5.2 放射性元素的衰变 专项训练-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

**基本信息** 以守恒定律为核心方法，系统构建从衰变规律到核反应应用的知识逻辑，强化科学推理与模型建构 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |衰变规律|8题|质量数与电荷数守恒法；α/β衰变实质分析|从衰变定义→规律→粒子实质，形成概念-原理-应用链条| |半衰期|7题|半衰期公式应用；统计规律理解|半衰期定义→特点→实际计算，体现物质观念与科学思维| |核反应应用|9题|人工转变方程书写；同位素示踪分析|核反应条件→规律→三大发现，关联科技应用与社会责任|

———————理解为王——物理快乐学 2 / 5 ———————理解为王——物理快乐学 2 / 5 5.2 放射性元素的衰变 原子核的衰变 1．定义：原子核自发地放出____或_____，由于核电荷数变了，它在元素周期表中的位置就变了，变成另一种原子核。我们把这种变化称为原子核的_________。 2．规律：原子核衰变时电荷数和质量数都________。 3．α衰变 （1）规律：在α衰变过程中，质量数_____，电荷数_____。U的α衰变方程为→_________ （2）实质：原子核中的______和______结合起来形成α粒子，并被释放出来。 4．β衰变 （1）规律：在β衰变过程中，质量数____，电荷数______。Th的β衰变方程为→__________ （2）实质：核内的_____转化成一个_____和一个电子，电子发射到核外，就是β粒子。 半衰期 5．定义：放射性元素的原子核有____发生衰变所需的时间，叫作这种元素的半衰期。 6．特点 （1）不同的放射性元素，半衰期_____。 （2）放射性元素的半衰期，描述的是________行为的统计规律。 （3）放射性元素衰变的快慢是由__________的因素决定的，跟原子所处的_______和_______没有关系。 核反应 7．定义：原子核在其他粒子的轰击下产生______或者发生___变化的过程。 8．条件：用α粒子、质子、中子，甚至用γ光子轰击原子核使____发生转变。 9．规律：质量数和电荷数都_____ 10．原子核人工转变的三大发现 （1）1919年卢瑟福发现质子的核反应方程：_________________________________； （2）1932年查德威克发现中子的核反应方程：_________________________________； （3）1934年约里奥−居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程：__________________； 放射性同位素及其应用 11．放射性同位素：很多元素都存在的一些具有_____的同位素。 12．放射性同位素的应用：射线测厚仪，放射____，培优、保鲜，___原子。 辐射与安全 13．辐射与安全 人类一直生活在放射性的环境中。____的射线对人体组织有破坏作用。在使用放射性同位素时，必须严格遵守操作规程，注意人身安全，同时，要防止_________对空气、水源、用具等的污染。 备考训练一：衰变方程、半衰期 11．2025年6月，我国成功掌握商用堆生产钇90（）玻璃微球的技术，可实现批量化生产。在核反应堆中，由核反应生成、则（   ） A．X是质子 B．X是电子 C．a = 90 D．b = 0 12．我国钍资源丰富并成功实现了钍-铀核燃料转换，开辟了核燃料供应的新途径。转换过程的中间核素可能会经历两种核反应，反应式为，，则X、Y分别是（     ） A．、 B．、 C．、 D．、 13．关于原子核衰变，下列说法正确的是（   ） A．原子核发生α衰变时，电荷数增大 B．原子核发生α衰变时，质量数增大 C．衰变产生的α粒子穿透能力强，可以穿透几厘米厚的铅板 D．理论研究表明，（氡核）可能在一次衰变过程中放出两个α粒子，则其衰变方程为 14．位于我国甘肃省武威市的钍基熔盐实验堆实现连续稳定运行，标志着人类在第四代核电技术上迈出关键一步。