2025高考物理步步高同步练习选修3第五章原子核第1节　原子核的组成含答案

2025高考物理步步高同步练习选修3第五章原子核第1节原子核的组成[学习目标要求]1.了解天然放射现象和天然放射现象发现的意义。2.知道三种射线的本质和特征。3.知道原子核的组成和同位素的概念，会正确书写原子核符号。4.了解发现天然放射现象的相关史实。一、天然放射现象1.1896年，法国物理学家贝克勒尔发现，铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线，这种射线可以穿透黑纸使照相底版感光。2.物质发出射线的性质称为放射性，具有放射性的元素称为放射性元素，放射性元素自发地发出射线的现象，叫作天然放射现象。3.原子序数大于83的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于或等于83的元素，有的也能发出射线。4.玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里发现了两种放射性更强的新元素，命名为钋(Po)和镭(Ra)。二、射线的本质1.α射线：实际上就是氦原子核，速度可达到光速的eq\f(1,10)，其电离能力强，穿透能力较弱，在空气中只能前进几厘米，用一张纸就能把它挡住。2.β射线：是高速电子流，速度可达光速的99%，它的穿透能力较强，电离能力较弱，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板。3.γ射线：是能量很高的电磁波，波长很短，在10－10m以下，它的电离作用更弱，穿透能力更强，甚至能穿透几厘米厚的铅板或几十厘米厚的混凝土。4.射线来自原子核，说明原子核内部是有结构的。【判一判】(1)α射线实际上就是氦原子核，α射线具有较强的穿透能力。(×)(2)β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)γ射线是能量很高的电磁波，电离作用很强。(×)三、原子核的组成1.质子的发现：1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子，质子是原子核的组成部分。2.中子的发现：卢瑟福猜想原子核内存在着一种质量与质子相同，但不带电的粒子，称为中子。查德威克通过实验验证了这个猜想。3.原子核的组成：原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子。4.原子核的符号5.同位素：核中质子数相同而中子数不同的原子，在元素周期表中处于同一位置，因而互称同位素。例如，氢有三种同位素氕、氘、氚，符号是eq\o\al(1,1)H、eq\o\al(2,1)H、eq\o\al(3,1)H。【判一判】(1)质子和中子都不带电，是原子核的组成成分，统称为核子。(×)(2)原子核的电荷数就是核内的质子数，也就是这种元素的原子序数。(√)(3)同位素具有不同的化学性质。(×)探究1天然放射现象和三种射线1.α、β、γ三种射线的性质、特征比较种类α射线β射线γ射线组成高速氦核流高速电子流光子流(高频电磁波)带电荷量2e－e0质量4mp(mp＝1.67×10－27kg)eq\f(mp,1836)静止质量为零速率0.1c0.99cc贯穿本领最弱，用一张纸就能挡住较强，能穿透几毫米的铝板最强，能穿透几厘米的铅板电离作用很强较弱很弱2.在电场、磁场中偏转情况的比较(1)在匀强电场中，α射线偏转较小，β射线偏转较大，γ射线不偏转，如图甲所示。(2)在匀强磁场中，α射线偏转半径较大，β射线偏转半径较小，γ射线不偏转，如图乙所示。【例1】天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验结果如图所示，由此可推知()A.②来自原子核外的电子B.①的电离作用最强，是一种电磁波C.③的电离作用较强，是一种电磁波D.③的电离作用最弱，是一种电磁波答案D解析①射线能被一张纸挡住，说明它的穿透能力较差，①射线是α射线，α射线是高速运动的氦核流，它的穿透能力差，电离作用最强，选项B错误；②射线的穿透能力较强，说明它是β射线，β射线是高速电子流，β射线来自原子核，不是来自原子核外的电子，选项A错误；③射线的穿透能力最强，能够穿透几厘米厚的铅板，③射线是γ射线，γ射线的电离作用最弱，穿透能力最强，它是能量很高的电磁波，故选项C错误，D正确。【针对训练1】天然放射性物质的放射线包括三种成分，下列说法错误的是()A.一张厚的黑纸能挡住α射线，但不能挡住β射线和γ射线B.γ射线在电场或磁场中均不偏转，是中子流C.三种射线中对气体电离作用最强的是α射线D.β射线是高速电子流，但不是原来绕核旋转的核外电子答案B解析由三种射线的本质和特点可知，α射线贯穿本领最弱，一张黑纸都能挡住，而挡不住β射线和γ射线，故A正确；γ射线是一种电磁波，不是中子流，故B错误；三种射线中α射线电离作用最强，故C正确；β射线是高速电子流，来源于原子核，故D正确。探究2原子核的组成1.