第5.2节 放射性元素的衰变（分层练习）-【上好课】2024-2025学年高二物理同步精品课堂（人教版2019选择性必修第三册）

第5.2课 放射性元素的衰变 ID： 一、单选题 1．同位素是指（　　） A．核子数相同而质子数不同的原子 B．核子数相同而中子数不同的原子 C．质子数相同而核子数不同的原子 D．中子数相同而核子数不同的原子 【答案】C 【详解】同位素是质子数相同，而中子数或核子数不同的原子。 故选C。 2．航天器上常用的核电池为“钚238”核热电池，其原理为：电池芯部的“钚238”衰变产生热量，通过“热电转换器”将热能转化为电能。已知“钚238”（）衰变产生α粒子和新核X，质量为M的“钚238”经时间发生衰变的质量为，则（　　） A．产生的α射线有很强的穿透能力 B．X核内有143个中子 C．“钚238”的半衰期为 D．电池工作时内部处于高温，“钚238”的半衰期变短 【答案】C 【详解】A．α射线穿透能力较弱，在空气中只能前进几厘米，用一张纸就能把它挡住，故A错误； B．根据质量数守恒和电荷数守恒可知X的质量数和电荷数分别为 所以中子数为 故B错误； C．设“钚238”的半衰期为t，由题意可得 解得 故C正确； D．半衰期由核内部自身的因素决定，与原子所处的化学状态和外部条件均无关，所以电池工作时内部处于高温，“钚238”的半衰期不变，故D错误。 故选C。 3．氢有三种同位素，分别是氕（H）、氘（H）、氚（H）（　　） A．它们的质子数相等 B．它们的物理性质和化学性质均不相同 C．它们的核子数相等 D．它们的中子数相等 【答案】A 【详解】任意一种元素的几种同位素，具有相同的质子数、核电荷数和核外电子数，且化学性质相同，但质量数（核子数）和中子数都不相等。 故选A。 4．下列的若干叙述中，正确的是（　　） A．对于同种金属产生光电效应时，逸出光电子的最大初动能与照射光的频率成线性关系 B．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 C．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 D．一个处于n=4的激发态的氧原子，向低能级跃迁时，可能发射出6条谱线 【答案】A 【详解】A．根据光电效应方程得 A正确； B．一块纯净的放射性元素的矿石，经过一个半衰期以后，放射性元素的质量减小一半。因为有生成物，所以总质量大于一半。B错误； C．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，由于要吸收能量，所以总能量增大。C错误； D．一个处于n=4的激发态的氧原子，向低能级跃迁时，最多可产生3条谱线。D错误。 故选A。 5．在匀强磁场中，一个原来静止的U原子核，由于衰变放射出某种粒子，其衰变方程是U→Th+x，结果得到一张两个相切圆1和2的径迹照片如图所示，已知两个相切圆半径分别为r1、r2，则下列说法正确的是（　　） A．衰变后Th核和射出的x的动量相同 B．衰变后的产物x是电子 C．r1：r2=1：90 D．衰变后新核和射出的粒子的动能之比为2：117 【答案】D 【详解】A．根据动量守恒定律可知，衰变后核和射出的x的动量大小相等，方向相反，故A错误； B．根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，衰变后的产物x是α粒子，故B错误； C．根据 两粒子动量大小相等，则半径之比等于电量的倒数比，即 r1：r2=2：90=1:45 故C错误； D．根据 可知，衰变后新核和射出的粒子的动能之比为4:234=2：117，故D正确。 故选D。 二、多选题 6．下列能说明电磁波具有能量的依据是(  ) A．可见光射入人的眼睛，人看到物体 B．放在红外线区域的温度计升温很快 C．收音机调到某个台时，调谐电路发生电谐振 D．γ射线具有很强的贯穿能力 【答案】ABCD 【详解】A．人眼看到物体，说明人眼感受到了可见光的能量，A正确； B．红外线具有热作用，说明红外线具有能量，B正确； C．电谐振在调谐电路中的感应电流的能量来源于空中的无线电波，C正确； D．γ射线的贯穿能力强说明γ射线具有很高的能量，D正确。 故选ABCD。 7．原子核的衰变过程遵守一系列的守恒定律，在匀强磁场中有一个原来速度几乎为0的放射性原子核W衰变为两个粒子P和S，衰变后粒子P和S的运动速度和磁场垂直.粒子P和S分别做匀速圆周运动.已知粒子P和S做圆周运动的半径和周期之比分别为，，则（   ） A．放射性原子核W的质量数为238 B．P和S两核的质量数之比为117∶2 C．P和S两核的电荷数之比为45∶1 D．P和S两核的动能之比为117∶2 【答案】AD 【详解】C．根据动量守恒定律可知，衰变瞬间P和S两核的动量大小相等，方向相反，由带电粒子在磁场中运动的半径表达式，可知。故C不符合题意。     AB．带电粒子在磁场中运动的周期的表达式为，故，由于电子的质量与质子、中子相比是很小的，所以该衰变不可能是衰变，该衰变应为衰变，由于粒子的电荷数为2，所以衰变后的的电荷数为90。粒子的质量数为4，则衰变后的新核具有234个核子，原子核W的质量数为238。故A符合题意，故B不符合题意。         D．衰变瞬间P和S两核的动量大小相等，它们的动能，可知P与S的动能大小与它们的质量成反比，所以P和S两核的动能之比为。故D符合题意。     故选AD。 8．原子核自发地放出电子的现象称为衰变。最初科学家曾认为衰变中只放出电子，后来发现，这个过程中除了放出电子外，还放出一种叫“反中微子”的粒子，反中微子不带电，与其他物质的相互作用极弱。