5.2 原子核衰变及半衰期 分层同步作业 -2025-2026学年高二下学期物理鲁科版选择性必修第三册

第2节　原子核衰变及半衰期 一、必备知识基础 1.核废料具有很强的放射性,需要妥善处理。下列说法正确的是(　　) A.放射性元素经过两个完整的半衰期后,将完全衰变殆尽 B.原子核衰变时核电荷数守恒,质量数不守恒 C.改变压力、温度或浓度,将改变放射性元素的半衰期 D.过量放射性辐射对人体组织有破坏作用,但辐射强度在安全剂量内则没有伤害 2.目前,在居室装修中经常用到的花岗岩、大理石等装修材料,都不同程度地含有放射性元素,装修污染已经被列为“危害群众最大的五种环境污染”之一。有关放射性元素的下列说法正确的是(　　) A.氡的半衰期为3.8天,若取4个氡核,经过7.6天就只剩下一个氡原子核了 B.发生α衰变时,生成核与原来的原子核相比,中子数减少了4个 C.β衰变所释放的电子是原子核中的中子转化为质子所产生的 D.γ射线一般伴随着α或β射线产生,在这三种射线中,γ射线的穿透能力最强,电离作用也最强 3.下列表示放射性元素碘131I)β衰变的方程是(　　) AISbHe BIXee CIIn DITeH 4.(2025山东滨州模拟)医用放射性同位素氟-18,常用于PET-CT肿瘤显影,其半衰期为110 min。某日上午10:00制备的480 mg氟-18显影剂,因故推迟至下午3:30使用。若显影剂中氟-18质量不低于50 mg方可保证成像质量,则(　　) A.剩余氟-18质量约为30 mg,不可正常使用 B.剩余氟-18质量约为60 mg,可正常使用 C.剩余氟-18质量约为120 mg,可正常使用 D.剩余氟-18质量约为240 mg,可正常使用 5.某放射性元素经过11.4天有的原子核发生了衰变,该元素的半衰期为(　　) A.11.4天 B.7.6天 C.5.7天 D.3.8天 6.(2025湖北荆州模拟)2025年3月,我国第一款碳14C)核电池,也是全球首款基于碳化硅半导体材料的C核电池“烛龙一号”工程样机研制成功,标志着我国在核能技术领域与微型核电池领域取得重大突破C核电池的能量来源于C衰变,已知C经历一次衰变的产物中有C衰变为N的半衰期为5 730年。下列说法正确的是(　　) A.C衰变是α衰变 BC衰变产生β射线,β射线穿透能力比α射线强 C.一个新的C核电池,经过5 730年,其总质量变为原来的一半 D.高温高压下C的半衰期会变短 7.放射性同位素的应用非常广泛,几乎遍及各行各业。钴60Co)的半衰期为5.27年,它发生β衰变,变成镍60Ni),而Th则会经一系列α、β衰变后生成Rn。下列说法正确的是(　　) A.10 g钴60经过10.54年全部发生衰变 B.钴60可以作为示踪原子研究人体对药物的吸收 CTh原子核比Rn原子核的中子数多8 DTh衰变成Rn一共经过2次α衰变和3次β衰变 二、关键能力提升 8.(2025云南卷)2025年3月,我国科学家研制的碳14核电池原型机“烛龙一号”发布,标志着我国在核能技术领域与微型核电池领域取得突破。碳14的衰变方程为N+X,则(　　) A.X为电子,是在核内中子转化为质子的过程中产生的 B.X为电子,是在核内质子转化为中子的过程中产生的 C.X为质子,是由核内中子转化而来的 D.X为中子,是由核内质子转化而来的 9.(2022全国甲卷)两种放射性元素的半衰期分别为t0和2t0,在t=0时刻这两种元素的原子核总数为n,在t=2t0时刻,尚未衰变的原子核总数为,则在t=4t0时刻,尚未衰变的原子核总数为(　　) A. B. C. D. 10.把一块铀矿石放在一只玻璃管内,过几天在管内发现了氦气,已知矿石中存在铀核U,则在此过程中(　　) A.涉及的反应方程式为UTh+He B.放入矿石后至少需等待一个半衰期才有氦气产生 C.矿石中的铀核发生α衰变生成氦原子 D.矿石必须达到临界质量才能产生氦气 11.Th发生衰变的方程是ThPa+ e,质量为m0的Th经过时间t后剩余Th的质量为m,其-t图线如图所示。下列关于Th衰变的说法正确的是(　　) A.衰变过程中核电荷数守恒,质量也守恒 B.从图中可以得到Th的半衰期为24.00 d C.β衰变的实质是核内的质子捕获一个电子变成了中子 D.当压强增大、温度升高时Th的半衰期会变大 12.恒星向外辐射的能量来自其内部发生的各种热核反应,当温度达到1×108 K时,可以发生“氦燃烧”。 (1)完成“氦燃烧”的核反应方程He+　　 Be+γ。 (2Be是一种不稳定的粒子,其半衰期为2.6×10-16 s。一定质量的Be,经7.8×10-16 s后所剩Be占开始时的　　　。  13.自然界中一些放射性重元素往往会发生一系列连续的衰变,形成放射系。如图是从U开始的锕系图。纵坐标N表示　　　　,横坐标Z表示核电荷数,从U衰变到Po,有　　　次α衰变,　　　　次β衰变。  参考答案 1.D　半衰期是统计概念,指大量放射性元素的原子核衰变一半所用的时间,其表达式可写成N=N0,由此可知选项A错误;原子核衰变时核电荷数守恒,质量数守恒,选项B错误;放射性元素的半衰期与压力、温度、浓度等外部条件无关,选项C错误。 2.C　半衰期是对大量原子核衰变的统计规律,对于单个是不成立的,故A错误;根据质量数和核电荷数守恒可知,发生α衰变放出He,导致质子数减小2,质量数减小4,故中子数减小2,故B错误;发生β衰变的过程是一个中子变为质子同时放出一个电子,故C正确;根据α、β、γ三种射线特点可知,γ射线穿透能力最强,电离作用最弱,α射线电离作用最强,穿透能力最弱,故D错误。 3.B　A选项是α衰变过程,故A错误;β衰变的特点是放出电子,而B选项既满足质量数守恒又满足核电荷数守恒,故B正确;C、D中放出的是中子和质子,不符合β衰变的特点,故C、D错误。 4.B　从上午10:00到下午3:30经历的时间为t=5×60 min+30 min=330 min,由于氟-18的半衰期为110 min,即经过三个半衰期,剩余氟-18质量为m=m0m0=×480 mg=60 mg,可正常使用。故选B。 5.D　由于经过了11.4天,还有没有衰变,由半衰期计算公式m=m0可解得该放射性元素经过了3个半衰期,即可算出半衰期是3.8天,故D正确。 6.BC衰变CNe,是β衰变,故A错误;β射线穿透能力比α射线强,故B正确C衰变成了N,并没有直接消失,经过一个半衰期C衰变了一半,但总质量没减半,故C错误;半衰期与外界条件无关,故D错误。 7.C　10.54年为两个半衰期,则剩下的钴60为原来的,没有全部衰变,故A错误;钴60半衰期太长,且衰变放出的高能粒子对人体伤害太大,不能作为药品的示踪原子,故B错误Th原子核的质量数为232,质子数为90,则中子数为142Rn原子核的质量数为220,质子数为86,则中子数为134,可知Th原子核比Rn原子核的中子数多8,故C正确Th衰变成Rn,质量数减少12,核电荷数减少4,则经过3次α衰变,2次β衰变,故D错误。 8.A　根据质量数守恒和核电荷数守恒,有C→e,可知X为电子,电子是在核内中子转化为质子的过程中产生的,故选A。 9.C　设半衰期为t0的原子核总数为n1,半衰期为2t0的原子核总数为n2,n=n1+n2,经过2t0,尚未衰变的原子核总数为n=n1+n2,经过时间4t0,尚未衰变的原子核总数为n'=n1+n2,解得n'=,选项C正确,A、B、D错误。 10.A　铀核自发进行α衰变和β衰变,即会涉及α衰变,方程为UThHe,故A正确;半衰期是原子核半数发生衰变所需要的时间,是一种针对大量原子核的统计规律,因此无需等待一个半衰期才产生氦气,故B错误;铀核自发进行α衰变和β衰变,放出电子和氦核,两种微粒组合会形成氦原子,大量的氦原子就形成了氦气,故C错误;只要存在铀核便会发生α衰变和β衰变,无需达到临界质量,故D错误。 11.B　衰变过程中核电荷数守恒、质量数守恒但质量不守恒,故A错误;由图可知从恰好衰变了一半,根据半衰期的定义可知半衰期T=38.04 d-14.04 d=24.00 d,故B正确;β衰变的实质是核内的中子转化成了一个质子和一个电子,故C错误;半衰期与物理状态、化学状态无关,压强增大、温度升高都不会改变半衰期,故D错误。 12.答案 (1He (2)(或12.5%) 解析 (1)根据核反应方程的核电荷数守恒、质量数守恒可知核反应方程应为HeHeBe+γ。 (2)==3=。 13.答案 中子数　5　2 解析 由题图可看出U横坐标的数值与纵坐标的数值之和等于其原子的质量数,横坐标Z表示原子的核电荷数,则纵坐标N表示的是中子数;由题图知从U衰变到Po,质子数减少8,中子数减少12,设经过n次α衰变,m次β衰变,有4n=20,2n-m=8,解得n=5,m=2。 学科网（北京）股份有限公司 $