该技术利用钍核（）俘获x个中子（），共发生y次衰变，转化为易裂变的铀核（），则（　　） A． B． C． D． 15． PET（正电子发射断层成像）是核医学科重要的影像学诊断工具，其检查原理是将含放射性同位素（如：）的物质注入人体参与人体代谢，从而达到诊断的目的。的衰变方程为，其中是中微子。已知的半衰期是110分钟。下列说法正确的是（   ） A． X为 B．该反应为核聚变反应 C．1克经110分钟剩下0.5克 D．该反应产生的在磁场中会发生偏转 16．上世纪四十年代初，我国科学家王淦昌先生首先提出证明中微子存在的实验方案：如果静止原子核俘获核外K层电子e，可生成一个新原子核X，并放出中微子νe，即 。根据核反应后原子核X的动能和动量，可以间接测量中微子的能量和动量，进而确定中微子的存在。下列说法正确的是（　　） A．原子核X是 B．核反应前后的总质子数不变 C．核反应前后总质量数不同 D．中微子的电荷量与电子的相同 17．（多选）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 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 18．放射性元素会衰变为稳定的，半衰期约为，可以用于检测人体的甲状腺对碘的吸收。若某时刻与的原子数量之比为，则通过后与的质量之比（　　） A． B． C． D． 19．如图，一个原子核X经图中所示的一系列、衰变后，生成稳定的原子核Y，在此过程中放射出电子的总个数为（　　） A．6 B．8 C．10 D．14 20．粒子来源于（　　） A．原子核外电子 B．原子核内中子转化而来 C．原子核内电子 D．原子核内质子转化而来 21．已知某种元素的半衰期为39万年，一群该元素对应的粒子的原始质量为m0，经历12万年后该粒子的质量剩余m1，则下列关于剩余的该粒子质量随时间变化的图像正确的是（   ） A． B． C． D． 22．我国科学家根据放射性物质衰变过程中释放高能射线，发明了一种微核电池，该电池使用从核废料中提取出来的镅作为原料，镅的衰变方程为。用表示镅衰变前的总质量，用m表示经过时间t后剩余镅的质量，镅在衰变过程中，其图像如图所示。则（    ） A．核反应方程中， B．镅的半衰期为213年 C．由图像可知镅的半衰期越来越长 D．放射性元素每经过一个半衰期，没有发生衰变的原子核数目是衰变前的一半 23．为估测某水库的库容，取一瓶无毒的某放射性元素的水溶液，已知该放射性元素的半衰期是8d，测得这瓶溶液每分钟衰变次。现将这瓶溶液倒入水库，经过时间40d后在该水库中取水样（可认为溶液已均匀分布），测得水样每分钟衰变次。据此可以估算，该水库中水的体积为（    ） A． B． C． D． 24．氟具有放射性，可用来标记药物，其衰变方程为。某含的化合物中，核的数量与核的数量比值k随时间t变化的图线如图所示，则的半衰期为（　　） A．年 B．年 C．年 D．年 参考答案： 11．D 【详解】核反应遵循质量数守恒和电荷数守恒，对反应式分析如下 由质量数守恒a＋1 = 90 解得a = 89 由电荷数守恒39＋b = 39 解得b = 0 可知X是中子。 故选D。 12．C 【详解】根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，为中子；Y的质量数为0，电荷数为-1，则电子。 故选C。 13．D 【详解】A．α衰变放出的α粒子为，衰变过程电荷数守恒，因此母核电荷数减少2，而非增大，故A错误； B．α粒子质量数为4，衰变过程质量数守恒，因此母核质量数减少4，而非增大，故B错误； C．α粒子电离能力强、穿透能力极弱，一张白纸即可将其挡住，穿透能力强、可穿透几厘米厚铅板的是γ射线，故C错误； D．衰变方程满足电荷数守恒和质量数守恒：左边电荷数为86，右边2×2＋82 = 86；左边质量数为216，右边2×4＋208 = 216，守恒关系成立，故D正确。 故选D。 14．B 【详解】根据题意可知，钍核每俘获1个中子质量数加1，电荷数不变，每发生一次衰变，质量数不变，电荷数加1，钍核变成铀核，质量数加1，电荷数加2，则俘获1个中子，发生次衰败，即， 故选B。 15．C 【详解】A．根据质量数与电荷数守恒可知，该物质为，故A错误； B．