1、2放射性元素的衰变一、A组(20分钟)1.对天然放射现象,下列说法中正确的是()A.粒子带正电,所以射线一定是从原子核中射出的B.粒子带负电,所以射线有可能是核外电子C.射线是光子流,所以射线有可能是原子发光产生的D.射线、射线、射线都是从原子核内部释放出来的解析:衰变的实质是原子核中的两个质子和两个中子结合在一起形成一个氦核发射出来的,衰变的实质是原子核内的一个中子变成一个质子和一个电子,然后释放出电子,射线伴随衰变和衰变的产生而产生。所以这三种射线都是从原子核内部释放出来的。答案:AD2.放射性原子核发生一次衰变后()A.核的电荷数少1,质量数少1B.核的电荷数多1,质量数多1C.核的电荷
2、数少2,质量数少4D.核的电荷数少2,质量数少2解析:粒子为氦原子核,放射性原子核发生一次衰变后核的电荷数少2,质量数少4,故选C。答案:C3.下列关于半衰期的说法中正确的是()A.放射性元素的半衰期越短,表明有半数原子核发生衰变所需要的时间越短,衰变速度越大B.放射性元素的样品不断衰变,随着剩下的未衰变的原子核的减少,元素的半衰期也变短C.把放射性元素放在密封的容器中,可以减慢放射性元素衰变的速度D.降低温度或增大压强,让该元素与其他物质形成化合物,均可以减小衰变速度解析:放射性元素的半衰期是指放射性元素的原子核半数发生衰变所需要的时间,它反映着放射性元素衰变的快慢,衰变越快,半衰期越短;某
3、种元素的半衰期长短由其本身因素决定,与它所处的物理状态或化学状态无关,故上述选项只有A正确。答案:A4.92238U衰变成82206Pb的过程中()A.经历了8次衰变和6次衰变B.铅核比铀核中子数少22个C.铅核比铀核质子数少32个D.衰变中有6个中子变成质子解析:衰变过程中,每次衰变放出一个粒子,核电荷数少2,质量数少4,而每次衰变释放出一个电子,核电荷数增1,质量数不变。从铀核与铅核质量数变化可知经历了8次衰变,8次衰变后新核的核电荷数应为76,比铅核的核电荷数少6,要经过6次衰变才能成为铅,A选项正确。原子核由质子、中子组成,铀核中中子数为 238-92=146,铅核中中子数为124,相
4、差22,B选项正确。铀核质子数为92,铅核质子数为82,相差10,C选项不正确,D选项正确。答案:ABD5.根据有关放射性知识,下列说法正确的是()A.235U的半衰期约为7亿年,随地球环境的变化,半衰期可能变短B.与天然放射性物质相比,人工放射性同位素的放射强度容易控制C.氡的半衰期为3.8天,则若取4个氡原子核,经7.6天后就一定剩下一个氡原子核了D.射线一般伴随着或射线产生,在这三种射线中,射线的穿透能力最强,电离能力也最强解析:放射性元素衰变的快慢由核内部自身的因素决定,与原子所处的物理状态或化学状态和外部条件都没有关系,A项错误;放射性同位素的优点之一是便于人为控制,B项正确;半衰期
5、是一种统计规律,四个氡核是否立即衰变受多种偶然因素的支配,C项错误;射线穿透能力最强,但电离本领最弱,D项错误。答案:B6.导学号97280099本题中用大写字母代表原子核,E经衰变成为F,再经衰变成为G,再经衰变成为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和F是同位素,则()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:由于P和F是同位素,设它们的质子数为n,则其他各原子核的质子数可分别表示如下:n+2EFGHnPQRS由此可以看出R和E是同位素,S和F是同位素,Q和G
6、是同位素。答案:B7.地球的年龄到底有多大?科学家利用天然放射性元素的衰变规律,通过对目前发现的最古老的岩石中铀和铅含量的测定,推算出该岩石中含有的铀是岩石形成初期时(岩石形成初期时不含铅)的一半。铀238衰变后形成铅206,铀238的相对含量随时间变化规律如图所示,图中N为铀238的原子数,N0为铀和铅的总原子数。由此可以判断出()A.铀238的半衰期为90亿年B.地球的年龄大致为45亿年C.被测定的古老岩石样品在90亿年时铀、铅原子数之比约为14D.被测定的古老岩石样品在90亿年时铀、铅原子数之比约为13解析:半衰期是放射性元素的原子核半数发生衰变时所经过的时间。由题图可知,经历了45亿年
7、,B对,A错;经历90亿年,由题图可知,铀238只有原来的14,则铅为原来的34,则铀、铅比为13,C错,D对。故应选B、D。答案:BD8.天然放射性铀(92238U)发生衰变后产生钍(90234Th)和另一个原子核。(1)请写出衰变方程;(2)若衰变前铀(92238U)核的速度为v,衰变产生的钍(90234Th)核速度为v2,且与铀核速度方向相同,求产生的另一种新核的速度。解析:(1)92238U90234Th+24He。(2)设另一新核的速度为v,铀核质量为238m,钍核质量为234m,由动量守恒定律得238mv=234mv2+4mv,得v=1214v。答案:(1)见解析(2)1214v9
8、.在匀强磁场中,一个原来静止的原子核,由于放出一个粒子,结果得到一张两个相切圆的径迹照片(如图所示),今测得两个相切圆半径之比r1r2=144,求:(1)图中哪一个圆是粒子的径迹?(说明理由)(2)这个原子核原来所含的质子数是多少?解析:(1)在匀强磁场中,有qvB=mv2r,即r=mvqB。又因为动量相等,所以轨道半径与粒子的电荷量成反比,所以圆轨道2是粒子的径迹,圆轨道1是新生核的径迹。(2)设衰变后新生核的电荷量为q1,粒子的电荷量为q2=2e,它们的质量分别为m1和m2,衰变后的速度分别是v1和v2,所以原来原子核的电荷量q=q1+q2根据轨道半径公式有r1r2=q2q1以上联立解得q
