2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册练习：5.2放射性元素的衰变（Word含答案）

第五章　原子核
2　放射性元素的衰变
基础过关练
题组一　原子核的衰变
1.(2020上海徐汇高三上诊断)90234Th衰变为?91234Pa过程中释放出某种粒子流,该粒子流(　　)
A.没有质量
B.速度与光速相同
C.能够穿透1 cm厚的铅板
D.与阴极射线电性相同
2.(2020上海华东师范大学附属中学高二下测试)(多选)某原子核的衰变过程为ABC,下列说法正确的是(　　)
A.核A的中子数减核C的中子数等于2
B.核A的质量数减核C的质量数等于5
C.核A的质子数比核C的质子数多1
D.核A的质子数比核B的质子数多1
3.(2020上海交通大学附属中学高二下期中)铀238经过一次衰变形成钍234,反应方程为?92238U→90234Th+x,则放出的粒子x的电荷数为　　　　,该粒子的电离作用比γ射线　　　　(填“强”“弱”或“相似”)。?
题组二　半衰期的理解
4.(2020河南洛阳高二下期中)根据临床经验,部分药物在体内的代谢也有与原子核衰变相似的规律。药物的血浆半衰期是指药物在血浆中的浓度下降一半所需的时间。某种药物的血浆半衰期为2小时,一次合理剂量的用药后药物在血浆中的浓度为20毫克/升,若血浆中的药物浓度下降至3毫克/升以下就要补充用药,则该药物的用药时间间隔约为(　　)
A.2小时　　　　　　　　B.4小时
C.6小时　　　　　　　　D.8小时
5.(2020江苏如皋中学高二下调研)下列关于放射现象的说法正确的是(　　)
A.放射现象说明原子具有核式结构
B.92238U衰变成?82206Pb要经过6次β衰变和8次α衰变
C.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
D.氡的半衰期为3.8天,4个氡原子核经过3.8天后就一定只剩下2个氡原子核
题组三　核反应
6.(2019上海杨浦二模)查德威克用α粒子轰击铍核,核反应方程是?24He+49Be→X+612C,其中的X是(　　)
A.质子　　　　　　　　B.中子
C.电子　　　　　　　　D.正电子
7.(2020山东泰安二中高二下测试)用中子轰击氧原子核的核反应方程为?816O+01n→7aN+b0X,对式中X、a、b的判断正确的是(　　)
A.X代表中子,a=17,b=1
B.X代表正电子,a=17,b=-1
C.X代表正电子,a=17,b=1
D.X代表质子,a=17,b=1
题组四　放射性同位素及其应用　辐射与安全
8.(2019海南中学高二下期末)用“γ刀”进行手术,可以使病人在清醒状态下经过较短的时间完成手术,在此过程中,主要利用:①γ射线具有较强的穿透本领;②γ射线很容易绕过障碍物到达病灶区域;③γ射线具有很强的电离能力,从而使病变细胞电离而被破坏;④γ射线具有很高的能量。上述描述正确的是(　　)
A.①②　　　　　　　　B.②③
C.①②③　　　　　　　　D.①④
9.关于放射性同位素的应用,下列说法中正确的有(　　)
A.α射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电,因此达到了消除有害静电的目的
B.利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤,也能进行人体的透视
C.用射线照射作物种子能使其DNA发生变异,其结果一定是成为更优秀的品种
D.用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量,以免对人体正常组织造成太大的伤害
10.放射性同位素?614C被考古学家称为“碳钟”,它可以用来判定古生物体的年代。
(1)宇宙射线中高能量的中子碰到空气中的氮原子后,会形成很不稳定的?614C,它很容易发生衰变,放出β射线变成一个新核,其半衰期为5 730年,试写出此过程涉及的核反应方程;
(2)若测得一古生物遗骸中的?614C含量只有活体中的25%,则此遗骸距今约有多少年?
