第五章 2 放射性元素的衰变-【新课程能力培养】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册练习手册（人教版）

N 高中物理选择性必修第三册（人教版） 2.放射性元素的衰变 基础练)习 知识点I天然放射现象 4.(多选)下列说法正确的是() 1.(多选)关于天然放射现象，下列说法正 A.Ra衰变为Rn要经过1次衰变和 确的是() 1次B衰变 A.是居里夫妇首先发现的 B.U衰变为1Pa要经过1次衰变和1 B.说明了原子核不是单一的粒子，具有 次B衰变 一定的内部结构 C.Th衰变为Pb要经过6次a衰变和 C.原子序数大于或等于83的元素都能自 4次B衰变 发地发出射线 D.2U衰变为%Rn要经过4次a衰变和 D.y射线的实质是高速电子流 4次B衰变 2.关于三种天然放射线，下列说法正确的是5.关于放射性元素的半衰期，下列说法正确 ( 的是（) A.a射线是高速运动的氦原子 A.原子核全部衰变所需时间的一半 B.人们在研究天然放射现象过程中发现了 B.原子核有半数发生衰变所需的时间 质子 C.原子质量数减少一半所需的时间 C.天然放射线的发现说明原子核具有复杂 D.原子质量减少一半所需的时间 结构 D.X射线是三种天然放射线中的一种，常 l知识点3探测射线的方法 利用它的穿透本领做医学检查 6.(多选)关于威耳逊云室探测射线，下列 说法正确的是() 知识点2原子核的衰变 A.威耳逊云室内充满过饱和蒸气，射线 3.某放射性元素的原子核X经衰变得到 经过时可显示出射线运动的径迹 新核Y,Y经B衰变得到原子核Z,则 B.威耳逊云室中径迹直而粗的是α射线的 () C.威耳逊云室中径迹细而直的是y射线的 A.原子核Z的中子数比X少2 D.威耳逊云室中显示粒子径迹的原因是 B.原子核Z的质子数比X少1 电离，所以无法由径迹判断射线所带 C.原子核Z的中子数比Y多1 电荷的正负 D.原子核Z的质子数比Y少1 66)练 N 第五章原子核。 知识点④核反应规律人工转变 2Th→28Th,②28Th→2Pa+9e,下列说 7.粒子轰击硼10后，生成氮13，放出X 法正确的是() 粒子，而氮13是不稳定的，它放出Y粒 A.方程①中X是中子 子后变成碳13，那么X粒子和Y粒子分 B.方程②中8Th发生了B衰变 别是() C.受反应堆高温影响，Th的半衰期会 A.质子和中子 B.质子和正电子 变短 C.中子和负电子 D.中子和正电子 D.方程②释放电子，说明电子是原子核 8.(多选)人工放射性同位素被用作示踪原 的组成部分 子，主要是因为() 10.(多选)下列有关放射性物质的说法正 A.放射性同位素不改变其化学性质 确的是() B.人工放射性同位素的半衰期比天然放 A.放射线能杀伤癌细胞或阻止癌细胞分 射性元素的半衰期短得多 裂，对人体的正常细胞不会有伤害作用 C.半衰期与元素所处的物理、化学状态 B.对放射性的废料，要装入特制的容器 无关 并埋入深地层进行处理 D.放射性同位素容易制造 C.y射线探伤仪中的放射源必须存放在 9.中国钍基熔盐堆即将建成小型实验堆，为 特制的容器里，而不能随意放置 我国能源安全和可持续发展提供有力支 D.对可能有放射性污染的场所或物品进 持。反应堆中涉及的核反应方程：①X+ 行检测是很有必要的 提升练)习 11.如图，放射性元素镭衰变过程中释放出：12.20世纪40年代初，我国科学家王淦昌 α、B、Y三种射线，分别进入匀强电场 先生首先提出证明中微子存在的实验方 和匀强磁场中，下列说法正确的是( 案：如果静止原子核Be俘获核外K层 电子e,可生成一个新原子核X,并放出 中微子ve,即Be+9e→X+8ve。