5.2放射性元素的衰变（分层训练）-【大单元教学】高二物理同步备课系列（人教版2019选择性必修第三册）

选择性必修三（人教版2019）物理大单元设计 第五单元 原子核 5.2放射性元素的衰变 [基础达标练] 知识点1 天然放射现象　射线的本质 1．科学家用放射性材料—PuO2作为发电能源为火星车供电。PuO2中的Pu元素衰变方程为，则X应为（　　） A．质子 B．α粒子 C．正电子 D．中子 【答案】B 【解析】由质量数守恒可知X的质量数为 由电荷数守恒可知X的质子数为 则X为α粒子。 故选B。 2．“核钻石”电池是利用发生衰变放能发电的新型电池，该电池具有使用寿命长、安全性高的优点。下列说法正确的是（　　） A．衰变后生成新核为 B．与互称同位素 C．升高温度会使的半衰期变短 D．衰变放出的电子来自碳原子的核外电子 【答案】A 【解析】A．根据衰变的特点，衰变后生成新核质量数不变，电荷数增加1，可知为，选项A正确； B．与质子数不同，不能互称同位素，选项B错误； C．外部因素不会影响的半衰期，选项C错误； D．衰变放出的电子来自碳原子核内的中子转化为质子时放出的电子，选项D错误。 故选A。 3．2024年12月5日，贵州省人民医院“核医学诊疗工作推进示范项目”通过了中华医学会核医学分会专家组的验收。贵州省人民医院核医学诊疗工作推进示范项目之一是“锶-90敷贴治疗”。利用锶-90（）发生衰变放出的射线治疗某些皮肤疾病。关于的衰变，以下说法正确的是（　　） A．射线的穿透能力比射线的穿透能力强 B．射线来源于原子核外部的电子 C．衰变后产生的新核的原子序数为39 D．由于电子质量数为零，衰变后产生的新核与互为同位素 【答案】C 【解析】A．射线的穿透能力比射线的穿透能力弱，故A错误； BC．发生衰变时，原子核内部中子转变为质子，并释放出一个电子，质子数增加，则发生衰变后产生的新核的原子序数为39，故B错误，C正确； D．衰变后产生的新核质子数大于，则新核与不是同元素，故D错误。 故选C。 知识点2 原子核的组成 4．如图所示，国家大科学工程——中国散裂中子源（CSNS）于2017年8月28日首次打靶成功，获得中子束流，可以为诸多领域的研究和工业应用提供先进的研究平台，下列核反应中放出的粒子为中子的是（　　） A．俘获一个α粒子，产生并放出一个粒子 B．俘获一个α粒子，产生并放出一个粒子 C．俘获一个质子，产生并放出一个粒子 D．俘获一个质子，产生并放出一个粒子 【答案】B 【解析】A．根据核反应中质量数和电荷数守恒，该核反应方程为 ＋→＋ 释放的是质子，故A错误； B．根据核反应中质量数和电荷数守恒，该核反应方程为 ＋→＋ 释放的是中子，故B正确； C．根据核反应中质量数和电荷数守恒，该核反应方程为 ＋→＋ 释放的是粒子，故C错误； D．根据核反应中质量数和电荷数守恒，该核反应方程为 ＋→＋ 释放的是粒子，故D错误。 故选B。 5．科学家用粒子等轰击原子核，实现原子核的转变并研究原子核的结构，还可以发现和制造新元素。关于核反应方程，下列说法正确的是（　　） A．该反应为核聚变 B．X是电子 C．X是质子 D．X粒子由英国物理学家詹姆斯·查德威克发现 【答案】D 【解析】根据质量数与电荷数守恒可知，该核反应方程为 可知，X是中子，该核反应为粒子轰击原子核，属于人工转变，不属于核聚变，中子由英国物理学家詹姆斯·查德威克发现。 故选D。 6．秦山核电站生产的核反应方程为，其产物的衰变方程为。下列说法正确的是（    ） A．X是中子 B．可以用作示踪原子 C．来自原子核外 D．经过一个半衰期，10个将剩下5个 【答案】B 【解析】A．根据质量数守恒和核电荷数守恒知，生产的核反应方程为，所以X为质子，故A错误； B．根据同位素标记法可知产物可以用作示踪原子，故B正确； C．