选择性必修 第三册第五章 原子核2 放射性元素的衰变同步达标检测题

2　放射性元素的衰变

课后·训练提升

基础巩固

一、选择题Ⅰ(每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的)

1.下列各种关于近代物理学的现象中,与原子核内部变化有关的是(　　)

A.紫外线照射锌板时,锌板向外发射光电子的现象

B.α粒子轰击金箔时,少数发生大角度偏转的现象

C.含铀的矿物质自发向外放出β射线(高速电子流)的现象

D.氢原子发光时,形成不连续的线状光谱的现象

答案:C

解析:光电效应是原子核外层电子脱离原子核的束缚而逸出,没有涉及原子核的变化,故选项A错误;α粒子散射实验表明了原子内部有一个很小的核,并没有涉及核内部的变化,故选项B错误;天然放射现象是原子核内部发生变化自发地放射出α射线或β射线,从而发生α衰变或β衰变,反应的过程中核内核子数、质子数、中子数发生变化,故选项C正确;原子发光是原子跃迁形成的,即电子从高能级向低能级跃迁,释放的能量以光子形式辐射出去,没有涉及原子核的变化,故选项D错误。

2.关于半衰期,以下说法正确的是(　　)

A.同种放射性元素在化合物中的半衰期比单质中长

B.升高温度可以使半衰期缩短

C.氡的半衰期为3.8天,若有四个氡原子核,经过7.6天就只剩下一个

D.氡的半衰期为3.8天,4克氡原子核,经过7.6天就只剩下1克

答案:D

解析:放射性元素衰变的快慢跟原子所处的物理状态或化学状态无关,选项A、B错误;半衰期是一种统计规律,即给定的四个氡核是否马上衰变会受到各种偶然因素的影响,选项C错误;根据公式m=m0可知选项D正确。

3.Ra发生衰变的方程可以写为RaRn+Y,则(　　)

A.该衰变是β衰变

B.Y粒子是He

C.Y粒子的穿透能力很强

D.20个Ra经过一个半衰期后,一定只剩下10个

答案:B

解析:根据质量数守恒和电荷数守恒知该衰变过程中Y是He,该衰变为α衰变,α粒子电离本领最强,穿透能力最弱,选项A、C错误,B正确;半衰期是大量放射性元素衰变的统计规律,半衰期只对大量原子核而言才有意义,选项D错误。

4.已知钋Po)发生衰变时,会产生α粒子和原子核X,并放出γ射线。下列分析正确的是(　　)

A.原子核X的质子数为82,中子数为206

B.γ射线具有很强的穿透能力,可用来消除有害静电

C.由α粒子所组成的射线具有很强的电离能力

D.地磁场能使γ射线发生偏转

答案:C

解析:根据发生核反应时,质量数与电荷数守恒,可得原子核X的质子数为84-2=82,质量数为210-4=206,依据质量数等于质子数与中子数之和,得原子核X的中子数为206-82=124,选项A错误;γ射线具有很强的穿透能力,但是电离本领弱,不能用来消除有害静电,选项B错误;因为α射线实质是氦核流,具有很强的电离本领,选项C正确;γ射线的实质是频率很高的电磁波,本身不带电,所以γ射线在地磁场不会受力,不能发生偏转,选项D错误。

二、选择题Ⅱ(每小题列出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的)

5.一个原子核发生衰变时,下列说法正确的是(　　)

A.总质量数保持不变

B.总核子数保持不变

C.变化前后质子数保持不变

D.总动量保持不变

答案:ABD

解析:衰变过程中质量数守恒,又质量数等于核子数,故衰变过程中核子数不变,选项A、B正确;发生β衰变时,质子数增加中子数减少,选项C错误;衰变过程中内力远大于外力,动量守恒,选项D正确。

6.关于衰变的说法正确的是(　　)

A.β衰变放出的电子来自组成原子核的电子

B.β衰变实质是核内的中子转化成了一个质子和一个电子

C.α衰变说明原子核中含有α粒子

D.γ射线总是伴随其他衰变发生,它的本质是电磁波

答案:BD

解析:原子核发生β衰变中放出的电子是原子核内的中子转化为质子而释放的电子,故选项A错误,B正确;α射线是具有放射性的元素的原子核在发生衰变时两个中子和两个质子结合在一起而从原子核中释放出来,故选项C错误;γ射线总是伴随其他衰变发生,它的本质是电磁波,故选项D正确。

