2022-2022学年高中物理第4章从原子核到夸克2原子核的衰变精练含解析沪教版选修3-5.doc

《2022-2022学年高中物理第4章从原子核到夸克2原子核的衰变精练含解析沪教版选修3-5.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022-2022学年高中物理第4章从原子核到夸克2原子核的衰变精练含解析沪教版选修3-5.doc（12页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、原子核的衰变1.了解天然放射现象及其规律，知道天然放射现象的原因是核的衰变2.知道三种射线的本质和区分方法(重点)3知道和衰变规律，了解半衰期的概念(难点) 学生用书P54一、天然放射性的发现定义：物理学中把物质能自发地放射出射线的现象，叫做天然放射现象；物质放出射线的性质叫做放射性；具有放射性的元素，叫做放射性元素原子序数大于83的所有元素，都有放射性能自发地放出射线的元素叫做天然放射性元素二、天然放射线中的“三剑客三种射线的本质和特点的比拟如下表所示：实质速度贯穿本领电离本领射线氦核He到达光速的差，不能穿透一层纸强射线电子e速度可达光速的99%较强，能穿透几毫米厚的铝板较弱射线电磁波：光

2、子光速强，能穿透几厘米厚的铅板很弱1(1)射线实际上就是氦原子核，射线具有较强的穿透能力()(2)射线是高速电子流，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板()(3)射线是能量很高的电磁波，电离作用很强()提示：(1)(2)(3)三、放射性元素的衰变1衰变：原子核由于放出某种粒子而转变成新核的变化2衰变形式：常见的衰变有两种，放出粒子的衰变为衰变，放出粒子的衰变叫衰变，而射线是伴随射线或射线产生的3衰变规律(1)衰变：XHeY(2)衰变：XeY在衰变过程中，电荷数和质量数都守恒2(1)原子核发生衰变，变成了一种新的原子核()(2)原子核衰变时质量是守恒的()(3)衰变时放出的电子就是核外电子()

3、提示：(1)(2)(3)四、放射性元素的半衰期1概念：放射性元素的原子核有半数发生衰变的时间2特点：放射性元素衰变的快慢是由原子核本身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系不同的放射性元素，有不同的半衰期3应用：利用半衰期非常稳定这一特点，可以测量其衰变程度、推断时间3(1)半衰期可以表示放射性元素衰变的快慢()(2)半衰期是放射性元素的大量原子核衰变的统计规律()(3)对放射性元素加热时，其半衰期缩短()提示：(1)(2)(3)对三种射线的理解学生用书P541三种射线的本质特征(1)射线：卢瑟福经研究发现，粒子带两个单位正电荷，质量数为4，即粒子是氦核，其速度是光速的，有较大的

4、动能特性：贯穿本领小，但电离作用强，能使沿途中的空气电离(2)射线：贝克勒尔证实，射线是高速运动的电子流，其速度可达光速的99%.特征：贯穿本领大，能穿透黑纸，甚至几毫米厚的铝板，但电离作用较弱(3)射线是一种能量很高的电磁波，波长很短，在1010 m以下特征：贯穿本领最强，能穿透几厘米厚的铅板，但电离作用最弱2在电场、磁场中偏转情况的比拟(1)在匀强电场中，射线偏转较小，射线偏转较大，射线不偏转，如图甲所示(2)在匀强磁场中，射线偏转半径较大，射线偏转半径较小，射线不偏转，如图乙所示(1)三种射线能量都很高，都来自于原子核内部，这也使我们认识到原子核蕴藏有巨大的核能，原子核内也有极其复杂的结

5、构(2)射线中的电子是从原子核中释放出的，并不是原子核外面的电子跃迁出来形成的如下图，R是一种放射性物质，虚线方框内是匀强磁场，LL是厚纸板，MN是荧光屏，实验时，发现在荧光屏的O、P两点处有亮斑，由此可知磁场的方向、到达O点的射线、到达P点的射线应属于()磁场方向到达O点的射线到达P点的射线A竖直向下B竖直向下C垂直纸面向里D垂直纸面向外思路点拨 根据三种射线的不同贯穿本领和磁场对运动电荷的作用来判定三种射线的运动情况解析放射性物质放射出来的射线共有、三种其中、射线垂直于磁场方向进入磁场区时将受洛伦兹力作用，故打在O点的射线应为射线，由于射线贯穿本领弱，不能射穿厚纸板，故到达P点的应是射线，

