2018-2019學(xué)年高中物理 第十九章 原子核 課時提升作業(yè)十三 19.2 放射性元素的衰變 新人教版選修3-5.doc

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課時提升作業(yè) 十三 放射性元素的衰變 (15分鐘　50分) 一、選擇題(本題共5小題,每小題7分,共35分) 1.(多選)(2018長春高二檢測)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)是原子核中的兩個質(zhì)子和兩個中子結(jié)合成一個氦核放出,A正確;β衰變的實(shí)質(zhì)是一個中子變成一個質(zhì)子和一個電子,然后釋放出電子,B錯誤;γ射線伴隨α衰變和β衰變的產(chǎn)生而產(chǎn)生,C錯誤;三種射線都是從原子核內(nèi)部釋放出來的,D項正確。 2.(多選)以下關(guān)于天然放射現(xiàn)象,敘述正確的是(　　) A.若使某放射性物質(zhì)的溫度升高,其半衰期將變短 B.β衰變所釋放的電子是原子核外的電子電離形成的 C.α射線是原子核衰變產(chǎn)生的,它有很強(qiáng)的電離作用 D.γ射線是原子核產(chǎn)生的,它是能量很大的光子流 【解析】選C、D。半衰期與元素的物理狀態(tài)無關(guān),若使某放射性物質(zhì)的溫度升高,半衰期不變,故A錯誤;β衰變所釋放的電子是從原子核內(nèi)釋放出的電子,故B錯誤;α射線是原子核衰變產(chǎn)生的,是氦的原子核,它有很強(qiáng)的電離作用,穿透能力很弱,選項C正確;γ射線是原子核發(fā)生α或β衰變時產(chǎn)生的,它是能量很大的光子流,選項D正確。 3.(2018徐州高二檢測)原子核X經(jīng)過一次α衰變變成原子核Y,原子核Y再經(jīng)一次β衰變變成原子核Z,則下列說法中正確的是(　　) A.核X的中子數(shù)比核Z的中子數(shù)多2 B.核X的質(zhì)子數(shù)比核Z的質(zhì)子數(shù)多5 C.核Z的質(zhì)子數(shù)比核X的質(zhì)子數(shù)少1 D.原子核X的中性原子的電子數(shù)比原子核Y的中性原子的電子數(shù)少1 【解析】選C。根據(jù)衰變規(guī)律,發(fā)生一次α衰變減少兩個質(zhì)子和兩個中子,發(fā)生一次β衰變減少一個中子而增加一個質(zhì)子。中性原子的電子數(shù)等于質(zhì)子數(shù)。 【互動探究】若原子核X經(jīng)過m次α衰變和n次β衰變,則原子核的質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)各減少多少? 【解析】β衰變不影響原子核的質(zhì)量數(shù),一次α衰變原子核的質(zhì)量數(shù)減少4,所以減少的質(zhì)量數(shù)為4m,一次α衰變原子核的核電荷數(shù)減少2,一次β衰變原子核的核電荷數(shù)增加1,所以原子核的核電荷數(shù)減少2m-n。 答案:4m　2m-n 4.鈾裂變的產(chǎn)物之一氪90(3690Kr)是不穩(wěn)定的,它經(jīng)過一系列衰變最終成為穩(wěn)定的鋯90(4090Zr),這些衰變是(　　) A.1次α衰變,6次β衰變　B.4次β衰變 C.2次α衰變 D.2次α衰變,2次β衰變 【解析】選B。原子核每經(jīng)過一次α衰變,質(zhì)量數(shù)減少4,電荷數(shù)減少2;每經(jīng)過一次β衰變,電荷數(shù)增加1,質(zhì)量數(shù)不變。α衰變的次數(shù)為n=90-904=0(次),β衰變的次數(shù)為m=40-36=4(次)。 【補(bǔ)償訓(xùn)練】 本題中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?PQ RS,已知P和F是同位素,則(　　) A.Q和G是同位素,R和H是同位素 B.R和E是同位素,S和F是同位素 C.R和G是同位素,S和H是同位素 D.Q和E是同位素,R和F是同位素 【解析】選B。由于P和F是同位素,設(shè)它們的質(zhì)子數(shù)為n, 則其他各原子核的質(zhì)子數(shù)可分別表示如下: n+2EαnFβn+1Gαn-1H nPβn+1Qβn+2RαnS 由此可以看出R和E是同位素,S、P和F是同位素,Q和G是同位素。 5.