9、=90e。即这个原子核原来所含的质子数为90。答案:(1)见解析(2)90二、B组(20分钟)1.A、B两种放射性元素,原来都静止在同一匀强磁场,磁场方向如图所示,其中一个放出粒子,另一个放出粒子,与粒子的运动方向跟磁场方向垂直,图中a、b、c、d分别表示粒子、粒子以及两个剩余核的运动轨迹()A.a为粒子轨迹,c为粒子轨迹B.b为粒子轨迹,d为粒子轨迹C.b为粒子轨迹,c为粒子轨迹D.a为粒子轨迹,d为粒子轨迹解析:由Bqv=mv2R得R=mvBq,对于衰变,粒子和原核的速度方向相反,都带同种电荷,在磁场中的轨迹相外切,粒子的轨道半径较大;对于衰变,粒子和原核的速度方向相反,但两者带不同电荷,
10、在磁场中的轨迹相内切,粒子的半径较大,此题正确选项为C。答案:C2.导学号972801001996年科学家们在研究某两个重离子结合成超重元素的反应时,发现生成的超重元素的核ZAX经过6次衰变后的产物是100253Fm,由此可以判定生成的超重元素的原子序数和质量数分别是()A.124,259B.124,265C.112,265D.112,277解析:粒子的质量数和电荷数分别是4和2,故生成的超重元素的电荷数即原子序数等于62+100=112,质量数等于64+253=277。答案:D3.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,会释放射线;铯137是铯133的同位素,
11、半衰期约为30年,发生衰变时会辐射射线,下列说法正确的是()A.碘131释放的射线由氦核组成B.铯137衰变时辐射出的射线能量小于可见光光子能量C.与铯137相比碘131衰变更快D.铯133和铯137含有相同的中子数解析:射线是高速电子流,A项不正确;由于射线是电磁波,它的频率大于可见光的频率,故射线的能量大于可见光光子的能量,B项不正确;由于铯137的半衰期约为30年、碘131的半衰期约为8天,故与铯137相比,碘131衰变要快得多,C项正确;铯133和铯137是同位素,具有相同的质子数和不同的中子数,D项不正确。答案:C4.静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核,当它放出一个粒子后,其速度
12、方向与磁场方向垂直,测得粒子和反冲核轨道半径之比为441,如图所示,则()A.粒子与反冲粒子的动量大小相等,方向相反B.原来放射性元素原子的核电荷数为90C.反冲核的核电荷数为88D.粒子和反冲粒子的速度之比为188解析:微粒在相互作用的过程中遵守动量守恒定律。由于初始总动量为零,则末动量也为零,即粒子和反冲核的动量大小相等、方向相反,A正确。由于释放的粒子和反冲核均在垂直于磁场的平面内且在洛伦兹力作用下做圆周运动,由Bqv=mv2R得R=mvBq。若原来放射性元素的核电荷数为Q,则对粒子,R1=p1B2e,对反冲核,R2=p2B(Q-2)e,由p1=p2,R1R2=441=(Q-2)2,得Q
13、=90,B、C正确。它们的速度大小与质量成反比,故D错误。答案:ABC5.如图所示,静止在匀强磁场中的一个510B粒子,俘获一个速度为v=7.3104 m/s的中子发生核反应,生成一个氦核与一个新核,若测得氦核的速度为2104 m/s,方向与反应前中子运动方向相同。回答下面问题。(1)写出核反应方程。(2)画出核反应后两个粒子的运动轨迹及旋转方向的示意图。(3)求出氦核与新核轨道半径之比。解析:(1)核反应方程如下:510B+01n24He+37Li。(2)由动量守恒知mnvn=mv+m1v1有17.3104 m/s=42104 m/s+7v1v1=-0.1104 m/s即生成的新核Li的运动
14、方向同中子的运动方向相反,两粒子运动轨迹如图所示。(3)由洛伦兹力提供粒子做圆周运动的向心力qvB=mv2R,R=mvBq所以氦核与新核在磁场中运动的轨道半径之比RR1=mvm1v1q1q=42104370.11042=1207。答案:(1)510B+01n24He+37Li(2)图见解析(3)12076.导学号97280101如图所示,有界匀强磁场的磁感应强度为B,区域足够大,方向垂直于纸面向里,直角坐标系xOy的y轴为磁场的左边界,A为固定在x轴上的一个放射源,内装镭核(88226Ra)沿着与+x成角方向释放一个粒子后衰变成氡核(Rn)。粒子在y轴上的N点沿-x方向飞离磁场,N点到O点的距
15、离为l,已知OA间距离为l2,粒子质量为m,电荷量为q,氡核的质量为m0。(1)写出镭核的衰变方程;(2)如果镭核衰变时释放的能量全部变为粒子和氡核的动能,求一个原来静止的镭核衰变时放出的能量。解析:(1)镭核衰变方程为88226Ra86222Rn+24He。(2)镭核衰变放出粒子和氡核,分别在磁场中做匀速圆周运动,设粒子在磁场中的轨道半径为R,其圆心位置如图中O点,有(l-R)2+l22=R2,R=58l,粒子在磁场中做匀速圆周运动,有qBv=mv2R,即mv=qBR,粒子的动能为E1=12mv2=(mv)22m=(qBR)22m=25q2B2l2128m。衰变过程中动量守恒mv=m0v0,则氡核反冲的动能为E2=12m0v02=mE1m0,E=E1+E2=m+m0m025q2B2l2128m。答案:(1)88226Ra86222Rn+24He(2)m+m0m025q2B2l2128m
