第5章 第2节 放射性元素的衰变 课后达标检测(Word练习)-【学霸笔记·同步精讲】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（人教版）

题组1　原子核的衰变 1．(2024·广东佛山阶段练)核废水含有氚、锶－90、铯－137、碘－129等放射性元素。其中137Cs半衰期为30年，它能通过β衰变为新核X，下列说法正确的是(　　) A．由核反应说明135Cs核内存在电子 B．铯Cs的β衰变方程为Cs→X＋e C.新核X与铯Cs的核子数、中子数相等 D．经过30年，20个铯核中还有10个铯核未发生衰变 解析：选B。β衰变中放出的电子是原子核内的中子转化为质子时放出的，不能说明135Cs核内存在电子，故A错误；根据电荷数和质量数守恒，铯Cs的β衰变方程为Cs→X＋e，故B正确；新核X与铯Cs的核子数相同，新核X的中子数比铯Cs的中子数少1个，故C错误；半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少量原子核衰变不适用，故D错误。 2．(2024·广东揭阳期末)香烟中含有放射性元素钋(Po)，吸烟危害人体健康。钋能发生α衰变和γ辐射，其衰变方程为Po→Pb＋He＋γ。下列说法正确的是(　　) A．α射线的穿透能力比γ射线强 B．α射线的速度比γ射线大 C．Pb中Z＝82 D．Pb核的中子数为206 解析：选C。α射线为He粒子流，它的穿透能力比γ射线弱，故A错误；α射线的速度比γ射线小，故B错误；根据电荷数守恒，有Z＝84－2＝82，故C正确；根据质量数守恒有A＝210－4＝206，Pb核的中子数为124，故D错误。 题组2　衰变粒子在磁场中的运动 3．静止在匀强磁场中的碳14原子核发生衰变，放射出的粒子与反冲核的运动轨迹是两个内切的圆，两圆的直径之比为7∶1，如图所示，那么碳14的衰变方程为(　　) A．C→e＋B B．C→He＋Be C．C→H＋B D．C→e＋N 解析：选D。原子核的衰变过程满足动量守恒，粒子与反冲核的速度方向相反，根据左手定则判断得知，粒子与反冲核的电性相反，则知粒子带负电，所以该衰变是β衰变，此粒子是β粒子，符号为e；可得两带电粒子动量大小相等，方向相反，据动量守恒定律可得m1v1＝m2v2，带电粒子在匀强磁场中做圆周运动，满足qvB＝m，可得半径r＝，r与q成反比，由题意可得，大圆与小圆的半径之比为7∶1，则得粒子与反冲核的电荷量之比为1∶7，所以反冲核的电荷量为7e，电荷数是7，其符号为N，所以碳14的衰变方程为C→e＋N，故A、B、C错误，D正确。 4.如图所示，静止的氡原子核(Rn)在垂直于纸面的匀强磁场中，由于衰变放出某种粒子而生成一个新的原子核，新核和粒子的运动径迹是两个在纸面内的外切圆。已知大圆与小圆直径之比是85∶1，则(　　) A．该核反应方程是Rn→Fr＋e B．该核反应方程是Rn→At＋e C．该核反应方程是Rn→Po＋He D．大圆轨迹是新核的，磁场方向垂直于纸面向里 解析：选B。设新核和粒子的质量分别为m1、m2，速度大小分别为v1、v2，电荷量分别为q1、q2。新核做圆周运动过程中洛伦兹力提供向心力，有q1v1B＝，则新核做圆周运动的半径r1＝，同理可得，粒子做圆周运动的半径r2＝，静止的氡原子核由于衰变放出某种粒子而生成一个新的原子核的过程动量守恒，则有m1v1＝m2v2，联立可得＝＝。由上述分析可知，轨迹半径与电荷量成反比，故小圆轨迹是新核的，大圆轨迹是粒子的，新核与粒子受力方向相反，速度方向也相反，由左手定则可知，新核与粒子电性相同，故二者均带正电，且电荷量之比为85∶1，磁场方向垂直于纸面向里，故A、C、D错误，B正确。 题组3　半衰期 5．