物理选修31 原子核的组成测试题

第十八章 原子核

19.1原子核的组成

【自主预习】

1.原子核放出________或________的变化称为原子核的衰变。原子核衰变时________和________都守恒。

2．β衰变的实质在于核内的________转化成了一个________和一个________。其转化方程是________，这种转化产生的________发射到核外，就是β粒子。

3．放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，叫做这种元素的________。放射性元素衰变的快慢是由________的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件________关系。

4．原子核的衰变

原子核放出α粒子或β粒子，由于核电荷数变了，它在元素周期表中的位置就变了，变成另一种原子核，我们把这种变化叫做原子核的衰变。 (1)衰变规律

原子核衰变时电荷数和质量数都守恒。

(2)两种衰变—α衰变和β衰变

①原子核放出一个α粒子就说它发生了一次α衰变，新核的质量数比原来的减少4，而电荷数减少2，用通式表示为：

X→Y＋He。

②原子核放出一个β粒子就说它发生了一次β衰变，新核的质量数不变，而电荷数增加了1，用通式表示为：

X→Y＋e。

5．半衰期

放射性同位素衰变的快慢有一定的规律，我们通常用 “半衰期”来表示放射性元素衰变的快慢。放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，叫做这种元素的半衰期。

(1)半衰期的计算公式为：

式中的N原和m原表示衰变前的放射性元素的原子核数和质量，N余和m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子核数和质量，t表示衰变时间，T表示半衰期。

(2)半衰期是对大量原子核衰变进行统计的结果，对个别的或少量的原子核，没有半衰期可言。

(3)半衰期的长短与原子所处的物理状态(压强、强度等)和化学状态(单质或是各种化合物等)无关，是由原子核内部本身的因素决定的。

【典型例题】

一、原子核的衰变

【例1】对天然放射现象，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

【例2】．本题中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：EFGH；另一系列衰变为：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

二、半衰期

【例3】14C是碳的一种半衰期为5 730年的放射性同位素，2010年2月科学家发现了曹操墓，若考古工作者探测到其棺木中14C的含量约为原来的，则该古木死亡的时间距今大约为

(（1/2）1/3=0.8  )                            (　　)

A．22 900年　       B．11 400年　

C．5 700年　       D．1 900年

【例4】．下列有关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的时间越短，衰变速度越快

B．放射性元素的样品不断衰变，随着剩下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，可以减小放射性元素的衰变速度

D．降低温度或增大压强或让该元素与其他物质形成化合物，均可减小衰变速度

三、如何确定α、β衰变次数

【例5】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________。(填入铅的三种同位素Pb、Pb、Pb中的一种)

【课后练习】

1．[2010年全国]原子核U经放射性衰变①变为原子核Th，继而经放射性衰变②变为原子核Pa，再经放射性衰变③变为原子核U。放射性衰变①、②和③依次为(　　)

A．α衰变、β衰变和β衰变

B．β衰变、α衰变和β衰变

C．β衰变、β衰变和α衰变

D．α衰变、β衰变和α衰变

2．由原子核的衰变规律可知(　　)

A．放射性元素一次衰变可同时产生α射线和β射线

B．放射性元素发生β衰变时，新核的化学性质不变

C．放射性元素发生衰变的快慢不可人为控制

D．放射性元素发生正电子衰变时，新核质量数不变，核电荷数增加1

3．关于放射性元素的半衰期，下列说法中正确的是(　　)

A．原子核全部衰变所需要的时间的一半

B．原子核有半数发生衰变所需要的时间

C．原子量减少一半所需要的时间

D．元素质量减半所需要的时间

4．原子核发生β衰变时，此β粒子是(　　)

A．原子核外的最外层电子

B．原子核外的电子跃迁时放出的光子

C．原子核内存在着电子

D．原子核内的一个中子变成一个质子时，放射出一个电子

5.在垂直于纸面的匀强磁场中，有一原来静止的原子核，该核衰变后，放出的带电粒子和反冲核的运动轨迹分别如图15－1中a、b所示，由图可以判定(　　)

A．该核发生的是α衰变

B．该核发生的是β衰变

C．磁场方向一定垂直纸面向里

D．磁场方向向里还是向外不能判定

6．关于原子核的衰变，下列说法中正确的是(　　)

A．α粒子来自于原子核，说明原子核里含有α粒子

B．β粒子来自于原子中的电子，正如光电效应一样

C．某些原子核发生衰变说明它们是不稳定的

D．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的

7．下列说法中正确的是(　　)

A．把放射性元素放在低温处，可以减缓放射性元素的衰变

B．把放射性元素同其他稳定元素结合成化合物，放射性元素的半衰期不变

C．半衰期是放射性元素的原子核全部衰变所需时间的一半

D．某一铅的矿石发现有20个氡原子核，经过3.8天(氡的半衰期)，此矿石中只剩下10个氡原子核

8．一个氡核Rn衰变成钋核Po并放出一个粒子，其半衰期为3.8天。1 g氡经过7.6天衰变掉氡的质量，以及Rn衰变成Po的过程放出的粒子是(　　)

A．0.25 g，α粒子　　　　B．0.75 g，α粒子

C．0.25 g，β粒子        D．0.75 g，β粒子

9．放射性同位素钋232经α，β衰变会生成镭，其衰变方程为Th→Rn＋xα＋yβ，其中(　　)

A．x＝1，y＝3             B．x＝2，y＝3

C．x＝3，y＝1             D．x＝3，y＝2

10.Th(钍)经过一系列α和β衰变，变成Pb(铅)，问经过了多少次α衰变？经过了多少次β衰变？

11．为了测量某放射性元素衰变时释放的α粒子的动能，让α粒子垂直于磁感线方向进入磁感应强度B＝2 T的匀强磁场中，测得其圆周运动的半径r＝30 cm，则α粒子的动能为多少J?

