1、第第 3 章章 原子核与放射性原子核与放射性 章末检测章末检测 (时间：90 分钟 满分：100 分) 一、选择题(本题共 10 小题，每小题 5 分，共 50 分其中 14 题为单项选择题，510 题 为多项选择题) 1 放射性同位素钍232经、 衰变会生成氡， 其衰变方程为232 90Th 220 86Rnxy， 其中( ) Ax1，y3 Bx2，y3 Cx3，y1 Dx3，y2 答案 D 解析 由衰变规律可知， 衰变不影响质量数，所以质量数的变化由 衰变的次数决定，由 232 90Th 变为 220 86Rn，质量数减少了 23222012，每一次 衰变质量数减少 4，因此 衰变次 数为
2、 3 次；3 次 衰变电荷数减少了 326 个，而现在只减少了 90864 个，所以有 2 次 衰变(每次 衰变增加一个电荷数)，故 x3，y2，故选 D. 214C 测年法是利用 14C 衰变规律对古生物进行年代测定的方法若以横坐标 t 表示时间， 纵坐标 m 表示任意时刻 14C 的质量， m 0为 t0 时 14C 的质量 下面四幅图中能正确反映14C 衰变规律的是( ) 答案 C 解析 衰变过程中每经过一个半衰期，质量减少为原来的一半，故质量减少得越来越慢，选 项 C 正确 3原子核 A 发生一次 衰变后变为原子核abX，原子核 B 发生一次 衰变后变为原子核dcY， 已知原子核 A
3、和原子核 B 的中子数相同，则两个生成核 X 和 Y 的中子数以及 a、b、c、d 的关系可能是( ) AX 的中子数比 Y 多 1 BX 的中子数比 Y 少 3 C如果 ad2，则 bc3 D如果 ad2，则 bc1 答案 C 解析 原子核发生一次 衰变，其质子数和中子数都减少 2，发生一次 衰变，其质子数增 加 1，而中子数减少 1，由 A、B 中子数相同可得 a4(b2)d(c1)，即 ab2d c1，故 C 对，A、B、D 错 4由中国提供永磁体的阿尔法磁谱仪如图 1 所示，它曾由航天飞机携带升空，将其安装在 阿尔法国际空间站中， 主要使命之一是探索宇宙中的反物质 所谓的反物质即质量与
4、正粒子 相等， 带电荷量与正粒子相等但电性相反， 例如反质子即为 1 1H， 假若使一束质子、 反质子、 粒子和反 粒子组成的射线， 以相同速度通过 OO进入匀强磁场 B2而形成图 1 中的 4 条 径迹，则( ) 图 1 A1、2 是正粒子径迹 B3、4 为反粒子径迹 C2 为反 粒子径迹 D4 为反 粒子径迹 答案 C 解析 由左手定则判定质子、 粒子受到洛伦兹力向右偏转；反质子、反 粒子向左偏转， 故选项 A、B、D 错误；进入匀强磁场 B2的粒子具有相同的速度，由偏转半径 rmv Bq知，反 粒子、 粒子在磁场中的半径大，故选项 C 正确 5在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起
5、到了非常重要的作用下列说法符合 历史事实的是( ) A贝克勒尔通过对天然放射现象的研究，发现了原子中存在原子核 B皮埃尔 居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋(Po)和镭(Ra)两种新元素 C卢瑟福通过 粒子散射实验证实了在原子核内部存在质子 D汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中偏转的实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组 成的，并测出了该粒子的比荷 答案 BD 解析 卢瑟福通过粒子散射实验建立了原子核式结构模型， 发现了原子中心有一个核， A、 C 两项错误；皮埃尔 居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋和镭两种新元素，并因此获得了诺 贝尔奖，B 项正确；汤姆孙通过研究阴极射线，发现了电子，并测出了电子的比
6、荷，D 项正 确 6关于天然放射性，下列说法正确的是( ) A所有元素都可能发生衰变 B放射性元素的半衰期与外界的温度无关 C放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性 D、 和 三种射线中， 射线的穿透能力最强 答案 BCD 解析 原子序数大于83的元素都可以发生衰变， 原子序数小于83的元素有的可以发生衰变， 有的不可以发生衰变， A 错误； 放射性元素的半衰期与元素所处的物理、 化学状态无关， B、 C 正确；三种射线 、 穿透能力依次增强，D 正确 7正电子发射型计算机断层显像(PET)的基本原理是：将放射性同位素15 8O 注入人体， 15 8O 在人体内衰变放出的正电子与人体内的
7、负电子相遇湮灭转化为一对 光子， 被探测器采集后， 经计算机处理生成清晰图像则根据 PET 原理判断，下列表述正确的是( ) A.15 8O 在人体内衰变方程是 15 8O 15 7N 0 1e B正、负电子湮灭方程是01e 0 1e 2 C在 PET 中，15 8O 主要用途是作为示踪原子 D在 PET 中，15 8O 主要用途是参与人体的新陈代谢 答案 ABC 解析 由题意知 A、B 正确显像的原理是采集 光子，即注入人体内的15 8O 衰变放出正电 子和人体内的负电子湮灭转化为 光子， 因此15 8O 主要用途是作为示踪原子， 故 C 对， D 错 8.如图 2 所示，铅盒 A 中装有天
8、然放射性物质，放射线从其右端小孔水平向右射出，在小孔 和荧光屏之间有垂直纸面向里的匀强磁场，则下列说法中正确的是( ) 图 2 A打在图中 a、b、c 三点的依次是 射线、 射线和 射线 B 射线和 射线的轨迹是抛物线 C 射线和 射线的轨迹是圆弧 D如果在铅盒和荧光屏间再加一竖直向下的匀强电场，则屏上的亮斑可能只剩下 b 答案 AC 解析 由左手定则可知粒子向右射出后，在匀强磁场中 粒子所受的洛伦兹力向上， 粒子 所受的洛伦兹力向下，轨迹都是圆弧由于 粒子速度约是光速的 1 10，而 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动(如果一个打在 b 点，则另一个必然打在 b 点下
