物理选择性必修 第三册第二节 放射性元素的衰变课时作业

第五章　第二节

A组·基础达标

1．原子核中能放出α、β、γ射线，关于原子核的组成，以下说法中正确的是(　　)

A．原子核中，有质子、中子，还有α粒子

B．原子核中，有质子、中子，还有β粒子

C．原子核中，有质子、中子，还有γ粒子

D．原子核中，只有质子和中子

【答案】D

【解析】在放射性元素的原子核中，2个质子和2个中子结合得较紧密，有时作为一个整体放出，这就是α粒子的来源．说到底它仍是由质子和中子组成的，不能据此认为它是原子核的组成部分．原子核里是没有电子的，但中子可以转化成质子，并向核外释放一个电子，这就是β粒子．原子核发生衰变后处于高能级，在回到低能级时多余的能量以γ粒子的形式辐射出来，形成γ射线．故原子核里也没有γ粒子．

2．以下说法正确的是(　　)

A．Th为钍核，由此可知，钍核的质量数为90，钍核的质子数为234

B．Be为铍核，由此可知，铍核的质量数为9，铍核的中子数为4

C．同一元素的两种核素的原子核中具有相同的质量数

D．同一元素的两种核素的原子核中具有不同的中子数

【答案】D

【解析】A项钍核的质量数为234，质子数为90，所以A错；B项铍核的质子数为4，中子数为5，所以B错；由于互为同位素的核素质子数相同而中子数不同，即质量数不同，因而C错误，D正确．

3．如图所示，x为未知的放射源，L为薄铝片，若在放射源和计数器之间加上L后，计数器的计数率大幅度减小，在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，则可能是(　　)

A．α和β的混合放射源 B．纯α放射源

C．α和γ的混合放射源 D．纯γ放射源

【答案】C

【解析】因为α粒子的穿透性较差，一张白纸就能把它挡住，不能穿过铝板，而γ粒子穿透性很强可以穿过铝板，但γ粒子不带电，垂直进入磁场后无力的作用，所以C正确．

4．(多选)近几年来，我国北京、上海、山东等地引进了十多台γ刀，治疗患者5 000余例，效果极好，成为治疗脑肿瘤的最佳仪器．令人感叹的是，用γ刀治疗时不用麻醉，病人清醒，时间短，半小时完成手术，无须住院，因而γ刀被誉为“神刀”．γ刀治疗脑肿瘤主要是利用(　　)

A．γ射线对正常细胞无伤害作用

B．γ射线的穿透能力很强

C．γ射线具有很高的能量

D．γ射线能很容易绕过阻碍物到达脑肿瘤位置

【答案】BC

【解析】γ射线是波长很短、频率很高的电磁波，具有很高的能量和很强的穿透能力，所以它能穿透皮肉和骨骼到达肿瘤位置并杀死肿瘤细胞，但其对正常的细胞不是没有伤害作用，A错误，B、C正确，γ射线波长很短，衍射能力也很差，所以D错误．

5．如图，放射性元素镭衰变过程中释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是(　　)

A．①表示γ射线，③表示α射线

B．②表示β射线，③表示α射线

C．④表示α射线，⑤表示γ射线

D．⑤表示β射线，⑥表示α射线

【答案】C

【解析】γ射线为电磁波，在电场、磁场中均不偏转，故②和⑤表示γ射线，A、B、D错误；α射线中的α粒子为氦的原子核，带正电，在匀强电场中，沿电场方向偏转，故③表示α射线，由左手定则可知在匀强磁场中α射线向左偏，故④表示α射线，C正确．

6．放射性元素发生衰变时，可放出γ光子，这种光子是(　　)

A．原子的外层电子受到激发后产生的

B．原子的内层电子受到激发后产生的

C．产生衰变的这个原子核产生的

D．衰变后的新核产生的

【答案】C

【解析】γ射线是处于激发状态的原子核放射的，并不是原子内层电子受到激发时产生的；红外线、可见光、紫外线是原子外层电子受到激发后产生的，对于X射线则是原子内层电子受到激发后产生的，故选C．

7．铀239(U)经过衰变可产生钚239(Pu)．关于铀239的衰变，下列说法正确的是(　　)

A．Pu与U的核内具有相同的中子数和不同的核子数

B．放射性物质U发生β衰变时所释放的电子来源于核外电子

C．U经过2次β衰变产生Pu

D．温度升高，U的半衰期减小

【答案】C

【解析】U的质量数A′＝239，核电荷数Z′＝92，则中子数n′＝239－92＝147，Pu的质量数A＝239，核电荷数Z＝94，则中子数n＝A－Z＝239－94＝145，故核子数相同，但中子数不同，故A错误．β衰变是原子核的衰变，与核外电子无关，β衰变时释放的电子是由核内一个中子转化成一个质子同时释放出来的，故B错误．U―→2e＋Pu，显然反应物的质量数为239，而生成物的质量数为239，故质量数守恒；而反应物的核电荷数为92，故核电荷数守恒，反应能够发生，故C正确．半衰期与物体的温度、状态均无关，而是由核内部自身因素决定的，故D错误．

8．(多选)目前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素，下列有关放射性知识的说法中正确的是(　　)