根据核反 ⑥ 应后原子核X的动能和动量，可以间接 测量中微子的能量和动量，进而确定中微 第11题图 子的存在。下列说法正确的是（) A.①表示y射线，③表示a射线 A.原子核X是Li B.②表示B射线，③表示射线 B.核反应前后的总质子数不变 C.④表示a射线，⑤表示y射线 C.核反应前后总质量数不同 D.⑤表示B射线，⑥表示a射线 D.中微子y.的电荷量与电子的相同 练 67 高中物理选择性必修第三册（人教版） 13.原子核U经放射性衰变①变为原子核 素作为示踪原子的() Th,继而经放射性衰变②变为原子核 A.Y射线探伤 1Pa,再经放射性衰变③变为原子核U, B.利用含有放射性碘131的油，检测地 放射性衰变①②③依次为() 下输油管的漏油情况 A.衰变、B衰变和B衰变 C.利用60治疗肿瘤等疾病 B.B衰变、a衰变和B衰变 D.把含有放射性同位素的肥料施给农作 C.B衰变、B衰变和a衰变 物用以检测农作物吸收养分的规律 D.a衰变、B衰变和Q衰变 *18.同位素这个概念是1913年英国科学家 14.(多选)钍Th具有放射性，它能放出 索迪提出的。许多元素都存在同位素现 一个新的粒子而变为镤1Pa,同时伴随 象，在目前已发现的元素中，稳定同位 有y射线产生，其方程为Th→Pa+x, 素有300多种，而放射性同位素达1500 钍的半衰期为24天，则下列说法正确的 种以上，而且大多数是人工制造的。 是() (1)中国科学院近代物理研究所的科学 A.X为质子 家利用兰州重离子加速器在重质量 B.x是钍核中的一个中子转化成一个质 半中子区首次制得镤元素的一种同 子时产生的 位素(24Pa)。 C.y射线是镤原子核放出的 已知0Th(钍)→234Pa(璞)+9e D.1g钍Th经过120天后还剩0.2g (电子)，则4Pa原子核里的中子数 15.以下是物理学史上3个著名的核反应方 应为 程：x+Li→2y,y+N→x+O,y+Be→ (2)1934年，科学家在用a粒子轰击铝 z+C。x、y和z是3种不同的粒子，其 箔时，除探测到预料中的中子外， 中z是() 还探测到了正电子，更意外的是拿 A.粒子B.质子C.中子D.电子 走放射源后，铝箔虽不再发射中 16.如图所示，匀强磁场中有一个静止的氡原 子，但仍继续发射正电子，而且这 子核（需Rn),衰变过程中放出一个粒子， 种放射性随时间衰减规律跟天然放 此粒子的运动轨迹与反冲核的运动轨迹是 射性一样，也有一定的半衰期。 两个外切的圆，大圆与小圆的半径之比为 ①写出α粒子轰击铝箔(A1)产 42:1,则氡核的衰变方程是( 生中子的核反应方程式，并请写 A.%Rn→Fr+9e 出核反应和一般化学反应的不同 B.2Rn→288Po+He 点。（请答三点） C.2Rn→At+9e ②上述产生的具有放射性的同位素 D.6Rn→9At+H 第16题图 叫放射性同位素，写出其产生正 17.（多选)下列哪些应用是把放射性同位 电子的核反应方程式。 68)练高中物理选择性必修第三册（人教版） 子的发光现象，故D错误。故选C 5.D【解析】汤姆孙通过对阴极射线的研究，发现 了电子，故A错误；卢瑟福通过α粒子的散射实验， 提出了原子核式结构学说，故B错误；居里夫人通过 对天然放射性的研究，发现了两种放射性新元素镭和 钋，查德威克用α粒子轰击金属铍并发现了中子，故 C错误：卢瑟福用α粒子轰击氦原子核发现了质子， 并预言了中子的存在，原子核是由质子和中子组成的， 故D正确。 