2022-2024年北京市重點校高二下學期期末物理試題匯編：放射性元素的衰變含解析

2022-2024北京重點校高二（下）期末物理匯編放射性元素的衰變一、單選題1．（2024北京東城高二下期末）下列關于物理學科的實驗及其揭示的規(guī)律的說法中，不正確的是（

）A．奧斯特通過對放在通電直導線正下方的小磁針的偏轉現象的分析，提出了磁生電的觀點B．康普頓通過對康普頓效應的分析，提出了光子除了具有能量之外還具有動量C．湯姆孫通過對陰極射線在電場和磁場中的偏轉情況的研究，發(fā)現了電子D．盧瑟福猜想原子核中還存在著一種不帶電的粒子，即中子，查德威克通過實驗驗證了中子的存在2．（2024北京海淀高二下期末）一靜止的原子核發(fā)生衰變，其衰變方程為，生成的兩粒子處于勻強磁場中，速度方向與磁場方向垂直，圖中可以正確反映兩粒子運動軌跡的是（）A． B．C． D．3．（2024北京第二中學高二下期末）關于天然放射現象，下列說法正確的是（）A．天然放射現象表明原子內部有一定結構B．升高溫度可以改變原子核衰變的半衰期C．β射線是原子核外的電子形成的電子流D．三種射線中γ射線的穿透能力最強，電離作用最小4．（2024北京第二中學高二下期末）已知氡222的半衰期為3.8天.那么4g的放射性物質氡222經過7.6天，還剩下沒有發(fā)生衰變的質量為A．2g B．1g C．0.5g D．0g5．（2023北京豐臺高二下期末）下列說法正確的是（）A．天然放射現象說明原子核內部是有結構的B．湯姆遜發(fā)現電子說明原子具有核式結構C．盧瑟福根據α粒子散射實驗提出原子的能級結構模型D．放射性元素的半衰期隨溫度的升高而變短6．（2023北京海淀高二下期末）花崗巖、大理石等裝修材料中都不同程度地含有放射性元素，下列有關放射性的說法正確的是（）A．衰變成要經過8次α衰變和6次β衰變B．氡的半衰期為3.8天，4個氡原子核經過7.6天后只剩下1個氡原子核C．α射線與γ射線都是電磁波，α射線穿透本領遠比γ射線弱D．放射性元素發(fā)生β衰變時所釋放的電子是原子被電離時產生的7．（2023北京海淀高二下期末）關于天然放射現象，下列說法正確的是（）A．天然放射現象說明原子具有核式結構B．若使放射性物質的溫度升高，其半衰期將減小C．β衰變所釋放的電子是原子核內的中子轉變?yōu)橘|子時所產生的D．在α、β、γ這三種射線中，γ射線的穿透能力最強，β射線的電離能力最強8．（2023北京大興高二下期末）已知天然放射現象放出、、三種射線。下列說法正確的是（

）A．、、三種射線分別是氦原子核、電子和中子B．三種射線中射線電離作用最強、射線穿透能力最強C．J.J.湯姆孫最早完成著名的“粒子散射實驗”并提出核式結構的原子模型D．射線轟擊氮原子核可以產生質子，核反應方程為9．（2023北京東城高二下期末）秦山核電站生產的核反應方程為，其產物的衰變方程為。下列說法正確的是（）A．是衰變 B．經過一個半衰期，10個將剩下5個C．來自原子核外 D．可以用作示蹤原子10．（2019·北京海淀·模擬預測）下列說法正確的是（）A．放射性元素的半衰期與外界壓強有關B．天然放射現象說明原子具有核式結構C．原子核放出γ射線說明原子核內有光子D．β衰變的本質是原子核內的1個中子轉化為1個質子和1個電子11．（2017·北京海淀·三模）下列現象中，與原子核內部變化有關的是（

）A．粒子散射現象 B．衰變現象C．光電效應現象 D．原子發(fā)光現象12．（2022北京海淀高二下期末）以下是物理學史上3個著名的核反應方程：x、y和z是三種不同的粒子，其中可判斷（）A．x是粒子，z是中子 B．x是質子，z是中子C．y是粒子，z是電子 D．x是質子，z是電子13．（2022北京西城高二下期末）如圖所示，用鉛做成的容器中放有天然放射源，射線從容器上面的小孔射出后垂直射入勻強磁場中，在磁場的作用下分成a、b、c三束。則下列判斷中正確的是（）A．a為射線、b為射線 B．a為射線、b為射線C．b為射線、c為射線 D．b為射線、c為射線14．（2022北京人大附中高二下期末）放射性元素鐳衰變過程中釋放出α、β、γ三種射線，進入勻強電場中，偏轉情況如圖所示，由此可推斷（）A．①表示γ射線，③表示α射線B．①表示γ射線，③表示β射線C．②表示γ射線，③表示α射線D．②表示γ射線，③表示β射線15．（2022北京清華附中高二下期末）放射性同位素的樣品經過6h后還剩下1/8沒有衰變，它的半衰期是（

