周测9　原子核的组成　放射性元素的衰变（含解析）

一、单项选择题：本题共10小题，每小题5分，共50分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。1．关于天然放射现象，下列说法正确的是()A．γ射线在磁场中不能发生偏转B．α射线是由氦原子核衰变产生的C．β射线是原子核外的电子受激跃迁而产生的D．工业上常用α射线来探测塑料板或金属板的厚度2.(2022·北京卷)正电子是电子的反粒子，与电子质量相同、带等量正电荷。在云室中有垂直于纸面的匀强磁场，从P点发出两个电子和一个正电子，三个粒子运动轨迹如图中1、2、3所示。下列说法正确的是()A．磁场方向垂直于纸面向里B．轨迹1对应的粒子运动速度越来越大C．轨迹2对应的粒子初速度比轨迹3的大D．轨迹3对应的粒子是正电子3．(2022·甘肃省武威十八中高二期末)下列说法正确的是()A.eq\o\ar(197,79)Au为金核，由此可知，金核的质量数为79，金核的质子数为197B.eq\o\al(9,4)Be为铍核，由此可知，铍核的质量数为9，铍核的中子数为4C．同一元素的两种同位素具有相同的质量数D．同一元素的两种同位素具有不同的中子数4．(2023·北京市西城区高三测试)下列核反应方程式中，属于α衰变的是()A.eq\o\ar(238,92)U→eq\o\ar(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He B.eq\o\ar(234,90)Th→eq\o\ar(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)eC.eq\o\ar(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\ar(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H D.eq\o\ar(11,5)B＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\ar(14,7)N＋eq\o\al(1,0)n5．(2023·南通中学高二期中)铝eq\o\al(26,13)Al的衰变为了解恒星的形成提供了重要线索，其衰变方程为：eq\o\al(26,13)Al→eq\o\al(26,12)Mg＋eq\o\al(0,1)e＋γ，则以下说法正确的是()A．该衰变反应过程属于β衰变B.eq\o\al(0,1)e是质子转变为中子的结果C．γ光子是eq\o\al(26,13)Al原子核外电子跃迁时产生的D．行星上的eq\o\al(26,13)Al不会衰变6.(2023·北京市十一学校高二期中)在匀强磁场中有一个原来静止的碳14原子核，它放射出的粒子与反冲核的径迹是两个内切的圆，两圆的直径之比为7∶1，如图所示，那么碳14的衰变方程为()A.eq\o\ar(14,6)C→eq\o\al(0,1)e＋eq\o\al(14,5)B B.eq\o\ar(14,6)C→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\ar(10,4)BeC.eq\o\ar(14,6)C→eq\o\al(2,1)H＋eq\o\ar(14,5)B D.eq\o\ar(14,6)C→eq\o\ar(0,－1)e＋eq\o\ar(14,7)N7．(2024·海安市高三开学考)大量某放射性元素经过6天后，只剩下eq\f(1,8)没有衰变，为了估算某水库中水的体积，将一瓶无毒的该放射性元素的水溶液倒入水库，倒入之前，测得瓶内溶液每分钟衰变8×107次，8天后在水库中取水样2.0m3(可以认为溶液已均匀分布于水库)，测得水样中每分钟衰变20次。则估算出该水库中水的体积是()A．2.5×105m3 B．2.5×1015m3C．5.0×105m3 D．5.0×1015m38．