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2019-2020年高中物理 19.2放射性元素的衰變課時提升訓練（含解析）新人教版選修3-5 1.(多選)(xx昆明高二檢測)關于天然放射現(xiàn)象,下列說法中正確的是　 (　　) A.α粒子帶正電,所以α射線一定是從原子核中射出的 B.β粒子帶負電,所以β射線有可能是核外電子 C.γ粒子是光子,所以γ射線有可能是由原子發(fā)光產生的 D.α射線、β射線、γ射線都是從原子核內部釋放出來的 【解析】選A、D。α衰變的實質是原子核中的兩個質子和兩個中子結合成一個氦核放出,A正確;β衰變的實質是一個中子變成一個質子和一個電子,然后釋放出電子,B錯誤;γ射線伴隨α衰變和β衰變的產生而產生,C錯誤;三種射線都是從原子核內部釋放出來的,D項正確。 2.(多選)關于放射性元素的半衰期說法正確的是　(　　) A.是原子核質量減少一半所需的時間 B.是原子核有半數發(fā)生衰變所需的時間 C.與外界壓強和溫度有關,與原子的化學狀態(tài)無關 D.可以用于測定地質年代、生物年代等 【解析】選B、D。原子核的衰變是由原子核內部因素決定的,與一般外界環(huán)境無關,C錯誤。原子核的衰變有一定的速率,每隔一定的時間即半衰期,原子核就衰變了總數的一半,A錯,B對。不同種類的原子核,其半衰期也不同。若開始時原子核數目為N0,經時間t剩下的原子核數目為N,半衰期為T,則有關系式:N=N0(。若能測定出N與N0的比值,就可求出時間t的值,依此公式就可測定地質年代、生物年代或考察出土文物存在年代等,D正確。 3.(多選)(xx連云港高二檢測)由原子核的衰變規(guī)律可知　(　　) A.放射性元素一次衰變就同時產生α射線和β射線 B.放射性元素發(fā)生β衰變,產生的新核的化學性質不變 C.放射性元素衰變的快慢跟它所處的物理、化學狀態(tài)無關 D.放射性元素發(fā)生正電子衰變時,產生的新核質量數不變,核電荷數減少1 【解析】選C、D。放射性元素一次衰變只放射一種粒子,但同一物體包含原子數目較多,同一時間不同原子可能發(fā)生不同衰變,所以可以看到各種射線同時存在;放出粒子后,原子核變成了新核,所以化學性質改變,故A、B錯誤;某種元素的半衰期長短由其本身因素決定,與它所處的物理、化學狀態(tài)無關,C正確;發(fā)生正電子衰變時,根據質量數和電荷數守恒知,產生的新核質量數不變,核電荷數減少1,D正確。 4.某放射性元素經過11.4天有的原子核發(fā)生了衰變,該元素的半衰期為　 (　　) A.11.4天　　　　　　　　　　 B.7.6天 C.5.7天 D.3.8天 【解析】選D。根據(=,=3,因為t=11.4天,所以τ=天=3.8天,選項D正確。 5.(xx南京高二檢測)建材中的放射物質,衰變成放射性的氡氣,會導致肺癌,其中建材中放射性元素中含有很多的是釙222(),它經過多少次β衰變能生成氡222　(　　) A.222次　　　 B.136次　 　　C.2次　 　　D.86次 【解析】選C。釙222衰變成氡222質量數沒有變,故僅發(fā)生了β衰變,次數為86-84=2次,故A、B、D錯,C對。 6.下列表示放射性元素碘131I)β衰變的方程是　(　　) AISbHe BIXee CIIn DITeH 【解析】選B。β衰變是原子核自發(fā)地釋放一個β粒子(即電子)產生新核的過程,原子核衰變時質量數與電荷數都守恒,結合選項分析可知,選項B正確。 7.核電站核泄漏的污染物中含有碘131和銫137。碘131的半衰期約為8天,會釋放β射線;銫137是銫133的同位素,半衰期約為30年,發(fā)生衰變時會輻射γ射線。下列說法正確的是(　　) A.碘131釋放的β射線由氦核組成 B.銫137衰變時輻射出的γ光子能量小于可見光光子能量 C.與銫137相比,碘131衰變更慢 D.銫133和銫137含有相同的質子數 【解析】選D。β射線由高速的電子流組成,A選項錯;γ光子是能量非常高的光子,高于任何可見光的光子的能量,B選項錯;半衰期長說明衰變的慢,C選項錯;銫133和銫137是同位素,含有相同的質子數,中子數不同,D選項正確。 8.天然放射性元素Pu經過________次α衰變和______次β衰變,最后變成鉛的同位素________。(填鉛的三種同位素PbPbPb中的一種) 【解析】發(fā)生β衰變釋放的是電子,核電荷數發(fā)生改變但質量數不會改變,發(fā)生α衰變釋放α粒子,從而質量數發(fā)生改變,因而新、舊核的質量數之差一定是4的整數倍,所以最后變?yōu)殂U的3種同位素只能是Pb,所以發(fā)生α衰變的次數是=8次,發(fā)生β衰變的次數94-28-82=-4,可知發(fā)生4次β衰變。 答案:8　4Pb 1.(xx石家莊高二檢測)用大寫字母代表原子核。E經α衰變成為F,再經β衰變成為G,再經α衰變成為H。