(多選)日本福島核電站泄漏事故中釋放出大量的碘131,碘131是放射性同位素,衰變時會發(fā)出β射線與γ射線,碘131被人攝入后,會危害身體健康,由此引起了全世界的關(guān)注。下面關(guān)于核輻射的相關(guān)知識,說法正確的是(　　) A.人類無法通過改變外部環(huán)境來改變碘131衰變的快慢 B.碘131的半衰期為8.3天,則4個碘原子核經(jīng)16.6天后就一定剩下一個原子核 C.β射線與γ射線都是電磁波,但γ射線穿透本領(lǐng)比β射線強(qiáng) D.碘131發(fā)生β衰變時所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時產(chǎn)生的 【解題指南】解答此題應(yīng)弄清以下四點(diǎn): (1)放射性元素衰變的快慢由原子核本身決定,與外部環(huán)境無關(guān)。 (2)半衰期是大量原子核衰變的統(tǒng)計規(guī)律,對于少數(shù)原子核無意義。 (3)γ射線的穿透能力比其他兩種射線都強(qiáng)。 (4)β粒子是從原子核中放出的。 【解析】選A、D。衰變的快慢由放射性元素本身決定,與外部環(huán)境無關(guān),A正確。半衰期是大量原子核衰變的統(tǒng)計規(guī)律,對少數(shù)幾個原子核無意義,B錯誤。β射線是高速電子流,γ射線是電磁波,故C錯誤。β衰變的實(shí)質(zhì)是01n→11H,D正確。 二、非選擇題(15分。需寫出規(guī)范的解題步驟) 6.在勻強(qiáng)磁場中,一個原來靜止的原子核,由于放出一個α粒子,結(jié)果得到一張兩個相切圓的徑跡照片(如圖所示),今測得兩個相切圓半徑之比r1∶r2=1∶44,求: (1)圖中哪一個圓是α粒子的徑跡?(說明理由) (2)這個原子核原來所含的質(zhì)子數(shù)是多少? 【解題指南】解答本題時應(yīng)理解以下兩點(diǎn): (1)發(fā)生α衰變時,系統(tǒng)動量守恒。 (2)由公式r=mvBq計算新核與α粒子所帶電荷量之比。 【解析】(1)因?yàn)閯恿肯嗟?所以軌道半徑與粒子的電荷量成反比,所以圓軌道2是α粒子的徑跡,圓軌道1是新生核的徑跡。 (2)設(shè)衰變后新生核的電荷量為q1,α粒子的電荷量為q2=2e,它們的質(zhì)量分別為m1和m2,衰變后的速度分別是v1和v2,所以原來原子核的電荷量 q=q1+q2。 根據(jù)軌道半徑公式有 r1r2=m1v1Bq1m2v2Bq2=m1v1q2m2v2q1 又由于衰變過程中遵循動量守恒定律,則m1v1=m2v2 以上三式聯(lián)立解得q=90e。即這個原子核原來所含的質(zhì)子數(shù)為90。 答案:(1)見解析　(2)90 (25分鐘　50分) 一、選擇題(本題共4小題,每小題7分,共28分) 1.由原子核的衰變可知(　　) A.放射性元素一次衰變就同時產(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.α衰變說明原子核內(nèi)部存在氦核 D.放射性的原子核發(fā)生衰變后產(chǎn)生的新核從高能級向低能級躍遷時,輻射出γ射線 【解析】選D。原子核發(fā)生衰變時,一次衰變只能是α衰變或β衰變,而不能同時發(fā)生α衰變和β衰變,發(fā)生衰變后產(chǎn)生的新核往往處于高能級,要向外以γ射線的形式輻射能量,故一次衰變只可能同時產(chǎn)生α射線和γ射線,或β射線和γ射線,A錯,D對;原子核發(fā)生衰變后,核電荷數(shù)發(fā)生了變化,變成了新核,故化學(xué)性質(zhì)發(fā)生了變化,B錯;原子核內(nèi)的2個中子和2個質(zhì)子能十分緊密地結(jié)合在一起,因此在一定條件下它們會作為一個整體從較大的原子核中被拋射出來,于是放射性元素發(fā)生了α衰變,C錯。 2.(2018南京高二檢測)碘131的半衰期約為8天,若某藥物含有質(zhì)量為m的碘131,經(jīng)過32天后,該藥物中碘131的含量大約還有(　　) A.m4　　　　 B.m8　　　　 C.m16　　　　 D.m32 【解析】選C。本題考查元素的半衰期。根據(jù)半衰期公式m=m0(12)tτ,將題目中的數(shù)據(jù)代入可得C正確,A、B、D錯誤。 【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)量和時間問題時,正確理解半衰期的概念,靈活運(yùn)用有關(guān)公式進(jìn)行分析和計算是關(guān)鍵。 (2)某種核經(jīng)過一個半衰期后,剩余的核的數(shù)量從微觀上講是“個數(shù)變?yōu)樵瓉淼囊话搿?。?dāng)然,這個規(guī)律是個統(tǒng)計規(guī)律,如果具體到有限的幾個、幾十個,甚至幾百幾千個,這個規(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)。幾百幾千個算不上大量。 (3)在分析計算時,應(yīng)注意:經(jīng)過一個半衰期,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。 3.A、B兩種放射性元素,原來都靜止在同一勻強(qiáng)磁場中,磁場方向如圖所示,其中一個放出α粒子,另一個放出β粒子,α與β粒子的運(yùn)動方向跟磁場方向垂直,圖中a、b、c、d分別表示α粒子、β粒子以及兩個剩余核的運(yùn)動軌跡,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量守恒定律可知半徑和粒子電量的關(guān)系。 【解析】選C。兩個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=mvBq,半徑大的應(yīng)該是電荷量小的α粒子的運(yùn)動軌跡,A、D錯誤;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)動軌跡,故B錯誤,C正確。 4.(2018濟(jì)南高二檢測)14C測年法是利用14C衰變規(guī)律對古生物進(jìn)行年代測定的方法。若以橫坐標(biāo)t表示時間,縱坐標(biāo)m表示任意時刻14C的質(zhì)量,m0為t=0時14C的質(zhì)量。下面四幅圖中能正確反映14C衰變規(guī)律的是(　　) 【解析】選C。由于每經(jīng)過一個半衰期τ,14C的質(zhì)量減少一半,所以m=m012tτ,選項C正確。 二、非選擇題(本題共2小題,共22分。需寫出規(guī)范的解題步驟) 5.(10分)天然放射性元素94239Pu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82206Pb、82207Pb、82208Pb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82207Pb,所以發(fā)生α衰變的次數(shù)是239-2074=8次,發(fā)生β衰變的次數(shù)是82-(94-28)=4,可知發(fā)生4次β衰變。 答案:8　4　82207Pb 6.(12分)一靜止的92238U核經(jīng)α衰變成為90234Th核,釋放出的總動能為4.27MeV。問此衰變后90234Th核的動能為多少M(fèi)eV?(保留1位有效數(shù)字) 【解析】據(jù)題意知,此α衰變的衰變方程為: 92238U→90234Th+24He, 根據(jù)動量守恒定律得 mαvα=mThvTh ① 式中,mα和mTh分別為α粒子和Th核的質(zhì)量,vα和vTh分別為α粒子和Th核的速度,由題設(shè)條件知: 12mαvα2+12mThvTh2=Ek ② mαmTh=4234　 ③ 式中Ek=4.27MeV是α粒子與Th核的總動能。 由①②③式得 12mThvTh2=mαmα+mThEk ④ 代入數(shù)據(jù)得,衰變后90234Th核的動能 12mThvTh2=0.07MeV 答案:0.07MeV 【補(bǔ)償訓(xùn)練】 天然放射性鈾(92238U)發(fā)生衰變后產(chǎn)生釷(90234Th)和另一個原子核。 (1)請寫出衰變方程。 (2)若衰變前鈾(92238U)核的速度為v,衰變產(chǎn)生的釷(90234Th)核的速度為v2,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】(1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒得 92238U→90234Th+24He。 (2)設(shè)另一新核的速度為v′,鈾核質(zhì)量為238m,由動量守恒定律得: 238mv=234mv2+4mv′ 得:v′=1214v。 答案:(1)92238U→90234Th+24He (2)1214v