2024-2025學年高中物理第十九章原子核34探測射線的方法放射性的應用與防護課時作業(yè)含解析新人教版選修3-5

PAGEPAGE5探測射線的方法放射性的應用與防護時間：45分鐘一、選擇題(1～6為單選，7～9為多選)1．在下列四個核反應方程中，X1、X2、X3和X4各代表某種粒子．①eq\o\al(3,1)H＋X1→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n②eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋X2③eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋X3④eq\o\al(24,12)Mg＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(27,13)Al＋X4以下推斷中正確的是(D)A．X1是質(zhì)子 B．X2是中子C．X3是電子 D．X4是質(zhì)子解析：依據(jù)核反應的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒知，X1為eq\o\al(2,1)H，A錯；X2為eq\o\al(1,1)H，B錯；X3為eq\o\al(1,0)n，C錯；X4為eq\o\al(1,1)H，D對．2．將威耳遜云室置于磁場中，一個靜止在磁場中的放射性同位素原子核eq\o\al(30,15)P，放出一個正電子后變成原子核eq\o\al(30,14)Si，能近似反映正電子和Si核軌跡的是(B)解析：把放出的正電子和衰變生成物Si核看成一個系統(tǒng)，依據(jù)動量守恒定律，正電子和Si核運動方向肯定相反，C、D可解除．由qvB＝meq\f(v2,R)得，R＝eq\f(mv,qB)，因為動量mv相等，故R∝eq\f(1,q)，即eq\f(Re,RSi)＝eq\f(qSi,qe)＝eq\f(14,1)，可見Si核的運動半徑較小，選B.3．我國科學家在1965年9月首先用人工方法合成了牛胰島素，為了驗證人工合成的牛胰島素與自然的是否為同一物質(zhì)，在人工合成牛胰島素的過程中摻了放射性元素eq\o\al(14,6)C，然后將人工合成的牛胰島素與自然的牛胰島素混合得到了eq\o\al(14,6)C分布勻稱的結晶物，從而證明白兩者都是同一物質(zhì)，為我國在國際上首先合成具有生物活性的牛胰島素供應了有力證據(jù)．在人工合成過程中摻入放射性eq\o\al(14,6)C的用途是(D)A．催化劑 B．媒介質(zhì)C．組成元素 D．示蹤原子解析：用放射性同位素代替非放射性的同位素來制成各種化合物，用儀器可以探測出“放射性標記”，即用放射性同位素作為示蹤原子．本題正確選項為D.4．下圖中曲線a、b、c、d為氣泡室中某放射物發(fā)生衰變放出的部分粒子的徑跡，氣泡室中磁感應強度方向垂直于紙面對里．以下推斷可能正確的是(D)A．a(chǎn)、b為β粒子的徑跡 B．a(chǎn)、b為γ粒子的徑跡C．c、d為α粒子的徑跡 D．c、d為β粒子的徑跡解析：γ粒子不帶電，不會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，故B錯．由左手定則可判定，a、b粒子帶正電，c、d粒子帶負電，又知α粒子帶正電，β粒子帶負電，故A、C均錯，D正確．5．目前，在居室裝修中常常用到的花崗巖、大理石等裝修材料，都不同程度地含有放射性元素，裝修污染已經(jīng)被列為“危害群眾最大的五種環(huán)境污染”之一．有關放射性元素的下列說法正確的是(C)A．氡的半衰期為3.8天，若取4個氡核，經(jīng)過7.6天就只剩下1個氡原子核B．發(fā)生α衰變時，生成核與原來的原子核相比，中子數(shù)削減了4個C．β衰變所釋放的電子是原子核中的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時所生的D．