原子核(符号eq\o\al(A,Z)X)原子核eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(大小：很小，半径的数量级为10－15m,组成\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(质子：电荷量e＝＋1.6×10－19C,质量mp＝1.6726219×10－27kg,中子：电荷量为0,质量mn＝1.6749275×10－27kg)),同位素：质子数相同、中子数不同的原子))2.基本关系电荷数＝质子数(Z)＝元素的原子序数＝核外电子数，质量数(A)＝核子数＝质子数＋中子数。3.同位素(1)化学性质的决定因素：原子核内的质子数决定了核外电子的数目，也决定了电子在核外分布的情况，进而决定了这种元素的化学性质。(2)氢的同位素：氕(eq\o\al(1,1)H)、氘(eq\o\al(2,1)H)、氚(eq\o\al(3,1)H)。【例2】已知镭的原子序数是88，原子核质量数是226。试问：(1)镭核中质子数和中子数分别是多少？(2)镭核的电荷数和所带电荷量是多少？(3)若镭原子呈电中性，它核外有多少电子？答案(1)88138(2)881.41×10－17C(3)88解析(1)镭核中的质子数等于其原子序数，故质子数为88，中子数N等于原子核的质量数A与质子数Z之差，即N＝A－Z＝226－88＝138。(2)镭核的电荷数和所带电荷量分别是Z＝88，Q＝Ze＝88×1.6×10－19C＝1.41×10－17C。(3)核外电子数等于电荷数，故核外电子数为88。【针对训练2】用符号表示以下原子核，并说出原子核的质子数、中子数。(1)α粒子；(2)质量数为14的碳原子核；(3)电荷数为8、质量数为17的氧原子核；(4)质量数为40的钾原子核；(5)电荷数为86、核子数为222的氡原子核。答案见解析解析(1)eq\o\al(4,2)He；质子数2，中子数2；(2)eq\o\al(14,6)C；质子数6，中子数8；(3)eq\o\al(17,8)O；质子数8，中子数9；(4)eq\o\al(40,19)K；质子数19，中子数21；(5)eq\o\al(222,86)Rn；质子数86，中子数136。1．(天然放射现象的认识)下列哪些现象能说明射线来自原子核()A．三种射线的能量都很高B．射线的强度受温度、外界压强等物理条件的影响C．元素的放射性与所处的化学状态(单质、化合物)无关D．α射线、β射线都是带电的粒子流答案C解析能说明射线来自原子核的证据是元素的放射性与其所处的化学状态和物理状态无关，C正确。2．(三种射线的特性)如图中P为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线在电场的作用下分成a、b、c三束，以下判断正确的是()A．a为α射线、b为β射线B．a为α射线、b为γ射线C．b为γ射线、c为α射线D．b为α射线、c为γ射线答案C解析由题图可知电场线方向向右，α射线带正电，所受电场力方向与电场线方向一致，故α射线向右偏转，即c为α射线；β射线带负电，所受电场力方向与电场线方向相反，故β射线向左偏转，即a为β射线；γ射线不带电，不发生偏转，即b为γ射线。故选项C正确。3.(原子核的组成)(2021·枣庄市三中高二月考)eq\o\al(238,92)U核中有()A.92个电子 B.238个质子C.146个中子 D.330个核子答案C解析eq\o\al(238,92)U中质子数为92，核子数238，由于质子数与中子数之和为核子数，则中子数为146，原子核内没有电子，故A、B、D错误，C正确。4．(原子核的组成)氢有三种同位素，分别是氕(eq\o\al(1,1)H)、氘(eq\o\al(2,1)H)、氚(eq\o\al(3,1)H)，下列说法错误的是()A．它们的质子数相等B．若为中性原子它们的核外电子数相等C．它们的核子数相等D．它们的化学性质相同答案C解析氕、氘、氚的核子数分别为1、2、3，故C错误；由中性原子状态可知质子数和核外电子数均相同，都是1，故A、B正确；核子数等于中子数加质子数，也等于质量数，它们的核子数不同，故C错误；它们三个是同位素，同位素化学性质相同，只是物理性质不同，故D正确。课时定时训练(限时20分钟)1.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.α粒子散射现象答案C解析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；α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。故C正确。2.据报道，放射性同位素钬eq\o\al(166,67)Ho可以有效治疗癌症，该同位素原子核内中子数是()A.32 B.67C.99 D.166答案C解析根据原子核的表示方法得中性原子的核外电子数＝质子数＝67，中子数为166－67＝99，故选项C正确，A、B、D错误。3.下列说法正确的是()A.电子的发现使人们认识到原子具有核式结构B.天然放射现象的发现揭示了原子内具有质子和中子C.密立根通过油滴实验测出了基本电荷的数值D.