6.B【解析】贝克勒尔最先发现天然放射性现象， 故A错误：查德威克通过实验发现了中子，故B正确： 衰变所释放的电子是原子核内nH+9e产生的，故C 错误；汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中的偏转实 验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成的，并测出 了该粒子的比荷，故D错误。 7.A【解析】它们是氢的同位素，所以它们的质子 数相等，故A正确；原子的核外电子数与质子数相等， 所以它们的核外电子数相等，故B错误；核子数即为 质子、中子的统称也为质量数，所以它们的核子数不 相等，故C错误；元素左上角数字为质量数，左下角 数字为质子数，所以它们的中子数分别为0,1,2，故 D错误。 8.B 提升练习 9.A【解析】由题图可知，射线1所示洛伦兹力向 右，由左手定则可知，射线1带正电，则射线1是射 线，故A正确；由图示可知，射线2不是洛伦兹力作 用，该射线不带电，是Y射线，故B错误，C错误；由 图示可知，射线3受到的洛伦兹力向左，由左手定则可 知，该射线带负电，是B射线，射线3是原子核外的电 子形成的电子流，故D错误。 10.AD【解析】在磁场中，粒子做匀速圆周运动，正 离子受力向右，右偏转；负离子左偏转；故1、2是反粒 子径迹，A正确，B错误；根据洛伦兹力提供向心力，有 9B=m发，解得R=x号。故质子与a粒子的半径之比 Bg g 为1：2，即粒子转弯半径大，故1是反质子，2是反a 粒子，3是质子，4是粒子；故D正确，C错误。 11.BD【解析】2Pu的核子数是239，中子数为 239-94=145,而U的核子数是239，中子数为239-92= 147,所以Pu与爱U的核内具有相同的核子数，不同 的中子数，A错误，B正确；罗U经过1次Q衰变，生 成的新核的质子数为90，所以产生物不是Pu,C错 误；根据质量数守恒和电荷数守恒可判断出，2U经过 2次B衰变后产生的新核是Pu,此过程中有2个中子 转变为2个质子，故D正确。 12.A【解析】α粒子的质量比较大，在空气中飞行 时不易改变方向，且由于它的电离本领大，沿途产生的 64 离子多，所以它在云室中的径迹直而粗，故A正确；B 粒子的质量小，跟气体碰撞时易改变方向，并且电离本 领小，沿途产生的离子少，所以它在云室中的径迹比较 细，而且常是弯曲的，B错误；y粒子的电离本领更小， 在云室中一般看不到它的径迹，故B、C错误。 13.D【解析】a射线带正电，B射线带负电，y射 线不带电，γ射线不受静电力和洛伦兹力作用，故射到 b处的一定不是y射线，C错误；α射线和B射线在电 场、磁场中受到静电力和洛伦兹力，若静电力大于洛伦 兹力，则射到b处的是α射线，若洛伦兹力大于静电 力，则射到b处的是B射线，D正确，A、B错误。 14.(1)B射线y射线a射线(2)YaB 【解析】根据α、B、y三种射线的带电性质以及带 电粒子在电场中受力特点可正确解答。在这三种射线 中，Y射线的穿透能力最强，电离能力最弱；根据电荷 数守恒、质量数守恒写出衰变方程，通过一次《衰变电 荷数少2，质量数少4，一次B衰变电荷数多1，质量数 不变。 (1)α射线为氦核，带正电，B射线为电子流，带 负电，Y射线为高频电磁波，故根据电荷所受电场力特 点可知A为B射线，B为Y射线，C为a射线。 (2)三种射线中，穿透能力最强，经常用来对金属 探伤的是Y射线；电离作用最强，动量最大，经常用来 轰击原子核的是α射线；当原子核中的一个核子由中子 转化为质子时将放出一个B粒子。 15.见解析【解析】(1)由于α射线穿透能力很 弱，用一张纸放在射线前即可除去α射线。 (2)示意图如图所示 ,克泛 1。。。