）A．2h B．1.5h C．1.17h D．0.75h16．（2007·上?！じ呖颊骖}）衰變?yōu)橐涍^m次a衰變和n次b衰變，則m，n分別為（）A．2，4 B．4，2 C．4，6 D．16，6二、多選題17．（2022北京清華附中高二下期末）已知某放射性元素原子核可記為，靜止在勻強磁場中的該核在P點發(fā)生衰變后，新核做逆時針的勻速圓周運動，二者的運動軌跡如圖所示，下列判定正確的是（）A．新核的動能比粒子的動能大B．磁場方向垂直紙面向里C．新核和衰變出來的粒子做勻速圓周運動的半徑之比為D．新核和衰變出來的粒子做勻速圓周運動的等效電流之比為三、解答題18．（2024北京東城高二下期末）在如圖所示的勻強磁場中，一個靜止的氡原子核發(fā)生了一次衰變。向右放射出的粒子在與磁場垂直的平面內做圓周運動。（1）若新核的元素符號用Y表示，寫出該衰變的核反應方程。（2）圖給出了衰變后粒子在磁場中的運動軌跡，請計算粒子與新核的軌道半徑之比，并在圖中畫出新核運動軌跡的示意圖。（3）求新核與粒子的運動周期之比19．（2023北京海淀高二下期末）活的植物通過光合作用和呼吸作用與環(huán)境交換碳元素，體內碳14的比例與大氣中的相同。植物枯死后，遺體內的碳14仍在衰變，不斷減少，但是不能得到補充。因此，根據放射性強度減小的情況就可以推算植物死亡的時間。（1）某建筑工地上發(fā)現地下有一棵死去的古樹，測出該古樹碳14的含量是現代植物的，求這棵古樹距今多少年？已知碳14的半衰期為5730年。如圖所示，在范圍足夠大的垂直紙面向里的勻強磁場中，靜止在S點的碳14核發(fā)生一次衰變，產生的粒子速度方向如圖所示，且粒子與氮核恰好在紙面內做勻速圓周運動。已知粒子與氮核質量之比為，不計重力。（2）寫出衰變方程，求粒子與氮核做圓周運動的半徑之比，并在答題紙相應位置作出兩者的運動軌跡（作圖需要顯示半徑大小的定性關系）。（3）求粒子與氮核做圓周運動形成的等效電流之比，兩者形成的電流方向相同還是相反？20．（2022北京海淀高二下期末）1930年發(fā)現，在真空條件下用粒子（）轟擊鈹核（）時，會產生一種看不見的、貫穿能力極強且不帶電的粒子。查德威克認定這種粒子就是中子。（1）寫出粒子轟擊鈹核的核反應方程。（2）一個中子與一個靜止的碳核（）發(fā)生正碰，已知中子的初速度為，與碳核碰后的速率變?yōu)?，運動方向與原來運動方向相反，求碰撞后碳核的速率。（3）與中子碰撞后，把該碳核垂直于磁場方向射入勻強磁場，測得碳核做圓周運動的直徑為d，已知元電荷的電量為e，核子質量為m，求該磁場的磁感強度大小。21．（2022北京第八中學高二下期末）如圖所示，在垂直紙面向里的磁感應強度大小為B的勻強磁場中，一個靜止于P點的放射性元素氡的原子核發(fā)生了一次衰變，變?yōu)獒暎ǎ?。放射出的粒子（）和生成的新核釙（）均在與磁場方向垂直的平面內做圓周運動。已知粒子的質量為m，電荷量為q。(1)寫出發(fā)生衰變的核反應方程，并定性畫出新核釙（）和粒子的運動軌跡；(2)新核釙（）和粒子的圓周運動均可等效成一個環(huán)形電流，求粒子做圓周運動的周期T和環(huán)形電流大小I；(3)磁矩是描述環(huán)形電流特征的物理量，把粒子做圓周運動形成的環(huán)形電流與圓環(huán)面積的乘積叫做粒子的回旋磁矩，用符號μ表示。設粒子做圓周運動的速率為v，試推導粒子回旋磁矩μ的表達式，并據此比較粒子和新核釙（）做圓周運動的回旋磁矩的大小關系。22．（2022北京首師大附中高二下期末）能量守恒定律、動量守恒定律、電荷守恒定律等等是自然界普遍遵循的規(guī)律，在微觀粒子的相互作用過程中也同樣適用．盧瑟福發(fā)現質子之后，他猜測：原子核內可能還存在一種不帶電的粒子．（1）為尋找這種不帶電的粒子，他的學生查德威克用粒子轟擊一系列元素進行實驗．當他用粒子轟擊鈹原子核時發(fā)現了一種未知射線，并經過實驗確定這就是中子，從而證實了盧瑟福的猜測．請你完成此核反應方程．（2）為了測定中子的質量，查德威克用初速度相同的中子分別與靜止的氫核與靜止的氮核發(fā)生彈性正碰．實驗中他測得碰撞后氮核的速率與氫核的速率關系是．已知氮核質量與氫核質量的關系是，將中子與氫核、氮核的碰撞視為完全彈性碰撞．請你根據以上數據計算中子質量與氫核質量的比值．（3）以鈾235為裂變燃料的“慢中子”核反應堆中，裂變時放出的中子有的速度很大，不易被鈾235俘獲，需要使其減速．在討論如何使中子減速的問題時，有人設計了一種方案：讓快中子與靜止的粒子發(fā)生碰撞，他選擇了三種粒子：鉛核、氫核、電子．以彈性正碰為例，僅從力學角度分析，哪一種粒子使中子減速效果最好，請說出你的觀點并說明理由．