能力提升练
题组一　原子核的衰变
1.(2020江西南昌实验中学高二下测试,)某原子核A先进行一次β衰变变成原子核B,再进行一次α衰变变成原子核C,则(　　)
A.核C的质子数比核A的质子数少2
B.核A的质量数减核C的质量数等于3
C.核A的中子数减核C的中子数等于3
D.核A的中子数减核C的中子数等于5
2.(2020广东珠海一中高二下期中,)下列说法正确的是(　　)
A.92238U衰变为?86222Rn要经过4次α衰变和2次β衰变
B.衰变中产生的β射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的
C.查德威克发现了中子,并第一次实现了人工合成放射性同位素
D.J.J.汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子,并准确测出了电子的电荷量
3.(2020重庆九校联盟高二上联考,)烟雾探测器使用了一种半衰期为432年的放射性元素镅?95241Am来探测烟雾。当正常空气分子穿过探测器时,镅?95241Am会释放出射线将它们电离,从而产生电流。烟尘一旦进入探测腔内,烟尘中的微粒会吸附部分射线,导致电流减小,从而触发警报。则下列说法正确的是(　　)
A.镅?95241Am发出的是α射线,它是镅?95241Am原子核自发放出的氦核
B.镅?95241Am发出的是β射线,它是镅?95241Am原子核外电子电离形成的电子流
C.镅?95241Am发出的是γ射线,它是镅?95241Am原子核外电子电离形成的电子流
D.发生火灾时,由于温度的升高,会使镅?95241Am的半衰期减小
题组二　半衰期的理解与应用
4.(2020河北唐山一中高二下期中,)14C发生放射性衰变变为14N,半衰期约为5 700年。已知植物存活期间,其体内14C与12C的比例不变;生命活动结束后,14C的比例持续减少。现通过测量得知,某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一。下列说法正确的是(　　)
A.增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变
B.12C、13C、14C具有相同的中子数
C.14C衰变为14N的过程中放出α射线
D.该古木的年代距今约为5 700年
5.(2020江苏启东高二下调研,)下列关于原子核的衰变的说法,正确的是(　易错　)
A.β衰变的实质是原子核内的一个质子转化为一个中子和一个电子
B.一个原子核发生一次α衰变,新核相对于原来的核质量数和电荷数均减少2
C.92238U衰变成?82206Pb的过程中共经过8次α衰变和6次β衰变
D.放射性元素钋的半衰期为138天,100 g的钋经276天后还剩下75 g
6.(2020上海华东师范大学附属中学高二下测试,)若元素A的半衰期为5天,元素B的半衰期为3天,则相同质量的A、B,经过15天后,剩下的质量之比mAmB为(　　)
A.1∶2　　　　B.4∶1　　　　C.1∶4　　　　D.8∶1
题组三　衰变规律的综合应用
7.(2020湖北襄阳一中高二下测试,)(多选)放射性元素?92238U衰变有多种可能途径,其中一种途径是先变成?83210Bi,而?83210Bi可以经一次衰变变成?　a210X(X代表某种元素),也可以经一次衰变变成?81bTl,　a210X和?81bTl最后都变成?82206Pb,衰变路径如图所示。则(深度解析)
A.a=82,b=211
B.83210Bi→　a210X是α衰变,83210Bi→81bTl是β衰变
C.　a210X→82206Pb是α衰变,81bTl→82206Pb是β衰变
D.81bTl经过一次β衰变变成?82206Pb
8.(2020辽宁沈阳实验中学高二下期中,)(多选)云室能显示射线的径迹,把云室放在磁场中,从带电粒子运动轨迹的弯曲方向和半径大小就能判断粒子的属性。放射性元素A的原子核静止放在磁感应强度B=2.5 T的匀强磁场中发生衰变,放射出粒子并变成新原子核B,放射出的粒子与新核运动轨迹如图所示,测得两圆的半径之比R1∶R2=42∶1,且R1=0.2 m,已知α粒子的质量mα=6.64×10-27 kg,β粒子的质量mβ=9.1×10-31 kg,普朗克常量取h=6.6×10-34 J·s,电子带电荷量e=1.6×10-19 C,下列说法正确的是(　　)
A.新原子核B的核电荷数为84
B.放射性元素A的原子核发生的是β衰变
C.衰变放射出的粒子的速度大小为2.41×107 m/s
D.如果放射性元素A的原子核衰变时释放出一种频率为1.2×1015 Hz的光子,那么这种光子能使逸出功为4.54 eV的金属钨发生光电效应
答案全解全析
基础过关练
1.D　90234Th衰变为?91234Pa过程中,根据质量数和电荷数守恒可知,放出的粒子流为β射线,即电子流。电子有质量,故A错误;β射线的速度小于光速,故B错误;β射线不能够穿透1 cm厚的铅板,故C错误;β射线是电子流,与阴极射线电性相同,故D正确。
2.C　设核A的质量数为m,质子数为n,核B的质量数为m-4,质子数为n-2,核C的质量数为m-4,质子数为n-1。根据质子数和中子数之和为质量数,可知核A的中子数为m-n,核C的中子数为m-n-3,则核A的中子数减核C的中子数等于3,核A的质量数减核C的质量数等于4,核A的质子数比核C的质子数多1,核A的质子数比核B的质子数多2,故C正确,A、B、D错误。
3.答案　2　强
解析　根据衰变前后电荷数、质量数守恒得,粒子x的电荷数为2,质量数为4,所以该粒子为α粒子。α射线的电离作用比γ射线强。