发生衰变产生电子来源于核内中子转变成质子过程，故C错误； D．半衰期是针对大量的原子，符合统计规律的随机过程量，对于少量的原子核衰变来说半衰期是没有意义的，故D错误。 故选B。 知识点3 半衰期 7．2024年9月，苏州大学研究团队在《自然》杂志上发布了辐光伏微型核电池的最新研究成果。该电池不仅具有使核能向电能转换的超高效率，还拥有出色的稳定性和持久性。电池主要利用镅的衰变进行发电。则（　　） A．衰变释放出高速运动的电子 B．衰变后产生的新核质量数为239 C．50个经过1个半衰期剩余25个 D．该反应要持续进行，镅核原料的体积必须大于临界体积 【答案】B 【解析】A．粒子为核，不是高速电子，故A错误； B．由于粒子为，根据核反应前后质量数守恒，可得 解得 所以新核的质量数为239，故B正确； C．半衰期是对大量原子核的统计规律，对少量原子核不适用，故C错误； D．该反应是衰变，不是核裂变反应，所以没有临界体积的要求，故D错误。 故选B。 8．考古鉴定古木的年代通常采用的是碳14测年法，植物存活期间，其体内与的比例不变，生命活动结束后，的比例会持续减少。已知发生衰变后变为，半衰期约为5730年。现测量某古木样品中的比例，发现其正好是现代植物样品中比例的四分之一。下列说法正确的是（　　） A．再过约5730年，该样品中的将全部衰变 B．该古木生命活动结束的年代距今约11460年 C．衰变为是衰变 D．随着环境和气候的变迁，的半衰期可能会发生变化 【答案】B 【解析】A．经过一个半衰期，该样品中的比例将变为原来的二分之一，不会全部衰变，A错误； B．由半衰期公式可得 古木样品中的比例是现代植物样品中比例的四分之一，则 年年 B正确； C．衰变为是衰变，C错误； D．样品所处环境和气候发生变化，不会改变的半衰期，D错误。 故选B。 9．一物理学习小组研究可作为核电池材料的衰变为的过程，根据测量数据，用横坐标表示时间，用纵坐标表示任意时刻的质量m与初始时刻（时）的质量的比值，得出的图像如图所示。下列说法正确的是（   ） A．衰变为释放的α射线电离作用很弱 B．衰变为释放的α射线在电场中不会偏转 C．图像中的 D．图像中的 【答案】C 【解析】A．衰变为释放的α射线穿透能力较弱，但电离作用较强，故A错误； B．衰变为释放的α射线为氦核，带正电，所以在电场中会偏转，故B错误； C．由题图可知，衰变从到经过一个半衰期，则衰变的半衰期为 由题图可知，对应，即经过一个半衰期，则，故C正确； D．由题图可知，对应，即经过两个半衰期，则有 故D错误。 故选C。 10．碘－131的半衰期为8天。衰变释放的β射线可用于治疗甲状腺疾病，若某人单次服用药物时，药物内碘－131每分钟衰变次，之后不再服药。在16天后进行检测，发现其甲状腺内碘－131每分钟衰变的次数为次。则其服药后甲状腺吸收的碘－131大概占服用量的（　　） A．20% B．30% C．50% D．60% 【答案】C 【解析】题意知元素的半衰期为，初始每分钟衰变次，服药后，设衰变前元素质量为总质量，衰变后未发生衰变的元素质量为，根据公式 可知，16天后，剩下的放射性元素变为原来的，题意知人甲状腺内每分钟发生衰变次，设吸收量占服用量的比例为，则 50% 故选C。 [能力提升练] 11．（多选）在如图所示的匀强磁场中，有一个氡原子核静止在A点，某时刻氡原子核发生衰变，若粒子的径迹是纸面内的一个半径为的圆，衰变产生的新核的径迹是纸面内的一个半径为的圆。下列判断正确的有（　　） A．两圆一定内切 B．两圆一定都沿逆时针方向转动 C． D．在粒子转动42圈之内，二者都不会相撞 【答案】BD 【解析】AB．静止的氡原子核由于衰变放出粒子而生成一个新的原子核的过程动量守恒，则衰变产生的粒子与新核的动量等大反向，粒子与新核都带正电，根据左手定则可知两圆一定都沿逆时针方向转动，两圆一定外切，故A错误，B正确； C．