2024-2025學年新教材高中物理第5章原子核2放射性元素的衰變課時分層作業(yè)含解析新人教版選擇性必修3

PAGE4-放射性元素的衰變(建議用時：25分鐘)◎考點一對原子核衰變的理解1．(多選)一個原子核發(fā)生衰變時，下列說法中正確的是()A．總質量數(shù)保持不變B．核子數(shù)保持不變C．改變前后質子數(shù)保持不變D．總動量保持不變ABD[衰變過程中質量數(shù)守恒，又質量數(shù)等于核子數(shù)，故衰變過程中核子數(shù)不變，A、B正確；發(fā)生β衰變時，質子數(shù)增加中子數(shù)削減，C錯誤；由動量守恒的條件知D正確。]2．第118號元素的原子核先放出3個相同的粒子x，再連續(xù)經過3次α衰變后，變成質量數(shù)為282的第112號元素的原子核，則上述過程中的粒子x是()A．中子 B．質子C．電子 D．α粒子A[發(fā)生3次α衰變，質量數(shù)削減12，核電荷數(shù)削減了6，可見，先放出的三個粒子的電荷數(shù)是0，A正確。]3．(多選)關于自然放射現(xiàn)象，以下敘述正確的是()A．若使放射性物質的溫度上升，其半衰期將變大B．β衰變所釋放的電子是原子核內的質子轉變?yōu)橹凶訒r產生的C．在α、β、γ這三種射線中，γ射線的穿透實力最強，α射線的電離實力最強D．鈾核eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\o\al(238,92)U))衰變?yōu)殂U核eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\o\al(206,82)Pb))的過程中，要經過8次α衰變和6次β衰變CD[半衰期與元素的物理狀態(tài)無關，若使某放射性物質的溫度上升，其半衰期將不變，故A錯誤；β衰變所釋放的電子是原子核內的中子轉化為質子而放出的電子，故B錯誤；在α、β、γ這三種射線中，γ射線的穿透實力最強，α射線的電離實力最強，故C正確；鈾核(eq\o\al(238,92)U)衰變?yōu)殂U核(eq\o\al(206,82)Pb)的過程中，每經一次α衰變質子數(shù)少2，質量數(shù)少4；而每經一次β衰變質子數(shù)增1，核子數(shù)不變；由質量數(shù)和核電荷數(shù)守恒，要經過8次α衰變和6次β衰變，故D正確。]◎考點二半衰期的理解與應用4．(多選)在下列關于近代物理學問的說法中，正確的是()A．氫原子的核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時，原子的能量增大B．β射線是原子的核外電子電離后形成的電子流C．鈾元素的半衰期為T，當溫度發(fā)生改變時，鈾元素的半衰期也發(fā)生改變D．查德威克發(fā)覺了中子，其核反應方程為：eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)nAD[氫原子的核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時，汲取了能量，所以原子的能量增大，A正確；β射線是從原子核輻射出來的，不是原子外層電子電離出來的，B錯誤；半衰期不隨外界因素的改變而改變，C錯誤；D符合物理學事實，D正確。]5．一塊氡222放在天平的左盤時，須要天平的右盤加444g砝碼，天平才能處于平衡，氡222發(fā)生α衰變，經過一個半衰期以后，欲使天平再次平衡，應從右盤中取出的砝碼為()A．222g B．8gC．2g D．4gD[原有氡222共444g，經過一個半衰期后有222g氡發(fā)生衰變，其衰變方程為eq\o(\o\al(222,86)Rn)→eq\o(\o\al(218,84)Po)＋eq\o\al(4,2)He，但是衰變后生成的釙218還在左盤，也就是說，經過一個半衰期只有4g的α粒子從左盤放射出去，因此欲使天平再次平衡，右盤中只需取出4g砝碼。故A、B、C錯誤，D正確。]◎考點三核反應與放射性同位素的應用6．(多選)元素X是Y的同位素，分別進行下列衰變過程：Xeq\o(→,\s\up7(α))Peq\o(→,\s\up7(β))Q，Yeq\o(→,\s\up7(β))Req\o(→,\s\up7(α))S。則下列說法正確的是()A．Q與S是同位素B．X與R原子序數(shù)相同C．