6、依据射线的偏转方向及左手定那么可知磁场方向垂直纸面向里，应选项C正确答案C三种射线的比拟方法(1)射线是、三种射线中贯穿本领最弱的一种，它穿不过白纸(2)要知道三种射线的成分，贯穿本领和电离本领(3)要知道、三种射线，、是实物粒子，射线是电磁波谱中的一员 对原子核衰变的理解学生用书P55天然放射现象说明原子核具有复杂的结构原子核放出粒子或粒子，并不说明原子核内有粒子或粒子；原子核发生衰变后“就变成新的原子核1衰变方程通式衰变：XYHe衰变：XYe2衰变和衰变的实质(1)衰变：在放射性元素的原子核中，2个中子和2个质子结合得比拟牢固，有时会作为一个整体从较大的原子核中抛射出来，这就是放射性元素发

7、生的衰变现象(2)衰变：原子核中的中子转化成一个质子且放出一个电子即粒子，使核电荷数增加1，但衰变不改变原子核的质量数3衰变时、衰变次数确实定设放射性元素X经过n次衰变和m次衰变后，变成稳定的新元素Y，那么表示该核反响的方程为：XYnHeme.先根据质量数守恒列方程：AA4n，求衰变次数n，然后利用电荷数守恒列方程：ZZ2nm，求衰变次数m.(1)由于原子核是在发生衰变或衰变时有多余能量而放出射线，故不可能单独发生衰变(2)在一个原子核的衰变中，可能同时放出和射线，或和射线，但不可能同时放出、和三种射线，放射性元素放出的、和三种射线，是多个原子核同时衰变的结果原子核U经放射性衰变变为原子核Th

8、，继而经放射性衰变变为原子核Pa，再经放射性衰变变为原子核U，放射性衰变、和依次为()A衰变、衰变和衰变B衰变、衰变和衰变C衰变、衰变和衰变D衰变、衰变和衰变解题探究(1)、衰变遵循什么规律？(2)每发生一次衰变，质子数、中子数如何变化？衰变呢？解析UTh，质量数少4，电荷数少2，说明为衰变.ThPa，质子数加1，质量数不变，说明为衰变，中子转化成质子.PaU，质子数加1，质量数不变，说明为衰变，中子转化成质子应选A.答案A在处理衰变和衰变次数的问题时，首先由开始的原子核和最终的原子核确定质量数的变化，由此得出衰变的次数，由衰变引起的电荷数的改变与实际电荷数的改变确定衰变的次数 对半衰期的理解

9、学生用书P561公式：根据半衰期的概念，可总结出公式N余N原，m余m原式中N原、m原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，N余、m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，t表示衰变时间，表示半衰期2适用条件：半衰期是一个统计概念，是对大量的原子核衰变规律的总结，对于一个特定的原子核，无法确定何时发生衰变，但可以确定各个时刻发生衰变的概率，即某时衰变的可能性，因此，半衰期只适用于大量的原子核3影响因素：半衰期由放射性元素的原子核内部的因素决定，跟原子所处的物理状态(如压强、温度)或化学状态(如单质、化合物)无关，因为这些因素都不能改变原子核的结构半衰期是一个统计规律，只对大量原子核适

10、用，对于少数个别的原子核，其衰变毫无规律，何时衰变、何时衰变一半，都是不可预知的放射性同位素14C被考古学家称为“碳钟，它可以用来判定古生物体的年代，此项研究获得1960年诺贝尔化学奖(1)宇宙射线中高能量的中子碰到空气中的氮原子后，会形成不稳定的C，它很容易发生衰变，放出射线变成一个新核，其半衰期为5 730年，试写出14C的衰变方程(2)假设测得一古生物遗骸中的C含量只有活体中的25%，那么此遗骸距今约有多少年？思路点拨 (1)根据质量守恒和电荷数守恒写出衰变方程(2)由古生物14C的含量与活体14C的含量比照可确定其半衰期数，即可计算出古生物的年代解析(1)C的衰变方程为：CeN.(2)