 例题答案：

1. 【答案】A、D

【解析】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的，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，γ射线伴随α衰变和β衰变的产生而产生的。所以这三种射线都是从原子核内部释放出来的。

2. 解析：设P、F的质子数为n，则衰变过程分别为n＋2EnFn＋1Gn－1H

nPn＋1Qn＋2RnS，由此可见G和Q为同位素，F和S为同位素，E和R为同位素，故B正确。

 3. 【答案】D

【解析】假设古木死亡时14C的质量为m0，现在的质量为m，从古木死亡到现在所含14C经过了n个半衰期，由题意可知：＝n＝，所以n≈，即古木死亡的时间距今约为5 730×年＝1 910年，D正确。

4. 解析：半衰期是描述原子核衰变快慢的物理量，故A正确；半衰期由原子核内部因素决定，与所处的化学状态和外部条件无关，故B、C、D错误。

答案：A

5.

【解析】设经过n次α衰变，m次β衰变，产生的铅质量数为A，由题意

239－A＝4n，A必为207。

4n＝32，得n＝8

2n－(94－82)＝m，m＝4。

课后练习答案：

1. 解析：由电荷数守恒与质量数守恒可分别写出衰变①U→Th＋He，衰变②为Th→Pa＋e，衰变③为Pa→U＋　－10e，故知正确答案为A。

答案：A

2. 解析：一次衰变不可能同时产生α射线和β射线，只可能同时产生α射线和γ射线或β射线和γ射线；原子核发生衰变后，新核的核电荷数发生了变化，故新核(新的物质)的化学性质理应发生改变；发生正电子衰变，新核质量数不变，核电荷数减少1。

答案：C

3. 解析：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间叫做这种元素的半衰期，它与原子核全部衰变所需要的时间的一半不同。放射性元素发生衰变后成了一种新的原子核，原来的放射性元素原子核的个数不断减少；当原子核的个数减半时，放射性元素的原子核的质量也减半，故选项B、D正确。

答案：B、D

4. 解析：因原子核是由带正电的质子和不带电的中子组成的，原子核内并不含电子，但在一定条件下，一个中子可以转化成一个质子和一个负电子，一个质子可以转化成一个中子和一个正电子，其转化可用下式表示：n→H＋e(β)，H→n＋e。

由上式可看出β粒子(负电子)是原子核内的中子转化而来的，正电子是由原子核内的质子转化而来的。

答案：D

5. 解析：本题考查对α粒子及β粒子的性质的了解，对动量守恒定律以及左手定则的应用能力。原来静止的核，放出粒子后，由于衰变前后总动量守恒，所以粒子和反冲核的速度方向一定相反。根据图示，它们在同一磁场中是向同一侧偏转的，由左手定则可知它们必带异种电荷，故应为β衰变。由于不知它们的旋转方向，因而无法判定磁场是向里还是向外，即都有可能。

答案：B、D

6. 解析：发生β衰变时，原子核内的中子转化为质子和电子，B错误，D正确；原子核由质子和中子组成，并不含有α粒子，A错误；某些原子核的核子间结合不太牢固、不稳定，会放出α粒子，C正确。

答案：C、D

7. 解析：半衰期与元素的化学态无关。仅由核内部结构决定，故A错，B对；另一方面半衰期是针对大量原子核进行统计的统计规律；对单个或几个原子而言，无实际意义，故C、D错。

答案：B

8. 解析：经过了两个半衰期，1 g的氡剩下了0.25 g，衰变了0.75 g，根据核反应方程的规律，在反应前后的质量数和核电荷数不变可得出是α粒子，所以B正确。

答案：B

9. 解析：本题考查放射性元素衰变的有关知识，本题为较容易的题目。由衰变方程：Th→Rn＋xHe＋ye，由质量数守恒和电荷数守恒得：232＝220＋4x,90＝86＋2x－y，可解得x＝3，y＝2。

答案：D

10. 解析：由α衰变和β衰变的规律分析。由于β衰变不影响质量数的变化，所以质量数的变化决定了α衰变的次数，由Th变为Pb，质量数减少了232－208＝24，每一次α衰变质量数减少4，因此α衰变的次数为6次。6次α衰变，电荷数应减少6×2＝12，而现在只减少了90－82＝8，所以应有4次β衰变(每次β衰变增加一个电荷数)。

答案：经过6次α衰变，4次β衰变

11. 解析：因为r＝，v＝，所以Ek＝mv2＝，代入数据可算得。

答案：2.88×10－12