R比S的中子數(shù)多2D．R的質子數(shù)少于上述任何元素AC[上述改變過程為：eq\o\al(M,A)Xeq\o(→,\s\up7(α))eq\o(\o\al(M－4,A－2))Peq\o(→,\s\up7(β))eq\o(\o\al(M－4,A－1)Q)，eq\o\al(N,A)Yeq\o(→,\s\up7(β))eq\o\al(N,A＋1)Req\o(→,\s\up7(α))eq\o(\o\al(N－4,A－1))S，由此可知，Q與S為同位素，R比S多兩個中子，比X多一個質子，故A、C正確，B、D錯誤。]7．有關放射性同位素eq\o\al(30,15)P的下列說法，正確的是()A.eq\o\al(30,15)P與eq\o\al(30,14)X互為同位素B.eq\o\al(30,15)P與eq\o\al(30,14)X有相同的化學性質C．用eq\o\al(30,15)P制成化合物后它的半衰期變長D．含有eq\o\al(30,15)P的磷肥釋放正電子，可用作示蹤原子，視察磷肥對植物的影響D[同位素應具有相同的質子數(shù)，eq\o\al(30,15)P和eq\o\al(30,14)X不是同位素，不具有相同的化學性質，A、B錯誤；元素的半衰期與其所處的狀態(tài)無關，C錯誤；放射性同位素可作為示蹤原子，D正確。]8．(多選)一個質子以1.0×107m/s的速度撞一個靜止的鋁原子核后被俘獲，鋁原子核變成硅原子核。已知鋁原子核的質量是質子的27倍，硅原子核的質量是質子的28倍，則下列說法正確的是()A．核反應方程為eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(28,14)SiB．核反應方程為eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(28,14)SiC．質子撞鋁原子核的過程動量守恒D．硅原子核速度的數(shù)量級為107m/s，方向跟質子的初速度方向一樣AC[由核反應中電荷數(shù)和質量數(shù)守恒可知，選項A正確，B錯誤；由動量守恒定律求得硅原子速度的數(shù)量級為105m/s，選項D錯誤，C正確。]9．正電子放射計算機斷層顯像(PET)的基本原理是：將放射性同位素15O注入人體，參加人體的代謝過程。15O在人體內衰變放出正電子，與人體內負電子相遇而湮滅轉化為一對光子，被探測器探測到，經計算機處理后產生清楚的圖像。依據(jù)PET原理，回答下列問題：(1)寫出15O的衰變和正負電子湮滅的方程式。(2)將放射性同位素15O注入人體，15O的主要用途是()A．利用它的射線 B．作為示蹤原子C．參加人體的代謝過程 D．有氧呼吸(3)PET中所選的放射性同位素的半衰期應________。(選填“長”“短”或“長短均可”)[解析](1)由題意得eq\o\al(15,8)O→eq\o\al(15,7)N＋eq\o\al(0,1)e，eq\o\al(0,1)e＋eq\o\al(0,－1)e→2γ。(2)將放射性同位素15O注入人體后，由于它能放出正電子，并能與人體內的負電子產生一對光子，從而被探測器探測到，所以它的用途為作為示蹤原子，B正確。(3)依據(jù)同位素的用途，為了減小對人體的損害，半衰期應當很短。[答案](1)eq\o\al(15,8)O→eq\o\al(15,7)N＋eq\o\al(0,1)e，eq\o\al(0,1)e＋eq\o\al(0,－1)e→2γ(2)B(3)短(建議用時：15分鐘)10．關于自然放射現(xiàn)象，下列說法正確的是()A．放射性元素的原子核內的核子有半數(shù)發(fā)生改變所需的時間就是半衰期B．放射性元素的原子核發(fā)生衰變后產生的新核從高能級向低能級躍遷時，輻射出γ射線C．當放射性元素的原子的核外電子具有較高能量時，將發(fā)生β衰變D．放射性物質放出的射線中，α粒子動能很大，因此貫穿物質的本事很強B[放射性元素的半衰期是有一半該元素的原子核發(fā)生衰變所用的時間，故A錯誤；放射性元素的原子核發(fā)生衰變后產生的新核從高能級向低能級躍遷時，輻射出γ射線，故B正確；β衰變的實質是核內的中子可以轉化成質子和電子，產生的電子從核內放射出來，而當放射性元素的原子的核外電子具有較高能量時將向低能級躍遷，不是發(fā)生衰變，故C錯誤；α粒子動能很大，但是貫穿物質的本事很弱，故D錯誤。]