高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册2 放射性元素的衰变同步练习题

第五章　原子核

2　放射性元素的衰变

基础过关练

题组一　原子核的衰变

1.(2020上海徐汇高三上诊断Th衰变为Pa过程中释放出某种粒子流,该粒子流 (　　)

A.没有质量

B.速度与光速相同

C.能够穿透1 cm厚的铅板

D.与阴极射线电性相同

2.(2021浙江湖州高二下联考)关于放射性的知识,下列说法正确的是 (　　)

A.铀238会衰变为钍234,经过两个半衰期后,矿石中原来所含的铀元素的原子核全部发生了衰变

B.γ射线一般伴随着α或β射线产生,在这三种射线中,α射线的穿透能力最强,电离能力最弱

C.β衰变所释放的电子是原子核中的中子转化成质子时产生的

D.发生α衰变时,生成核与原来的核相比,中子数减少了4个

题组二　半衰期的理解

3.(2021黑龙江哈尔滨高二下期末)半衰期是指具有放射性的元素的原子核有半数发生衰变的时间,那么              (　　)

A.随着衰变的进行,元素总量越来越少,半衰期也越来越短

B.对于某种特定的元素,半衰期是个不变的值

C.半衰期随温度或化学变化而变化

D.8个氡原子经过一个半衰期的时间后,剩余4个氡原子

4.(2020河南洛阳高二下期中)根据临床经验,部分药物在体内的代谢也有与原子核衰变相似的规律。药物的血浆半衰期是指药物在血浆中的浓度下降一半所需的时间。某种药物的血浆半衰期为2小时,一次合理剂量的用药后药物在血浆中的浓度为20毫克/升,若血浆中的药物浓度下降至3毫克/升以下就要补充用药,则该药物的用药时间间隔约为              (　　)

A.2小时 B.4小时

C.6小时 D.8小时

5.(2021江西吉安高二期末)锝99(Tc)是一种放射性同位素,在现代医学中用于病人的内脏器官造影。锝99的半衰期为6个小时,则下列说法正确的是              (深度解析)

A.锝99的中子数比质子数多10个

B.锝99的核子数比中子数多43个

C.经过24小时,1 g的锝99会全部发生衰变

D.温度升高,锝99衰变会加快

题组三　核反应

6.(2020山东泰安二中高二下测试)用中子轰击氧原子核的核反应方程为OnNX,对式中X、a、b的判断正确的是              (　　)

A.X代表中子,a=17,b=1

B.X代表正电子,a=17,b=-1

C.X代表正电子,a=17,b=1

D.X代表质子,a=17,b=1

7.(2021浙江绍兴高二上期末)PET(正电子发射型计算机断层显像)的基本原理是:将放射性同位素O注入人体,使其参与人体的代谢过程,O在人体内衰变放出正电子,与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子,被探测器探测到,经计算机处理后产生清晰的图像。根据PET原理,下列说法不正确的是              (　　)

A.O的衰变方程为O→Ne

B.将放射性同位素O注入人体,其作用为示踪原子

C.一对正负电子湮灭后也可能只生成一个光子

D.PET所选的放射性同位素的半衰期应小于人体的代谢周期

题组四　放射性同位素及其应用　辐射与安全

8.关于放射性同位素的应用,下列说法中正确的是 (　　)

A.α射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电,因此达到了消除有害静电的目的

B.利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤,也能进行人体的透视

C.用射线照射作物种子能使其DNA发生变异,其结果一定是成为更优秀的品种

D.用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量,以免对人体正常组织造成太大的伤害

9.(2021湖北随州高二下期中)放射性元素钋Po发生衰变时,会产生He和一种未知粒子X,并放出γ射线,其衰变方程为PoXHe+γ,则              (　　)

A.为防止放射线泄漏,可将放射性元素钋Po冰冻处理

BPoXHe+γ是β衰变

C.γ射线的电离作用很强,可用来消除有害静电

D.原子核X的核子数为206

能力提升练

题组一　原子核的衰变

1.(2021河北邯郸高二下期中,)原子核U衰变为Pb的过程中,所经过的α衰变次数、质子数减少的个数、中子数减少的个数依次为              (深度解析)

A.8、10、22 B.10、22、8

C.22、8、10 D.8、22、10

2.(2021山东淄博高三一模,)实现核能电池的小型化、安全可控化一直是人们的目标。现在有一种“氚电池”,就是利用了氚核β衰变产生的能量,有的心脏起搏器就是使用“氘电池”供电,使用寿命长达20年。氚核发生β衰变过程中除了产生β粒子和新核外,还会放出质量数和电荷数为零的反中微子。氚核的半衰期为12.5年,下列说法正确的是              (　　)