4.C　因为药物的血浆半衰期为2小时,经过6小时,即3个半衰期,血浆中的药物浓度下降至2.5毫克/升,所以该药物的用药时间间隔约为6小时,故C正确。
5.B　天然放射现象说明原子核可再分,α粒子散射实验说明原子具有核式结构,故A错误;92238U衰变成?82206Pb质量数减少32,电荷数减少10,设经过了n次α衰变、m次β衰变,则有4n=32,2n-m=10,解得n=8,m=6,故B正确;β衰变所释放的电子是原子核内的中子转变成质子时所产生的,故C错误;半衰期是大量放射性元素的原子核衰变的统计规律,对大量的原子核适用,对少量的原子核不适用,故D错误。
6.B　根据质量数和电荷数守恒可知,X的质量数为4+9-12=1,电荷数为0,故X为中子,故B正确。
7.C　根据质量数、电荷数守恒可知a=17,b=1,因此X可表示为?10e,为正电子,故C正确。
8.D　用“γ刀”进行手术,利用的是γ射线具有较强的穿透本领,能够进入病灶区,以及γ射线具有很高的能量,能杀死病变细胞,故选项D正确。
9.D　消除有害静电是利用α射线的电离作用,使空气中气体分子电离成导体,将静电放出,故A错误;利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤,但γ射线对人体细胞伤害太大,因此不能用来透视人体,故B错误;DNA变异并不一定都是有益的,故C错误;γ射线对人体细胞伤害太大,在用于治疗肿瘤时要严格控制剂量,故D正确。
10.答案　(1)714N+01n→614C+11H,614C→714N+-10e
(2)11 460年
解析　(1)根据核反应中质量数、电荷数守恒,可知核反应方程为?714N+01n→614C+11H,?614C→714N+-10e。
(2)614C的半衰期τ=5 730年
生物死亡后,遗骸中的?614C发生衰变,设活体中?614C的含量为N0,遗骸中的?614C含量为N,则N=12tτN0
即0.25N0=12t5730N0
故t5730=2,得t=11 460年。
能力提升练
1.C　原子核A进行一次β衰变后,一个中子转变为一个质子并释放一个电子,再进行一次α衰变,又释放两个中子和两个质子,所以核A比核C多3个中子、1个质子。故C正确,A、B、D错误。
2.A　经过4次α衰变和2次β衰变后,质量数减少16,质子数减少6,因此?92238U衰变为?86222Rn要经过4次α衰变和2次β衰变,故A正确;衰变中产生的β射线实际上是原子核中的一个中子转变为一个质子和一个电子,电子释放出来形成的电子流,不是来自核外电子,故B错误;查德威克发现了中子,卢瑟福用α粒子轰击氮核首次实现了原子核的人工转变,故C错误;J.J.汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子,密立根测出了电子的电荷量,故D错误。
3.A　镅?95241Am会释放出射线将正常空气电离,从而产生电流,而三种射线中,只有α射线能使空气电离,它是镅?95241Am原子核自发放出的氦核,选项A正确,B、C错误;半衰期与外界因素无关,故D错误。
4.D　设古木中原来14C的质量为m0,衰变后剩余质量为m,则有m=m012n,其中n为半衰期的倍数,由题意可知剩余质量为原来的12,故n=1,所以古木死亡时间约为5 700年,故D正确;12C、13C、14C具有相同的质子数和不同的中子数,故B错误;14C衰变为14N的过程中质量数没有变化而核电荷数增加1,所以是其中的一个中子变成了一个质子和一个电子,放出β射线,故C错误;放射性元素的半衰期与物理环境以及化学状态无关,故A错误。
5.C　β衰变的实质是原子核内的一个中子转化为一个质子和一个电子,故A错误;一个原子核发生一次α衰变,新核相对于原来的核质量数减少4,电荷数减少2,故B错误;设发生x次α衰变,y次β衰变,衰变方程为?92238U→82206Pb+x24He+y-10e,则238=206+4x,92=82+2x-y,解得x=8,y=6,故C正确;经276天,即经过2个半衰期,衰变后剩余的质量为m=m0122=100 g×14=25 g,故D错误。
易错警示
解答半衰期问题时错误地认为半衰期就是一个放射性元素的原子核衰变到稳定核所经历的时间,其实半衰期是大量的原子核发生衰变时的统计规律。
6.B　根据m=m012tT可知mAmB=1215512153=4∶1,故B正确。
7.CD　83210Bi衰变后变为?　a210X,质量数没有发生变化,为β衰变,即?83210Bi→　a210X+-10e,解得a=84,83210Bi衰变后变为?81bTl,核电荷数减少2,为α衰变,即?83210Bi→81bTl+24He,解得b=206,故A、B错误;结合上述分析可知?84210X→82206Pb+24He,81206Tl→82206Pb+-10e,故C、D正确。
名师点睛
解答本题的关键是要抓住衰变次数的判断技巧:衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒,每发生一次α衰变,质子数、中子数均减少2,每发生一次β衰变,中子数减少1,质子数增加1。
8.ACD　两圆轨迹外切,放出的粒子应该带正电,发生的是α衰变,选项B错误;两圆半径之比为42∶1,根据qBv=mv2R,m1v1=m2v2,可得新原子核B的核电荷数为84,选项A正确;由R=mvqB可求得衰变放射出的α粒子的速度大小为2.41×107 m/s,选项C正确;金属钨的逸出功为7.26×10-19 J,根据E=hν可求得这种光子的能量为7.92×10-19 J,光子的能量大于逸出功,能发生光电效应,选项D正确。