设粒子和新核的质量分别为、，速度大小分别为、，电荷量分别为、。粒子做圆周运动过程中洛伦兹力提供向心力 则新核做圆周运动的半径为 同理可得，新核做圆周运动的半径为 静止的氡原子核由于衰变放出粒子而生成一个新的原子核的过程动量守恒，则有 根据核反应质量数和电荷数守恒，可知新核的核电荷数为84，质量数为218，联立可得 故C错误； D．粒子做圆周运动的周期为 新核做圆周运动的周期为 可知粒子第一次与新核碰撞时，新核转动84圈，粒子转动109圈，故在粒子转动42圈之内，二者都不会相撞，故D正确。 故选BD。 12．（多选）放射性同位素热电机（RTG）是一种利用放射性同位素衰变产生的热能转化为电能的设备。RTG使用的放射性同位素通常是钚238（），RTG可以连续工作多年甚至数十年，钚238的半衰期为87年，其衰变方程为。下列说法正确的是（    ） A．的质子数为94 B．核反应方程中的X为 C．的中子数为92 D．10g钚238经174年，剩余钚238的质量为2.5g 【答案】AD 【解析】A．的质子数为94，选项A正确； B．根据质量数和电荷数守恒可知，核反应方程中的X质量数为4，电荷数为2，为，选项B错误； C．的中子数为234-92=142，选项C错误； D．10g钚238经174年，即2个半衰期，剩余钚238的质量为 选项D正确。 故选AD。 13．（多选）空间中有如图所示的匀强电场，刚放入O点可视为静止的原子核立刻发生衰变。之后衰变产物A、B两粒子的初速度与电场强度垂直，A、B两粒子的运动轨迹如图中虚线所示，不计粒子重力和两粒子间的库仑力作用，下列说法正确的是（　　） A．原子核发生的是衰变 B．A粒子为粒子 C．A、B两粒子运动的加速度大小之比为 D．A、B两粒子运动的初速度大小相等 【答案】AC 【解析】A．根据A、B两粒子的运动轨迹，可知其所受电场力均与电场方向相同，即两粒子均带正电，可知原子核发生的是衰变，故A正确； D．根据上述分析可知，该衰变的核反应方程为 衰变过程动量守恒，则有 可知质量越大，速度越小，即的初速度小于的初速度，故D错误； B．粒子在电场中做类平抛运动，则有 解得 根据题图可知，当竖直分位移大小相等时，的初速度小，电荷量大，则水平分位移小一些，可知A粒子为粒子，故B错误； C．A、B两粒子运动的加速度大小 则 故C正确。 故选AC。 14．（多选）放射性元素衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成，而可以经一次衰变变成（X代表某种元素），也可以经一次衰变变成，和最后都变成，衰变路径如图所示。则（    ） A．， B．， C．是α衰变，是β衰变 D．是α衰变，是β衰变 【答案】BD 【解析】A B C．经过一次衰变变化为，质量数没有发生变化，为β衰变，即 解得 经过一次衰变变化为，核电荷数少2，为α衰变，即 解得 故AC错误，B正确； D．因为 所以是α衰变，又 所以是β衰变，故D正确。 故选BD。 15．（多选）1898年，居里夫妇发现了一种能够发出很强射线的新元素—钋（），为此居里夫人获得了诺贝尔化学奖。现把原子核静止放在匀强磁场中的a点，某一时刻发生衰变，产生了新核At，形成了如图所示的A和B两个圆轨迹。下列说法正确的是（　　） A．的衰变方程为 B．把放在磁场中，其半衰期会增大 C．A、B两个圆的半径之比为85:1 D．释放出的粒子和反冲核圆周运动的旋转方向均为顺时针方向 【答案】AC 【解析】A．根据质量数和电荷数守恒，可得的衰变方程为 故A正确； B．把放在磁场中，其半衰期不变，半衰期不受外界因素影响，故B错误； C．