高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册2 放射性元素的衰变达标测试

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册2 放射性元素的衰变达标测试，共5页。试卷主要包含了完成衰变方程等内容，欢迎下载使用。
A组·基础达标
1．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．发生衰变的原子核产生的
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．
2．下列表示放射性元素碘131( eq \\al(131, 53)I)发生β衰变的方程是( )
A． eq \\al(131, 53)I→ eq \\al(127, 51)Sb＋ eq \\al(4,2)HeB． eq \\al(131, 53)I→eq \\al(131, 54)Xe＋ eq \\al( 0,－1)e
C． eq \\al(131, 53)I→ eq \\al(130, 53)I＋ eq \\al(1,0)nD． eq \\al(131, 53)I→ eq \\al(130, 52)Te＋ eq \\al(1,1)H
【答案】B
【解析】A选项不是β衰变过程，A错误；β衰变的特点是放出电子，而B选项既满足质量数守恒又满足电荷数守恒，B正确；C、D中放出的是中子和质子，不符合β衰变的特点．
3．(2023年镇江开学考)“玉兔二号”携带由钚238制成的核电池，钚238衰变的半衰期约为88年，一个由质量为m的钚238制成的核电池，钚238质量减少到 eq \f(m,4)，经历的时间为( )
A．22年B．44年
C．88年D．176年
【答案】D
【解析】由半衰期公式可得m＝m0 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2))) eq \s\up7(\f(t,T)) ，解得t＝176年，故D正确．
4．核电池又叫“放射性同位素电池”，一个硬币大小的核电池，就可以让手机不充电使用5 000年．燃料中钚( eq \\al(238, 94)Pu)是一种人造同位素，可通过下列反应合成：①用氘核( eq \\al(2,1)D)轰击铀( eq \\al(238, 92)U)生成( eq \\al(238, 93)Np)和两个相同的粒子X，核反应方程是 eq \\al(238, 92)U＋ eq \\al(2,1)D→ eq \\al(238, 93)Np＋2X；②镎( eq \\al(238, 93)Np)放出一个粒子Y后转变成( eq \\al(238, 94)Pu)，核反应方程是 eq \\al(238, 93)Np→ eq \\al(238, 94)Pu＋Y，则X粒子和Y粒子是( )
A．中子，电子B．质子，电子
C．正电子，质子D．正电子，电子
【答案】A
【解析】根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，则X是中子；Y的质量数为0，电荷数为－1，则Y为电子，故选A．
5．(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．
6．(多选)天然放射性元素 eq \\al(232, 90)Th(钍)经过一系列α衰变和β衰变之后，变成 eq \\al(208, 82)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＝ eq \f(232－208,4)＝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 eq \\al(1,0)n→ eq \\al(1,1)H＋ eq \\al( 0,－1)e，所以A、B正确．
7．U－Pb法是一种重要的同位素测年方法，铀的两种放射性核素eq \\al(235, 92)U和 eq \\al(238, 92)U，经过一系列的α衰变和β衰变能分别生成 eq \\al(207, 82)Pb和 eq \\al(206, 82)Pb两种铅同位素，通过测定物体中两种铅同位素的原子数目之比，可得到物体的形成年代．下列说法正确的是( )
A． eq \\al(235, 92)U衰变生成 eq \\al(207, 82)Pb的过程经历了8次α衰变
B． eq \\al(238, 92)U衰变生成 eq \\al(206, 82)Pb的过程经历了6次β衰变
C．物体中两种铅同位素原子数目的比值与时间成正比
D． eq \\al(235, 92)U和 eq \\al(238, 92)U衰变为铅的过程形成的质量数较大的原子核可能相同
【答案】B
【解析】设 eq \\al(235, 92)U衰变生成 eq \\al(207, 82)Pb的过程经历了x次α衰变和y次β衰变，有235－4x＝207，92－2x＋y＝82，解得x＝7，y＝4，同理可得， eq \\al(238, 92)U衰变生成 eq \\al(206, 82)Pb的过程经历了8次α衰变和6次β衰变，A错误，B正确；由半衰期知识可知， eq \\al(207, 82)Pb、 eq \\al(206, 82)Pb的原子数目均与时间成指数函数关系，故两种铅同位素原子数目的比值不与时间成正比，C错误； eq \\al(235, 92)U衰变过程生成的质量数较大新核的质量数与发生α衰变次数的关系为Z1＝235－4m， eq \\al(238, 92)U衰变过程生成的质量数较大的新核的质量数与发生α衰变次数的关系为Z2＝238－4n，可知 eq \\al(235, 92)U和 eq \\al(238, 92)U衰变为铅的过程中形成的质量数较大的原子核不可能相同，D错误．