下列关于衰变的说法正确的是（　　） A．原子核发生衰变后产生的新核的核子数与原核的核子数相等，但带电荷量增加 B．原子核能够发生衰变说明原子核是由质子、中子、电子组成的 C．静止的原子核发生衰变后，在反中微子动量忽略不计时，电子的动量与新核的动量一定大小相等，方向相反 D．静止的原子核发生衰变时，原子核释放的能量大于电子和新核的总动能之和 【答案】ACD 【详解】B．原子核是由质子和中子组成的，故B错误； A．原子核发生衰变时，质量数不变，质子数增加1，电子是原子核中的中子变成质子而产生的，所以A正确； C．静止的原子核发生衰变，由动量守恒定律知C正确； D．静止的原子核发生衰变，由能量守恒定律可知D正确。 故选ACD。 三、解答题 9．静止在匀强磁场中的锂核Li获一个速度为v0=7.7×104m/s的中子而发生核反应，反应中放出α粒子及一个新核，已知α粒子的速度大小为v2=2×104m/s，方向与反应前的中子速度方向相同，如图所示，设质子质量与中子质量相等。 (1)写出核反应方程式并求出新生核的速度； (2)在图中画出α粒子与新生核的运动轨迹，并求出轨道半径之比； (3)α粒子旋转3周时，新生核旋转几周。 【答案】(1)，，与中子初速度相反；(2)，；(3)2 【详解】(1)根据质量数和电荷数守恒可得，核反应方程为 核反应前后满足动量守恒，选取中子的初速度的方向为正方向，则有 则 (2)α粒子与新生核在磁场中做匀速圆周运动，由左手定则可知它们的运动方向如图所示 α粒子和新生核在磁场中做匀速圆周运动，其洛伦兹力提供向心力得 则 所以 (3)由周期公式得 在时间t内旋转的圈数 所以它们的转动圈数之比为 则当α粒子转3周时，新生核旋转2周 / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第5.2课 放射性元素的衰变 ID： 一、单选题 1．同位素是指（　　） A．核子数相同而质子数不同的原子 B．核子数相同而中子数不同的原子 C．质子数相同而核子数不同的原子 D．中子数相同而核子数不同的原子 2．航天器上常用的核电池为“钚238”核热电池，其原理为：电池芯部的“钚238”衰变产生热量，通过“热电转换器”将热能转化为电能。已知“钚238”（）衰变产生α粒子和新核X，质量为M的“钚238”经时间发生衰变的质量为，则（　　） A．产生的α射线有很强的穿透能力 B．X核内有143个中子 C．“钚238”的半衰期为 D．电池工作时内部处于高温，“钚238”的半衰期变短 3．氢有三种同位素，分别是氕（H）、氘（H）、氚（H）（　　） A．它们的质子数相等 B．它们的物理性质和化学性质均不相同 C．它们的核子数相等 D．它们的中子数相等 4．下列的若干叙述中，正确的是（　　） A．对于同种金属产生光电效应时，逸出光电子的最大初动能与照射光的频率成线性关系 B．一块纯净的放射性元素的矿石，经过一个半衰期以后，它的总质量仅剩下一半 C．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，原子的能量也减小了 D．一个处于n=4的激发态的氧原子，向低能级跃迁时，可能发射出6条谱线 5．在匀强磁场中，一个原来静止的U原子核，由于衰变放射出某种粒子，其衰变方程是U→Th+x，结果得到一张两个相切圆1和2的径迹照片如图所示，已知两个相切圆半径分别为r1、r2，则下列说法正确的是（　　） A．衰变后Th核和射出的x的动量相同 B．衰变后的产物x是电子 C．r1：r2=1：90 D．衰变后新核和射出的粒子的动能之比为2：117 二、多选题 6．下列能说明电磁波具有能量的依据是(  ) A．可见光射入人的眼睛，人看到物体 B．放在红外线区域的温度计升温很快 C．收音机调到某个台时，调谐电路发生电谐振 D．γ射线具有很强的贯穿能力 7．原子核的衰变过程遵守一系列的守恒定律，在匀强磁场中有一个原来速度几乎为0的放射性原子核W衰变为两个粒子P和S，衰变后粒子P和S的运动速度和磁场垂直.粒子P和S分别做匀速圆周运动.已知粒子P和S做圆周运动的半径和周期之比分别为，，则（   ） A．放射性原子核W的质量数为238 B．P和S两核的质量数之比为117∶2 C．P和S两核的电荷数之比为45∶1 D．P和S两核的动能之比为117∶2 8．原子核自发地放出电子的现象称为衰变。最初科学家曾认为衰变中只放出电子，后来发现，这个过程中除了放出电子外，还放出一种叫“反中微子”的粒子，反中微子不带电，与其他物质的相互作用极弱。下列关于衰变的说法正确的是（　　） A．原子核发生衰变后产生的新核的核子数与原核的核子数相等，但带电荷量增加 B．原子核能够发生衰变说明原子核是由质子、中子、电子组成的 C．静止的原子核发生衰变后，在反中微子动量忽略不计时，电子的动量与新核的动量一定大小相等，方向相反 D．静止的原子核发生衰变时，原子核释放的能量大于电子和新核的总动能之和 三、解答题 9．静止在匀强磁场中的锂核Li获一个速度为v0=7.7×104m/s的中子而发生核反应，反应中放出α粒子及一个新核，已知α粒子的速度大小为v2=2×104m/s，方向与反应前的中子速度方向相同，如图所示，设质子质量与中子质量相等。 (1)写出核反应方程式并求出新生核的速度； (2)在图中画出α粒子与新生核的运动轨迹，并求出轨道半径之比； (3)α粒子旋转3周时，新生核旋转几周。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$