11、C的半衰期5 730年生物死亡后，遗骸中的C按其半衰期变化，设活体中C的含量为N0，遗骸中的C含量为N，那么NN0，即0.25N0N0，故2，t11 460年答案(1)CeN(2)11 460年碘131的半衰期约为8天假设某药物含有质量为m的碘131，经过32天后，该药物中碘131的含量大约还有()A.B.C. D.解析：选C.经过32天即4个半衰期，碘131的含量变为m，C项正确衰变、衰变在磁场中的轨迹分析学生用书P56设有一个质量为M0的原子核，原来处于静止状态当发生一次(或)衰变后，释放的粒子的质量为m，速度为v，产生的反冲核的质量为M，速度为V.1动量守恒关系：0mvMV或mvMV.2

12、在磁场中轨迹的特点：当粒子和反冲核垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场时，将在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动，且轨迹如下图(1)轨道半径的大小：因为粒子与反冲核的动量大小相等，所以轨道半径与电荷量成反比，即R.当发生衰变时：.当发生衰变时：.如果测出轨道的半径比，可以求出Z，从而判定是什么原子核发生了衰变(2)运行周期的长短：在同样的条件下，运行周期与粒子和反冲核的比荷成反比，即T.(3)径迹的特点：粒子的轨道半径大，反冲核的轨道半径小粒子与反冲核带同种电荷，两轨道外切；粒子与反冲核带异种电荷，两轨道内切；射线的径迹为与反冲核的径迹相切的直线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

13、后，其速度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，如下图，那么以下说法错误的选项是()A粒子与反冲核的动量大小相等，方向相反B原来放射性元素的原子核电荷数为90C反冲核的电荷数为88D粒子和反冲粒子的速度之比为188解析微粒之间相互作用的过程中遵循动量守恒，由于初始总动量为0，那么末动量也为0，即粒子和反冲核的动量大小相等、方向相反，选项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Bqvm得：R.假设原来放射性元素的核电荷数为Q，那么对粒子：R1对反冲核：R2.由于p1p2，得R1R2441，Q90，所以选项B、C正确它们的速度大小与质量

14、成反比，应选项D错误答案D随堂检测学生用书P571与原子核内部变化有关的现象是()A电离现象B光电效应现象C天然放射现象 D粒子散射现象解析：选C.电离现象是核外电子脱离原子核的束缚，光电效应是核外电子跃迁，粒子散射现象也是在原子核外进行的，没有涉及原子核内部的变化，只有天然放射现象是在原子核内部发生的2关于天然放射现象，以下说法正确的选项是()A射线是由氦原子核衰变产生B射线是由原子核外电子电离产生C射线是由原子核外的内层电子跃迁产生D通过化学反响不能改变物质的放射性解析：选D.射线是在衰变中产生的，本质是氦核，A错误；射线是在衰变中产生的，本质是高速电子束，B错误；射线是衰变和衰变时原子核

15、发生能级跃迁而产生的电磁波，C错误；物质的放射性由原子核内部自身的因素决定，与原子所处的化学状态和外部条件无关，D正确3一静止的铀核放出一个粒子衰变成钍核，衰变方程为UThHe.以下说法正确的选项是()A衰变后钍核的动能等于粒子的动能B衰变后钍核的动量大小等于粒子的动量大小C铀核的半衰期等于其放出一个粒子所经历的时间D衰变后粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量解析：选B.静止的铀核在衰变过程中遵循动量守恒，由于系统的总动量为零，因此衰变后产生的钍核和粒子的动量等大反向，即pThp，B项正确；因此有，由于钍核和粒子的质量不等，因此衰变后钍核和粒子的动能不等，A项错误；半衰期是有半数铀核衰变所

16、用的时间，并不是一个铀核衰变所用的时间，C项错误；由于衰变过程释放能量，根据爱因斯坦质能方程可知，衰变过程有质量亏损，因此D项错误4如图，放射性元素镭衰变过程中释放出、三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，以下说法正确的选项是()A表示射线，表示射线B表示射线，表示射线C表示射线，表示射线D表示射线，表示射线解析：选C.射线为电磁波，在电场、磁场中均不偏转，故和表示射线，A、B、D项错；射线中的粒子为氦的原子核，带正电，在匀强电场中，沿电场方向偏转，故表示射线，由左手定那么可知在匀强磁场中射线向左偏，故表示射线，C项对5完成以下核反响方程：(1)NnC_；(2)NHeO_；(3)Bn_He；

