2018-2019學(xué)年高中物理 第十九章 原子核 課時(shí)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(shí)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(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)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(cuò)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(cuò)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(xiàng)C正確;γ射線是原子核發(fā)生α或β衰變時(shí)產(chǎn)生的,它是能量很大的光子流,選項(xiàng)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(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子,發(fā)生一次β衰變減少一個(gè)中子而增加一個(gè)質(zhì)子。中性原子的電子數(shù)等于質(zhì)子數(shù)。 【互動(dòng)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?cè)雍说馁|(zhì)量數(shù)減少4,所以減少的質(zhì)量數(shù)為4m,一次α衰變?cè)雍说暮穗姾蓴?shù)減少2,一次β衰變?cè)雍说暮穗姾蓴?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(shí)會(huì)發(fā)出β射線與γ射線,碘131被人攝入后,會(huì)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(shí),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(gè)碘原子核經(jīng)16.6天后就一定剩下一個(gè)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(shí)所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時(shí)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(jì)規(guī)律,對(duì)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(jì)規(guī)律,對(duì)少數(shù)幾個(gè)原子核無意義,B錯(cuò)誤。β射線是高速電子流,γ射線是電磁波,故C錯(cuò)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(gè)原來靜止的原子核,由于放出一個(gè)α粒子,結(jié)果得到一張兩個(gè)相切圓的徑跡照片(如圖所示),今測得兩個(gè)相切圓半徑之比r1∶r2=1∶44,求: (1)圖中哪一個(gè)圓是α粒子的徑跡?(說明理由) (2)這個(gè)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(shí)應(yīng)理解以下兩點(diǎn): (1)發(fā)生α衰變時(shí),系統(tǒng)動(dòng)量守恒。 (2)由公式r=mvBq計(jì)算新核與α粒子所帶電荷量之比。 【解析】(1)因?yàn)閯?dòng)量相等,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(dòng)量守恒定律,則m1v1=m2v2 以上三式聯(lián)立解得q=90e。即這個(gè)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(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.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(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí),輻射出γ射線 【解析】選D。原子核發(fā)生衰變時(shí),一次衰變只能是α衰變或β衰變,而不能同時(shí)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(jí),要向外以γ射線的形式輻射能量,故一次衰變只可能同時(shí)產(chǎn)生α射線和γ射線,或β射線和γ射線,A錯(cuò),D對(duì);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(cuò);原子核內(nèi)的2個(gè)中子和2個(gè)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(huì)作為一個(gè)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(cuò)。 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(cuò)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(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。 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(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=mvBq,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。 4.(2018濟(jì)南高二檢測)14C測年法是利用14C衰變規(guī)律對(duì)古生物進(jìn)行年代測定的方法。若以橫坐標(biāo)t表示時(shí)間,縱坐標(biāo)m表示任意時(shí)刻14C的質(zhì)量,m0為t=0時(shí)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(gè)半衰期τ,14C的質(zhì)量減少一半,所以m=m012tτ,選項(xiàng)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(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(dòng)能為4.27MeV。問此衰變后90234Th核的動(dòng)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(dòng)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(dòng)能。 由①②③式得 12mThvTh2=mαmα+mThEk ④ 代入數(shù)據(jù)得,衰變后90234Th核的動(dòng)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(gè)原子核。 (1)請(qǐng)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(dòng)量守恒定律得: 238mv=234mv2+4mv′ 得:v′=1214v。 答案:(1)92238U→90234Th+24He (2)1214v