高中物理 第3章 原子核與放射性 第2節(jié) 原子核衰變及半衰期學業(yè)分層測評 魯科版選修3-5

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第2節(jié) 原子核衰變及半衰期 (建議用時：45分鐘) [學業(yè)達標] 1．關于天然放射現(xiàn)象和對放射性的研究，下列說法正確的是(　　) A．α射線和β射線在電場或磁場中偏轉說明它們是帶電粒子 B．原子核不是單一的粒子 C．γ射線一定伴隨α射線或β射線而產(chǎn)生 D．任何放射性元素都能同時發(fā)出三種射線 E．γ射線往往伴隨α射線或β射線而產(chǎn)生 【解析】　帶電粒子以一定的初速度垂直進入電場或磁場能發(fā)生偏轉，α射線和β射線能在電場或磁場中偏轉說明它們是帶電粒子，故A正確；放射現(xiàn)象說明原子核的可變性，即原子核不是單一粒子，具有復雜的結構，故選項B正確；γ射線是原子核在發(fā)射α射線或β射線時多余的能量以γ射線的形式產(chǎn)生的輻射，因此γ射線是伴隨(不是一定伴隨)α射線或β射線而放出的，故選項E正確，C、D均錯誤． 【答案】　ABE 2．關于放射性元素的半衰期，下列說法正確的是(　　) A．是放射源質(zhì)量減少一半所需的時間 B．是原子核半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間 C．與外界壓強和溫度有關 D．可以用于測定地質(zhì)年代、生物年代等 E．與原子的化學狀態(tài)無關 【解析】　原子核的衰變是由原子核的內(nèi)部因素決定的，與外界環(huán)境無關．原子核的衰變有一定的速率，每隔一定的時間即半衰期，原子核就衰變掉總數(shù)的一半．不同種類的原子核，其半衰期也不同，若開始時原子核數(shù)目為N0，經(jīng)時間t剩下的原子核數(shù)目為N，半衰期為T1/2，則N＝N0().若能測出N與N0的比值，就可求出t，依此公式可測定地質(zhì)年代、生物年代等．故正確答案為B、D、E. 【答案】　BDE 3．日本福島核電站泄漏事故中釋放出大量的碘131，碘131是放射性同位素，衰變時會發(fā)出β射線與γ射線，碘131被人攝入后，會危害身體健康，由此引起了全世界的關注．下面關于核輻射的相關知識，說法正確的是(　　) A．人類無法通過改變外部環(huán)境來改變碘131衰變的快慢 B．碘131的半衰期為8.3天，則4個碘原子核經(jīng)16.6天后就一定剩下一個原子核 C．β射線與γ射線都是電磁波，但γ射線穿透本領比β射線強 D．碘131發(fā)生β衰變時所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉化為質(zhì)子時產(chǎn)生的 E．β射線是高速運動的電子流，是從碘131原子核內(nèi)釋放出來的 【解析】　衰變的快慢由放射性元素本身決定，與外部環(huán)境無關，A正確；半衰期是大量原子核衰變的統(tǒng)計規(guī)律，對少數(shù)幾個原子核無意義，B錯誤；β射線是高速電子流，γ射線是電磁波，故C錯誤，E正確；β衰變的實質(zhì)是n→H＋e，D正確． 【答案】　ADE 4．某一放射性元素放出的射線通過電場后分成三束，如圖325所示，下列說法正確的是(　　) 圖325 A．射線3的電離作用在三種射線中最強 B．射線2貫穿本領最弱，用一張白紙就可以將它擋住 C．一個原子核放出一個射線3的粒子后，質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)都比原來少2個 D．一個原子核放出一個射線1的粒子后，形成的新核比原來的電荷數(shù)少1個 E．一個原子核放出一個射線1的粒子后，形成的新核與原來的核的核子數(shù)相同 【解析】　根據(jù)三束射線的偏轉方向，可以斷定射線1帶負電，是β射線；射線2不帶電，是γ射線；射線3是α射線．α射線的電離作用最強，選項A正確．γ射線貫穿本領最強，用一張白紙可以擋住的是α射線，選項B錯誤．每發(fā)生一次α衰變，原子核里面的2個中子和2個質(zhì)子結合成一個氦核而釋放出來，選項C正確．每發(fā)生一次β衰變，原子核里面的一個中子變成一個質(zhì)子，因此核電荷數(shù)增加1，但核子數(shù)不變，故選項D錯誤，E正確． 【答案】　ACE 5．有一種新型鎳銅長效電池，它是采用半衰期長達100年的放射性同位素鎳63(Ni)和銅兩種金屬作為長壽命電池的材料，利用鎳63發(fā)生β衰變時釋放電子給銅片，把鎳63和銅片作電池兩極，外接負載為負載提供電能．下面有關該電池的說法正確的是(　　) 【導學號：18850043】 A．鎳63的衰變方程是Ni→Cu＋e B．鎳63的衰變方程是Ni→Cu＋e C．外接負載時鎳63的電勢比銅片高 D．該電池內(nèi)電流方向是從鎳片到銅片 E．該電池的正極是鎳片 【解析】　鎳63的衰變方程為Ni→e＋Cu，選項A對，B錯．電流方向為正電荷定向移動方向，在電池內(nèi)部電流從銅片到鎳片，鎳片電勢高，為電池的正極，選項C、E對，D錯． 【答案】　ACE 6．原子核Th具有天然放射性，它經(jīng)過若干次α衰變和β衰變后會變成新的原子核．