17、(4)BeHe_n；(5)FeHCo_；其中_是发现质子的核反响方程，_是发现中子的核反响方程解析：根据核反响过程中质量数和电荷数守恒，可以判定：(1)H；(2)H，这是发现质子的核反响方程；(3)Li；(4)C，是发现中子的核反响方程；(5)n.答案：HHLiCn(2)(4)课时作业学生用书P110(单独成册)一、单项选择题1关于天然放射现象，以下说法正确的选项是()A放射性元素的原子核内的核子有半数发生变化所需的时间就是半衰期B放射性物质放出的射线中，粒子动能很大，因此贯穿物质的本领很强C当放射性元素的原子的核外电子具有较高能量时，将发生衰变D放射性的原子核发生衰变后产生的新核从高能级向低

18、能级跃迁时，辐射出射线解析：选D.半衰期的概念是放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，而不是原子核内的核子半数发生衰变所需的时间，选项A错误；放射性物质放出的射线中，粒子的动能很大，但由于它与外界物质的原子核碰撞时很容易损失能量，因此它贯穿物质的本领很小，选项B错误；放射性元素发生衰变是因为原子核不稳定所引起的，与核外电子的能量上下无关，选项C错误；放射性元素发生衰变后的新核从高能级向低能级跃迁时会以光子的形式放出能量，射线即为高能的光子流，选项D正确2以下关于半衰期的说法中正确的选项是()A放射性元素的半衰期越短，说明有半数原子核发生衰变所需要的时间越短，衰变速度越快B放射性元素的样品

19、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，让放射性元素与其他物质形成化合物，均可以减小该元素的衰变速度解析：选A.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，它反映了放射性元素衰变的快慢，衰变越快，半衰期越短；某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3关于放射性元素的衰变和衰变，以下说法中正确的选项是()A原子核每放出一个粒子，原子序数减少4B原子核每放出一个粒子，原子序数增加4C原子核每放出一个粒子，原子序数减少1D原子

20、核每放出一个粒子，原子序数增加1解析：选D.发生一次衰变，核电荷数减少2，质量数减少4，原子序数减少2；发生一次衰变，核电荷数增加1，原子序数增加1.4以下表示放射性元素碘131(I)衰变的方程是()A.ISbHeB.IXeeC.IIn D.ITeH解析：选B.A选项不是衰变过程，故A错误；衰变的特点是放出电子，而B选项既满足质量数守恒又满足电荷数守恒，故B正确；C、D中放出的是中子和质子，不符合衰变的特点5.实验观察到，静止在匀强磁场中A点的原子核发生衰变，衰变产生的新核与电子恰在纸面内做匀速圆周运动，运动方向和轨迹示意图如图，那么()A轨迹1是电子的，磁场方向垂直纸面向外B轨迹2是电子的，

21、磁场方向垂直纸面向外C轨迹1是新核的，磁场方向垂直纸面向里D轨迹2是新核的，磁场方向垂直纸面向里解析：选D.根据动量守恒定律，原子核发生衰变后产生的新核与电子的动量大小相等，设为p.根据qvB，得轨道半径r，故电子的轨迹半径较大，即轨迹1是电子的， 轨迹2是新核的根据左手定那么，可知磁场方向垂直纸面向里选项D正确6铀239(U)经过衰变可产生钚239(Pu)关于铀239的衰变，以下说法正确的选项是()A.Pu与U的核内具有相同的中子数和不同的核子数B放射性物质U发生衰变时所释放的电子来源于核外电子C.U经过2次衰变产生PuD温度升高，U的半衰期减小解析：选C.U的质量数A239，核电荷数Z92

22、，那么中子数n23992147，Pu的质量数A239，核电荷数Z94，那么中子数nAZ23994145，故核子数相同，但中子数不同，故A错误衰变是原子核的衰变，与核外电子无关，衰变时释放的电子是由核内一个中子转化成一个质子同时释放出来的，故B错误.U2ePu，显然反响物的质量数为239，而生成物的质量数为239，故质量数守恒；而反响物的核电荷数为92，故核电荷数守恒，反响能够发生，故C正确半衰期与物体的温度、状态均无关，而是由核内部自身因素决定的，故D错误二、多项选择题7天然放射性元素Th(钍)经过一系列衰变和衰变之后，变成Pb(铅)以下论断中正确的选项是()A衰变的过程共有6次衰变和4次衰变