(2024·广东梅州期末)1898 年12 月居里夫妇发现了放射性比铀强百万倍的镭226，镭226 的半衰期为1 620年，镭226 衰变为氡222的方程为 Ra→Rn＋X。下列说法正确的是(　　) A．该衰变为α衰变 B．该衰变为β衰变 C.增加环境温度可以使镭226 的半衰期变为810年 D．经过3 240年，100 个镭226 中将有75 个镭226 发生衰变 解析：选A。根据电荷数和质量数守恒，可知X为He，为α衰变，故A正确，B错误；半衰期只跟原子核内部结构有关，增加环境温度不能使镭226 的半衰期变为810年，故C错误；半衰期是大量统计得到的数值，对少量原子核不适用，所以经过3 240年，100 个镭226 中不一定将有75 个镭226 发生衰变，故D错误。 6．(2024·辽宁锦州期末)“嫦娥三号”中有一块“核电池”，在月夜期间提供电能的同时还能提供一定能量用于舱内温度控制。 “核电池”利用了Pu的衰变，Pu在放出一个α粒子(He)后衰变成一个新的原子核，下列说法正确的是(　　) A．新核的质子数比Pu的质子数少2个 B．新核的中子数比Pu的中子数少4个 C．若Pu的温度降低，其半衰期会减小 D．Pu在月球上的衰变速度比在地球上的衰变速度慢 解析：选A。根据核反应过程的质量数守恒与电荷数守恒，α粒子的质量数为4，电荷数为2，则新核的电荷数为94－2＝92，质量数为238－4＝234，则新核的中子数为234－92＝142，而Pu的中子数为238－94＝144，故新核的质子数比Pu的质子数少2个，新核的中子数比Pu的中子数少2个，故A正确，B错误；半衰期与原子所处的环境、温度、压强等均无关系，所以半衰期在地球和月球上都一样，衰变速度一样，故C、D错误。 题组4　放射性同位素 7．(2024·广东汕头一模)派特CT(PET－CT)是医学影像仪器。其中PET原理是将放射性同位素注入人体，同位素发生β＋衰变：X→Y＋e，衰变放出正电子e和人体内的负电子相遇湮灭成一对光子，光子被探测器探测后经计算机处理，并与CT(X射线成像)进行图像融合，形成清晰的图像。下列说法正确的是(　　) A．放射性同位素在衰变过程质量数守恒 B．放射性同位素在衰变过程质子数守恒 C．正负电子在湮灭过程电荷数不守恒 D．应选取半衰期较长的放射性同位素 解析：选A。放射性同位素在衰变过程中满足质量数守恒，核电荷数守恒，A正确，B错误；正负电子相遇而湮灭，电荷数守恒，C错误；应选取半衰期较短的放射性同位素，D错误。 8．(2024·江苏连云港一模)2023年6月，正式试运行的甘肃武威的钍基熔盐反应堆是我国自主研发的第四代先进核能系统，也是全球首个商业试运行的第四代核反应堆。反应堆中利用钍－铀循环产能，Th(钍核)吸收一个中子后转化为钍233，经过两次β衰变后生成易裂变的铀233。下列选项不正确的是(　　) A．Th＋n→Th B．Th→U＋2e C．钍233与钍232是同位素 D．钍233与铀233是同位素 解析：选D。根据核反应的电荷数和质量数守恒可知，(钍核)吸收一个中子后转化为钍233方程式为Th＋n→Th，经过两次β衰变后生成易裂变的铀233，方程式为Th→U＋2e，故A、B正确；钍233与钍232电荷数一样，中子数不相同，是同位素，故C正确；钍233与铀233是两种不同的元素，不是同位素，故D错误。 题组5　原子核的人工转变和核反应方程 9．宇宙射线进入地球大气层时同大气作用产生中子，中子撞击大气中的氮核7N引发核反应，产生碳核6C和原子核X，则X为(　　) A．H B．H C．He D．He 解析：选A。根据题意以及电荷数守恒、质量数守恒，得该核反应方程为n＋7N―→6C＋H，所以原子核X为H，故A正确，B、C、D错误。 10．(2024·山东日照阶段检测)在医学研究中把Sr－87m引入患者体内，待骨骼吸收后，用辐射检测器可测定其在患者骨骼中所处的位置，并确定患者体内出现的异常情况。