人教版(新教材)高中物理選擇性必修第三冊PAGEPAGE12放射性元素的衰變第1課時(shí)原子核的衰變半衰期考點(diǎn)一原子核的衰變1．一個(gè)放射性原子核發(fā)生一次β衰變，則它的()A．質(zhì)子數(shù)減少1，中子數(shù)不變B．質(zhì)子數(shù)增加1，中子數(shù)不變C．質(zhì)子數(shù)增加1，中子數(shù)減少1D．質(zhì)子數(shù)減少1，中子數(shù)增加1〖答案〗C〖解析〗β衰變的實(shí)質(zhì)是一個(gè)中子轉(zhuǎn)化成一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，故中子數(shù)減少1，而質(zhì)子數(shù)增加1，A、B、D錯(cuò)誤，C正確．2．(多選)下列說法中正確的是()A．α粒子帶正電，α射線是從原子核中射出的B．β粒子帶負(fù)電，所以β粒子有可能是核外電子C．γ射線是光子，所以γ射線有可能是原子核發(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〖答案〗AD〖解析〗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)合在一起形成一個(gè)氦核發(fā)射出來，β衰變的實(shí)質(zhì)是原子核內(nèi)的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化成一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，然后釋放出電子，γ射線是伴隨α衰變和β衰變產(chǎn)生的，所以這三種射線都是從原子核內(nèi)部釋放出來的，A、D正確．3．(多選)有些建材中的放射性物質(zhì)會釋放出α、β、γ射線，根據(jù)有關(guān)放射性知識可知，下列說法正確的是()A．發(fā)生α衰變時(shí)，生成核與原來的原子核相比，核內(nèi)質(zhì)量數(shù)減少2B．發(fā)生β衰變時(shí)，生成核與原來的原子核相比，核內(nèi)中子數(shù)減少1C．β射線是原子的核外電子電離后形成的電子流D．在這三種射線中γ射線的穿透能力最強(qiáng)，電離能力最弱〖答案〗BD〖解析〗α衰變是兩個(gè)質(zhì)子與兩個(gè)中子作為一個(gè)整體從原子核中輻射出來，所以發(fā)生α衰變時(shí)，核內(nèi)質(zhì)量數(shù)減少4，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；β衰變是原子核內(nèi)一個(gè)中子轉(zhuǎn)化成一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，所以發(fā)生β衰變時(shí)，核內(nèi)中子數(shù)減少1，核子數(shù)不變，β射線是原子核內(nèi)發(fā)射的電子流，選項(xiàng)B正確，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；由三種射線性質(zhì)可得，選項(xiàng)D正確．4．下列表示放射性元素碘131(eq\o\al(131,

53)I)β衰變的方程是()A.eq\o\al(131,

53)I→eq\o\al(127,

51)Sb＋eq\o\al(4,2)He B.eq\o\al(131,

53)I→eq\o\al(131,

54)Xe＋eq\o\al(0,－1)eC.eq\o\al(131,

53)I→eq\o\al(130,

53)I＋eq\o\al(1,0)n D.eq\o\al(131,

53)I→eq\o\al(130,

52)Te＋eq\o\al(1,1)H〖答案〗B〖解析〗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．5．(2020·臨沂市第一中學(xué)高二月考)放射性同位素釷232經(jīng)多次α、β衰變，其衰變方程為eq\o\al(232,