下列原子核中，有三種是Th衰變過程中可以產(chǎn)生的，它們是(　　) A.Pb　 B.Pb　 C.Po D.Ra　 E.Ra 【解析】　發(fā)生1次α衰變時核子的質(zhì)量數(shù)減4，電荷數(shù)減2；發(fā)生1次β衰變時，質(zhì)量數(shù)不變，電荷數(shù)加1.先從質(zhì)量數(shù)的變化分析，易得A、C、D正確． 【答案】　ACD 7．在橫線上填上粒子符號和衰變類型． (1)U→Th＋________，屬于________衰變 (2)Th→Pa＋________，屬于________衰變 (3)Po→At＋________，屬于________衰變 (4)Cu→Co＋________，屬于________衰變 【解析】　根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可以判斷，(1)中生成的粒子為He，屬于α衰變；(2)中生成的粒子為e，屬于β衰變；(3)中生成的粒子為e，屬于β衰變；(4)中生成的粒子為He，屬于α衰變． 【答案】　(1)He　α　(2)e　β　(3)e　β　(4)He　α 8.U經(jīng)一系列的衰變后變?yōu)镻b. (1)求一共經(jīng)過幾次α衰變和幾次β衰變？ (2)Pb與U相比，求質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)各少多少？ (3)寫出這一衰變過程的方程． 【解析】　(1)設U衰變?yōu)镻b經(jīng)過x次α衰變和y次β衰變．由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得 238＝206＋4x① 92＝82＋2x－y② 聯(lián)立①②解得x＝8，y＝6，即一共經(jīng)過8次α衰變和6次β衰變． (2)由于每發(fā)生一次α衰變質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)均減少2，每發(fā)生一次β衰變中子數(shù)減少1，而質(zhì)子數(shù)增加1，故Pb較U質(zhì)子數(shù)少10，中子數(shù)少22. (3)核反應方程為U→Pb＋8He＋6e. 【答案】　(1)8　6 (2)10　22 (3)U→Pb＋8He＋6e [能力提升] 9．14C發(fā)生放射性衰變成為14N，半衰期約5 700年．已知植物存活期間，其體內(nèi)14C與12C的比例不變；生命活動結束后，14C的比例持續(xù)減少．現(xiàn)通過測量得知，某古木樣品中14C的比例正好是現(xiàn)代植物所制樣品的二分之一．下列說法正確的是(　　) A．該古木的年代距今約5 700年 B．12C、13C、14C具有相同的中子數(shù) C．14C衰變?yōu)?4N的過程中放出β射線 D．增加樣品測量環(huán)境的壓強將加速14C的衰變 E．14C比12C多2個中子 【解析】　剩余的碳14占，表明經(jīng)過了一個半衰期，A正確；碳14、13、12的質(zhì)子數(shù)相同，質(zhì)量數(shù)不同，中子數(shù)不同，碳14比碳12多兩個中子，故B錯誤，E正確；碳14變?yōu)榈?4，質(zhì)量數(shù)未變，放出的是電子流，即β射線，C正確；半衰期不受外界環(huán)境影響，D錯誤． 【答案】　ACE 10．回旋加速器在核科學、核技術、核醫(yī)學等高新技術領域得到了廣泛應用，有力地推動了現(xiàn)代科學技術的發(fā)展．當今醫(yī)學影像診斷設備PET/CT堪稱“現(xiàn)代醫(yī)學高科技之冠”，它在醫(yī)療診斷中，常利用能放射正電子的同位素碳11作示蹤原子．碳11是由小型回旋加速器輸出的高速質(zhì)子轟擊氮14獲得，同時還產(chǎn)生另一粒子，試寫出核反應方程．若碳11的半衰期τ為20 min，經(jīng)2.0 h剩余碳11的質(zhì)量占原來的百分之幾？(結果取2位有效數(shù)字) 【解析】　核反應方程為 N＋H→C＋He① 設碳11原有質(zhì)量為m0，經(jīng)過t1＝2.0 h剩余的質(zhì)量為mr，根據(jù)半衰期定義有 ＝()＝()≈1.6%.② 【答案】　N＋H→C＋He　1.6% 11．在勻強磁場中，一個原來靜止的原子核，由于放出一個α粒子，結果得到一張兩個相切圓的徑跡照片(如圖326所示)，今測得兩個相切圓半徑之比r1∶r2＝1∶44，求： 【導學號：18850044】 圖326 (1)圖中哪一個圓是α粒子的徑跡？(說明理由) (2)這個原子核原來所含的質(zhì)子數(shù)是多少？ 【解析】　(1)因為動量相等，所以軌道半徑與粒子的電荷量成反比，所以圓軌道2是α粒子的徑跡，圓軌道1是新生核的徑跡． (2)設衰變后新生核的電荷量為q1，α粒子的電荷量為q2＝2e，它們的質(zhì)量分別為m1和m2，衰變后的速度分別是v1和v2，所以原來原子核的電荷量 q＝q1＋q2. 根據(jù)軌道半徑公式有 ＝＝ 又由于衰變過程中遵循動量守恒定律，則m1v1＝m2v2 以上三式聯(lián)立解得q＝90e 即這個原子核原來所含的質(zhì)子數(shù)為90. 【答案】　(1)見解析　(2)90