上述系列衰變可記為下式:EFGH 另一系列衰變如下:PQRS 已知P是F的同位素,則　(　　) A.Q是G的同位素,R是H的同位素 B.R是E的同位素,S是F的同位素 C.R是G的同位素,S是H的同位素 D.Q是E的同位素,R是F的同位素 【解析】選B。因為P是F的同位素,其電荷數設為Z,則衰變過程可記為Z+2EFGH ZPQRS 顯然E和R的電荷數均為Z+2,則E和R為同位素,Q和G的電荷數均為Z+1,則Q和G為同位素,S、P、F的電荷數都為Z,則S、P、F為同位素,故B正確,A、C、D錯。 2.A、B兩種放射性元素,原來都靜止在同一勻強磁場中,磁場方向如圖所示,其中一個放出α粒子,另一個放出β粒子,α與β粒子的運動方向跟磁場方向垂直,圖中a、b、c、d分別表示α粒子、β粒子以及兩個剩余核的運動軌跡,則　(　　) A.a為α粒子軌跡,c為β粒子軌跡 B.b為α粒子軌跡,d為β粒子軌跡 C.b為α粒子軌跡,c為β粒子軌跡 D.a為α粒子軌跡,d為β粒子軌跡 【解題指南】解答本題應把握以下三點: (1)原子核在釋放α或β粒子的過程中系統(tǒng)的動量守恒。 (2)由左手定則和軌跡的內切和外切判斷釋放粒子的電性。 (3)根據洛倫茲力和牛頓第二定律以及動量守恒定律可知半徑和粒子電量的關系。 【解析】選C。兩個相切的圓表示在相切點處是靜止的原子核發(fā)生了衰變,由于無外力作用,動量守恒,所以原子核發(fā)生衰變后,新核與放出的粒子速度方向相反,若它們帶相同性質的電荷,則它們所受的洛倫茲力方向相反,則軌道應是外切圓,故左圖應該是原子核發(fā)生了α衰變,又因為r=,半徑大的應該是電荷量小的α粒子的運動軌跡,A、D錯誤;若它們所帶電荷的性質不同,則它們的軌道應是內切圓。右圖所示的軌跡說明是放出了與原子核電性相反的電荷,故應該是發(fā)生了β衰變,半徑大的應該是電荷量小的電子的運動軌跡,故B錯誤,C正確。 3.約里奧居里夫婦因發(fā)現(xiàn)人工放射性元素而獲得了1935年的諾貝爾化學獎,他們發(fā)現(xiàn)的放射性元素P衰變成Si的同時放出另一種粒子,這種粒子是什么?P是P的同位素,被廣泛應用于生物示蹤技術。1 mgP隨時間衰變的關系如圖所示,請估計4 mg的P經多少天的衰變后還剩0.25 mg? 【解析】由核反應過程中電荷數和質量數守恒,可寫出核反應方程PSie,可知這種粒子是正電子。由圖像可知P的半衰期為14天,4 mg的P衰變后還剩0.25 mg,由mt=m0(知=(解得t=56,所以為56天。 答案:正電子　56天 【總結提升】半衰期公式的靈活應用 (1)分析有關放射性元素的衰變數量和時間問題時,正確理解半衰期的概念,靈活運用有關公式進行分析和計算是關鍵。 (2)某種核經過一個半衰期后,剩余的核的數量從微觀上講是“個數變?yōu)樵瓉淼囊话搿?。當?這個規(guī)律是個統(tǒng)計規(guī)律,如果具體到有限的幾個、幾十個,甚至幾百幾千個,這個規(guī)律就不成立了,因為一摩爾物質所含的微粒數就是阿伏加德羅常數。幾百幾千個算不上大量。 (3)在分析計算時,應注意:經過一個半衰期,剩余的核的質量應該變?yōu)榉磻暗囊话?即未衰變的核的質量變?yōu)樵瓉淼囊话?不是反應后質量變?yōu)榉磻暗囊话?因為籠統(tǒng)說反應后的質量還包括反應中生成的新核的質量。 4.(xx珠江高二檢測)天然放射性鈾U)發(fā)生衰變后產生釷Th)和另一個原子核。 (1)請寫出衰變方程; (2)若衰變前鈾U)核的速度為v,衰變產生的釷Th)核的速度為,且與鈾核速度方向相同,求產生的另一種新核的速度。 【解析】(1UThHe。 (2)設另一新核的速度為v′,鈾核質量為238m,由動量守恒定律得:238mv=234m+4mv′得:v′=v。 答案:(1)見解析　(2)v 5.如圖所示,垂直于紙面向里的勻強磁場的磁感應強度B=0.500T,MN是磁場的左邊界。在磁場中的A點有一靜止鐳核,A距MN的距離OA=1.00m。D為放置在MN邊緣的粒子接收器,OD=1.00m。發(fā)生放射性衰變,放出某種粒子x后變?yōu)殡?接收器D接收到了沿垂直于MN方向射來的粒子x。 (1)寫出上述過程中的衰變方程(衰變方程必須寫出x的具體符號); (2)求該鐳核在衰變?yōu)殡焙撕蛒粒子時釋放的能量。(保留三位有效數字,取mα=1.6610-27kg,電子電荷量e=1.6010-19C) 【解析】(1) (2)根據題意可知,α粒子在磁場中所做圓周運動的半徑R=1.00m,設α粒子的速度為v,帶電量為q, 則有qvB= p=qBR=1.6010-1920.5001.00kgm/s=1.610-19kgm/s α粒子的動能E1==7.7110-12J 鐳核衰變滿足動量守恒,設氡核的質量為M,速度為v′, 有mαv-Mv′=0 氡核的動能E2=Mv′2=E1 鐳核衰變時釋放的能量 ΔE=E1+E2=(1+)E1≈7.8510-12J。 答案:(1)　(2)7.8510-12J