參考答案1．A【詳解】A．奧斯特通過對放在通電直導線正下方的小磁針的偏轉現象的分析，提出了電生磁的觀點。故A錯誤，與題意相符；B．康普頓通過對康普頓效應的分析，提出了光子除了具有能量之外還具有動量。故B正確，與題意不符；C．湯姆孫通過對陰極射線在電場和磁場中的偏轉情況的研究，發(fā)現了電子。故C正確，與題意不符；D．盧瑟福猜想原子核中還存在著一種不帶電的粒子，即中子，查德威克通過實驗驗證了中子的存在。故D正確，與題意不符。本題選不正確的故選A。2．A【詳解】根據動量守恒定律可知，生成的兩粒子動量等大反向，則根據解得可知電荷量較大的在磁場中的運動半徑較小，即Th核的運轉半徑小于X。因兩粒子均帶正電，速度反向，可知運動軌跡為外切圓。故選A。3．D【詳解】A．天然放射現象表明原子核內部有一定結構，故A錯誤；B．原子核衰變的半衰期由自身結構決定，與物理條件和化學狀態(tài)無關，故升高溫度可以不能改變原子核衰變的半衰期，故B錯誤；C．發(fā)生一次β衰變，實際是原子核內的一個中子轉化為一個質子和一個電子，這個電子被拋射出來，故C錯誤；D．三種射線中γ射線是不帶電的光子，則穿透能力最強，電離作用最小，故D正確；故選D。4．B【詳解】根據衰變的半衰期公式，其中，n為半衰期的個數,，聯立可得：；故選B.5．A【詳解】A．天然放射現象說明原子核內部有復雜的結構，故A正確；B．湯姆遜發(fā)現了電子，但不能說明原子具有核式結構，故B錯誤；C．盧瑟福根據α粒子散射實驗提出原子的核式結構模型，故C錯誤；D．放射性元素的半衰期是其本身的屬性，與溫度無關，故D錯誤。故選A。6．A【詳解】A．鈾核（）衰變成鉛核（）的過程中，設發(fā)生x次α衰變，y次β衰變，衰變方程為根據質量數守恒和電荷數守恒有解得，即要經過8次α衰變和6次β衰變，故A正確；B．半衰期是對大量原子核的衰變的統(tǒng)計規(guī)律，對于單個原子核是不成立的，故B錯誤；C．α射線是氦核流，γ射線的實質是電磁波，γ射線的穿透本領比較強，故C錯誤；D．β衰變時，原子核中的一個中子轉變?yōu)橐粋€質子和一個電子，電子釋放出來，故D錯誤。故選A。7．C【詳解】A．天然放射現象說明原子核具有復雜結構，故A錯誤；B．半衰期與外界條件無關，故B錯誤；C．根據β衰變的本質可知β衰變所釋放的電子是原子核內的中子轉變?yōu)橘|子時所產生的，故C正確；D．在α、β、γ這三種射線中，γ射線的穿透能力最強，α射線的電離能力最強，故D錯誤；故選C。8．D【詳解】A．、、三種射線分別是氦原子核、電子和光子，故A錯誤；B．三種射線中射線電離作用最強、射線穿透能力最強，故B錯誤；C．盧瑟福最早完成著名的“粒子散射實驗”并提出核式結構的原子模型，故C錯誤；D．射線轟擊氮原子核可以產生質子，核反應方程為，故D正確。故選D。9．D【詳解】A．屬于衰變，故A錯誤；B．半衰期是一個統(tǒng)計規(guī)律，對于大量原子核衰變是成立的，個數較少時不成立，故B錯誤；C．是由原子核內的一個中子轉化為一個質子和一個電子，電子被釋放出來，來自原子核內部，故C錯誤；D．