Sr－87m的半衰期为2.8 h，对于质量为m0的Sr－87m，经过时间t后剩余的质量为m，其－t图线如图所示。从图中提供的信息，可知Sr－87m的半衰期可表示为(　　) A．t1－0 B．t3－t1 C．t2－t1 D．t3－t2 解析：选B。由题图可知从＝0.8到＝0.4恰好衰变了一半，根据半衰期的定义，可知半衰期τ＝t3－t1。 11．(2024·山东聊城一模)1947年，美国芝加哥大学教授威拉得·利比首次利用放射性元素C的衰变程度，准确测定了曾经有过生命的有机体的年代。威拉得·利比对于考古学、海洋学和地球科学做出了巨大的贡献，因此获得1960年诺贝尔奖。C能自发释放β射线，衰变方程为C→X＋β，其半衰期约为5 730年。下列说法正确的是(　　) A．新核X比C少一个中子 B．当X数量是C数量的3倍时，C衰变所经历时间约为17 190年 C．随着文物的出土，文物所在环境温度升高，会导致β衰变加快，检测不准 D．衰变产生的β粒子来自C的核外电子 解析：选A。根据质量数和电荷数守恒可知，新核X的质量数为14，电荷数为7，则中子数为7，比C少一个中子，故A正确；根据半衰期公式N＝N0，又＝，解得t＝11 460年，故B错误；半衰期与外界因素无关，故C错误；β衰变中生成的电子是一个中子转化为一个质子同时生成一个电子，故D错误。 12．(2024·江苏扬州期末)镅射线源是火灾自动报警器的主要部件，镅Am的半衰期为432年，衰变方程为Am→Np＋X，则(　　) A．发生的是α衰变 B．温度升高，镅Am的半衰期变小 C．衰变产生的射线能穿透几毫米厚的铝板 D．100个镅Am经432年将有50个发生衰变 解析：选A。由衰变过程中质量数和电荷数守恒可知，X的电荷数为2，质量数为4，发生的是α衰变，α射线具有很强的电离性，不能穿透几毫米厚的铝板，故A正确，C错误；放射性元素的半衰期不随温度、状态及化学变化而变化，是由原子核内部本身决定的，故B错误；衰变具有统计性，对个别原子不适用，故D错误。 13．(2024·湖北荆门期末)天然放射性元素Th(钍)经过一系列α衰变和β衰变之后，变成Pb(铅)。下列判断正确的是(　　) A．衰变过程共有6次α衰变和2次β衰变 B．铅核比钍核少8个质子 C．β衰变所放出的电子来自原子核外 D．钍核比铅核多24个中子 解析：选B。α衰变的次数n1＝＝6，β衰变的次数n2＝82＋2×6－90＝4，故A错误；铅核、钍核的质子数差n3＝90－82＝8，可知铅核比钍核少8个质子，故B正确；β衰变所放出的电子来自原子核内，故C错误；钍核、铅核的中子数差n4＝(232－90)－(208－82)＝16，可知钍核比铅核多16个中子，故D错误。 14．现代已知碳的同位素共有十五种，有碳8至碳22，其中碳12和碳13属于稳定型，碳14是宇宙射线透过空气时撞击氮原子核产生的，碳14是一种放射性的元素，衰变为氮14。图中包含碳14衰变相关信息，结合这些信息可以判定下列说法正确的是(　　) A．碳14转变为氮14，衰变方式为β衰变 B．100个碳14原子核在经过一个半衰期后，一定还剩50个 C．若氮14生成碳14的核反应方程为N＋X→C＋H，则X为质子 D．当氮14数量是碳14数量的7倍时，碳14衰变所经历时间为22 920年 解析：选A。由核反应方程C→N＋e，可知碳14转变为氮14是β衰变，A正确；半衰期是大量原子核衰变时的统计规律，个别原子核经多长时间衰变无法预测，即对个别或极少数原子核无半衰期可言，B错误；由核反应过程中电荷数守恒和质量数守恒可知，X为中子n，C错误；当氮14数量是碳14数量的7倍时，碳14数量占总原子核数量的，经过3个半衰期即17 190年，D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $