高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册2 放射性元素的衰变优秀同步达标检测题

5.2放射性元素的衰变

基础导学

要点一、 原子核的衰变　半衰期

（一）原子核的衰变

1．定义：原子核自发地放出α粒子或β粒子，而变成另一种原子核的变化。

2．衰变类型

(1)α衰变：原子核放出α粒子的衰变．进行α衰变时，质量数减少4，电荷数减少2，U的α衰变方程：U→Th＋He。

(2)β衰变：原子核放出β粒子的衰变．进行β 衰变时，质量数不变，电荷数加1，Th的β衰变方程：Th→Pa＋e。

3．衰变规律：电荷数守恒，质量数守恒。

（二）半衰期

1．定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。

2．特点：(1)不同的放射性元素，半衰期不同，甚至差别非常大。

(2)放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。

3．适用条件：半衰期描述的是统计规律，不适用于少数原子核的衰变。

要点二、核反应　放射性同位素及其应用

（一）核反应

1．定义：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核或者发生状态变化的过程．

2．原子核的人工转变：卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，核反应方程N＋He→O＋H.

3．遵循规律：质量数守恒，电荷数守恒．

（二）放射性同位素及其应用

1．放射性同位素：具有放射性的同位素．

2．应用：

(1)射线测厚仪：工业部门使用放射性同位素发出的射线来测厚度．

(2)放射治疗．

(3)培优、保鲜．

(4)示踪原子：一种元素的各种同位素具有相同的化学性质，用放射性同位素代替非放射性的同位素后可以探测出原子到达的位置．

（三）辐射与安全

1．人类一直生活在放射性的环境中．

2．过量的射线对人体组织有破坏作用．在使用放射性同位素时，必须严格遵守操作规程，注意人身安全，同时，要防止放射性物质对水源、空气、用具等的污染．

要点突破

突破一：衰变  半衰期

1.原子核衰变的理解

2.对半衰期规律的理解

突破二：核反应　放射性同位素及其应用

2．确定原子核衰变次数的方法与技巧

(1)方法：设放射性元素X经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素Y，则衰变方程为：

X→Y＋nHe＋me

根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程：

A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m

以上两式联立解得：n＝，m＝＋Z′－Z

由此可见，确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组。

(2)技巧：为了确定衰变次数，一般先由质量数的改变确定α衰变的次数(这是因为β衰变的次数多少对质量数没有影响)，然后根据衰变规律确定β衰变的次数。

典例精析

题型一：原子核的衰变

例一．2021年4月底，我国“人造太阳”装置将完成改造升级，拟在该装置内实现1亿摄氏度“燃烧”100秒的目标。该实验中的可控热核反应的方程是H＋H→He＋X，其中海水中富含反应原料氘（H），而氚（H）在自然界中含量极微，但可以用某种粒子Y轰击锂核（Li）得到，核反应方程为Li＋Y→H＋He，下列说法正确的是（　　）

A．粒子X为中子，粒子Y为质子

B．核反应方程Li＋Y→H＋He为α衰变

C．核反应生成物中的α粒子具有很强的电离本领和穿透能力

D．在H＋H→He＋X核反应中，反应前的总质量大于反应后的总质量

变式迁移1：目前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素。比如，有些含有铀、钍的花岗岩等岩石会释放出放射性惰性气体氡，而氡会发生放射性衰变，放射出、、射线，这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道等方面的疾病。根据有关放射性知识可知，下列说法正确的是（　　）

A．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

B．氡的半衰期为3.8天，若取4个氡原子核，经7.6天后就剩下一个氡原子核

C．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，电离能力最弱

D．发生衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了4

题型二：核反应　放射性同位素及其应用

例二．如图，轧钢厂的热轧机上可以安装射线测厚仪，仪器探测到的射线强度与钢板的厚度有关。已知某车间采用放射性同位素依-192作为放射源，其化学符号是，原子序数，通过衰变放出射线，半衰期为天，适合透照钢板厚度，下列说法正确的是（　　）

A．衰变产生的新核用X表示，铱的衰变方程为份

B．若已知钢板厚度标准为，探测器得到的射线变弱时，说明钢板厚度大于，应当增大热轧机两轮之间的厚度间隙

C．若有铱，经过天有没有衰变

D．放射性同位素发生衰变时，遵循能量守恒和质量守恒

变式迁移2：PET（正电子发射型计算机断层显像）的基本原理是：将放射性同位素注入人体，参与人体的代谢过程，在人体内衰变放出正电子，与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清晰的图像。根据PET原理，下列说法不正确的是（　　）