核聚变是轻核结合成重核的过程（如氢弹原理）。本题中的衰变是单个原子核自发转变为另一种原子核，属于放射性衰变（具体为衰变），而非核聚变，故B错误； C．1g该物质经过110min即一个衰变周期，则有一半发生衰变，该物质质量变为0.5g，故C正确； D．不带电，在磁场中不偏转，故D错误。 故选C。 16．A 【详解】AC．根据质量数守恒和电荷数守恒有，X的质量数为7，电荷数为3，可知原子核X是，A正确、C错误； B．由选项A可知，原子核X是，则核反应方程为 + → + ，则反应前的总质子数为4，反应后的总质子数为3，B错误； D．中微子不带电，则中微子的电荷量与电子的不相同，D错误。 故选A。 17．AB 【详解】A．根据质量数守恒和电荷数守恒可知，X的质子数为1，中子数为1，即为，故A正确； B．常用的示踪原子有：，，，故B正确； C．由原子核内的一个中子转化为一个质子和一个电子，电子被释放出来，所以来自原子核内，故C错误； D．半衰期是一个统计规律，对于大量原子核衰变是成立的，个数较少时规律不成立，故D错误。 故选AB。 18．B 【详解】根据题述，与原子数量之比为，则通过（两个半衰期）后，4份衰变剩余1份，生成了3份原子，剩余与原子数量之比为，因为与原子质量相同，所以通过（两个半衰期）后，与原子的质量之比为，故B正确，ACD错误。 故选B。 19．A 【详解】由图分析可知，核反应方程为 设经过次衰变，次衰变。由电荷数与质量数守恒可得 ； 解得 ， 故放出6个电子。 故选A。 20．B 【详解】放射线中的β粒子来源于原子核，是原子核发生衰变时，其中的某一个中子转化质子与电子产生的，但电子不是原子核的组成部分，故选B。 21．A 【详解】根据半衰期公式 这是一个以为底的指数函数，图像是一条单调递减、下凸的曲线。且由题知元素的半衰期T = 39万年，则39万年时 故选A。 22．D 【详解】A．粒子的符号为，则根据核反应的电荷数守恒和质量数守恒有， 解得，，故A错误； B．由题图可知，从到，镅的剩余质量变为原来的一半，对应的时间为 因此镅的半衰期为432年，不是213年，故B错误； C．放射性元素的半衰期由原子核本身的性质决定，与外界环境、时间无关，是一个固定值，不会随衰变过程变长，故C错误； D．根据半衰期的定义可知，放射性元素每经过一个半衰期，没有发生衰变的原子核数目是衰变前的一半，故D正确。 故选D。 23．A 【详解】倒入水库时，经过的半衰期次数 放射性元素的单位时间衰变次数与剩余原子核数成正比，经过个半衰期后，水库中所有放射性元素的总衰变率为 设水库体积为，因溶液均匀分布，总衰变率满足 联立得 故选A。 24．A 【详解】由图像可知，刚开始核的数量与核的数量的比值等于2，设核的数量为2x，则核的数量为x，经过一个半衰期，核的数量为x，衰变产物为氧，则核的数量为2x，比值变为 结合图像可知此时对应的时刻为，故半衰期为。 故选A。 1． α粒子 β粒子 衰变 2．守恒 3． 减少4 减少2 2个质子 2个中子 4． 守恒 守恒 1个中子 1个质子 【解析】1．略 2．略 3．的α衰变方程为，其余略。 4．的β衰变方程为，其余略。 5．半数 6． 不同 大量原子核 原子核内部自身 化学状态 外部条件 【解析】5．半衰期定义为放射性元素的原子核有半数发生衰变所需时间。 6．[1]不同放射性元素半衰期不同，这是元素的固有特性。 [2]半衰期是对大量原子核衰变行为的统计规律，少量原子核无意义。 [3][4][5]衰变快慢由原子核自身内部结构决定，与原子化学状态（如单质、化合物）和外部条件（如温度、压强 ）无关。 7． 新原子核 状态 8．原子核 9．守恒 10． ， 【解析】7．略。 8．略。 9．略。 10．略。 11．放射性 12． 治疗 示踪 【解析】11．放射性同位素：很多元素都存在的一些具有放射性的同位素。 12．[1][2]放射性同位素的应用：射线测厚仪，放射治疗，培优、保鲜，示踪原子。 13． 过量 放射性物质 【详解】略。 每个知识点两个按照2-3-3练习（简、中、难——多为期中、期末、高考真题）——全面掌握 每个知识点两个按照2-3-3练习（简、中、难——多为期中、期末、高考真题）——全面掌握 学科网（北京）股份有限公司 $