1 一y射线 (③)由洛伦兹力提供向心力，一需和题设条件可 知：α粒子做匀速圆周运动的半径很大，比B粒子做匀 速圆周运动的半径大得多，α粒子在匀强磁场中偏转量 很小，几乎不偏转，故不易将α射线与Y射线分离。 >"2.放射性元素的衰变 基础练习 1.BC【解析】首次发现天然放射现象的是法国物 理学家贝克勒尔，放射现象表明了原子核的可变性，即 原子核不是单一的粒子，具有内部结构，A错误，B正 确；原子中核子越多越不稳定，通常原子序数大于或等 于83的元素，具有天然放射现象，C正确；发生放射 现象时释放出的Y射线是一种电磁波，故D错误。 2.C【解析】α射线是高速运动氢核流，不是氦原 子，故A错误：卢瑟福通过α粒子轰击氮核，发现了质 子，故B错误；天然放射线的发现说明原子核具有复杂 结构，故C正确；三种天然放射线分别是α射线、B射 线和Y射线，X射线不是天然放射线，故D错误。 3.B【解析】由α衰变和B衰变的规律可知XY+ He,Y→Z+9e,比较X、Y、Z可知X的质子 数为n,中子数为m-n,Y的质子数为n-2,中子数为 (m-4)-(n-2)=m-n-2,Z的质子数为n-1,中子数为 (m-4)-(n-1)=m-n-3,由此可判定B正确，A、C、D 错误。 4.BC【解析】原子核衰变时，1次α衰变，核电荷 数减少2，质量数减少4；1次B衰变，核电荷数增加 1,质量数不变。分析知Ra→Rn需1次衰变； U→Pa需1次a衰变，1次B衰变；%Th→Pb需 6次a衰变，4次B衰变；U→需Rn需4次a衰变，2 次B衰变，故A、D错误，B、C正确。 5.B【解析】原子核有半数发生衰变所用的时间叫 半衰期，它与原子核全部衰变所需时间的一半不同，放 射性元素发生衰变后成了一种新的原子核。发生不同的 衰变，其质量数减少的规律不同，原子核衰变时，原来 的放射性元素的原子核个数不断减少，那么放射性元素 的原子核的质量也不断减小，故B正确。 6.AB【解析】云室内充满过饱和蒸气，射线经过 时把气体电离，过饱和蒸气以离子为核心凝结成雾滴， 雾滴沿射线的路径排列，显示出射线的径迹，故A正 确；由于α粒子的电离本领大、质量比较大，故粒子 在云室中的径迹直而粗，即B正确；γy射线的电离本领 很弱，所以在云室中一般看不到它的径迹，细而直的是 B射线的径迹，所以C错误；把云室放到磁场中，由射 线径迹的弯曲方向就可以判断射线所带电荷的正负，故 D错误。 7.D【解析】根据题意可以写出核反应方程为B+ 2He→N+n,N→C+e,故D正确。 8.ABC【解析】放射性同位素用作示踪原子，主 要是用放射性同位素代替没有放射性的同位素参与正 常的物理、化学、生物过程，既要利用化学性质相同， 也要利用衰变规律不受物理、化学变化的影响，同时 还要考虑放射性废料容易处理，因此A、B、C正确， D错误。 9.AB【解析】根据核反应的质量数和电荷数守恒 可知，方程①中X的质量数为1，电荷数为0，则是中 子，选项A正确；方程②中品T放出负电子，则发生 了B衰变，选项B正确；放射性元素的半衰期与外界因 素无关，选项C错误；方程②释放的电子是原子核内的 中子转化为质子时放出的，不能说明电子是原子核的组 成部分，选项D错误。故选AB。 10.BCD【解析】放射线能杀伤癌细胞或阻止癌细 胞分裂，但也会对人体的正常细胞造成伤害，A错误； 参考答案与解析。 因为放射线具有伤害作用，故B、C、D正确。 提升练习 11.C【解析】α射线是高速氦核流，带正电，垂直 进入匀强电场后，受电场力作用向右（负极板一侧）偏 转，β射线是高速电子流，带负电，应向左（正极板一 侧)偏转，Y射线是高频电磁波，不带电，不偏转，A、 B错误；射线垂直进入匀强磁场，根据左手定则判定C 正确，D错误。 