带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律 可得，圆周运动的半径为 原子核衰变前后动量守恒，则可知衰变后的电子和新核的动量等大反向，则A、B两个圆的半径之比为 故C正确； D．释放出的粒子为电子带负电，新核带正电。根据圆周运动轨迹可知，两核在a点所受洛伦兹力方向向上，由左手定则可得，电子在a点的速度方向向左，新核在a点的速度方向向右。所以电子旋转方向为顺时针，新核旋转方向为逆时针，故D错误。 故选AC。 16．（多选）如图，轧钢厂的热轧机上可以安装射线测厚仪，仪器探测到的射线强度与钢板的厚度有关。已知某车间采用放射性同位素铱192作为放射源，其化学符号是，原子序数是77，通过衰变放出射线，半衰期为74天，适合透照的钢板厚度为，下列说法正确的是（　　） A．衰变产生的新核用X表示，铱192的衰变方程为 B．若已知钢板厚度标准为30mm，探测器得到的射线变弱时，说明钢板厚度大于30mm，应当增大热轧机两轮之间的厚度间隙 C．若有2g铱192，则经过148天还有1g没有衰变 D．放射性同位素发生衰变时，遵循能量守恒和质量数守恒 【答案】AD 【解析】A．衰变的实质是原子核里的一个中子放出一个电子变为一个质子，反应过程中遵循质量数守恒和电荷数守恒，故质量数不变，电荷数加一，所以铱192的衰变方程为 故A正确； B．探测器得到的射线变弱，说明钢板厚度增大，应当减小热轧机两轮之间的厚度间隙，故B错误； C．若有2g铱192，经过74天后还有1g没有衰变，再过74天（即总共经历148天）还有0.5g没有衰变，故C错误； D．放射性同位素发生衰变时，遵循能量守恒和质量数守恒，故D正确。 故选AD。 [高频考题实战练] 17．（多选）发生放射性衰变变为N，半衰期约为5 700年。已知植物存活期间，其体内与的比例不变，生命活动结束后，的比例持续减少。现通过测量得知，某古木样品中的比例正好是现代植物所制样品的四分之一。下列说法正确的是（　　） A．、、具有相同的核子数 B．该古木的年代距今约为11400年 C．衰变为的过程中放出β射线 D．增加样品测量环境的温度将减缓的衰变 【答案】BC 【解析】A．、、具有相同的质子数和不同的中子数，即核子数不同，A错误； B．设原来的质量为，衰变后剩余质量为M，则有 其中n为发生半衰期的次数，由题意可知剩余质量为原来的，故 所以该古木的年代距今约为11400年，B正确； C．衰变为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个质子和一个电子，所以放出β射线，C正确； D．放射性元素的半衰期与环境温度无关，D错误。 故选BC。 18．（多选）碘131是可以口服的53号元素碘的放射性同位素，可用于治疗甲状腺功能亢进症，主要是利用其衰变释放的射线杀死甲状腺细胞。人工合成碘131可用铀235作靶材料得到碘131，其核反应方程式为，下列说法正确的是（　　） A．射线实际上是高速电子流 B．的原子核中含有78个中子 C．上述方程式中的Y原子核中含有105个核子 D．患者遵医嘱服用碘131后，经过2个半衰期，碘131的质量在体内减少了 【答案】AB 【解析】A．射线实际上是带负电的电子流，A正确； B．根据质子、中子、核电荷数的关系可知的原子核的中子数为78，B正确； C．根据核电荷数守恒可知，Y原子核中含有102个核子，C错误； D．经过2个半衰期，剩余碘131的质量为原来的，在体内减少了，D错误。 故选AB。 19．（多选）一个质子以1.4×107 m/s的速度撞一个孤立的静止铝原子核后被俘获，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 B．核反应方程为 C．硅原子核速度的数量级为107 m/s D．