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2019-2020年高中物理 19.2放射性元素的衰變課時(shí)提升訓(xùn)練（含解析）新人教版選修3-5 1.(多選)(xx昆明高二檢測(cè))關(guān)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(fù)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(chǎn)生的 D.α射線、β射線、γ射線都是從原子核內(nèi)部釋放出來的 【解析】選A、D。α衰變的實(shí)質(zhì)是原子核中的兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)氦核放出,A正確;β衰變的實(shí)質(zhì)是一個(gè)中子變成一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子,然后釋放出電子,B錯(cuò)誤;γ射線伴隨α衰變和β衰變的產(chǎn)生而產(chǎn)生,C錯(cuò)誤;三種射線都是從原子核內(nèi)部釋放出來的,D項(xiàng)正確。 2.(多選)關(guān)于放射性元素的半衰期說法正確的是　(　　) A.是原子核質(zhì)量減少一半所需的時(shí)間 B.是原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間 C.與外界壓強(qiáng)和溫度有關(guān),與原子的化學(xué)狀態(tài)無關(guān) D.可以用于測(cè)定地質(zhì)年代、生物年代等 【解析】選B、D。原子核的衰變是由原子核內(nèi)部因素決定的,與一般外界環(huán)境無關(guān),C錯(cuò)誤。原子核的衰變有一定的速率,每隔一定的時(shí)間即半衰期,原子核就衰變了總數(shù)的一半,A錯(cuò),B對(duì)。不同種類的原子核,其半衰期也不同。若開始時(shí)原子核數(shù)目為N0,經(jīng)時(shí)間t剩下的原子核數(shù)目為N,半衰期為T,則有關(guān)系式:N=N0(。若能測(cè)定出N與N0的比值,就可求出時(shí)間t的值,依此公式就可測(cè)定地質(zhì)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(cè))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(shí)產(chǎn)生α射線和β射線 B.放射性元素發(fā)生β衰變,產(chǎn)生的新核的化學(xué)性質(zhì)不變 C.放射性元素衰變的快慢跟它所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān) D.放射性元素發(fā)生正電子衰變時(shí),產(chǎn)生的新核質(zhì)量數(shù)不變,核電荷數(shù)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(shù)目較多,同一時(shí)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(shí)存在;放出粒子后,原子核變成了新核,所以化學(xué)性質(zhì)改變,故A、B錯(cuò)誤;某種元素的半衰期長(zhǎng)短由其本身因素決定,與它所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān),C正確;發(fā)生正電子衰變時(shí),根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒知,產(chǎn)生的新核質(zhì)量數(shù)不變,核電荷數(shù)減少1,D正確。 4.某放射性元素經(jīng)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(jù)(=,=3,因?yàn)閠=11.4天,所以τ=天=3.8天,選項(xiàng)D正確。 5.(xx南京高二檢測(cè))建材中的放射物質(zhì),衰變成放射性的氡氣,會(huì)導(dǎo)致肺癌,其中建材中放射性元素中含有很多的是釙222(),它經(jīng)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(zhì)量數(shù)沒有變,故僅發(fā)生了β衰變,次數(shù)為86-84=2次,故A、B、D錯(cuò),C對(duì)。 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(gè)β粒子(即電子)產(chǎn)生新核的過程,原子核衰變時(shí)質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)都守恒,結(jié)合選項(xiàng)分析可知,選項(xiàng)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(huì)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(shí)會(huì)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(shí)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(zhì)子數(shù) 【解析】選D。β射線由高速的電子流組成,A選項(xiàng)錯(cuò);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(xiàng)錯(cuò);半衰期長(zhǎng)說明衰變的慢,C選項(xiàng)錯(cuò);銫133和銫137是同位素,含有相同的質(zhì)子數(shù),中子數(shù)不同,D選項(xiàng)正確。 8.天然放射性元素Pu經(jīng)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(shù)發(fā)生改變但質(zhì)量數(shù)不會(huì)改變,發(fā)生α衰變釋放α粒子,從而質(zhì)量數(shù)發(fā)生改變,因而新、舊核的質(zhì)量數(shù)之差一定是4的整數(shù)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(shù)是=8次,發(fā)生β衰變的次數(shù)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(cè))用大寫字母代表原子核。