7.核电站可利用中子照射钴59制备钴60,伽马刀是利用钴60发生β衰变释放的γ射线工作的。已知钴60的半衰期约为5.3年,下列说法正确的是(　　)

A.核电站制备钴60的反应属于原子核的人工转变

B.钴60发生衰变后生成的新核比钴60少一个电子

C.钴60发生衰变后生成的新核比钴60多一个中子

D.钴60制成后,经过5.3年剩下的钴60约有一半

答案:AD

解析:利用中子照射钴59制备钴60是原子核的人工转变,故选项A正确;钴60发生β衰变释放的电子是钴60原子核中的中子转变为质子,同时释放一个电子,新核比钴60少一个中子,而核中没有电子,故选项B、C错误;半衰期就是有一半原子核发生衰变所用的时间,所以钴60制成后,经过5.3年剩下的钴60约有一半,故选项D正确。

三、非选择题

8.放射性元素C被考古学家称为“碳钟”,可用它来测定古生物的年代,此项研究获得1960年诺贝尔化学奖。

(1C不稳定,易发生衰变,放出β射线,其半衰期为5 730年,试写出有关的衰变方程。

(2)若测得一古生物遗骸中C的含量只有活体中的12.5%,则此遗骸的年代距今约有多少年?

答案:(1CNe　(2)17 190年

解析:(1)衰变方程为CNe。

(2)活体中C含量不变,生物死亡后C开始衰变,设活体中C的含量为m0,遗骸中为m,则由半衰期的定义得m=m0,即0.125=,解得=3,所以t=3T=17190年。

能力提升

一、选择题Ⅰ(每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的)

1.下面是列出的一些核反应方程PSi+XBe+B+YHe+Li+Z。以下选项正确的是(　　)

A.X是质子,Y是中子,Z是正电子

B.X是正电子,Y是质子,Z是中子

C.X是中子,Y是正电子,Z是质子

D.X是正电子,Y是中子,Z是质子

答案:D

解析:核反应方程遵循质量数守恒、电荷数守恒,由此规律可得,X质量数是0,电荷数是+1,X是正电子;Y质量数是1,电荷数是0,Y是中子;Z质量数是1,电荷数是+1,Z是质子,故选项D正确,A、B、C错误。

2.有一种新型镍铜长效电池,它是采用半衰期长达100年的放射性同位素镍63Ni)和铜两种金属作为长寿命电池的材料,利用镍63发生β衰变时释放电子给铜片,把镍63和铜片作电池两极,外接负载为负载提供电能。下面有关该电池的说法正确的是(　　)

A.镍63的衰变方程是NiCue

B.镍63的衰变方程是NiCue

C.外接负载时镍63的电势比铜片低

D.该电池内电流方向是从镍片到铜片

答案:A

解析:镍63的衰变方程为NieCu,选项A正确,B错误。电流方向为正电荷定向移动方向,在电池内部电流从铜片到镍片,镍片电势高,选项C、D错误。

3.家庭装修中不合格的瓷砖、洁具会释放出氡Rn,氡Rn具有放射性,是白血病的重要诱因之一。氡Rn衰变为钋Po,半衰期为3.8天,则(　　)

A.在高温天气里,氡Rn的半衰期会缩短

B.氡Rn衰变放出的射线有很强的穿透能力

C.氡Rn发生一次衰变会减少4个中子

D.在密闭空间中,大量的氡Rn经过15.2天会减少

答案:D

解析:放射性元素的半衰期与外界因素无关,故选项A错误;氡Rn衰变放出的射线为α射线,穿透能力比较弱,故选项B错误;氡Rn发生的衰变为α衰变,衰变一次会减少2个中子和2个质子,故选项C错误;根据m剩=m原,则减少的质量与原质量的比值为,故选项D正确。

4.“轨道电子俘获”是放射性同位素衰变的一种形式,它是指原子核(称为母核)俘获一个核外电子,其内部一个质子转变为中子,从而变成一个新核(称为子核),并且放出一个中微子的过程。中微子的质量极小,不带电,很难探测到,人们最早就是通过子核的反冲而间接证明中微子存在的。若一个静止的原子核发生“轨道电子俘获”(电子的初动量可不计),则(　　)