(2023·锦州市高二期末)月球探测器“嫦娥五号”中有一块“核电池”，“核电池”在月球上寒冷的夜晚提供电能的同时还能提供一定能量用于舱内温度控制，“核电池”利用了eq\o\ar(238,94)Pu的衰变，衰变方程为eq\o\ar(238,94)Pu→eq\o\ar(234,Z)X＋eq\o\al(A,2)Y，下列说法正确的是()A.eq\o\ar(238,94)Pu发生的是β衰变B．衰变后产生新核的核子数比eq\o\ar(238,94)Pu的核子数少2C.eq\o\ar(238,94)Pu在月球上衰变得比地球上快些D．16g的eq\o\ar(238,94)Pu核经过三个半衰期后，还剩余2g的eq\o\ar(238,94)Pu核没有衰变9．(2023·河北省涉县第二中学高二期中)放射性同位素的应用非常广泛，几乎遍及各行各业。钴60的半衰期为5.27年，它发生β衰变变成镍60，而钍eq\o\ar(232,90)Th则会经一系列α、β衰变后生成氡eq\o\ar(220,86)Rn。下列说法正确的是()A．10g钴60经过10.54年全部发生衰变B．钴60可以作为示踪原子研究人体对药物的吸收C．钍eq\o\ar(232,90)Th原子核比氡eq\o\ar(220,86)Rn原子核的中子数多8D．钍eq\o\ar(232,90)Th衰变成氡eq\o\ar(220,86)Rn一共经过2次α衰变和3次β衰变10．在匀强磁场中有一个原来静止的氡原子核(eq\o\ar(222,86)Rn)，它发生衰变放射出的粒子X与反冲核钋核(eq\o\ar(218,84)Po)分别在磁场中做匀速圆周运动，则()A．衰变过程中动量守恒，机械能守恒B．粒子X与反冲核在磁场中运动的轨迹互为内切圆C．粒子X与反冲核的轨迹半径之比为42∶1D．粒子X与反冲核的运动周期之比为42∶1二、多项选择题：本题共4小题，每小题8分，共32分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得8分，选对但不全的得4分，有选错的得0分。11．(2023·重庆市南开中学高二期中)利用放射性元素eq\o\ar(14,6)C发生β衰变以及eq\o\ar(14,6)C的半衰期，考古学家们可以确定文物的年代，则下列说法正确的是()A．衰变方程为eq\o\ar(14,6)C→eq\o\ar(14,5)B＋eq\o\ar(0,－1)eB．衰变产物的质子数是7C．衰变的实质是碳原子失去核外电子D．一个半衰期后，剩下的eq\o\ar(14,6)C为原来的eq\f(1,2)12．(2023·邯郸市高二阶段练习)如图所示，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铢192作为放射源，其化学符号是Re，原子序数是77，通过β衰变放出γ射线，产生新核X，半衰期为74天，适合透照厚度10～100mm的钢板，已知钢板厚度标准为30mm，下列说法正确的是()A．放射性同位素发生衰变时，不遵循质量数守恒B．该衰变方程为eq\o\ar(192,77)Re→eq\o\ar(192,78)X＋eq\o\al(0,－1)eC．若有2.0g铢192，经过148天有1.0g衰变D．若探测器得到的射线变强，说明钢板厚度小于30mm，应当增大热轧机两轮之间的厚度间隙13．“轨道电子俘获”是放射性同位素衰变的一种形式，它是指原子核(母核)俘获一个核外电子，其内部一个质子转变为中子，从而变成一个新核(子核)，并且放出一个中微子的过程。中微子的质量极小，不带电，很难探测到，人们最早就是通过子核的反冲而间接证明中微子存在的。若一个静止的原子核发生“轨道电子俘获”(电子的初动量不计)，则()A．母核的质量数比子核的质量数多1个B．母核的电荷数比子核的电荷数多1个C．子核的动量与中微子的动量大小相等D．子核的动能大于中微子的动能14．核反应堆常用的核燃料是eq\o\ar(235,92)U或eq\o\ar(239,94)Pu，eq\o\ar(239,94)Pu在自然界并不存在，可以利用核反应堆中产生的中子轰击eq\o\ar(235,92)U生成。已知eq\o\ar(239,94)Pu具有放射性，发生衰变生成eq\o\ar(235,92)U并释放γ光子，设eq\o\ar(239,94)Pu衰变前处于静止状态，忽略γ光子动量，下列说法正确的是()A.eq\o\ar(239,94)Pu核中有94个中子B．