12.A【解析】根据质量数守恒和电荷数守恒可知， X的质量数为7，电荷数为3，即原子核X是Li,A正 确，C错误；由选项A可知，原子核X是L,则核反 应方程为Be+eLi+8w,则反应前的总质子数为4， 反应后的总质子数为3，B错误；中微子不带电，则中 微子.的电荷量与电子的不相同，D错误。 13.A【解析】本题考查核反应的知识。涉及的核反 应式子分别是U→26Th+He、0Th→别Pa+.e、Pa→ 2U+e,因此①②③分别是a衰变、B衰变和B衰变， 故A正确。 14.BC【解析】根据核反应方程质量数守恒和电荷 数守恒，可判断x的质量数为234-234=0，电荷数为 90-91=-1,所以x是电子，A错误；放射性元素的放射 性来自原子核内部，电子是由原子核内部的一个中子转 化为一个质子而形成的，B正确；Y射线同B射线一样 都是来自原子核，即来自镤原子核，C正确；半衰期是 针对大量原子核衰变的一个统计规律，1g钍Th经 过120天即5个半衰期，剩余的质量为号广g=7g, 15 不是0.2g,D错误。 15.C【解析】本题考查核反应方程。由x+Li2y 可知x的电荷数和质量数均为奇数，则可知x为质子， 再根据核反应遵循的质量数守恒和电荷数守恒可解得z 为中子，故C正确。 16.B【解析】氢原子核在衰变瞬间，放出的粒子与 反冲核的速度方向相反，二者运动轨迹为外切圆，则根 据左手定则可知二者电性相同，即都带正电，设质量为 m、电荷量大小为g的某带电粒子在磁感应强度大小为 B的匀强磁场中做速率为、半径为R的匀速圆周运动， 则根据牛顿第二定律有g如B=m片，解得R=微局 BgBg· 衰变过程中粒子与反冲核组成的系统动量守恒，而系统 初动量为零，则根据反冲运动规律可知反冲核和粒子动 量大小相等，而反冲核的电荷量一定大于粒子的电荷 量，所以反冲核的运动半径R,一定小于粒子的运动半 径R2,设反冲核和粒子的电荷量分别为q1和92，则由 题意可得是票节·结合透项巾所给枝反皮方餐可知， B正确。 17.BD【解析】A是利用了y射线的穿透性；C是 65 高中物理选择性必修第三册（人教版） 利用了y射线的生物作用：B、D是应用放射性同位素 作为示踪原子。 *18.(1)143 (2)①唱Al+He→P+n不同点见解析 (②9P→aSi+e 【解析】(1)由方程两边的质量数和电荷数相等可 知，234Pa中质子数为91，则中子数为234-91=143。 (2)铝核被α粒子击中后产生中子的核反应方程式 为召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，该衰变方程式为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 学反应前后元素种类不变)；一种同位素处于不同状态， 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处于相同状态，它们的化学 性质是相同的，但它们的核反应性质是不同的。 >m3.核力与结合能 基础练习 1.C【解析】核力是短程力，故C正确；核力与万 有引力、电磁力不同，故A、B错误；核力与电荷无关， 故D错误。 2.BC【解析】因为库仑力是长程力，它作用于核 内所有质子，而核力只作用于相邻的核子，随着Z的增 加，为使原子核保持稳定，必须靠中子的增多来抵消库 仑力的作用。因此，随着Z的增加，稳定的核的中子数 越来越大于质子数。故A、D错误，B、C正确。 