普朗克通过对光电效应现象的分析提出了光子说答案C解析电子的发现使人们认识到原子具有复杂结构，但不能说明原子具有核式结构，故A错误；天然放射现象揭示了原子核有复杂结构，故B错误；密立根通过油滴实验测得了基本电荷的数值，故C正确；爱因斯坦通过对光电效应现象的分析提出了光子说，故D错误。4．以下说法中正确的是()A．原子中含有带负电的电子，所以原子带负电B．原子核中的中子数一定跟核外电子数相等C．用α粒子轰击氮、氟、钠、铝等元素的原子核都可以打出中子，因此人们断定中子是原子核的组成部分D．绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于原子核的电荷量跟质子的电荷量之比，因而原子核内还存在一种不带电的中性粒子答案D解析原子中除了有带负电的电子外，还有带正电的原子核，故A错误；原子核中的中子数不一定跟核外电子数相等，故B错误；正是用α粒子轰击原子核的实验才发现了质子，故C错误；因为绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于原子核的电荷量跟质子的电荷量之比，才确定原子核内还存在一种不带电的粒子，故D正确。5.(2020·宁波中学模拟)如图所示是卢瑟福设计的一个实验：他在铅块上钻了一个小孔，孔内放入一点镭，使射线只能从这个小孔里发出，随后他将射线引入磁场中，发现射线立即分成三股，他把三束射线分别命名为α射线、β射线、γ射线。基于对这三种射线的深入分析，卢瑟福获得了1907年的诺贝尔奖。以下对这三束射线描述准确的是()A.α射线的穿透能力最弱，容易被物体吸收B.β射线在真空中的运动速度是光速C.γ射线本质上是波长极短的电磁波，电离能力极强D.β射线带负电，是来自镭原子的核外电子答案A解析α射线穿透能力最弱，电离作用强，容易被物体吸收，故A正确；β射线的速度约是光速的99%，故B错误；γ射线是一种波长很短的电磁波，电离能力极弱，故C错误；β射线(高速电子流)带负电，来源于原子核，故D错误。6.若用x代表一个中性原子中核外的电子数，y代表此原子的原子核内的质子数，z代表此原子的原子核内的中子数，则对eq\o\al(234,90)Th的原子来说()A.x＝90y＝90z＝234B.x＝90y＝90z＝144C.x＝144y＝144z＝90D.x＝234y＝234z＝324答案B解析质量数＝质子数＋中子数，中性原子中：质子数＝核外电子数，所以选项B正确。7.下列说法正确的是()A.eq\o\al(n,m)X与eq\o\al(n,m－1)Y互为同位素B.eq\o\al(n,m)X与eq\o\al(n－1,m)Y互为同位素C.eq\o\al(n,m)X与eq\o\al(n－2,m－2)Y中子数相差2D.eq\o\al(235,92)U核内有92个质子，235个中子答案B解析A选项中，X核与Y核的质子数不同，不是同位素；B选项中，eq\o\al(n,m)X核与eq\o\al(n－1,m)Y核质子数都为m，而质量数不同，所以互为同位素；C选项中，eq\o\al(n,m)X核内中子数为n－m，eq\o\al(n－2,m－2)Y核内中子数为(n－2)－(m－2)＝n－m，所以中子数相同；D选项中，eq\o\al(235,92)U核内有143个中子。选项B正确。8．如图所示，铅盒A中装有天然放射性物质，射线从其右端小孔中水平向右射出，在小孔和荧光屏之间有垂直于纸面向里的匀强磁场，则下列说法中正确的有()A．打在图中a、b、c三点的依次是β射线、γ射线和α射线B．α射线和β射线的轨迹是抛物线C．α射线和β射线的轨迹是圆弧D．如果在铅盒和荧光屏间再加一个竖直向下的场强适当的匀强电场，可能使屏上的亮斑只剩下b答案C解析由左手定则可知粒子向右射出后，在匀强磁场中α粒子受的洛伦兹力向上，β粒子受的洛伦兹力向下，轨迹都是圆弧。由于α粒子速度约是光速的eq\f(1,10)，而β粒子速度接近光速，所以在同样的混合场中不可能都做直线运第2节放射性元素的衰变[学习目标要求]1.知道衰变及两种衰变的规律，能熟练写出衰变方程。2.掌握半衰期的概念及有关计算。3.知道核反应及其遵从的规律，会正确书写核反应方程。4.知道什么是放射性同位素和人工放射性同位素。5.了解放射性在生产和科学领域的应用，知道射线的危害及防护。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，变成另一种原子核的过程。2.衰变类型(1)α衰变：放射性元素放出α粒子的衰变过程。放出一个α粒子后，核的质量数减少4，电荷数减少2，成为新核。(2)β衰变：放射性元素放出β粒子的衰变过程。放出一个β粒子后，核的质量数不变，电荷数增加1。3.衰变规律：原子核衰变时电荷数和质量数都守恒。4.衰变的实质(1)α衰变的实质：2个中子和2个质子结合在一起形成α粒子。(2)β衰变的实质：核内的中子转化为了一个质子和一个电子。(3)γ射线经常是伴随α衰变和β衰变产生的。【想一想】原子核发生β衰变是否为原子核中的电子发射到核外了呢？答案不是，原子核中没有电子。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，不适用于单个原子核的衰变。4.