23、B铅核比钍核少8个质子C衰变所放出的电子来自原子核外轨道D钍核比铅核多24个中子解析：选AB.由于衰变不会引起质量数的减少，故可先根据质量数的减少确定衰变的次数为：x6，再结合核电荷数的变化情况和衰变规律来判定衰变的次数应满足：2xy90828，y2x84.钍232核中的中子数为23290142，铅208核中的中子数为20882126，所以钍核比铅核多16个中子，铅核比钍核少8个质子由于物质的衰变与元素的化学状态无关，所以衰变所放出的电子来自原子核内nHe，所以选项A、B正确8关于天然放射性，以下说法正确的选项是()A所有元素都有可能发生衰变B放射性元素的半衰期与外界的温度无关C放射性元素与别

24、的元素形成化合物时仍具有放射性D一个原子核在一次衰变中可同时放出、和三种射线解析：选BC.自然界中绝大局部元素没有放射现象，选项A错误；放射性元素的半衰期只与原子核结构有关，与其他因素无关，选项B、C正确；原子核发生衰变时，不能同时发生和衰变，射线伴随这两种衰变产生，应选项D错误914C发生放射性衰变成为14N，半衰期约5 700年植物存活期间，其体内14C与12C的比例不变；生命活动结束后，14C的比例持续减小现通过测量得知，某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一以下说法正确的选项是()A该古木的年代距今约5 700年B12C、13C、14C具有相同的中子数C14C衰变为1

25、4N的过程中放出射线D增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变解析：选AC.古木样品中14C的比例是现代植物所制样品的二分之一，根据半衰期的定义知该古木的年代距今约5 700年，选项A正确同位素具有相同的质子数，不同的中子数，选项B错误.14C的衰变方程为CNe，所以此衰变过程放出射线，选项C正确放射性元素的半衰期与核内部自身因素有关，与原子所处的化学状态和外部条件无关，选项D错误10.在匀强磁场中，一个原来静止的原子核发生了衰变，得到两条如下图的径迹，图中箭头表示衰变后粒子的运动方向不计放出光子的能量，那么以下说法正确的选项是()A发生的是衰变，b为粒子的径迹B发生的是衰变，b为粒子的径迹C

26、磁场方向垂直于纸面向外D磁场方向垂直于纸面向里解析：选AD.放射性元素放出粒子时，粒子与反冲核的速度相反，而电性相反，那么两个粒子受到的洛伦兹力方向相同，两个粒子的轨迹应为内切圆，故放出的是粒子，放射性元素放出粒子时，两带电粒子的动量守恒，由半径公式可得轨迹半径与动量成正比，与电荷量成反比，而粒子的电荷量比反冲核的电荷量小，那么粒子的半径比反冲核的半径大，故b为粒子的运动轨迹，应选项A正确，由左手定那么知磁场方向垂直纸面向里，选项D正确三、非选择题11恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反响，当温度到达108 K时，可以发生“氦燃烧(1)完成“氦燃烧的核反响方程：He_Be.(2)Be

27、是一种不稳定的粒子，其半衰期为2.61016 s一定质量的Be，经7.81016 s后所剩Be占开始时的多少？解析：(1)根据核反响方程的电荷数守恒，质量数守恒可知核反响方程应为HeHeBe.(2).答案：(1)He(2)(或12.5%)12(1)原子核Th具有天然放射性，它经过假设干次衰变和衰变后会变成新的原子核以下原子核中，有三种是Th衰变过程中可以产生的，它们是_A.PbB.PbC.PoD.RaE.Ra(2)一静止的U核经衰变成为Th核，释放出的总动能为4.27 MeV.问此衰变后Th核的动能为多少MeV(保存1位有效数字)?解析：(1)选ACD.发生1次衰变时核子的质量数减4，电荷数减2；发生1次衰变时，质量数不变，电荷数加1.先从质量数的变化分析，易得A、C、D正确(2)据题意知，此衰变的衰变方程为：UThHe，根据动量守恒定律得mvmThvTh式中，m和mTh分别为粒子和Th核的质量，v和vTh分别为粒子和Th核的速度，由题设条件知：mvmThvEk式中Ek4.27 MeV，是粒子与Th核的总动能由式得mThvEk代入数据得，衰变后Th核的动能mThv0.07 MeV.答案：(1)ACD(2)0.07 MeV12