2019年高中物理第3章章末小结与测评学案鲁科版.docx

章末小结与测评原子核的衰变及半衰期1.原子核的衰变放射性元素的原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化称为衰变。2衰变规律电荷数和质量数都守恒。3衰变的分类(1)衰变的一般方程：XYHe，每发生一次衰变，新元素与原元素相比较，核电荷数减小2，质量数减少4。衰变的实质：是某元素的原子核同时放出由两个质子和两个中子组成的粒子(即氦核)。(核内2H2nHe)(2)衰变的一般方程：XYe。每发生一次衰变，新元素与原元素相比较，核电荷数增加1，质量数不变。衰变的实质：是元素的原子核内的一个中子变成质子时放射出一个电子。(核内nHe)(3)射线是伴随衰变或衰变同时产生的，射线不改变原子核的电荷数和质量数。射线实质：是放射性原子核在发生衰变或衰变时，产生的某些新核由于具有过多的能量(核处于激发态)而辐射出的光子。4半衰期不同元素的半衰期是不一样的，其差别可以很大。例如，有的半衰期可以达到几千年甚至上万年，也有的半衰期不到1秒。在一个半衰期内，将有一半的原子核发生衰变，经过时间t后，则剩余没有衰变的原子核个数NN0，或没有衰变的原子核质量mM，公式适用于大量的原子核，该规律是宏观统计规律，对个别原子核无意义。1回旋加速器在核科学、核技术、核医学等高新技术领域得到了广泛应用，有力地推动了现代科学技术的发展。当今医学影像诊断设备PET/CT堪称“现代医学高科技之冠”，它在医疗诊断中，常利用能放射正电子的同位素碳11作示踪原子。碳11是由小型回旋加速器输出的高速质子轰击氮14获得，同时还产生另一粒子，试写出核反应方程。若碳11的半衰期为20 min，经 2.0 h剩余碳11的质量占原来的百分之几？(结果取 2 位有效数字)解析：核反应方程为NHCHe设碳 11 原有质量为 m0，经过 t12.0 h剩余的质量为m1，根据半衰期的定义有1.6%。答案：NHCHe1.6%射线和射线在磁场中的运动轨迹分析射线和射线在磁场中的运动轨迹，应弄清以下基本规律：(1)衰变过程中，质量数守恒、电荷数守恒。(2)衰变过程中动量守恒。(3)带电粒子垂直于磁场方向做匀速圆周运动时洛伦兹力提供向心力。(4)当静止的原子核在匀强磁场中发生衰变且衰变后粒子运动方向与磁场方向垂直时，大圆一定是粒子或粒子的轨迹，小圆一定是反冲核的轨迹。衰变时两圆外切(如图甲所示)，衰变时两圆内切(如图乙所示)。如果已知磁场方向，还可根据左手定则判断绕行方向是顺时针还是逆时针。2.多选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，其速度方向与磁场方向垂直，测得粒子和反冲核的轨道半径之比为R1R2441，如图所示，则()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粒子和反冲核的速度大小之比为188解析：选ABC微粒之间相互作用的过程遵循动量守恒定律，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，选项A正确。放出的粒子和反冲核均在垂直于磁场的平面内做匀速圆周运动。由Bqvm得R若原来放射性元素的原子核电荷数为Q，则对粒子：R1对反冲核：R2由于p1p2，且R1R2441，解得Q90，故选项B、C正确。它们的速度大小与质量成反比，故选项D错误。(时间：60分钟满分：100分)一、选择题(共8小题，每小题6分，共48分)1关于天然放射现象，下列说法正确的是()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能级跃迁时，辐射出射线解析：选D放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间，就是半衰期，故A不对；粒子的贯穿本领很弱，故B不对；原子核发生衰变放出的电子并不是核外电子，故C不对，D正确。2碘131的半衰期约为8天。若某药物含有质量为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。3铀裂变的产物之一氪90(Kr)是不稳定的，它经过一系列衰变最终成为稳定的锆90(Zr)，这些衰变是()A1次衰变，6次衰变 B4次衰变C2次衰变 D2次衰变，2次衰变解析：选B由于衰变前后质量数没变，说明没有发生衰变，电荷数增加4，说明经过了4次衰变，B正确。4如果原子X是原子P的同位素，而且它们分别发生了如下的衰变：XYZ，PQR，则下列说法正确的是()AX的质量数和P的相同BY的质子数比Q的质子数多CX的中子数和P的相同DZ和R是同位素解析：选D同位素是质子数相同而中子数不同的原子，D正确，A、C错误。Y的质子数比Q的质子数少3，B错误。