半衰期的应用：利用半衰期非常稳定这一特点，可以通过测量其衰变程度来推断时间。【判一判】(1)半衰期是原子核有半数发生衰变需要的时间，经过两个半衰期原子核就全部发生衰变。(×)(2)根据半衰期的计算，我们可以知道一个特定的原子核何时发生衰变。(×)(3)半衰期与原子所处的化学状态和外部条件都无关。(√)三、核反应1.定义：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程。2.原子核的人工转变(1)1919年卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，产生了氧的一种同位素，同时产生一个质子。(2)卢瑟福发现质子的核反应方程：eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H。3.遵循规律：质量数守恒，电荷数守恒。四、放射性同位素及其应用1.放射性同位素(1)定义：具有放射性的同位素。(2)类型：天然放射性同位素和人工放射性同位素。(3)人工放射性同位素具有资源丰富，辐射强度容易控制，半衰期较短和放射性废料容易处理的优点。2.放射性同位素的应用(1)射线测厚度：使用放射性同位素发出的射线来测厚度。(2)放射治疗：利用放射性同位素发出的射线破坏癌细胞组织。(3)培优保鲜：利用放射性同位素放出的射线照射种子培养优良品种等。(4)示踪原子：一种元素的各种同位素有相同的化学性质，用放射性同位素替换非放射性的同位素后可以探测出原子到达的位置。3.辐射与安全：人类一直生活在放射性的环境中，过量的射线对人体组织有破坏作用。要防止放射性物质对空气、水源、用具等的污染。

探究1原子核的衰变1.衰变实质α衰变：原子核内两个质子和两个中子结合成一个α粒子，并在一定条件下作为一个整体从较大的原子核中抛射出来，产生α衰变。2eq\o\al(1,0)n＋2eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)Heβ衰变：原子核内的一个中子变成一个质子留在原子核内，同时放出一个电子，即β粒子放射出来。eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(0,－1)e2.衰变规律原子核发生衰变时，遵循三个守恒定律(1)衰变前后的电荷数守恒。(2)质量数守恒。(3)动量守恒。3.衰变方程通式(1)α衰变：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)He(2)β衰变：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A,Z＋1)Y＋eq\o\al(0,－1)e4.确定原子核衰变次数的方法与技巧(1)方法：设放射性元素eq\o\al(A,Z)X经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素eq\o\al(A′,Z′)Y，则衰变方程为：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A′,Z′)Y＋neq\o\al(4,2)He＋meq\o\al(0,－1)e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＝eq\f(A－A′,4)，m＝eq\f(A－A′,2)＋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。【例1】放射性元素钋(eq\o\al(210,84)Po)发生衰变时，会产生eq\o\al(4,2)He和一种未知粒子，并放出γ射线，其衰变方程为eq\o\al(210,84)Po→eq\o\al(y,82)X＋eq\o\al(4,2)He＋γ，下列说法正确的是()A.eq\o\al(4,2)He的穿透能力比γ射线强B.y＝206C.X核的中子个数为126D.这种衰变为β衰变答案B解析eq\o\al(4,2)He的穿透能力比γ射线弱，A错误；根据质量数守恒可得y＝210－4＝206，B正确；X核的中子个数为206－82＝124，C错误；这种衰变放出α粒子，因此衰变为α衰变，D错误。【例2】(2021·福建福州一中月考)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，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r1、r2，则下列说法正确的是()A.原子核可能发生α衰变，也可能发生β衰变B.径迹2可能是衰变后新核的径迹C.若衰变方程是eq\o\al(238,91)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He，则衰变后新核和射出的粒子的动能之比为117∶2D.