2015-2016学年高中物理192放射性元素的衰变课时提升训练(含解析)新人教版选修3-5

119.2放射性元素的衰变1.(多选)(2014·昆明高二检测)关于天然放射现象,下列说法中正确的是()A.α粒子带正电,所以α射线一定是从原子核中射出的B.β粒子带负电,所以β射线有可能是核外电子C.γ粒子是光子,所以γ射线有可能是由原子发光产生的D.α射线、β射线、γ射线都是从原子核内部释放出来的【解析】选A、D。α衰变的实质是原子核中的两个质子和两个中子结合成一个氦核放出,A正确;β衰变的实质是一个中子变成一个质子和一个电子,然后释放出电子,B错误;γ射线伴随α衰变和β衰变的产生而产生,C错误;三种射线都是从原子核内部释放出来的,D项正确。2.(多选)关于放射性元素的半衰期说法正确的是()A.是原子核质量减少一半所需的时间B.是原子核有半数发生衰变所需的时间C.与外界压强和温度有关,与原子的化学状态无关D.可以用于测定地质年代、生物年代等【解析】选B、D。原子核的衰变是由原子核内部因素决定的,与一般外界环境无关,C错误。原子核的衰变有一定的速率,每隔一定的时间即半衰期,原子核就衰变了总数的一半,A错,B对。不同种类的原子核,其半衰期也不同。若开始时原子核数目为N0,经时间t剩下的原子核数目为N,半衰期为T,则有关系式:N=N0(。若能测定出N与N0的比值,就可求出时间t的值,依此公式就可测定地质年代、生物年代或考察出土文物存在年代等,D正确。3.(多选)(2014·连云港高二检测)由原子核的衰变规律可知()A.放射性元素一次衰变就同时产生α射线和β射线B.放射性元素发生β衰变,产生的新核的化学性质不变C.放射性元素衰变的快慢跟它所处的物理、化学状态无关D.放射性元素发生正电子衰变时,产生的新核质量数不变,核电荷数减少1【解析】选C、D。放射性元素一次衰变只放射一种粒子,但同一物体包含原子数目较多,同一时间不同原子可能发生不同衰变,所以可以看到各种射线同时存在;放出粒子后,原子核2变成了新核,所以化学性质改变,故A、B错误;某种元素的半衰期长短由其本身因素决定,与它所处的物理、化学状态无关,C正确;发生正电子衰变时,根据质量数和电荷数守恒知,产生的新核质量数不变,核电荷数减少1,D正确。4.某放射性元素经过11.4天有的原子核发生了衰变,该元素的半衰期为()A.11.4天B.7.6天C.5.7天D.3.8天【解析】选D。根据(=,=3,因为t=11.4天,所以τ=天=3.8天,选项D正确。5.(2013·南京高二检测)建材中的放射物质,衰变成放射性的氡气,会导致肺癌,其中建材中放射性元素中含有很多的是钋222(22284Po),它经过多少次β衰变能生成氡22222286Rn()A.222次B.136次C.2次D.86次【解析】选C。钋222衰变成氡222质量数没有变,故仅发生了β衰变,次数为86-84=2次,故A、B、D错,C对。6.下列表示放射性元素碘131I)β衰变的方程是()AISbHeBIXeeCIInDITeH【解析】选B。β衰变是原子核自发地释放一个β粒子(即电子)产生新核的过程,原子核衰变时质量数与电荷数都守恒,结合选项分析可知,选项B正确。7.核电站核泄漏的污染物中含有碘131和铯137。碘131的半衰期约为8天,会释放β射线;铯137是铯133的同位素,半衰期约为30年,发生衰变时会辐射γ射线。下列说法正确的是()A.碘131释放的β射线由氦核组成B.铯137衰变时辐射出的γ光子能量小于可见光光子能量C.与铯137相比,碘131衰变更慢D.铯133和铯137含有相同的质子数【解析】选D。β射线由高速的电子流组成,A选项错;γ光子是能量非常高的光子,高于任何可见光的光子的能量,B选项错;半衰期长说明衰变的慢,C选项错;铯133和铯137是同位素,3含有相同的质子数,中子数不同,D选项正确。8.天然放射性元素Pu经过________次α衰变和______次β衰变,最后变成铅的同位素________。(填铅的三种同位素PbPbPb中的一种)【解析】发生β衰变释放的是电子,核电荷数发生改变但质量数不会改变,发生α衰变释放α粒子,从而质量数发生改变,因而新、旧核的质量数之差一定是4的整数倍,所以最后变为铅的3种同位素只能是Pb,所以发生α衰变的次数是=8次,发生β衰变的次数94-2×8-82=-4,可知发生4次β衰变。答案:84Pb1.(2013·石家庄高二检测)用大写字母代表原子核。E经α衰变成为F,再经β衰变成为G,再经α衰变成为H。上述系列衰变可记为下式:EFGH另一系列衰变如下:PQRS已知P是F的同位素,则()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】选B。