衰变前后质量数守恒C.eq\o\ar(239,94)Pu衰变为eq\o\ar(235,92)U的过程为β衰变D．生成物eq\o\ar(235,92)U与eq\o\al(4,2)He的动能之比为4∶235三、非选择题：本题共1小题，共18分。15．(18分)在研究放射性元素时，约里奥—居里夫妇首次发现eq\o\al(30,15)P衰变时能放出一个正电子。如图所示，一个运动的eq\o\al(30,15)P以某一初速度沿MO垂直磁场方向进入匀强磁场，运动到O点时发生上述衰变，生成的新粒子中较大的原子核沿ON方向运动，若弧MO对应的半径为r1，弧ON对应的半径为r2，且r1∶r2＝7∶5。(1)写出eq\o\al(30,15)P发生衰变的核反应方程；(2)求生成的两个新核的动量之比。

答案精析1．A[γ射线为电磁波，不带电，故其在磁场中运动时不会发生偏转，故A正确；α射线是由α衰变产生的氦原子核组成的，故B错误；β射线是具有放射性的元素的原子核中的一个中子转化成一个质子同时释放出一个高速电子，即β粒子，故C错误；γ射线的穿透性很强，工业上常用γ射线来探测塑料板或金属板的厚度，故D错误。]2．A[根据题图可知，1和3粒子偏转方向一致，则1和3粒子为电子，2为正电子，电子带负电且顺时针偏转，根据左手定则可知磁场方向垂直纸面向里，A正确，D错误；电子在云室中运行，洛伦兹力不做功，而粒子受到云室内填充物质的阻力作用，粒子速度越来越小，B错误；带电粒子若仅在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律可知qvB＝meq\f(v2,r)，解得粒子运动的半径为r＝eq\f(mv,qB)，根据题图可知轨迹3对应的粒子运动的半径更大，速度更大，粒子运动过程中受到云室内物质的阻力的情况下，此结论也成立，C错误。]3．D[eq\o\ar(197,79)Au的质量数为197，质子数为79，A错误；eq\o\al(9,4)Be的质量数为9，质子数为4，中子数为5，B错误；由于同一元素的两种同位素质子数相同而中子数不同，故质量数不同，C错误，D正确。]4．A[反应核只有一个核，生成核中有α粒子，属于α衰变，A正确；反应核只有一个核，生成核中有β粒子，属于β衰变，B错误；反应核中的α粒子均用来作为“炮弹”轰击相应原子核，属于原子核的人工转变，C、D错误。]5．B[该衰变反应产物为正电子，不属于β衰变，A错误；衰变过程中原子核少了一个质子，多了一个中子，故eq\o\al(0,1)e是质子转变为中子的结果，B正确；eq\o\al(26,13)Al原子核衰变后新生成的核，一定处于高能状态，向低能级跃迁而产生γ光子，C错误；原子核的衰变与所处环境的无关，行星上的eq\o\al(26,13)Al会衰变，D错误。]6．D[碳14原子核在衰变的瞬间生成的两个新核动量守恒，由两核速度方向相反，根据两核在磁场中的轨迹是两个内切圆，再结合左手定则可知，两新核的电性一定相反，则可知碳14原子核发生的是β衰变，则根据衰变过程中质量数守恒和电荷数守恒有eq\o\ar(14,6)C→eq\o\ar(0,－1)e＋eq\o\ar(14,7)N，故选D。]7．C[根据半衰期的概念有m＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))n，又m＝eq\f(1,8)m0，解得n＝3，所以6天是3个半衰期，即此放射性元素的半衰期为T＝2天，经过8天，也就是经过4个半衰期，没有衰变的还剩下eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))4＝eq\f(1,16)，设水库中水的体积为V，原来含有该放射性元素的水溶液的质量为m，则有eq\f(m,8×107)＝eq\f(\f(1,16)m×\f(2,V),20)，解得V＝5.0×105m3，故选C。]8．