Th(钍)→234Pa(镤)＋e(电子)，则234Pa原子核里的中子数应为________．
(2)1934年，科学家在用α粒子轰击铝箔时，除探测到预料中的中子外，还探测到了正电子，更意外的是拿走α放射源后，铝箔虽不再发射中子，但仍继续发射正电子，而且这种放射性随时间衰减规律跟天然放射性一样，也有一定的半衰期．
①写出α粒子轰击铝箔(Al)产生中子的核反应方程式，并请写出核反应和一般化学反应的不同点(请答3点)．
②上述产生的具有放射性的同位素叫放射性同位素，写出其产生正电子的核反应方程式．
[解析]　(1)由方程两边的质量数和电荷数相同，可知234Pa中质子数为91，则中子数为234－91＝143．
(2)①②铝核被α粒子击中后产生中子的反应为Al＋He→P＋n；P是磷的一种同位素，也有放射性，像天然放射性元素一样发生衰变，衰变时放出正电子，该反应为：P→Si＋e，核反应和一般化学反应的不同点：核反应是原子层次上的变化，而化学反应是分子层次上的变化(或核反应前后元素发生变化，化学反应前后则元素种类不变)；一种同位素不论处于何种状态，它们的核反应性质是相同的，而它们的化学性质是不同的；同一元素的不同同位素，它们的化学性质是相同的，但它们的核反应性质是不同的．
[答案]　(1)143　(2)Al＋He→P＋n；P→Si＋e
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