若衰变方程是eq\o\al(238,91)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He，则r1∶r2＝1∶45答案D解析原子核衰变过程系统动量守恒，由动量守恒定律可知，衰变生成的两粒子动量方向相反，粒子速度方向相反，由左手定则知：若生成的两粒子电性相反则在磁场中的轨迹为内切圆，若电性相同则在磁场中的轨迹为外切圆，所以生成的是电性相同的粒子，可能发生的是α衰变，但不可能是β衰变，A错误；核反应过程系统动量守恒，原子核原来静止，初动量为零，由动量守恒定律可知，原子核衰变后生成的两核动量p大小相等、方向相反，粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得qvB＝meq\f(v2,r)，解得r＝eq\f(mv,qB)＝eq\f(p,qB)。由于p、B都相同，则粒子电荷量q越大，其轨道半径r越小，由于新核的电荷量大于粒子的电荷量，则新核的轨道半径小于粒子的轨道半径，则径迹1为放出新核的运动轨迹，径迹2为粒子的运动轨迹，B错误；根据动量守恒定律知，新核Th和α粒子的动量大小相等，则动能Ek＝eq\f(p2,2m)，所以动能之比等于质量之反比，为2∶117，C错误；根据r＝eq\f(mv,qB)＝eq\f(p,qB)，解得r1∶r2＝2∶90＝1∶45，D正确。探究2半衰期的理解1.意义：表示放射性元素衰变的快慢。2.半衰期公式：N余＝N原eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(\f(t,τ))，m余＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(\f(t,τ))，式中N原、m0表示衰变前的原子数和质量，N余、m余表示衰变后的尚未发生衰变的原子数和质量，t表示衰变时间，τ表示半衰期。3.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，无法确定其何时发生衰变，半衰期只适用于大量的原子核。4.应用：利用半衰期非常稳定的特点，可以测算其衰变过程，推算时间等。【例3】现有一块质量为2M、含eq\o\al(238,92)U的矿石，其中eq\o\al(238,92)U的质量为2m，已知eq\o\al(238,92)U的半衰期为T，则下列说法正确的是()A.经过时间2T后，这块矿石基本不再含有eq\o\al(238,92)U了B.经过时间2T后，矿石中的eq\o\al(238,92)U有eq\f(m,2)未发生衰变C.经过时间2T后，该矿石的质量剩下eq\f(M,2)D.经过时间3T后，矿石中eq\o\al(238,92)U的质量还剩eq\f(m,8)答案B解析经过2T剩余eq\o\al(238,92)U为m1＝2m(eq\f(1,2))2＝eq\f(m,2)，发生衰变的为eq\f(3m,2)，故A项错误，B项正确；虽然eq\o\al(238,92)U发生衰变，但衰变的产物大部分仍然存在于矿石中，经过2T后，矿石的质量仍然接近2M，故C项错误；经过时间3T后该矿石中eq\o\al(238,92)U的质量还剩m2＝2m(eq\f(1,2))3＝eq\f(m,4)，故D项错误。探究3核反应及核反应方程1.核反应的条件：用α粒子、质子、中子，甚至用γ光子轰击原子核使原子核发生转变。2.核反应的实质：用粒子轰击原子核并不是粒子与核碰撞将原子核打开，而是粒子打入原子核内部使核发生了转变。3.原子核人工转变的三大发现(1)1919年卢瑟福发现质子的核反应方程eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)HeＦeq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H(2)1932年查德威克发现中子的核反应方程eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n(3)1934年约里奥—居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n；eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,＋1)e4.人工转变核反应与衰变的比较(1)不同点：原子核的人工转变，是一种核反应，是其他粒子与原子核相碰撞的结果，需要一定的装置和条件才能发生；而衰变是原子核的自发变化，它不受物理化学条件的影响。(2)相同点：人工转变与衰变过程一样，在发生过程中质量数与电荷数都守恒，反应前后粒子总动量守恒。【例4】写出下列原子核人工转变的核反应方程。(1)eq\o\al(23,11)Na(钠核)俘获1个α粒子后放出1个质子；(2)eq\o\al(27,13)Al(铝核)俘获1个α粒子后放出1个中子；(3)eq\o\al(16,8)O(氧核)俘获1个中子后放出1个质子；(4)eq\o\al(30,14)Si(硅核)俘获1个质子后放出1个中子。