A.氚核衰变放出的β射线是电子流,来源于核外电子

B.经过25年后,反应剩余物的质量变为初始质量的

C.环境的温度、压强发生变化时,氚核的半衰期会发生变化

D.氚核发生β衰变过程中产生的新核为He

3.(2021湖南长沙雅礼中学高三三模改编,)2020年3月15日中国散裂中子源(CSNS)利用中子成像技术帮助中国科学技术大学进行了考古方面的研究。散裂中子源是研究中子特性、探测物质微观结构和运动的科研装置。CSNS是我国重点建设的大科学装置,将成为发展中国家拥有的第一台散裂中子源。下列关于中子研究的说法正确的是              (深度解析)

A.α粒子轰击N生成O,并产生了中子

B.β衰变的实质是原子核内的中子转化成了一个质子和一个电子

C.β射线其实质是高速中子流,可用于医学的放射治疗

D.U经过4次α衰变、2次β衰变,新核与原来的原子核相比,中子数少了6个

题组二　半衰期的理解与应用

4.(2020上海华东师范大学附属中学高二下测试,)若元素A的半衰期为5天,元素B的半衰期为3天,则相同质量的元素A和元素B,经过15天后,A和B的质量之比为(　　)

A.1∶2 B.4∶1 C.1∶4 D.8∶1

5.(2021广东惠州高三一模组编,)(多选)真空中一个静止的铀原子核U经一次α衰变后变成一个新核钍核,衰变方程为UThHe,若U的半衰期为t,下列说法正确的是              (　　)

A.铀核U的中子数比钍核Th多2个

B.铀核U发生α衰变后,产生的Th由高能级向低能级跃迁,会释放α射线

C.衰变前U核的质量数等于衰变后Th核的质量数与α粒子的质量数之和

D.经过2t的时间,20个U核中有15个已经发生了衰变

6.(2021湖北黄冈高二下期末,)2021年科学家们利用C测年法估测出我国三星堆遗址三号坑的大概年份。其测量依据是:大气中的N在宇宙射线的轰击下转换为C,其核反应方程为NnC+XC通过光合作用和新陈代谢作用进入生物体内,生物活着的时候其体内C和C的比例保持不变,当生物死后C发生衰变,其含量逐渐减少C的半衰期约为5 700年,其衰变方程为CN+Y,下列说法正确的是              (　　)

A.X为光子

B.生物活着的时候其体内的C不会发生衰变

CC发生的是β衰变

D.生物死后11 400年,体内C将全部衰变成N

题组三　衰变规律的综合应用

7.(2021广东深圳高二下期末,)一静止的U原子核发生衰变,其衰变方程为U→Th+X,生成的两粒子处于匀强磁场中,速度方向与磁场方向垂直,其运动轨迹正确的是              (　　)

A. B.

C. D.

8.(2021广东广州高二下期末,)核电池又叫“放射性同位素电池”,它将射线的热能转变为电能。核电池已成功地应用于航天器、心脏起搏器和一些特殊军事设备。某种核电池的燃料钚Pu)是一种人造同位素,可由下列反应合成UHNp+2XNpPu+Y,期间伴随着γ射线释放,则下列说法正确的是              (　　)

A.X为质子

BU核比Pu核少了2个中子

C.Y是Np核中的一个中子转化成一个质子时产生的

D.γ射线是Np的核外电子从高能级往低能级跃迁时产生的

答案全解全析

第五章　原子核

2　放射性元素的衰变

基础过关练

1.DTh衰变为Pa过程中,根据质量数和电荷数守恒可知,放出的是β射线,即电子流。电子有质量,故A错误;β射线的速度小于光速,故B错误;β射线不能够穿透1 cm厚的铅板,故C错误;β射线是电子流,与阴极射线电性相同,故D正确。

2.C　半衰期是指放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间,经过两个半衰期后,还剩余四分之一铀原子核,故A错误;α射线的穿透能力最弱,电离能力最强,故B错误;β衰变所释放的电子是原子核中的中子转化成质子时产生的,故C正确;发生α衰变时,生成核与原来的核相比,质子数减少2个,中子数减少2个,故D错误。

3.B　放射性元素的半衰期仅仅与元素本身有关,不会随它所处的环境的变化而变化,故A、C错误,B正确;半衰期是统计规律,对大量的原子核适用,对少数的原子核不适用,故D错误。

4.C　因为药物的血浆半衰期为2小时,经过6小时,即3个半衰期,血浆中的药物浓度下降至2.5毫克/升,所以该药物的用药时间间隔约为6小时,故C正确。

5.B　锝99的中子数为99-43=56,中子数比质子数多56-43=13,故A错误;锝99的核子数比中子数多99-56=43,故B正确;根据半衰期公式可知,经过24小时,剩余的锝99的质量为m=m0=1× g= g,故C错误;半衰期与温度无关,故D错误。