A．氡的半衰期为3.8天，若有4 kg氡原子核，经过7.6天后就只剩下1 kg氡原子核

B．氡的半衰期为3.8天，若有4个氡原子核，经过7.6天后就只剩下1个氡原子核

C．放射性元素发生β衰变时释放的电子是原子核外电子电离产生的高速电子

D．放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性

【答案】AD

【解析】氡的半衰期是3.8天，若有4 kg氡原子核，则经过7.6天，即两个半衰期，氡只剩下1 kg，故A正确；放射性元素的半衰期是一个统计规律，只对大量的原子核才适用，故B错误；放射性元素发生β衰变时所释放的电子是原子核内的中子转变为质子和电子，电子释放出来，故C错误；放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性，故D正确．

9．(多选)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)．下列论断中正确的是(　　)

A．衰变的过程共有6次α衰变和4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轨道

D．钍核比铅核多24个中子

【答案】AB

【解析】由于β衰变不会引起质量数的减少，故可先根据质量数的减少确定α衰变的次数为x＝＝6，再结合核电荷数的变化情况和衰变规律来判定β衰变的次数应满足2x－y＝90－82＝8，y＝2x－8＝4．钍232核中的中子数为232－90＝142，铅208核中的中子数为208－82＝126，所以钍核比铅核多16个中子，铅核比钍核少8个质子．由于物质的衰变与元素的化学状态无关，所以β衰变所放出的电子来自原子核内n→H＋e，所以A、B正确．

10．日本向海洋排放福岛第一核电站含有对海洋环境有害的核废水，引起了世界广泛的谴责．下列关于放射性元素半衰期的说法正确的是(　　)

A．半衰期越长对环境的影响时间越长

B．通过化学方法可以改变放射性元素的半衰期

C．通过物理方法可以改变放射性元素的半衰期

D．100个放射性元素原子核经过一个半衰期后剩余50个未衰变的原子核

【答案】A

【解析】半衰期越长的放射性元素衰变的速度越慢，对环境的影响时间越长，A正确；半衰期由放射性元素的性质决定，与物理状态和化学状态无关，B、C错误；半衰期具有统计规律，是对大量原子核适用，对少量原子核不适用，D错误．

B组·能力提升

11．在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于衰变放射出某种粒子，结果得到一张两个相切圆1和2的径迹照片如图所示，已知两个相切圆半径分别为r1、r2．下列说法正确的是(　　)

A．原子核可能发生的是α衰变，也可能发生的是β衰变

B．径迹2可能是衰变后新核的径迹

C．若是α衰变，则1和2的径迹均是逆时针方向

D．若衰变方程是U→Th＋He，则r1∶r2＝1∶45

【答案】D

【解析】原子核衰变过程系统动量守恒，由动量守恒定律可知，衰变生成的两粒子动量方向相反，粒子速度方向相反，由左手定则知：若生成的两粒子电性相反则在磁场中的轨迹为内切圆，若电性相同则在磁场中的轨迹为外切圆，所以为电性相同的粒子，发生的可能是α衰变，但不是β衰变，故A、C错误；核反应过程系统动量守恒，原子核原来静止，初动量为零，由动量守恒定律可知，原子核衰变后生成的两核动量p大小相等、方向相反，粒子在磁场中做匀速圆周运动洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得qvB＝m，解得r＝＝，由于p、B都相同，则粒子电荷量q越大，其轨道半径r越小，由于新核的电荷量大于α粒子的电荷量，则新核的轨道半径小于α粒子的轨道半径，则半径为r1的圆为放出新核的运动轨迹，半径为r2的圆为α粒子的运动轨迹，且r1∶r2＝2∶90＝1∶45，D正确，B错误．

12．如图所示为某种放射性元素的衰变规律(纵坐标表示任意时刻放射性元素的原子数与t＝0时的原子数之比)，求：

(1)该放射性元素的半衰期(一个月按30天计算)；

(2)在从某古迹中发掘出来的木材中，所含C的比例是正在生长的植物中的80%，放射性C的半衰期约为5 700年，根据图像可以推算，该古迹距今约多少年？

解：(1)原子核有半数衰变所需要的时间为半衰期，根据图像可知，当＝0.5时，对应的时间为半衰期，该放射性元素的半衰期是6个月，即为180天．

(2)分析图像可知，当＝0.8时，对应的时间为个半衰期，C的半衰期约是5 700年，该古迹距今约1 900年．

13．(1)原子核Th具有天然放射性，它经过若干次α衰变和β衰变后会变成新的原子核．下列原子核中，有三种是Th衰变过程中可以产生的，它们是__________．

A．Pb   B．Pb

C．Po   D．Ra

E．Ra

(2)一静止的U核经α衰变成为Th核，释放出的总动能为4.27 MeV．问：此衰变后Th核的动能为多少(保留1位有效数字)?

【答案】(1)A、C、D

(2)解：据题意知，此α衰变的衰变方程为：

U―→Th＋He，

根据动量守恒定律得

mαvα＝mThvTh，  ①

式中，mα和mTh分别为α粒子和Th核的质量，vα和vTh分别为α粒子和Th核的速度，由题设条件知：

mαv＋mThv＝Ek，  ②

＝，  ③

式中Ek＝4.27 MeV，是α粒子与Th核的总动能．

由①②③式得mThv＝Ek，

代入数据得，衰变后Th核的动能

mThv＝0.07 MeV．