90)Th→eq\o\al(220,86)Rn＋xα＋yβ，其中()A．x＝1，y＝3 B．x＝2，y＝3C．x＝3，y＝1 D．x＝3，y＝2〖答案〗D〖解析〗由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得：4x＋220＝232,2x－y＋86＝90，解得x＝3，y＝2，選D.考點(diǎn)二半衰期6．(多選)關(guān)于放射性元素的半衰期，下列說法正確的是()A．原子核全部衰變所需要的時(shí)間的一半B．原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需要的時(shí)間C．相對原子質(zhì)量減少一半所需要的時(shí)間D．該元素原子核的總質(zhì)量減半所需要的時(shí)間〖答案〗BD〖解析〗放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需要的時(shí)間叫作這種元素的半衰期，它與原子核全部衰變所需要的時(shí)間的一半不同；放射性元素發(fā)生衰變后成為一種新的原子核，原來的放射性元素原子核的個(gè)數(shù)不斷減少，當(dāng)原來的放射性元素的原子核的個(gè)數(shù)減半時(shí)，該放射性元素的原子核的總質(zhì)量也減半，故選項(xiàng)B、D正確．7．(2021·浙江紹興市高二期末)某原子研究實(shí)驗(yàn)室發(fā)生放射性同位素泄漏事故．已知該元素的半衰期為3天，總放射量為人體最大允許量的8倍，則研究人員至少需等待幾天后才能進(jìn)入該實(shí)驗(yàn)室()A．3天 B．6天C．9天 D．12天〖答案〗C〖解析〗設(shè)放射性同位素的總量為N，則人體最大允許量為eq\f(N,8)，半衰期為T＝3天，由半衰期公式可知N余＝故當(dāng)N余＝eq\f(N,8)時(shí)，可得eq\f(t,T)＝3故有t＝3T＝9天即研究人員至少需等待9天后才能進(jìn)入該實(shí)驗(yàn)室．故選C.8．(多選)活體生物由于需要呼吸，其體內(nèi)的14C含量大致不變，死后停止呼吸，體內(nèi)的14C含量開始減少．由于碳元素在自然界的各個(gè)同位素的比例一直都很穩(wěn)定，人們可通過測定古木的14C含量，來估計(jì)它的大概年齡，這種方法稱之為碳定年法.14C衰變?yōu)?4N的半衰期約為5730年，某古木樣品中14C的比例約為現(xiàn)代植物所制樣品的二分之一．下列說法正確的是()A．該古木的死亡時(shí)間約為5730年B．14C與14N具有相同的中子數(shù)C．14C衰變?yōu)?4N的過程中放出β射線D．升高古木樣品所處環(huán)境的溫度將加速14C的衰變〖答案〗AC〖解析〗設(shè)原來14C的質(zhì)量為M0，衰變后剩余質(zhì)量為M，則有M＝M0(eq\f(1,2))n，其中n為發(fā)生半衰期的次數(shù)，由題意可知剩余質(zhì)量為原來的eq\f(1,2)，故n＝1，所以死亡時(shí)間為5730年，故A正確；14C的中子數(shù)是8個(gè)，14N的中子數(shù)是7個(gè)，故B錯(cuò)誤；14C衰變?yōu)?4N的過程中質(zhì)量數(shù)沒有變化，而核電荷數(shù)增加1，是14C中的一個(gè)中子變成了一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，放出β射線，故C正確；放射元素的半衰期與物理環(huán)境以及化學(xué)環(huán)境無關(guān)，故D錯(cuò)誤．9．(多選)釷eq\o\al(234,

90)Th具有放射性，它能放出一個(gè)新的粒子而變?yōu)殓heq\o\al(234,

91)Pa，同時(shí)伴隨有γ射線產(chǎn)生，其方程為eq\o\al(234,

90)Th→eq\o\al(234,

91)Pa＋X，釷的半衰期為24天，則下列說法中正確的是()A．X為質(zhì)子B．X為電子C．X是釷核中的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化成一個(gè)質(zhì)子時(shí)產(chǎn)生的D．1g釷eq\o\al(234,

90)Th經(jīng)過120天后還剩0.3125g〖答案〗BC〖解析〗根據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒知，釷核衰變過程中放出了一個(gè)電子，即X為電子，故A錯(cuò)誤，B正確；發(fā)生β衰變時(shí)釋放的電子是由釷核內(nèi)一個(gè)中子轉(zhuǎn)化成一個(gè)質(zhì)子時(shí)產(chǎn)生的，故C正確；釷的半衰期為24天，經(jīng)過120天即經(jīng)過5個(gè)半衰期，故1g釷eq\o\al(234,

90)Th經(jīng)過120天后還剩0.03125g，故D錯(cuò)誤．10．放射性同位素的衰變能轉(zhuǎn)換為電能，將某種放射性元素制成“放射性同位素電池”(簡稱同位素電池)，帶到火星上去工作，已知火星上的溫度、壓強(qiáng)等環(huán)境因素與地球有很大差別．該放射性元素到火星上之后，半衰期________(選填“變大”“變小”或“不變”)．若該放射性元素的半衰期為T年，經(jīng)過2T年，質(zhì)量為m的該放射性元素還剩余的質(zhì)量為________．〖答案〗不變0.25m〖解析〗放射性元素的半衰期與外界條件無關(guān)，則放射性元素到火星上之后，半衰期不變．經(jīng)過2T年，質(zhì)量為m的該放射性元素還剩余的質(zhì)量為m余＝m(eq\f(1,2))2＝eq\f(1,4)m＝0.25m.11．(2021·遼寧高二期中)核電池又叫“放射性同位素電池”，它是通過半導(dǎo)體換能器將同位素在衰變過程中不斷地放出具有熱能的射線，把熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芏圃斐傻模穗姵匾殉晒Φ赜米骱教炱鞯碾娫础⑿呐K起搏器電源和一些特殊軍事用途．已知“嫦娥四號”上有一塊備用的核燃料電池，核燃料為eq\o\al(238,

94)Pu，其半衰期為88年，eq\o\al(238,

94)Pu的衰變方程為eq\o\al(238,

94)Pu→eq\o\al(234,

m)X＋eq\o\al(n,2)Y，下列說法正確的是()A.eq\o\al(238,

94)Pu核比X核多4個(gè)中子B．該元素衰變的速度隨所處環(huán)境的壓強(qiáng)和溫度的變化而發(fā)生變化C．任意一個(gè)eq\o\al(238,

94)Pu原子核發(fā)生衰變的時(shí)間都是88年D．該衰變的類型為α衰變，其實(shí)質(zhì)是原子核內(nèi)部兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)α粒子從原子核中放射出來〖答案〗D〖解析〗由衰變方程質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒，可知m＝92，n＝4，故eq\o\al(238,

94)Pu中子數(shù)為238－94＝144，X中子數(shù)為234－92＝142，eq\o\al(238,

94)Pu核比X核多2個(gè)中子，A錯(cuò)誤；由衰變的快慢性質(zhì)知，它由核本身的因素決定，而與原子所處的物理狀態(tài)、溫度、壓強(qiáng)、速度、受力和化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，B錯(cuò)誤；衰變規(guī)律是統(tǒng)計(jì)規(guī)律，只適用于大量原子核，對少數(shù)的原子核不適用，不能由半衰期推算任意一個(gè)eq\o\al(238,

94)Pu的衰變時(shí)間，C錯(cuò)誤；是發(fā)生了α衰變，即eq\o\al(4,2)Y為eq\o\al(4,2)He，α粒子從原子核中射出，D正確．12．(多選)(2021·山東濱州市高二期中)如圖1所示，P為勻強(qiáng)磁場中一點(diǎn)，某放射性元素的原子核靜止在P點(diǎn)，該原子核發(fā)生衰變后，放出一個(gè)氦核(eq\o\al(4,2)He)和一個(gè)新核，它們速度方向與磁場垂直，其軌跡均為圓弧，半徑之比為45∶1，重力、阻力和氦核與新核間的庫侖力均不計(jì)．下列說法正確的是()圖1A．放射性元素原子核的電荷數(shù)是90B．可能的衰變方程為eq\o\al(238,

92)U→eq\o\al(234,

90)Th＋eq\o\al(4,2)HeC．氦核和新核動(dòng)量比是1∶45D．衰變前核的質(zhì)量數(shù)等于衰變后氦核和新核的總質(zhì)量數(shù)〖答案〗BD〖解析〗放出氦核(eq\o\al(4,2)He)和新核的過程，系統(tǒng)的動(dòng)量守恒，則有m氦v氦＝m新v新，所以氦核和新核動(dòng)量比是1∶1，則C錯(cuò)誤；由于放出的氦核(eq\o\al(4,2)He)和新核在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，根據(jù)洛倫茲力提供向心力有Bqv＝meq\f(v2,R)，解得R＝eq\f(mv,Bq)，則它們的軌道半徑與它們所帶的電荷量成反比，所以q氦∶q新＝1∶45，則新核所帶的電荷數(shù)為90，由于核反應(yīng)過程電荷數(shù)、質(zhì)量數(shù)守恒，則放射性元素原子核的電荷數(shù)是92，所以可能的衰變方程為eq\o\al(238,

92)U→eq\o\al(234,

90)Th＋eq\o\al(4,2)He，所以A錯(cuò)誤，B、D正確．13．(多選)(2020·修水縣第五中學(xué)高二月考)如圖2甲所示，國際原子能機(jī)構(gòu)2007年2月15日公布了核輻射警示新標(biāo)志，新標(biāo)志為黑框紅底三角，內(nèi)有一個(gè)輻射波標(biāo)記：一個(gè)骷髏頭標(biāo)記和一個(gè)逃跑的人形．核輻射會向外釋放3種射線：α射線帶正電，β射線帶負(fù)電，γ射線不帶電，現(xiàn)有甲、乙兩個(gè)原子核，原來都靜止在同一勻強(qiáng)磁場中，其中一個(gè)核放出一個(gè)α粒子，另一個(gè)核放出一個(gè)β粒子，得出圖乙所示的4條徑跡，則()圖2A．磁場的方向一定垂直于紙面向里B．甲核放出的是α粒子，乙核放出的是β粒子C．a(chǎn)為α粒子的徑跡，d為β粒子的徑跡D．b為α粒子的徑跡，c為β粒子的徑跡〖答案〗BD〖解析〗根據(jù)左手定則分析，磁場的方向無論是垂直紙面向里還是垂直紙面向外，在勻強(qiáng)磁場中的軌跡形狀一樣，A錯(cuò)誤；衰變過程滿足動(dòng)量守恒，粒子與新核的動(dòng)量大小相等，方向相反，根據(jù)帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)不難分析，若軌跡為外切圓，則為α衰變，所以甲核放出的是α粒子，乙核放出的是β粒子，B正確；由于衰變過程動(dòng)量守恒，初狀態(tài)總動(dòng)量為零，所以末狀態(tài)兩粒子動(dòng)量大小相等，又由R＝eq\f(mv,qB)知半徑與電荷量成反比，所以b為α粒子的徑跡，c為β粒子的徑跡，C錯(cuò)誤，D正確．14．天然放射性鈾(eq\o\al(238,

92)U)發(fā)生衰變后產(chǎn)生釷(eq\o\al(234,

90)Th)和另一個(gè)原子核．(1)請寫出衰變方程；(2)若衰變前鈾(eq\o\al(238,

92)U)核的速度為v，衰變產(chǎn)生的釷(eq\o\al(234,

90)Th)核的速度為eq\f(v,2)，且與鈾核速度方向相同，試估算產(chǎn)生的另一種新核的速度．〖答案〗(1)eq\o\al(238,

92)U→eq\o\al(234,

90)Th＋