A．衰变的方程式为→

B．将放射性同位素注入人体，其作用为示踪原子

C．一对正负电子湮灭后也可能只生成一个光子

D．PET所选的放射性同位素的半衰期应小于人体的代谢周期

强化训练

一、选择题

1、在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于衰变放射出某种粒子，衰变过程动量守恒，结果得到一张两个相切圆1和2的径迹照片如图所示，已知两个相切圆半径分别、，则下列说法正确的是（　　）

A．该原子核可能发生α衰变，也可能发生β衰变

B．该原子核衰变后发射的粒子可能带正电，也可能带负电

C．若衰变方程是，则

D．若衰变方程是，则

2、我国首辆火星车“祝融号”采用放射性材料作为发电能源为火星车供电。中的元素Pu是，其发生衰变的半衰期为87.7年。下列说法中正确的是（　　）

A．衰变是原子核中的一个中子转变为一个质子和一个电子

B．发生衰变的核反应方程为

C．经过263.1年，大约还有12.5%的原子核Pu没发生衰变

D．当气温和引力环境发生改变，Pu的半衰期可能会发生变化

3、2021年，硼中子俘获疗法（BNCT）成为抗癌热点。新一代抗癌技术通过点滴注射含硼化合物，用超热中子射线照射。中子与进入高细胞内的硼产生核反应。其核反应方程为：，则（　　）

A．X是粒子 B．X是粒子 C．X是质子 D．X是中子

4、在医学上钴-60的放射性常用于癌症的放射治疗。一个钴-60原子核（）放出一个β粒子后衰变成一个镍核（），并伴随产生了γ射线。下列说法正确的是（　　）

A．γ射线的电离本领比β射线强

B．氢原子的能级跃迁中不可能放出γ射线

C．γ射线与光电效应中的光电子是同一种物质

D．钴的体积必须大于临界体积，其衰变反应才能顺利进行

5、如图所示，国家大科学工程——中国散裂中子源（CSNS）于2017年8月28日首次打靶成功，获得中子束流，可以为诸多领域的研究和工业应用提供先进的研究平台。下列核反应中放出的粒子为中子的是（　　）

A．俘获一个α粒子，产生并放出一个粒子

B．俘获一个α粒子，产生并放出一个粒子

C．俘获一个质子，产生并放出一个粒子

D．俘获一个质子，产生并放出一个粒子

6、在匀强磁场中，有一个原来静止的C原子核发生衰变，它放出的粒子与反冲核的径迹是两个相内切的圆，两圆的直径之比为7：1，那么C的衰变方程为（　　）

A． B． C． D．

7、如图所示，天然放射源放射出的射线从容器的小孔射出， 经过垂直纸面向里的匀强磁场，射线分裂成a、b、c三束。下列说法正确的是（　　）

A．a是高速粒子流，穿透能力较弱，称为β射线

B．b是高速电子流，穿透能力较强，称为α射线

C．c是能量很高的电磁波，穿透能力最强，称为γ射线

D．电离作用最强的是b射线，电离作用最弱的是c射线

8、已知镭原子核经过一次衰变后变成一个新核，下列说法正确的是（　　）

A．该衰变方程为

B．新核中有86个中子

C．镭经过2个半衰期后还有没有发生衰变

D．样品中剩余的镭越来越少，其半衰期越来越短

9、下列说法错误的是（　　）

A．原子核发生β衰变中放出的电子来自原子核外的内层电子

B．α衰变实质是核内的两个质子和两个中子转化成了一个氦原子核

C．放射性同位素和它的非放射性同位素化学性质相同，可以作为示踪原子

D．利用γ射线可以为金属探伤或者治疗肺癌、食道癌等疾病，还可以照射种子使其基因变异，培育优良品种

10、氚是氢的一种放射性同位素，简写为H，氟核发生β衰变后变成另一种新原子核，氚的半衰期为12.43年，下列关于氚核衰变说法正确的（　　）

A．经过12.43年，6个氚核还剩余3个没有衰变

B．经过12.43年，质量为m的氚核还剩余仍没有衰变

C．增加气体中氚的浓度可以缩短其半衰期

D．改变氚核存放环境可改变其半衰期

11、静止在匀强磁场中的放射性原子氦X衰变为两个粒子A和B，衰变后A的运动速度方向和磁感线垂直。两轨迹圆半径之比为，带电粒子在轨迹圆上运动的周期之比为。设衰变过程释放的核能全部转化成射线粒子和反冲核的动能。

（1）求A粒子和B粒子的电量之比；

（2）求A粒子和B粒子的质量之比；

（3）写出核反应方程（反冲核的元素符号可用Y表示）