8．(多选)14C发生放射性衰变成为14N，半衰期约5 700年．已知植物存活期间，其体内14C与12C的比例不变；生命活动结束后，14C的比例持续减小．现通过测量得知，某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一．下列说法正确的是( )
A．该古木的年代距今约5 700年
B．12C、13C、14C具有相同的中子数
C．14C衰变为14N的过程中放出β射线
D．增大样品测量环境的压强将加速14C的衰变
【答案】AC
【解析】古木样品中14C的比例是现代植物所制样品的二分之一，根据半衰期的定义知该古木的年代距今约5 700年，A正确．同位素具有相同的质子数，不同的中子数，B错误．14C的衰变方程为 eq \\al(14, 6)C→ eq \\al(14, 7)N＋ eq \\al( 0,－1)e，所以此衰变过程放出β射线，C正确．放射性元素的半衰期与核内部自身因素有关，与原子所处的化学状态和外部条件无关，D错误．
9．(2023年昆明阶段检测)居里夫人发现了元素钋，钋不稳定，能够发生α衰变，生成 eq \\al(206, 82)Pb 并辐射出γ光子，以下关于钋的衰变，说法正确的是( )
A．钋的质量数为84
B．钋含有126个中子
C．20 g钋经过两个半衰期后，剩余物质的质量为5 g
D．衰变产生的α射线具有很强的穿透力
【答案】B
【解析】写出核反应方程mnP→ eq \\al(4,2)He＋ eq \\al(206, 82)Pb＋γ，根据质量数守恒和电荷数守恒m＝4＋206＝210，n＝2＋82＝84，中子数为210－84＝126，A错误，B正确．20 g钋经过一个半衰期后，剩余物质的质量为10 g ，再经过一个半衰期，剩余钋的质量为5 g ，但剩余物质的质量大于5 g，C错误．α射线具有很强的电离能力，穿透能力很弱，D错误．
10．完成衰变方程．
(1)β衰变： eq \\al(244, 83)Bi―→________＋ eq \\al( 0,－1)e
eq \\al(210, 84)P―→ eq \\al(210, 85)At＋________
eq \\al(234, 90)Th―→ eq \\al(234, 91)Pa＋________．
(2)α衰变： eq \\al(234, 90)Th―→________＋ eq \\al(4,2)He
eq \\al(238, 92)U―→ eq \\al(234, 90)Th＋________
eq \\al(66,29)Cu―→ eq \\al(62,27)C＋________．
(3)其中 eq \\al(234, 90)Th衰变成 eq \\al(234, 91)Pa的半衰期为1.2 min，则64 g eq \\al(234, 90)Th经过6 min还有________g未衰变．
【答案】(1)、(2)见解析 (3)2
【解析】(1) eq \\al(244, 83)Bi―→ eq \\al(244, 84)P＋ eq \\al( 0,－1)e， eq \\al(210, 84)P―→ eq \\al(210, 85)At＋ eq \\al( 0,－1)e， eq \\al(234, 90)Th―→ eq \\al(234, 91)Pa＋ eq \\al( 0,－1)e．
(2) eq \\al(234, 90)Th―→ eq \\al(230, 88)Ra＋ eq \\al(4,2)He， eq \\al(238, 92)U―→ eq \\al(234, 90)Th＋ eq \\al(4,2)He， eq \\al(66,29)Cu―→ eq \\al(62,27)C＋ eq \\al(4,2)He．
(3)由半衰期公式得m＝m0 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2))) eq \s\up10(\f(t,T半))，
得m＝64× eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2))) eq \s\up12(\f(6,1.2))g＝2 g．
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 eq \\al(238, 92)U→ eq \\al(234, 90)Th＋ eq \\al(4,2)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，故发生的是α衰变，而不是β衰变；若是α衰变，生成的两粒子电性相同，图示由左手定则可知，两粒子都沿顺时针方向做圆周运动，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 eq \f(v2,r)，解得r＝ eq \f(mv,qB)＝ eq \f(p,Bq)，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 eq \f(n,n0)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 eq \\al(14, 6)C的比例是正在生长的植物中的80%，放射性 eq \\al(14, 6)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 eq \f(n,n0)＝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 eq \f(n,n0)＝0.8时，对应的时间为 eq \f(1,3)个半衰期， eq \\al(14, 6)C的半衰期是5 700年，该古迹距今约1 900年．