答案见解析解析根据核反应前后质量数守恒和电荷数守恒，有(1)eq\o\al(23,11)Na＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(26,12)Mg＋eq\o\al(1,1)H；(2)eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n；(3)eq\o\al(16,8)O＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(16,7)N＋eq\o\al(1,1)H；(4)eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n。【针对训练】(2021·江苏南通市高二期末)中科院近代物理研究所将eq\o\al(26,12)Mg原子核加速后轰击eq\o\al(243,95)Am原子核，成功合成了超重元素eq\o\al(265,107)Bh，其核反应方程式为eq\o\al(26,12)Mg＋eq\o\al(243,95)Am→eq\o\al(265,107)Bh＋4X，则方程式中X表示()A.质子 B.中子C.电子 D.氦核答案B解析设X的电荷数为n，质量数为m，由核反应方程式遵循质量数守恒和电荷数守恒，有12＋95＝107＋4n，26＋243＝265＋4m，解得n＝0，m＝1，所以X为中子，故B正确。探究4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。分类：(1)天然放射性同位素。(2)人工放射性同位素。2.人工放射性同位素的优点(1)资源丰富，应用广泛。(2)放射强度容易控制，可以制成各种所需的形状，废料容易处理。(3)现在凡是用到射线时，用的都是人工放射性同位素，而不用天然放射性物质。3.放射性同位素的主要作用(1)工业部门使用射线测厚度——利用γ射线的穿透特性。(2)医学上——利用γ射线的高能量治疗癌症。(3)农业应用——γ射线使种子的遗传基因发生变异，杀死使食物腐败的细菌、抑制蔬菜发芽、延长保存期等。(4)做示踪原子——利用放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质。【例5】关于放射性同位素的应用，下列说法正确的有()A.放射性改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，从而达到消除有害静电的目的B.利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤，也能进行人体的透视C.用γ射线照射作物种子使其DNA发生变异，其结果一定是更优秀的品种D.用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体正常组织造成太大的伤害答案D解析利用放射线消除有害静电是利用放射线的电离作用，使空气分子电离成为导体，将静电消除，A错误；γ射线对人体细胞伤害太大，不能用来进行人体透视，B错误；作物种子发生的DNA突变不一定都是有益的，还要经过筛选才能培育出优良品种，C错误；用γ射线治疗肿瘤对人体肯定有副作用，因此要科学地控制剂量，D正确。1.(原子核的衰变)(2021·辽宁大连市月考)据报道，香烟会释放一种危险的放射性元素“钋(eq\o\al(210,84)Po)”，如果每天抽1包香烟，一年后累积的辐射相当于200次胸透的辐射。eq\o\al(210,84)Po连续发生一次α衰变和一次β衰变后产生了新核，新核的中子数比新核的质子数多()A.39个 B.40个C.42个 D.43个答案B解析eq\o\al(210,84)Po连续发生一次α衰变和一次β衰变后产生新核的质量数为206，电荷数为83；则新核的中子数为206－83＝123，比质子数多123－83＝40个。故选项B正确。2.(半衰期)考古学家在考古发掘的过程中常用到14C断代法，生物体死亡时，14C的摄入停止，体内的14C与原有含量的比值P满足衰变规律P＝(eq\f(1,2))eq\f(t,5730)，其中t的单位为年。现通过测量得知，某古生物样品中P约为0.125，则下面判断正确的是()A.14C衰变为14N的过程中放出α射线B.该古生物的年代距今10460年C.伴随着14C衰变过程将向外释放能量D.具体推测结果还需要考虑该古生物样品的发掘位置的气候、湿度、岩层等的影响答案C解析根据核反应方程可知，14C衰变为14N的过程中放出电子，即发出β射线，选项A错误；因古生物样品中14C的比例正好是现代该生物样品的八分之一，则可知经过的时间为三个半衰期，即该古生物的年代距今约为17190年，选项B错误；14C发生β衰变的同时还会往外释放γ射线，会释放能量，选项C正确；外界环境不影响放射性元素的半衰期，选项D错误。3.