屬于碳元素放射性同位素，可以用作示蹤原子，故D正確。故選D。10．D【詳解】A．放射性元素的半衰期與外界因素無關，選項A錯誤；B．盧瑟福的α粒子散射實驗說明原子具有核式結構，選項B錯誤；C．原子核放出γ射線是伴隨著α衰變和β衰變放出的能量，不能說明原子核內有光子，選項C錯誤；D．β衰變的本質是原子核內的1個中子轉化為1個質子和1個電子，選項D正確。故選D。11．B【詳解】A．α粒子散射實驗表明了原子內部有一個很小的核，并沒有涉及到核內部的變化，故A錯誤；B．衰變現象中核內的中子轉化為質子，涉及到原子核內部的變化，選項B正確；C．光電效應是原子核外層電子脫離原子核的束縛而逸出，沒有涉及到原子核的變化，故C錯誤；D．原子發(fā)光是原子躍遷形成的，即電子從高能級向低能級躍遷，釋放的能量以光子形式輻射出去，沒有涉及到原子核的變化，故D錯誤。12．B【詳解】將上述三個方程相加，整理后得根據電荷數守恒和質量數守恒，z的質量數為1，電荷數為0，為中子，y是粒子，x是質子。故選B。13．C【詳解】帶電粒子在磁場中運動，根據左手定則，a帶正電為α粒子，b不帶電為γ射線，c帶負電為β粒子，故C正確，ABD錯誤。故選C。14．C【詳解】α射線帶正電，β射線帶負電，γ射線不帶電，γ射線在磁場中一定不偏轉，②為γ射線；電場中，α射線向右偏，β射線向左偏，①為β射線，③為α射線。故C正確，ABD錯誤。故選C。15．A【詳解】每經過一個半衰期，有半數發(fā)生衰變，經過6小時后還有沒有衰變，由于知經過了n=3個半衰期，所以半衰期等于2小時。故選A。16．B【詳解】在α衰變的過程中，電荷數少2，質量數少4，在β衰變的過程中，電荷數多1，有：2m-n=6，4m=16，解得m=4，n=2．故A正確，B、C、D錯誤．17．BD【詳解】A．衰變過程中滿足動量守恒，設新核的符號為Y，即由動量和能量的關系得可得由于不知道新核和粒子的質量，故不能比較動能的大小，故A錯誤；B．原子核帶正電，由題意和左手定則可知，磁場方向垂直紙面向里，故B正確；C．原子核在磁場中做圓周運動，洛倫茲力提供向心力有解得可得新核和衰變出來的粒子做勻速圓周運動的半徑之比為，故C錯誤；D．原子核做圓周運動的周期為根據電流定義式可得電流大小為可得新核和衰變出來的粒子做勻速圓周運動的等效電流之比為，故D正確。故選BD。18．（1）；（2），；（3）【詳解】（1）根據質量數和電荷數守恒，氡原子核發(fā)生衰變的核反應方程為（2）在衰變瞬間，粒子與反沖核的速度方向相反，根據題意，粒子向右射出，新核向左運動，衰變過程動量守恒，而系統(tǒng)初動量為零，則根據反沖運動規(guī)律可知反沖核和粒子動量大小相等，由得得粒子與新核的軌道半徑之比為結合左手定則判斷畫出新核運動軌跡的如圖所示（3）由洛倫茲力提供向心力而做圓周運動的周期為聯立解得得新核與粒子的運動周期之比為19．（1）28650年；（2）；；

（3），電流方向相同【詳解】（1）由題意可知，該古樹死去后已經經歷了5個半衰期，則有可知這棵古樹距今28650年。（2）根據質量數和電荷數守恒，衰變方程