D[根据质量数守恒可知Y的质量数A＝238－234＝4，可知Y是氦核，eq\o\ar(238,94)Pu发生的是α衰变，故A错误；α粒子由两个质子和两个中子组成，所以发生α衰变后产生新核的核子数比eq\o\ar(238,94)Pu的核子数少4，故B错误；放射性元素半衰期由原子核内部自身的因素决定，不会随着所处的外部条件的变化而发生变化，故C错误；根据半衰期的定义可知，16g的eq\o\ar(238,94)Pu核经过三个半衰期后，还剩余m＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))3＝eq\f(1,8)×16g＝2g，故还剩余2g的eq\o\ar(238,94)Pu核没有衰变，故D正确。]9．C[10.54年为两个半衰期，则剩下的钴60为原来的eq\f(1,4)，没有全部衰变，故A错误；钴60半衰期太长，且衰变放出的高能粒子对人体伤害太大，不能作为药品的示踪原子，故B错误；eq\o\ar(232,90)Th原子核的质量数为232，质子数为90，则中子数为142，eq\o\ar(220,86)Rn原子核的质量数为220，质子数为86，则中子数为134，可知钍eq\o\ar(232,90)Th原子核比氡eq\o\ar(220,86)Rn原子核的中子数多8，故C正确；钍eq\o\ar(232,90)Th衰变成氡eq\o\ar(220,86)Rn，质量数减少12，电荷数减少4，则经过3次α衰变，2次β衰变，故D错误。]10．C[衰变过程动量守恒，但由于释放了核能，所以机械能不守恒，故A错误；由电荷数守恒和质量数守恒可得衰变方程为eq\o\ar(222,86)Rn→eq\o\ar(218,84)Po＋eq\o\al(4,2)He，可知粒子X是α粒子，α粒子带正电，反冲核钋核也带正电，由动量守恒可得，粒子X和反冲核钋的速度方向相反，分别在磁场中做匀速圆周运动，根据左手定则可知，两者在磁场中运动的轨迹是外切圆，故B错误；由洛伦兹力提供向心力可得qvB＝meq\f(v2,r)，因为动量守恒，初始时氡原子核静止，总动量为零，发生衰变后，粒子X与反冲核的总动量也为零，所以粒子X与反冲核的动量等大反向，因此r＝eq\f(mv,qB)＝eq\f(p,qB)，r与q成反比，即粒子X与反冲核的轨迹半径之比为42∶1，故C正确；由磁场中粒子做圆周运动的周期T＝eq\f(2πm,qB)可得，周期与比荷成反比，即eq\f(TX,T反)＝eq\f(mX,m反)×eq\f(q反,qX)＝eq\f(4,218)×eq\f(84,2)＝eq\f(84,109)，故D错误。]11．BD[衰变方程为eq\o\ar(14,6)C→eq\o\ar(14,7)N＋eq\o\ar(0,－1)e，A错误；衰变产物的质子数是7个，B正确；衰变的实质是核内的一个中子转变为质子，并放出一个电子，C错误；一个半衰期后，剩下的eq\o\al(14,6)C为原来的eq\f(1,2)，故D正确。]12．BD[放射性同位素发生衰变时，遵循质量数守恒，A错误；根据电荷数守恒和质量数守恒可得衰变方程为eq\o\ar(192,77)Re→eq\o\ar(192,78)X＋eq\o\ar(0,－1)e，B正确；经过148天恰好为两个半衰期，有eq\f(3,4)发生了衰变，即2.0g铢192有1.5g发生衰变，C错误；若探测器得到的射线变强，说明钢板厚度小于30mm，应当增大热轧机两轮之间的厚度间隙，故D正确。]13．BC[原子核(称为母核)俘获一个核外电子，使其内部的一个质子变为中子，并放出一个中微子，从而变成一个新核(称为子核)。子核与母核相比，电荷数少1，质量数不变，故A错误，B正确；静止的原子核(称为母核)俘获电子(电子的初动量可不计)的过程中动量守恒，初状态系统的总动量为0，则子核的动量和中微子的动量大小相等，方向相反，故C正确；子核的动量大小和中微子的动量大小相等，由于中微子的质量很小，根据Ek＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(p2,2m)，中微子的动能大于子核的动能，故D错误。]14．BD[eq\o\ar(239,94)Pu核中有94个质子，中子数为239－94＝145，故A错误；原子核衰变时电荷数和质量数都守恒，故B正确；根