E經(jīng)α衰變成為F,再經(jīng)β衰變成為G,再經(jīng)α衰變成為H。上述系列衰變可記為下式:EFGH 另一系列衰變?nèi)缦?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?yàn)镻是F的同位素,其電荷數(shù)設(shè)為Z,則衰變過程可記為Z+2EFGH ZPQRS 顯然E和R的電荷數(shù)均為Z+2,則E和R為同位素,Q和G的電荷數(shù)均為Z+1,則Q和G為同位素,S、P、F的電荷數(shù)都為Z,則S、P、F為同位素,故B正確,A、C、D錯(cuò)。 2.A、B兩種放射性元素,原來都靜止在同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向如圖所示,其中一個(gè)放出α粒子,另一個(gè)放出β粒子,α與β粒子的運(yùn)動(dòng)方向跟磁場(chǎng)方向垂直,圖中a、b、c、d分別表示α粒子、β粒子以及兩個(gè)剩余核的運(yùn)動(dòng)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(yīng)把握以下三點(diǎn): (1)原子核在釋放α或β粒子的過程中系統(tǒng)的動(dòng)量守恒。 (2)由左手定則和軌跡的內(nèi)切和外切判斷釋放粒子的電性。 (3)根據(jù)洛倫茲力和牛頓第二定律以及動(dòng)量守恒定律可知半徑和粒子電量的關(guān)系。 【解析】選C。兩個(gè)相切的圓表示在相切點(diǎn)處是靜止的原子核發(fā)生了衰變,由于無外力作用,動(dòng)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(zhì)的電荷,則它們所受的洛倫茲力方向相反,則軌道應(yīng)是外切圓,故左圖應(yīng)該是原子核發(fā)生了α衰變,又因?yàn)閞=,半徑大的應(yīng)該是電荷量小的α粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡,A、D錯(cuò)誤;若它們所帶電荷的性質(zhì)不同,則它們的軌道應(yīng)是內(nèi)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(yīng)該是發(fā)生了β衰變,半徑大的應(yīng)該是電荷量小的電子的運(yùn)動(dòng)軌跡,故B錯(cuò)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(xué)獎(jiǎng),他們發(fā)現(xiàn)的放射性元素P衰變成Si的同時(shí)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(yīng)用于生物示蹤技術(shù)。1 mgP隨時(shí)間衰變的關(guān)系如圖所示,請(qǐng)估計(jì)4 mg的P經(jīng)多少天的衰變后還剩0.25 mg? 【解析】由核反應(yīng)過程中電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒,可寫出核反應(yīng)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(jié)提升】半衰期公式的靈活應(yīng)用 (1)分析有關(guān)放射性元素的衰變數(shù)量和時(shí)間問題時(shí),正確理解半衰期的概念,靈活運(yùn)用有關(guān)公式進(jìn)行分析和計(jì)算是關(guān)鍵。 (2)某種核經(jīng)過一個(gè)半衰期后,剩余的核的數(shù)量從微觀上講是“個(gè)數(shù)變?yōu)樵瓉淼囊话搿薄．?dāng)然,這個(gè)規(guī)律是個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律,如果具體到有限的幾個(gè)、幾十個(gè),甚至幾百幾千個(gè),這個(gè)規(guī)律就不成立了,因?yàn)橐荒栁镔|(zhì)所含的微粒數(shù)就是阿伏加德羅常數(shù)。幾百幾千個(gè)算不上大量。 (3)在分析計(jì)算時(shí),應(yīng)注意:經(jīng)過一個(gè)半衰期,剩余的核的質(zhì)量應(yīng)該變?yōu)榉磻?yīng)前的一半,即未衰變的核的質(zhì)量變?yōu)樵瓉淼囊话?不是反應(yīng)后質(zhì)量變?yōu)榉磻?yīng)前的一半,因?yàn)榛\統(tǒng)說反應(yīng)后的質(zhì)量還包括反應(yīng)中生成的新核的質(zhì)量。 4.(xx珠江高二檢測(cè))天然放射性鈾U)發(fā)生衰變后產(chǎn)生釷Th)和另一個(gè)原子核。 (1)請(qǐng)寫出衰變方程; (2)若衰變前鈾U)核的速度為v,衰變產(chǎn)生的釷Th)核的速度為,且與鈾核速度方向相同,求產(chǎn)生的另一種新核的速度。 【解析】(1UThHe。 (2)設(shè)另一新核的速度為v′,鈾核質(zhì)量為238m,由動(dòng)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(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.500T,MN是磁場(chǎng)的左邊界。在磁場(chǎng)中的A點(diǎn)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(hào)); (2)求該鐳核在衰變?yōu)殡焙撕蛒粒子時(shí)釋放的能量。(保留三位有效數(shù)字,取mα=1.6610-27kg,電子電荷量e=1.6010-19C) 【解析】(1) (2)根據(jù)題意可知,α粒子在磁場(chǎng)中所做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑R=1.00m,設(shè)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(dòng)能E1==7.7110-12J 鐳核衰變滿足動(dòng)量守恒,設(shè)氡核的質(zhì)量為M,速度為v′, 有mαv-Mv′=0 氡核的動(dòng)能E2=Mv′2=E1 鐳核衰變時(shí)釋放的能量 ΔE=E1+E2=(1+)E1≈7.8510-12J。 答案:(1)　(2)7.8510-12J