5.研究放射性元素射线性质的实验装置如图所示。两块平行放置的金属板A、B分别与电源的两极a、b连接，放射源发出的射线从其上方小孔向外射出。则()Aa为电源正极，到达A板的为射线Ba为电源正极，到达A板的为射线Ca为电源负极，到达A板的为射线Da为电源负极，到达A板的为射线解析：选B从题图可以看出，到达两极板的粒子做类平抛运动，到达A极板的粒子的竖直位移小于到达B板的粒子的竖直位移，粒子在竖直方向做匀速直线运动，则根据公式xv0tv0，两极板间电压U相同，放射源与两极板的距离也相同，而电子的小，通过计算可知电子的竖直位移小，故达到A极板的是射线，A极板带正电，a为电源的正极，故选项B正确。6多选有关放射性同位素P的下列说法中，正确的是()A.P与X互为同位素B.P与其同位素具有相同的化学性质C用P制成化合物后它的半衰期变短D含有P的磷肥释放正电子，可用做示踪原子，以便观察磷肥对植物的影响解析：选BD同位素具有相同的质子数，化学性质相同，A错，B对；半衰期与化学状态无关，C错；由PSie可知D对。7多选一静止的铝原子核Al俘获一速度为1.0107 m/s的质子p后，变为处于激发态的硅原子核Si*，下列说法正确的是()A核反应方程为pAlSi*B核反应方程过程中系统动量守恒C核反应过程中系统能量不守恒D核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和解析：选AB根据质量数和电荷数守恒可得核反应方程pAlSi*，A正确；过程中释放的核力远远大于外力，故系统动量守恒，B正确；核反应过程中系统能量守恒，C错误；由于反应过程中，要释放大量的能量，即伴随着质量亏损，所以生成物的质量小于反应物的质量之和，D错误。8.多选一个静止的放射性原子核发生天然衰变时，在匀强磁场中得到内切圆的两条径迹，如图所示。若两圆半径之比为441，则()A发生的是衰变B轨迹2是反冲核的径迹C反冲核是逆时针运动，放射出的粒子是顺时针运动D该放射性元素的原子序数是90解析：选BC由动量守恒可知：m1v1m2v2，而R，故q1BR1q2BR2；半径越小，则q越大，故轨迹1是放出粒子的径迹，轨迹2是反冲核的径迹，故B正确；反冲核带正电，由洛伦兹力充当向心力，根据左手定则可知，反冲核速度向下，则放出的粒子速度向上。由受力方向可知，放出粒子带负电，即发生衰变，故A错误，C正确；由q1R1q2R2及衰变通式可知，放射性元素的原子序数为43，D错误。二、非选择题(共4小题，共52分)9(12分)2011年3月11日，日本发生九级大地震，造成福岛核电站严重的核泄漏事故。在泄漏的污染物中含有131I和137Cs两种放射性核素，它们通过一系列衰变产生对人体有危害的辐射。在下列四个式子中，有两个能分别反映131I和137Cs的衰变过程，它们分别是_和_(填入正确选项前的字母)。131I和137Cs原子核中的中子数分别是_和_。AX1Ban BX2XeeCX3Bae DX4XeH解析：衰变的种类有衰变和衰变两类，衰变中放出的粒子是氦核或电子而不会是质子或中子，故A、D错误，或从质量数守恒可知X1、X4的质量数分别是138、132，故它们不会是131I和137Cs的衰变。由质量数守恒和电荷数守恒可知X2、X3分别是I、Cs，而中子数等于质量数与核电荷数的差值，故他们的中子数分别为78、82。答案：BC788210(8分)约里奥居里夫妇因发现人工放射性而获得了1935年的诺贝尔化学奖，他们发现的放射性元素P衰变成Si的同时放出另一种粒子，这种粒子是_。P是P的同位素，被广泛应用于生物示踪技术。1 mg的P随时间衰变的关系如图所示，则4 mg的P经_ d的衰变后还剩0.25 mg。解析：由核反应过程中电荷数和质量数守恒可写出核反应方程：PSie，可知这种粒子是正电子。由图像可知P的半衰期为14 d,4 mg的P衰变后还剩0.25 mg的P，经历了4个半衰期，所以为56 d。答案：正电子5611(16分)天然放射性铀(U)发生衰变后产生钍(Th)和另一个原子核。(1)请写出衰变方程；(2)若衰变前铀(U)核的速度为v，衰变产生的钍(Th)核速度为，且与铀核速度方向相同，求产生的另一种新核的速度大小。解析：(1)UThHe。(2)设另一种新核的速度大小为v，铀核质量为238m，由动量守恒定律得：238mv234m4mv得：vv。答案：(1)UThHe(2)v12.(16分)如图所示，静止在匀强磁场中的Li俘获一个速度为v07.7104 m/s的中子而发生核反应：LinHHe，若已知He的速度v22.0104 m/s，其方向跟中子反应前的速度方向相同。求：(1)H的速度。(2)在图中画出粒子H和He的运动轨迹，并求它们的轨道半径之比。(3)当He旋转了3周时，粒子H旋转了多少周？解析：(1)Li核俘获n的过程中，系统动量守恒：mnv0mHv1mHev2，