因为P是F的同位素,其电荷数设为Z,则衰变过程可记为Z+2EFGHZPQRS显然E和R的电荷数均为Z+2,则E和R为同位素,Q和G的电荷数均为Z+1,则Q和G为同位素,S、P、F的电荷数都为Z,则S、P、F为同位素,故B正确,A、C、D错。2.A、B两种放射性元素,原来都静止在同一匀强磁场中,磁场方向如图所示,其中一个放出α粒子,另一个放出β粒子,α与β粒子的运动方向跟磁场方向垂直,图中a、b、c、d分别表示α粒子、β粒子以及两个剩余核的运动轨迹,则()4A.a为α粒子轨迹,c为β粒子轨迹B.b为α粒子轨迹,d为β粒子轨迹C.b为α粒子轨迹,c为β粒子轨迹D.a为α粒子轨迹,d为β粒子轨迹【解题指南】解答本题应把握以下三点:(1)原子核在释放α或β粒子的过程中系统的动量守恒。(2)由左手定则和轨迹的内切和外切判断释放粒子的电性。(3)根据洛伦兹力和牛顿第二定律以及动量守恒定律可知半径和粒子电量的关系。【解析】选C。两个相切的圆表示在相切点处是静止的原子核发生了衰变,由于无外力作用,动量守恒,所以原子核发生衰变后,新核与放出的粒子速度方向相反,若它们带相同性质的电荷,则它们所受的洛伦兹力方向相反,则轨道应是外切圆,故左图应该是原子核发生了α衰变,又因为r=,半径大的应该是电荷量小的α粒子的运动轨迹,A、D错误;若它们所带电荷的性质不同,则它们的轨道应是内切圆。右图所示的轨迹说明是放出了与原子核电性相反的电荷,故应该是发生了β衰变,半径大的应该是电荷量小的电子的运动轨迹,故B错误,C正确。3.约里奥·居里夫妇因发现人工放射性元素而获得了1935年的诺贝尔化学奖,他们发现的放射性元素P衰变成Si的同时放出另一种粒子,这种粒子是什么?P是P的同位素,被广泛应用于生物示踪技术。1mgP随时间衰变的关系如图所示,请估计4mg的P经多少天的衰变后还剩0.25mg?【解析】由核反应过程中电荷数和质量数守恒,可写出核反应方程PSie,可知这种粒子是正电子。由图像可知P的半衰期为14天,4mg的P衰变后还剩0.25mg,由mt=m0(知=(解得t=56,所以为56天。答案:正电子56天【总结提升】半衰期公式的灵活应用5(1)分析有关放射性元素的衰变数量和时间问题时,正确理解半衰期的概念,灵活运用有关公式进行分析和计算是关键。(2)某种核经过一个半衰期后,剩余的核的数量从微观上讲是“个数变为原来的一半”。当然,这个规律是个统计规律,如果具体到有限的几个、几十个,甚至几百几千个,这个规律就不成立了,因为一摩尔物质所含的微粒数就是阿伏加德罗常数。几百几千个算不上大量。(3)在分析计算时,应注意:经过一个半衰期,剩余的核的质量应该变为反应前的一半,即未衰变的核的质量变为原来的一半,不是反应后质量变为反应前的一半,因为笼统说反应后的质量还包括反应中生成的新核的质量。4.(2014·珠江高二检测)天然放射性铀U)发生衰变后产生钍Th)和另一个原子核。(1)请写出衰变方程;(2)若衰变前铀U)核的速度为v,衰变产生的钍Th)核的速度为,且与铀核速度方向相同,求产生的另一种新核的速度。【解析】(1UThHe。(2)设另一新核的速度为v′,铀核质量为238m,由动量守恒定律得:238mv=234m+4mv′得:v′=v。答案:(1)见解析(2)v5.如图所示,垂直于纸面向里的匀强磁场的磁感应强度B=0.500T,MN是磁场的左边界。在磁场中的A点有一静止镭核22688Ra,A距MN的距离OA=1.00m。D为放置在MN边缘的粒子接收器,OD=1.00m。22688Ra发生放射性衰变,放出某种粒子x后变为氡22286Rn,接收器D接收到了沿垂直于MN方向射来的粒子x。(1)写出上述过程中的衰变方程(衰变方程必须写出x的具体符号);(2)求该镭核在衰变为氡核和x粒子时释放的能量。(保留三位有效数字,取mα=1.66×10-27kg,6电子电荷量e=1.60×10-19C)【解析】(1)226222488862RaRnHe＋(2)根据题意可知,α粒子在磁场中所做圆周运动的半径R=1.00m,设α粒子的速度为v,带电量为q,则有qvB=p=qBR=1.60×10-19×2×0.500×1.00kg·m/s=1.6×10-19kg·m/sα粒子的动能E1==7.71×10-12J镭核衰变满足动量守恒,设氡核的质量为M,速度为v′,有mαv-Mv′=0氡核的动能E2=Mv′2=E1镭核衰变时释放的能量ΔE=E1+E2=(1+)E1≈7.85×10-12J。答案:(1)226222488862RaRnHe＋(2)7.85×10-12J