9、方)本题选 A、C. 914C 发生放射性衰变成为 14N，半衰期约 5 700 年已知植物存活期间，其体内14C 与12C 的比例不变；生命活动结束后，14C 的比例持续减少现通过测量得知，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下列说法正确的是( ) 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 14N 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 答案 AC 解析 因古木样品中 14C 的比例正好是现代植物所制样品的二分之一， 则可知经过的时间为 一个半衰期，即该古木的年代距今约为 5 700
10、 年，选项 A 正确；12C、13C、14C 具有相同的 质子数，由于质量数不同，故中子数不同，选项 B 错误；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 射线， 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 10放射性物质碘 131 的衰变方程为131 53I 131 54XeY.根据有关放射性知识，下列说法正确的 是( ) AY 粒子为 粒子 B若131 53I 的半衰期大约是 8 天，取 4 个碘原子核，经 16 天就只剩下 1 个碘原子核了 C生成的131 54Xe 处于激发态，放射 射线 射线的穿透能力最强，电离能力也最强 D.13
11、1 53I 中有 53 个质子和 131 个核子 答案 AD 解析 根据衰变过程中质量数和电荷数守恒，Y 粒子为 粒子，故 A 正确；半衰期是一个 统计规律，只对大量的原子核才适用，对少数原子核是不适用的，所以若取 4 个碘原子核， 经 16 天剩下几个碘原子核无法预测， 故 B 错误； 生成的131 54Xe 处于激发态， 还会放射 射线， 射线的穿透能力最强， 射线是高能光子、即高能电磁波，它是不带电的，所以 射线的 电离作用很弱，故 C 错误；131 53I 中有 53 个质子，131 表示质量数即核子数，故 D 正确 二、填空题(本题共 2 小题，共 13 分) 11(6 分)科学家_
12、发现了质子，其核反应方程为_； 科学家_发现了中子，其核反应方程为_； 科 学 家 _ 第 一 次 用 人 工 方 法 获 得 放 射 性 同 位 素 ， 其 核 反 应 方 程 应 为 _ 答案 卢瑟福 14 7N 4 2He 17 8O 1 1H 查德威克 9 4Be 4 2He 12 6C 1 0n 约里奥 居里夫妇 27 13Al 4 2He 30 15P 1 0n， 30 15P 30 14Si 0 1e 12(7 分)两个放射性元素样品 A 和 B，质量均为 64 g，当 A 有15 16的原子核发生衰变时，B 恰好有63 64的原子核发生了衰变，则 A 和 B 的半衰期之比 TA
13、TB_；若经过 36 天样 品 A 剩下的质量为 1 g，则样品 B 的半衰期为_，样品 B 剩下的质量为_ 答案 32 4 天 1 8 g 解析 本题考查半衰期的相关计算，意在考查考生的分析、推理能力由半衰期的定义可知 NN0(1 2) t T，由题意知 t TA4， t TB6，所以 A 和 B 的半衰期之比 TATB32；同理，由 m m0(1 2) t TA知 TA6 天，所以 TB4 天，此时样品 B 剩下的质量为 64( 1 2) 9 g1 8 g. 三、计算题(本题共 3 小题，共 37 分) 13(10 分)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
14、 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 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？(结果取两位有效数字) 答案 14 7N 1 1H 11 6C 4 2He 1.6% 解析 核反应方程为14 7N 1 1H 11 6C 4 2He 设碳 11 原有质量为 m0，经过 t2.0 h 剩余的质量为 m1，根据半衰期的计算式有 m1 m0
15、 1 2 t T1/2 1 2 120 20 1.6%. 14(13 分)放射性同位素14 6C 被考古学家称为“碳钟”，它可用来断定古生物的年代，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14 6C， 14 6C 很不稳定，易发生衰 变，其半衰期为 5 730 年，衰变时会放出 射线，试写出有关核反应方程； (2)若测得一古生物遗骸中14 6C 含量只有活体中的 12.5%，则此遗骸的年代约有多少年？ 答案 (1)见解析 (2)17 190 年 解析 (1)14 7N 1 0n 14 6C 1 1H， 14 6C 14 7C 0 1e，
16、 (2)依题意 1 2 n12.5 1000.125， 解得 n3，则 t5 730 年317 190 年 15 (14 分)如图 3 甲所示， 静止在匀强磁场中的63Li 核俘获一个速度为 v07.7104 m/s 的中 子而发生核反应，即63Li10n 31H42He，若已知42He 的速度 v22.0104 m/s，其方向与反 应前中子速度方向相同，试求： 图 3 (1)31H 的速度大小和方向； (2)在图乙中，已画出并标明两粒子的运动轨迹，请计算出轨道半径之比； (3)当42He 旋转三周时，粒子31H 旋转几周？ 答案 (1)1.0103 m/s，方向与 v0的方向相反 (2)340 (3)2 周 解析 (1)反应前后动量守恒： m0v0m1v1m2v2(v1为氚核速度， m0、 m1、 m2分别代表中子、 氚核、氦核质量) 代入数值可解得： v11.0103 m/s，方向与 v0的方向相反 (2)31H 和42He 在磁场中均受洛伦兹力，做匀速圆周运动的半径之比 r1r2m1v1 Bq1 m2v2 Bq2 340. (3)31H 和42He 做匀速圆周运动的周期之比 T1T22m1 Bq1 2m2 Bq2 32 所以它们的旋转周数之比 n1n2T2T123， 即42He 旋转三周，31H 旋转 2 周
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