导师点睛

本题中应用半衰期公式时,关键条件是经过24小时就是经过了4个半衰期,从而求出没有发生衰变的物质的质量。

6.C　根据质量数、电荷数守恒可知a=17,b=1,因此X可表示为e,为正电子,故C正确。

7.C　O的衰变方程为O→Ne,A正确,不符合题意;将放射性同位素O注入人体O在人体内衰变放出正电子,与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子,被探测器探测到,经计算机处理后产生清晰的图像,故其作用为示踪原子,B正确,不符合题意;一对正负电子湮灭后生成两个光子,C错误,符合题意;PET所选的放射性同位素的半衰期应小于人体的代谢周期,否则无法通过探测器探测到,D正确,不符合题意。

8.D　消除有害静电是利用α射线的电离作用,使空气中气体分子电离成导体,将静电放出,故A错误;利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤,但γ射线对人体细胞伤害太大,因此不能用来透视人体,故B错误;DNA变异并不一定都是有益的,故C错误;γ射线对人体细胞伤害太大,在用于治疗肿瘤时要严格控制剂量,故D正确。

9.D　为了防止放射线的泄漏,可将放射性物质密封于铅盒中,故A错误;该放射性元素发生衰变时放出α粒子,是α衰变,故B错误;γ射线的穿透作用很强,α射线的电离作用很强,故C错误;根据质量数守恒有y=210-4=206,所以原子核X的核子数为206,故D正确。

能力提升练

1.A　α衰变次数xα==8,设β衰变的次数为xβ,有92=82+2xα-xβ,则xβ=6,质子数减少了yH=92-82=10,中子数减少了yn=2xα+xβ=22,故选A。

方法技巧

写衰变方程的基本原则是质量数守恒和电荷数守恒,依据这两个原则列方程就可确定α衰变和β衰变的次数,根据每发生一次α衰变新核的质子数和中子数均比原来的核少2,每发生一次β衰变中子数少1,质子数多1,就可计算多次衰变后的核与原来核的质子数和中子数的差值,也可根据其核电荷数和质量数进行推算。

2.D　氚核衰变放出的β射线是电子流,来源于原子核内,由一个中子转化成一个质子和一个电子,故A错误;经过25年后,剩余氚核的质量为m=m0=m0=m0,则经过25年后,经过了2个半衰期,反应物还剩余的质量没有发生衰变,反应剩余物的质量大于初始质量的,因为衰变后生成物也有质量,故B错误;放射性元素衰变的快慢是由原子核内部自身因素决定的,与外界的物理和化学状态无关,故C错误;由质量数和电荷数守恒可知,氚核发生β衰变过程中产生的新核为He,故D正确。

3.B　由质量数守恒和电荷数守恒可知,α粒子轰击N,生成O,并产生了质子,故A错误;β衰变的实质在于核内的中子转化成了一个质子和一个电子,故B正确;β射线其实质是高速电子流,故C错误;U经过4次α衰变、2次β衰变,质量数减少4×4=16,质子数减少4×2-2=6,则新核与原来的原子核相比,中子数少了16-6=10,故D错误。

方法技巧

衰变次数的判断技巧

(1)方法:设放射性元素X经过n次α衰变和m次β衰变后,变成稳定的新元素Y,则衰变方程为:

XY+He+e

根据质量数守恒和电荷数守恒可列方程:A=A'+4n,Z=Z'+2n-m。

(2)技巧:为了确定衰变次数,一般先由质量数的改变确定α衰变的次数(这是因为β衰变对质量数没有影响),然后根据电荷数守恒确定β衰变的次数。

4.B　根据m=m0可知==4∶1,故B正确。

5.AC　衰变过程质量数和电荷数守恒,则铀核U的中子数比钍核Th多2个,故A、C正确;铀核U发生α衰变后,产生的Th由高能级向低能级跃迁时,发射的是γ射线,故B错误;半衰期是对大量原子核的统计规律,对少数原子核不适用,故D错误。

6.C　由核反应方程可知X为H,故A错误;放射性元素衰变是由原子核内部自身因素决定的,与外界的环境和元素的状态无关,故B错误;根据质量数守恒与电荷数守恒可知其衰变方程为CNe,所以C发生的是β衰变,故C正确;生物死后11 400年,体内C剩余质量为原来的,故D错误。

7.B　因为原子核衰变时质量数守恒、电荷数守恒,所以X粒子为He,根据动量守恒定律可知,生成的两粒子的动量等大反向,根据qvB=m可得r==,电荷量较大的粒子在磁场中做圆周运动的半径较小,即Th核做圆周运动的半径小于X粒子做圆周运动的半径;因两粒子均带正电,速度反向,可知运动轨迹为外切圆,结合左手定则可判断B正确。

8.C　根据质量数和电荷数守恒可知UHNp+2X应该为U+HNp+n,即X为中子,故A错误U的中子数是238-92=146Pu的中子数为238-94=144U核比Pu核多了2个中子,故B错误;根据质量数和电荷数守恒可知NpPu+Y应该为NpPue,是β衰变,Y为电子,β衰变的实质是核内一个中子转化成一个质子和一个电子,故C正确;γ射线是Np核从高能级向低能级跃迁时辐射出来的,故D错误。