3.AB【解析】由原子核的结合能定义可知，原子 核分解成自由核子时所需的最小能量为原子核的结合 能，A正确；重原子核的核子平均质量大于轻原子核的 核子平均质量，因此原子核衰变产物的结合能之和一定 大于衰变前的结合能，B正确；比结合能越大的原子核 越稳定，C错误；自由核子组成原子核时，其质量亏损 所对应的能量等于该原子核的结合能，D错误。 4.(1)5U+n→6Ba+%Kr+3n(2)3.2x101J 【解析】(1)根据电荷数和质量数守恒，可得核反应方 程为22U+n→6Ba+%Kr+36n。 (2)核反应过程中的质量亏损为△m=(235.0439+ 1.0087-140.9139-91.8973-3×1.0087)u=0.2153u。 由爱因斯坦质能方程，得一个轴核裂变放出的能量 为△E=△mc2-0.2153×1.66x1027×(3×108)2J≈3.2×101J。 提升练习 5.BC【解析】核力是强相互作用的一种表现，它 的作用范围在1.5×10-5m之内，核力比库仑力大得多， 因此，B正确，A错误；核力在大于0.8×105m时表现 为吸引力，随距离增大而减小，在距离小于0.8×105m 时，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起，C正 66 确；人们对核力的了解还不是很清楚，这是科学家们奋 力攻克的堡垒，故D错误。 6.C【解析】△E=△mc2只说明质量亏损和释放出核 能这两种现象的联系，并不能说明物体的质量和能量之 间存在着相互转化关系，故A、B错误，C正确：在核 反应中，能量和质量并不违反守恒定律，故D错误。 7.C【解析】核子间存在着强相互作用的核力，核 反应过程中伴随着巨大的能量变化，故C正确。 8.B【解析】原子核X的质量数为238，电荷数为 92,原子核Y的质量数为206，电荷数为82，设共经历 了m次a仪衰变和n次B衰变，根据质量数守恒得4m+ 206=238,解得m=8,根据电荷数守恒得92-2m+n=82, 解得n=6,故A错误，B正确；原子核X生成更稳定的 原子核Y,放出能量，原子核结合得更牢固，所以Y原 子核的比结合能更大，结合能不一定变大，故C错误； 放能的过程中，存在质量亏损，核子的平均质量变小， 故D错误。 9.B【解析】静止的原子核在衰变前后动量守恒， 由动量守恒定律得0=m心1+m22,可知mw1=-m22,故衰 变后钍核的动量大小等于α粒子的动量大小，B正确： 而动能E玩，由于钍核的质量(m）大于a粒子的质 量(m2),故其动能不等，A错误；铀核的半衰期是大 量的轴核半数发生衰变所用的时间，而不是放出一个 粒子所经历的时间，C错误；原子核衰变前后质量数守 恒，衰变时放出核能，质量亏损，D错误。 10.(1)2U→Th+He(2)5.49MeV(3)0.09MeV 【解析】(1)核衰变反应方程为U→Th+He。 (2)△E=△mc2=(232.0372u-228.0287u-4.0026u)× 931MeVu=5.49MeV。 (3)核反应过程中系统动量守恒，钍核和粒子的 动量大小相等、方向相反，即P+(-Pa)=0即Pmp 又流6品 由题意知，E+Ea=△E 所以钍核获得的动能En=mm△E=4+228× 4 ma+mth 5.49MeV=0.09MeV。 >m4.核裂变与核聚变5.“基本”粒子 基础练习 1.C【解析】铀235裂变时的质量亏损：△m=M+m- m1-m2-l0m=M-m1-m2-9m,由质能方程可得E=△mc2= (M-m-m2-9m)c2,故C正确。 2.AC【解析】n表示中子，反应式中有n放出， A正确；当铀块体积小于临界体积时，链式反应不会 发生，B错误；铀核的核反应中释放出的快中子被减 速剂减速后变为慢中子，而慢中子会被铀核吸收发生 链式反应，故铀核的链式反应可由人工控制，C正确；