硅原子核速度的数量级为105 m/s 【答案】AD 【解析】AB．由核反应方程为 故A正确，B错误； CD．由动量守恒定律得 解得 故D正确，C错误。 故选AD正确。 20．（多选）硼中子俘获治疗（BNCT技术）是一种生物靶向放射治疗模式，其原理是利用超热中子（）束照射富集含硼药物的肿瘤组织部位，与硼（）发生核反应生成锂（）并放出一种射线，利用该射线杀灭癌细胞。超热中子束的来源之一是加速后的质子（）轰击铍（）产生的。根据以上信息可以推断（　　） A．这种生物靶向治疗用到的杀灭癌细胞的射线是射线 B．中子与硼（）发生的核反应属于衰变 C．产生超热中子束的核反应方程是 D．质子与铍（）发生的核反应属于轻核聚变 【答案】AC 【解析】AB．根据题意可知，利用超热中子束照射富集含硼药物的肿瘤组织部位，并与硼10发生反应放出的粒子（锂7和另一种射线）杀灭癌细胞，其核反应方程为 所以这种生物靶向治疗用到的射线是α射线，由于衰变是自发的，而该反应属于人工转变，故A正确，B错误； CD．依题意可知，产生超热中子束的核反应方程是 超热中子束的来源之一是加速后的质子（）轰击铍（）产生的，则属于人工转变，故C正确，D错误。 故选AC。 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7．2024年9月，苏州大学研究团队在《自然》杂志上发布了辐光伏微型核电池的最新研究成果。该电池不仅具有使核能向电能转换的超高效率，还拥有出色的稳定性和持久性。电池主要利用镅的衰变进行发电。则（　　） A．衰变释放出高速运动的电子 B．衰变后产生的新核质量数为239 C．50个经过1个半衰期剩余25个 D．该反应要持续进行，镅核原料的体积必须大于临界体积 8．考古鉴定古木的年代通常采用的是碳14测年法，植物存活期间，其体内与的比例不变，生命活动结束后，的比例会持续减少。已知发生衰变后变为，半衰期约为5730年。现测量某古木样品中的比例，发现其正好是现代植物样品中比例的四分之一。下列说法正确的是（　　） A．再过约5730年，该样品中的将全部衰变 B．该古木生命活动结束的年代距今约11460年 C．衰变为是衰变 D．随着环境和气候的变迁，的半衰期可能会发生变化 9．一物理学习小组研究可作为核电池材料的衰变为的过程，根据测量数据，用横坐标表示时间，用纵坐标表示任意时刻的质量m与初始时刻（时）的质量的比值，得出的图像如图所示。下列说法正确的是（   ） A．衰变为释放的α射线电离作用很弱 B．衰变为释放的α射线在电场中不会偏转 C．图像中的 D．图像中的 10．碘－131的半衰期为8天。衰变释放的β射线可用于治疗甲状腺疾病，若某人单次服用药物时，药物内碘－131每分钟衰变次，之后不再服药。在16天后进行检测，发现其甲状腺内碘－131每分钟衰变的次数为次。则其服药后甲状腺吸收的碘－131大概占服用量的（　　） A．20% B．30% C．50% D．60% [能力提升练] 11．（多选）在如图所示的匀强磁场中，有一个氡原子核静止在A点，某时刻氡原子核发生衰变，若粒子的径迹是纸面内的一个半径为的圆，衰变产生的新核的径迹是纸面内的一个半径为的圆。下列判断正确的有（　　） A．两圆一定内切 B．两圆一定都沿逆时针方向转动 C． D．在粒子转动42圈之内，二者都不会相撞 12．（多选）放射性同位素热电机（RTG）是一种利用放射性同位素衰变产生的热能转化为电能的设备。RTG使用的放射性同位素通常是钚238（），RTG可以连续工作多年甚至数十年，钚238的半衰期为87年，其衰变方程为。下列说法正确的是（    ） A．的质子数为94 B．核反应方程中的X为 C．的中子数为92 D．10g钚238经174年，剩余钚238的质量为2.5g 13．