A.母核的质量数比子核的质量数多1

B.母核的电荷数比子核的电荷数少1

C.子核的动量与中微子的动量大小相等

D.子核的动能大于中微子的动能

答案:C

解析:原子核(称为母核)俘获一个核外电子,使其内部的一个质子变为中子,并放出一个中微子,从而变成一个新核(称为子核),子核与母核相比,电荷数少1,质量数不变,故选项A、B错误;静止的原子核(称为母核)俘获电子(电子的初动量可不计)的过程中动量守恒,初状态系统的总动量为0,则子核的动量和中微子的动量大小相等,方向相反,故选项C正确;子核的动量大小和中微子的动量大小相等,由于中微子的质量很小,根据Ek=mv2=,中微子的动能大于子核的动能,故选项D错误。

二、选择题Ⅱ(每小题列出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的)

5.下列哪些应用是把放射性同位素作为示踪原子(　　)

A.γ射线探伤仪

B.利用含有放射性碘131的油,检测地下输油管的漏油情况

C.利用钴60治疗肿瘤等疾病

D.把含有放射性元素的肥料施给农作物,用检测放射性的办法确定放射性元素在农作物内转移和分布情况,找出合理施肥的规律

答案:BD

解析:选项A是利用了γ射线的穿透性;选项C利用了γ射线的生物作用;选项B、D是利用放射性同位素作为示踪原子。

6.元素X是Y的同位素,分别进行下列衰变过程:XPQ,YRS。则下列说法正确的是(　　)

A.Q与S是同位素

B.X与R原子序数相同

C.R比S的中子数多2

D.R的质子数少于上述任何元素

答案:AC

解析:题中的变化过程为XPQ,YRS。由此可知,Q与S为同位素,R比S多两个中子,比X多一个质子,故选项A、C正确,B、D错误。

7.匀强磁场中有一个静止的放射性同位素铝核Al,放出α粒子(即He)后,产生的反冲核Y(Na)和α粒子分别做匀速圆周运动,不计粒子所受的重力及粒子间的相互作用。则反冲核Y和α粒子(　　)

A.做匀速圆周运动的半径之比为11∶2

B.做匀速圆周运动的速率之比为6∶1

C.做匀速圆周运动的周期之比为12∶11

D.做匀速圆周运动的动能之比为1∶6

答案:CD

解析:Al从静止衰变后,产生的两原子核动量守恒,即pY=pα,洛伦兹力提供向心力qvB=m,解得R=,则,选项A错误;二者动量大小相等,根据p=mv可知,选项B错误;粒子运动的周期为T=,则,选项C正确;动能与动量的关系表示为Ek=,则,选项D正确。

三、非选择题

8.关于原子核组成的研究,经历了一些重要阶段。

(1)1919年,卢瑟福用α粒子轰击氮核N)从而发现了质子,写出其反应方程。

(2)1932年,查德威克用一种中性粒子流轰击氢原子和氮原子,打出了一些氢核(质子)和氮核,测量出被打出的氢核和氮核的速度,并由此推算出这种粒子的质量而发现了中子。查德威克认为:原子核的热运动速度远小于中性粒子的速度而可以忽略不计;被碰出的氢核、氮核之所以会具有不同的速率是因为碰撞的情况不同,其中速率最大的应该是弹性正碰的结果,实验中测得被碰氢核的最大速度为vH=3.30×107 m/s,被碰氮核的最大速度为vN=4.50×106 m/s;已知mN=14mH。请你根据查德威克的实验数据,推导中性粒子(中子)的质量m与氢核的质量mH的关系。(结果保留3位有效数字)

答案:(1HeHO　(2)m=1.05mH

解析:(1)核反应方程满足质量数守恒与质子数守恒HeHO。

(2)设未知粒子质量为m,速度为v0,氢核的质量为mH,最大速度为vH,并认为氢核在被打出前为静止的,那么根据动量守恒和能量守恒可知

mv0=mv+mHvH

mv2+mH

其中v是碰撞后未知粒子的速度,由此可得vH=

同样可得出未知射线与氮原子核碰撞后,打出的氮核的速度

vN=

查德威克测得氢核的最大速度为vH=3.30×107m/s

氮核的最大速度vN=4.50×106m/s

因为mN=14mH,可得

代入数据得

解得m=1.05mH。