γ射線一般伴隨著α或β射線產(chǎn)生，在這三種射線中，γ射線的穿透實力最強，電離實力也最強解析：半衰期是對大量原子核衰變的統(tǒng)計規(guī)律，對于單個原子核是不成立的，故A錯誤；依據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知：發(fā)生α衰變放出eq\o\al(4,2)He，導致質(zhì)子數(shù)削減2，質(zhì)量數(shù)削減4，故中子數(shù)削減2，故B錯誤；發(fā)生β衰變的過程是：一個中子變?yōu)橘|(zhì)子的同時放出一個電子，故C正確；依據(jù)α、β、γ三種射線特點可知，γ射線穿透實力最強，電離實力最弱，α射線電離實力最強，穿透實力最弱，故D錯誤．6．某校學生在進行社會綜合實踐活動時，收集列出了一些放射性同位素的半衰期和可供利用的射線(見下表)，并總結出它們的幾種用途.同位素放射線半衰期同位素放射線半衰期同位素放射線半衰期釙210α138天鍶90β28年鈷60γ5年镅241β433天锝99γ6小時氡222α3.8天依據(jù)上表請你分析推斷下列結論正確的是(D)A．塑料公司生產(chǎn)聚乙烯薄膜，方法是讓較厚的聚乙烯膜通過軋輥后變薄，利用α射線來測定通過軋輥后的薄膜厚度是否勻稱B．鈷60的半衰期為5年，若取4個鈷60原子核，經(jīng)10年后就肯定剩下一個原子核C．把放射性元素釙210摻雜到其他穩(wěn)定元素中，放射性元素的半衰期變短D．可以用锝99作示蹤原子，來診斷人體內(nèi)的器官是否正常．方法是給被檢查者注射或口服附有放射性同位素元素的某些物質(zhì)，當這些物質(zhì)的一部分到達要檢查的器官時，可依據(jù)放射性同位素的射線狀況分析器官正常與否解析：因為α射線不能穿透薄膜，故無法測量薄膜的厚度，所以選項A錯誤；鈷60的半衰期為5年是指大量鈷60原子核因衰變而削減到它原來數(shù)目的一半所須要的時間，放射性元素的半衰期，跟原子所處的化學狀態(tài)等外部條件沒有關系，因此，選項B、C錯誤；檢查時，要在人體外探測到體內(nèi)輻射出來的射線，而又不能讓放射性物質(zhì)長期留在體內(nèi)，所以應選取锝99作為放射源，選項D正確．7．下列應用中把放射性同位素作為示蹤原子的是(ABD)A．利用含有放射性碘131的油，檢測地下輸油管的漏油狀況B．把含有放射性元素的肥料施給農(nóng)作物，依據(jù)探測器的測量，找出合理的施肥規(guī)律C．利用射線探傷法檢查金屬中的砂眼和裂紋D．給懷疑患有甲狀腺病的病人注射碘131，診斷甲狀腺的疾病解析：利用射線探傷法檢查金屬中的砂眼和裂紋是利用γ射線穿透實力強的特點，因此選項C不屬于示蹤原子的應用．8．放射性同位素鈷60能放出較強的γ射線，其強度簡單限制，這使得γ射線得到廣泛應用．下列選項中，屬于γ射線的應用的是(AD)A．醫(yī)學上制成γ刀，無需開顱即可治療腦腫瘤B．機器運轉(zhuǎn)時常產(chǎn)生許多靜電，用γ射線照耀機器可將電荷導入大地C．鋁加工廠將接收到的γ射線信號輸入計算機，可對薄鋁板的厚度進行自動限制D．用γ射線照耀草莓、荔枝等水果，可延長保存期解析：γ射線的電離作用很弱，不能使空氣電離成為導體，B錯誤；γ射線的穿透實力很強，薄鋁板的厚度改變時，接收到的信號強度改變很小，不能限制鋁板厚度，C錯誤．9．聯(lián)合國環(huán)境公署對科索沃地區(qū)的調(diào)查表明，北約對南聯(lián)盟進行的轟炸中，大量運用了貧鈾炸彈．貧鈾是從金屬中提煉鈾235以后的副產(chǎn)品，其主要成分為鈾238，貧鈾炸彈貫穿力是常規(guī)炸彈的9倍，殺傷力極大，而且殘留物可長期危害環(huán)境．下列關于其殘留物長期危害環(huán)境的理由正確的是(AD)A．爆炸后的彈片存在放射性，對環(huán)境產(chǎn)生長期危害B．爆炸后的彈片不會對人體和環(huán)境產(chǎn)生長期危害C．鈾238的衰變速度很快D．鈾的半衰期長解析：鈾238的半衰期很長，所以會長時間對環(huán)境造成損害．二、非選擇題10．1956年李政道和楊振寧提出在弱相互作用中宇稱不守恒，并由吳健雄用eq\o\al(60,27)Co的衰變來驗證，其核反應方程是eq\o\al(60,27)Co→eq\o\al(A,Z)Ni＋eq\o\al(0,－1)e＋eq\x\to(νe)，其中eq\x\to(νe)是反中微子，它的電量為零，靜止質(zhì)量可認為是零．(1)eq\o\al(60,27)Co的核外電子數(shù)為27.在上述衰變方程中，衰變產(chǎn)物eq\o\al(A,Z)Ni的質(zhì)量數(shù)A是60，核電荷數(shù)Z是28.