(核反应和核反应方程)贝克勒尔在120年前首先发现了天然放射现象，如今原子核的放射性在众多领域中有着重要作用，下列属于放射性元素衰变的是()A.eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He B.eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(131,53)I＋eq\o\al(102,39)Y＋2eq\o\al(1,0)nC.eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n D.eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n答案A解析核反应eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He是eq\o\al(238,92)U核放射出α粒子变成新核的过程，为α衰变，故A正确；核反应eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(131,53)I＋eq\o\al(102,39)Y＋2eq\o\al(1,0)n是eq\o\al(235,92)U核吸收一个中子后发生裂变反应，故B错误；核反应eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n是轻核聚变，故C错误；核反应eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n是用α粒子轰击Al的人工核反应方程，故D错误。4.(放射性同位素及应用)联合国环境规划署对科索沃地区的调查表明，北约对南联盟的轰炸中，大量使用了贫铀炸弹，贫铀是从金属中提炼铀235以后的副产品，其主要成分为铀238。贫铀炸弹贯穿力是常规炸弹的9倍，杀伤力极大，而且残留物会长期危害环境，下列关于残留物长期危害环境的理由，正确的是()A.爆炸后的弹片存在放射性，对环境产生长期危害B.爆炸后的弹片不会对人体产生危害C.铀235的衰变速度很快D.铀238的半衰期很短答案A解析eq\o\al(238,92)U能发生衰变，其衰变方程为eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He，其半衰期为45亿年，eq\o\al(234,90)Th也能发生衰变，衰变产生的射线对人体都有伤害，故选项A正确。课时定时训练(限时30分钟)题组一原子核的衰变1．如图所示，将放射性物质铀放在有窄孔的铅盒中，在孔的正上方放着照相底片。铅盒和照相底片之间放一对电极(左为正，右为负)，使电场的方向跟射线方向垂直。在电场的作用下，铀发出的射线从左向右分成了①、②、③三束，由图可以判断()A．射线①是高速的电子流，具有较强的电离本领B．射线②是一种频率很高的电磁波，在这三种射线中，具有最强的贯穿本领C．射线③是高能量质子，它有很强的电离本领D．三种射线都具有静止质量答案B解析电场强度方向向右，射线①向左偏转一定带负电，是β射线，β射线是高速的电子流，具有较强的贯穿本领，电离本领较弱，A错误；射线②不偏转，一定不带电，是γ射线，γ射线是一种频率很高的电磁波，具有最强的贯穿本领，B正确；射线③向右偏转，一定带正电荷，是α射线，α射线是氦原子核，不是质子，C错误；γ射线是光子，没有静止质量，D错误。2.原子核eq\o\al(238,92)U经放射性衰变①变为原子核eq\o\al(234,90)Th，继而经放射性衰变②变为原子核eq\o\al(234,91)Pa，再经放射性衰变③变为原子核eq\o\al(234,92)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衰变答案A解析eq\o\al(238,92)Ueq\o(→,\s\up7(①))eq\o\al(234,90)Th，质量数少4，电荷数少2，说明①为α衰变。eq\o\al(234,90)Theq\o(→,\s\up7(②))eq\o\al(234,91)Pa，电荷数加1，质量数不变，说明②为β衰变。eq\o\al(234,91)Paeq\o(→,\s\up7(③))eq\o\al(234,92)U，电荷数加1，质量数不变，说明③为β衰变。故选A。题组二半衰期3.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.eq\f(m,4) B.eq\f(m,8)C.eq\f(m,16) D.eq\f(m,32)答案C解析由半衰期公式m′＝meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(t,τ)可知，m′＝m×eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(32,8)＝eq\f(1,16)m，故选项C正确。4.(2021·辽宁朝阳市高二月考)2021年1月3日消息，诺贝尔官方称居里夫人“笔记”仍具放射性，还将持续1500年。关于放射性元素、衰变和半衰期，下列说法正确的是()A.一块纯净的放射性矿石，经过两个半衰期，它的总质量仅剩下原来的四分之一B.放射性元素的半衰期不仅与核内部本身因素有关，还与质量有关C.一个放射性原子核，发生一次β衰变，则它质子数减少一个，中子数增加一个D.eq\o\al(238,92)U衰变成eq\o\al(206,82)Pb要经过8次α衰变和6次β衰变答案D解析一块纯净的放射性矿石，经过两个半衰期，其放射性元素没有衰变的质量仅剩下原来的四分之一，矿石的质量几乎不变，选项A错误；放射性元素的半衰期仅由核内部自身因素决定，与其他条件无关，选项B错误；β衰变实质上是原子核内的一个中子变为一个质子，同时释放出一个电子的过程，因此发生一次β衰变，质子数增加一个，中子数减少一个，选项C错误；eq\o\al(238,92)U衰变成eq\o\al(206,82)Pb，α衰变一次质量数减少4，次数为eq\f(238－206,4)＝8，β衰变的次数为82－(92－8×2)＝6，即要经过8次α衰变和6次β衰变，选项D正确。