11．(多選)某校學生在進行社會綜合實踐活動時，收集并列出了一些放射性同位素的半衰期和可供利用的射線(見下表)，并總結出它們的幾種用途。同位素放射線半衰期同位素放射線半衰期同位素放射線半衰期釙210α138天鍶90β28年鈷60γ5年镅241β433天锝99γ6小時氡α3.8天依據(jù)上表分析推斷下面結論正確的是()A．塑料公司生產聚乙烯薄膜，方法是讓較厚的聚乙烯膜通過軋輥后變薄，利用α射線來測定通過軋輥后的薄膜厚度是否勻稱B．鈷60的半衰期為5年，若取4個鈷60原子核，經10年后就肯定剩下一個原子核C．把放射性元素釙210摻雜到其他穩(wěn)定元素中，放射性元素的半衰期不變D．用锝99可以作示蹤原子，用來診斷人體內的器官是否正常。方法是給被檢查者注射或口服附有放射性同位素的元素的某些物質，當這些物質的一部分到達檢查的器官時，可依據(jù)放射性同位素的射線狀況分析器官正常與否CD[因為α射線不能穿透薄膜，無法測量薄膜的厚度，A錯誤；鈷60的半衰期為5年是指大量鈷60原子核因衰變而削減到它原來數(shù)目的一半所須要的時間，B錯誤，C正確；檢查時，要在人體外探測到體內輻射出來的射線，而又不能讓放射性物質長期留在體內，所以應選取锝99作為放射源，D正確。]12．中國科學院上海原子核探討所制得了一種新的鉑元素的同位素eq\o\al(202,78)Pt。制取過程如下：(1)用質子轟擊鈹靶eq\o\al(9,4)Be產生快中子；(2)用快中子轟擊汞eq\o\al(204,80)Hg，反應過程可能有兩種：①生成eq\o\al(202,78)Pt，放出氦原子核；②生成eq\o\al(202,78)Pt，放出質子、中子；(3)生成的eq\o\al(202,78)Pt發(fā)生兩次β衰變，變成穩(wěn)定的原子核汞eq\o\al(202,80)Hg。寫出上述核反應方程式。[解析]依據(jù)質量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，算出新核的電荷數(shù)和質量數(shù)，然后寫出核反應方程。(1)eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(9,5)B＋eq\o\al(1,0)n。(2)①eq\o\al(204,80)Hg＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(202,78)Pt＋eq\o\al(3,2)He；②eq\o\al(204,80)Hg＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(202,78)Pt＋2eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(1,0)n。(3)eq\o\al(202,78)Pt→eq\o\al(202,79)Au＋eq\o\al(0,－1)e；eq\o\al(202,79)Au→eq\o\al(202,80)Hg＋eq\o\al(0,－1)e。[答案]見解析13．1956年李政道和楊振寧提出在弱相互作用中宇稱不守恒，并由吳健雄用eq\o\al(60,27)Co的衰變來驗證，其核反應方程是eq\o\al(60,27)Co→eq\o\al(A,Z)Ni＋eq\o\al(0,－1)e＋eq\x\to(ν)e。其中eq\x\to(ν)e是反中微子，它的電荷量為零，靜止質量可認為是零。(1)在上述衰變方程中，衰變產物eq\o\al(A,Z)Ni的質量數(shù)A是________，核電荷數(shù)Z是________。(2)在衰變前eq\o\al(60,27)Co核靜止，依據(jù)云室照片可以看出，衰變產物Ni和eq\o\al(0,－1)e的運動徑跡不在一條直線上，假如認為衰變產物只有Ni和eq\o\al(0,－1)e，那么衰變過程將違反________守恒定律。(3)eq\o\al(60,27)Co是典型的γ放射源，可用于作物誘變育種。我國應用該方法培育出了很多農作物新品種，如棉花高產品種“魯棉1號”，年種植面積曾達到3000多萬畝，在我國自己培育的棉花品種中栽培面積最大。γ射線處理作物后主要引起________，從而產生可遺傳的變異。[解析](1)依據(jù)質量數(shù)和電荷數(shù)守恒，核反應方程為eq\o\al(60,27)