(2)在衰變前eq\o\al(60,27)Co核靜止，依據(jù)云室照片可以看出，衰變產(chǎn)物Ni和eq\o\al(0,－1)e的運動徑跡不在一條直線上，假如認為衰變產(chǎn)物只有Ni和eq\a\vs4\al(0)－1e，那么衰變過程將違反動量守恒定律．解析：(1)由eq\o\al(60,27)Co可知它的質(zhì)子數(shù)為27，又因為核外電子數(shù)與質(zhì)子數(shù)相等，故eq\o\al(60,27)Co的核外電子數(shù)為27，由eq\o\al(60,27)Co→eq\o\al(A,Z)Ni＋eq\a\vs4\al(0)－1e＋eq\x\to(νe)可推得eq\o\al(A,Z)Ni中A為60，Z為28.(2)衰變前eq\o\al(60,27)Co核靜止，動量為零，衰變后，Ni和eq\o\al(0,－1)e運動徑跡不在一條直線上，此時它們兩個動量之和不為零，假如衰變產(chǎn)物只有Ni和eq\o\al(0,－1)e，則動量不守恒，故還應有其他產(chǎn)物．11.帶電粒子在“云室”中運動時，可呈現(xiàn)運動徑跡，將“云室”放在勻強電場中，通過視察分析帶電粒子的徑跡，可以探討原子核發(fā)生衰變的規(guī)律．現(xiàn)將一靜止的放射性14C放入上述裝置中，當它發(fā)生衰變時，可能放出α粒子或β粒子．所放射的粒子與反沖核經(jīng)過相等時間所形成的徑跡如圖所示(發(fā)生衰變后的瞬間放射出的粒子和反沖核的速度方向與電場E垂直，a、b(1)14C發(fā)生衰變時所放射出的粒子是α粒子(2)14C發(fā)生衰變時所放射出粒子的運動軌跡是(填“①”或“②”)．(3)14C的衰變方程是eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(10,4)Be＋eq\o\al(4,2)He.(4)簡要推導發(fā)生衰變后的瞬間放射出的粒子與反沖核的動能之比．答案：52解析：(1)由軌跡知，14C衰變時放出的粒子與反沖核受到的庫侖力方向相同，帶電性質(zhì)相同，故放出的是α(2)由動量守恒定律得，α粒子的動量與反沖核的動量大小相同，粒子質(zhì)量小，速度必定大，在垂直于電場方向上的位移大，即②為α粒子軌跡．(3)由電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可得eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(10,4)Be＋eq\o\al(4,2)He.(4)由于衰變時動量守恒及Ek＝eq\f(p2,2m)，得eq\f(Ekα,Ek反)＝eq\f(m反,mα)＝eq\f(5,2).12．1919年盧瑟福用α粒子撞擊eq\o\al(14,7)N核發(fā)覺了質(zhì)子．(1)寫出這個核反應的方程式eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H.(2)上述核反應可以用如下的模型來相識，運動的α粒子撞擊一個靜止的eq\o\al(14,7)N核，它們短暫形成一個整體(復合核)，隨即復合核快速轉(zhuǎn)化成一個質(zhì)子和另一個原子核．已知復合核發(fā)生轉(zhuǎn)化須要能量1.19MeV.那么要想發(fā)生上述核反應，射入的α粒子的能量至少要多大？(3)英國物理學家威耳遜在1911年獨創(chuàng)了“云室”，帶電粒子在云室中運動時，可以顯現(xiàn)出運動的徑跡．把云室放在勻強電場中，分別將質(zhì)子和α粒子垂直于電場方向打入同一勻強電場中，視察它們運動的徑跡，假如質(zhì)子和α粒子運動的徑跡相同(電場方向和質(zhì)子、α粒子運動徑跡所在平面平行)．則質(zhì)子和α粒子進入電場時的動能之比是多少？答案：(2)1.53MeV(3)eq\f(1,2)解析：(1)eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H.(2)α粒子撞擊靜止的eq\o\al(14,7)N，滿意動量守恒，即mαvα＝(mα＋mN)·v，v＝eq\f(mαvα,mα＋mN)，系統(tǒng)碰撞損失的能量成為復合核轉(zhuǎn)化所須要的能量，即eq\f(1,2)mαveq\o\al(2,α)－eq\f(1,2)(mα＋mN)v2＝1.19MeV，聯(lián)立得入射的α粒子的動能為E0＝eq\f(1,2)