5.(2021·贵州贵阳市月考)居里夫妇发现了放射性元素钋(Po)，其衰变的核反应方程为eq\o\al(210,84)Po→eq\o\al(b,a)He＋eq\o\al(206,82)Pb方程中a和b的值分别为()A.2、4 B.4、2C.1、0 D.－1、0答案A解析根据核反应的质量数和电荷数守恒可得a＝84－82＝2，b＝210－206＝4，故选项A正确。6.1956年李政道和杨振宁提出在弱相互作用中宇称不守恒，并由吴健雄用eq\o\al(60,27)Co放射源进行了实验验证，eq\o\al(60,27)Co的衰变方程是eq\o\al(60,27)Co→eq\o\al(60,28)Ni＋X＋eq\o(ν,\s\up6(－))e，其中eq\o(ν,\s\up6(－))e是反电子中微子，反电子中微子不带电，静止质量可忽略。则eq\o\al(60,27)Co的衰变方程中X表示()A.eq\o\al(0,－1)e B.eq\o\al(0,1)eC.eq\o\al(1,0)n D.eq\o\al(4,2)He答案A解析根据核反应的质量数守恒和电荷数守恒，可知eq\o\al(60,27)Co的衰变方程为eq\o\al(60,27)Co→eq\o\al(60,28)Ni＋eq\o\al(0,－1)e＋eq\o(ν,\s\up6(－))e，故A正确，B、C、D错误。7.(2021·江苏盐城市一模)现代考古利用生物体残骸中放射性同位素碳14的量来推算生物的年代。形成碳14及碳14衰变的反应方程分别为eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(14,6)C＋a，eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(14,7)N＋b。上述反应中()A.a为质子 B.a为电子C.b为质子 D.b为中子答案A解析根据电荷数守恒、质量数守恒，可得a的质量数为14＋1－14＝1，电荷数为7＋0－6＝1，所以a为质子，故A正确，B错误；b的质量数为14－14＝0，电荷数为6－7＝－1，所以b为电子，故C、D错误。题组三核反应和核反应方程8.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，为诸多领域的研究和工业应用提供了先进的研究平台，下列核反应中放出的粒子为中子的是()A.eq\o\al(14,7)N俘获一个α粒子，产生eq\o\al(17,8)O并放出一个粒子B.eq\o\al(27,13)Al俘获一个α粒子，产生eq\o\al(30,15)P并放出一个粒子C.eq\o\al(11,5)B俘获一个质子，产生eq\o\al(8,4)Be并放出一个粒子D.eq\o\al(6,3)Li俘获一个质子，产生eq\o\al(3,2)He并放出一个粒子答案B解析eq\o\al(14,7)N俘获一个α粒子，产生eq\o\al(17,8)O后，新粒子的质量数为14＋4－17＝1，电荷数为7＋2－8＝1，所以粒子为质子，故A错误；eq\o\al(27,13)Al俘获一个α粒子，产生eq\o\al(30,15)P后，粒子的质量数为27＋4－30＝1，电荷数为13＋2－15＝0，所以粒子为中子，故B正确；eq\o\al(11,5)B俘获一个质子，产生eq\o\al(8,4)Be后，粒子的质量数为11＋1－8＝4，电荷数为5＋1－4＝2，所以粒子为α粒子，故C错误；eq\o\al(6,3)Li俘获一个质子，产生eq\o\al(3,2)He后，粒子的质量数为6＋1－3＝4，电荷数为3＋1－2＝2，所以粒子为α粒子，故D错误。题组四放射性同位素及其应用9．下列关于放射性同位素的应用的一些说法中不正确的是()A．利用放射性消除静电是利用射线的穿透作用B．利用射线探测机器部件内部的砂眼或裂纹是利用射线的穿透作用C．利用射线改良品种是因为射线可使DNA发生变异D．在研究农作物合理施肥中是以放射性同位素作为示踪原子答案A解析消除静电是利用射线的电离作用使空气导电，A错误；探测机器部件内部的砂眼或裂纹和改良品种分别是利用它的穿透作用和射线可使DNA发生变异，B、C正确；研究农作物对肥料的吸收是利用其作示踪原子，D正确。10．下列哪个应用是利用的射线的高能量特性()A．γ射线探伤仪B．利用含有放射性碘131的油，检测地下输油管的漏油情况C．利用钴60治疗肿瘤等疾病D．把含有放射性元素的肥料施给农作物，用检测放射性的办法确定放射性元素在农作物内转移和分布情况，找出合理施肥的规律答案C解析A是利用了γ射线的穿透性；C利用了γ射线的高能量特性；B、D是利用其作为示踪原子。11.目前，在居室装修中经常用到的花岗岩、大理石等装修材料，都不同程度地含有放射性元素，比如，含有铀