（多选）空间中有如图所示的匀强电场，刚放入O点可视为静止的原子核立刻发生衰变。之后衰变产物A、B两粒子的初速度与电场强度垂直，A、B两粒子的运动轨迹如图中虚线所示，不计粒子重力和两粒子间的库仑力作用，下列说法正确的是（　　） A．原子核发生的是衰变 B．A粒子为粒子 C．A、B两粒子运动的加速度大小之比为 D．A、B两粒子运动的初速度大小相等 14．（多选）放射性元素衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成，而可以经一次衰变变成（X代表某种元素），也可以经一次衰变变成，和最后都变成，衰变路径如图所示。则（    ） A．， B．， C．是α衰变，是β衰变 D．是α衰变，是β衰变 15．（多选）1898年，居里夫妇发现了一种能够发出很强射线的新元素—钋（），为此居里夫人获得了诺贝尔化学奖。现把原子核静止放在匀强磁场中的a点，某一时刻发生衰变，产生了新核At，形成了如图所示的A和B两个圆轨迹。下列说法正确的是（　　） A．的衰变方程为 B．把放在磁场中，其半衰期会增大 C．A、B两个圆的半径之比为85:1 D．释放出的粒子和反冲核圆周运动的旋转方向均为顺时针方向 16．（多选）如图，轧钢厂的热轧机上可以安装射线测厚仪，仪器探测到的射线强度与钢板的厚度有关。已知某车间采用放射性同位素铱192作为放射源，其化学符号是，原子序数是77，通过衰变放出射线，半衰期为74天，适合透照的钢板厚度为，下列说法正确的是（　　） A．衰变产生的新核用X表示，铱192的衰变方程为 B．若已知钢板厚度标准为30mm，探测器得到的射线变弱时，说明钢板厚度大于30mm，应当增大热轧机两轮之间的厚度间隙 C．若有2g铱192，则经过148天还有1g没有衰变 D．放射性同位素发生衰变时，遵循能量守恒和质量数守恒 [高频考题实战练] 17．（多选）发生放射性衰变变为N，半衰期约为5 700年。已知植物存活期间，其体内与的比例不变，生命活动结束后，的比例持续减少。现通过测量得知，某古木样品中的比例正好是现代植物所制样品的四分之一。下列说法正确的是（　　） A．、、具有相同的核子数 B．该古木的年代距今约为11400年 C．衰变为的过程中放出β射线 D．增加样品测量环境的温度将减缓的衰变 18．（多选）碘131是可以口服的53号元素碘的放射性同位素，可用于治疗甲状腺功能亢进症，主要是利用其衰变释放的射线杀死甲状腺细胞。人工合成碘131可用铀235作靶材料得到碘131，其核反应方程式为，下列说法正确的是（　　） A．射线实际上是高速电子流 B．的原子核中含有78个中子 C．上述方程式中的Y原子核中含有105个核子 D．患者遵医嘱服用碘131后，经过2个半衰期，碘131的质量在体内减少了 19．（多选）一个质子以1.4×107 m/s的速度撞一个孤立的静止铝原子核后被俘获，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 B．核反应方程为 C．硅原子核速度的数量级为107 m/s D．硅原子核速度的数量级为105 m/s 20．（多选）硼中子俘获治疗（BNCT技术）是一种生物靶向放射治疗模式，其原理是利用超热中子（）束照射富集含硼药物的肿瘤组织部位，与硼（）发生核反应生成锂（）并放出一种射线，利用该射线杀灭癌细胞。超热中子束的来源之一是加速后的质子（）轰击铍（）产生的。根据以上信息可以推断（　　） A．这种生物靶向治疗用到的杀灭癌细胞的射线是射线 B．中子与硼（）发生的核反应属于衰变 C．产生超热中子束的核反应方程是 D．质子与铍（）发生的核反应属于轻核聚变 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司zxxk.com 学科网（北京）股份有限公司 $$