2019-2020学年高中物理第十九章原子核3探测射线的方法4放射性的应用与防护课后检测含解析新人教版选修3-5

2019-2020学年高中物理第十九章原子核3探测射线的方法4放射性的应用与防护课后检测含解析新人教版选修3-5

‎3　探测射线的方法 4　放射性的应用与防护 记一记 探测射线的方法　放射性的应用与防护知识体系 ‎1个核反应方程——原子核的人工转变方程 ‎3种粒子径变——α粒子径迹、β粒子径迹、γ粒子径迹 ‎3种探测仪器——气泡室　威耳逊云室　盖革—米勒计数器 ‎ 辨一辨 ‎1.在核反应中，质量数守恒，电荷数守恒．(√)‎ ‎2．放射性同位素P，既可以通过核反应人工获得，也可以从自然界中获得．(×)‎ ‎3．现在用到射线时，既可以用人工放射性同位素，也可以用天然放射性物质．(×)‎ ‎4．利用γ射线照射种子，可以培育出优良品种．(√)‎ ‎5．用γ射线照射食品可以杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期．(√)‎ ‎6．任何放射性物质都可以作为示踪原子使用．(×)‎ 想一想 ‎1.如图为α粒子和β粒子在威耳逊云室中的径迹示意图．‎ ‎(1)如何根据径迹的情况，分析判断粒子的性质？‎ ‎(2)如何判断粒子所带电荷的正负？‎ 提示：(1)根据径迹的长短和粗细，可以知道粒子的性质．‎ ‎(2)把云室放在磁场中，根据运动径迹的弯曲方向，可以知道粒子所带电荷的正负．‎ ‎2．用α粒子轰击氮原子核 ‎(1)充入氮气前荧光屏上看不到闪光，充入氮气后荧光屏上看到了闪光，说明了什么问题？‎ ‎(2)原子核的人工转变与原子核的衰变有什么相同规律？‎ 提示：(1)说明α粒子轰击氮核后产生了新的粒子．‎ ‎(2)都符合质量数守恒，电荷数守恒．‎ 思考感悟：　‎ ‎　‎ ‎　‎ ‎　‎ 练一练 ‎1.[2019·威海检测]威耳逊云室能够观察到射线径迹，是利用(　　)‎ A．射线在云室里的穿透本领 - 9 -‎ B．射线在云室里的化学效应 C．射线在云室里的热效应 D．射线在云室里的电离作用 解析：威耳逊云室内的酒精蒸气达到过饱和状态时，如果有射线粒子从室内气体中飞过，使沿途的气体分子电离，过饱和酒精蒸气就会以这些离子为核心凝结成雾滴，这些雾滴沿射线经过的路线排列，于是就显示出了射线的径迹．本题正确选项为D.‎ 答案：D ‎2．(多选)关于放射性同位素，以下说法正确的是(　　)‎ A．放射性同位素与放射性元素一样，都具有一定的半衰期，衰变规律一样 B．放射性同位素衰变可生成另一种新元素 C．放射性同位素只能是天然衰变时产生的，不能用人工方法制得 D．以上说法均不对 解析：放射性同位素也具有放射性，半衰期也不受物理和化学因素的影响，衰变后形成新的原子核，选项A、B正确．大部分放射性同位素都是人工转变后获得的，选项C、D错误．‎ 答案：AB ‎3．在中子、质子、电子、正电子、α粒子中选出一个适当的粒子，分别填在下列核反应式的横线上．‎ ‎(1)U→Th＋________.‎ ‎(2)Be＋He→C＋________.‎ ‎(3)Th→Pa＋________.‎ ‎(4)P→Si＋________.‎ ‎(5)U＋________→Sr＋Xe＋10n.‎ ‎(6)N＋He→O＋________.‎ 解析：在核反应过程中，遵循反应前后电荷数守恒、质量数守恒规律．对参与反应的所有基本粒子采用左下角(电荷数)配平，左上角(质量数)配平．未知粒子可根据其电荷数和质量数确定．电荷数为92－90＝2，质量数为238－234＝4，由此可知(1)中为α粒子(He)，同理，确定其他粒子分别为：中子(n)，电子(e)，正电子(e)，中子(n)，质子(H)．‎ 答案：(1)He　(2)n　(3)e　(4)e　(5)n　(6)H ‎4．1993年，中国科学院上海原子核研究所制得了一种新的铂元素的同位素Pt，制取过程如下：‎ ‎(1)用质子轰击铍靶Be产生快中子．‎ ‎(2)用快中子轰击汞Hg，反应过程可能有两种：‎ ‎①生成Pt，放出氦原子核．‎ ‎②生成Pt，同时放出质子、中子．‎ ‎(3)生成的Pt发生两次衰变，变成稳定的原子核Hg.‎ 写出上述核反应方程．‎ 解析：根据质量数守恒、电荷数守恒，确定新生核的电荷数和质量数，然后写出核反应方程，如下：‎ ‎(1)Be＋H→B＋n.‎ ‎(2)①Hg＋n→Pt＋He；‎ ‎②Hg＋n→Pt＋2H＋n.‎ ‎(3)Pt→Au＋e，Au→Hg＋e.‎ 答案：见解析 要点一 探测射线与同位素的应用 ‎1.‎ - 9 -‎ ‎[2019·江西宜春检测]用α射线照射充氮的云室(发生核反应He＋N→O＋H)，得到如图所示的照片，下列说法中正确的是(　　)‎ A．A是α粒子的径迹，B是质子的径迹，C是新核的径迹 B．B是α粒子的径迹，A是质子的径迹，C是新核的径迹 C．C是α粒子的径迹，A是质子的径迹，B是新核的径迹 D．B是α粒子的径迹，C是质子的径迹，A是新核的径迹 解析：用α射线照射充氮的云室，入射的是α粒子，所以B是α粒子产生的径迹；根据发生的核反应方程知新核为O，新核的质量大，电离作用强，径迹粗而短，故A是新核径迹；质子电离作用弱一些，贯穿作用强，径迹细而长，故C是质子的径迹，所以正确选项为D.‎ 答案：D ‎2．[2019·安徽淮北一中期末]‎ 气泡室是早期研究带电粒子轨迹的重要实验仪器，如图为一些不同的带电粒子在气泡室里运动的轨迹照片．现选择A、B两粒子进行分析，它们的轨迹如图中的粗实线所示．测量发现初始时B粒子的运动半径大于A的运动半径，若该区域所加的匀强磁场方向垂直于纸面，则(　　)‎ A．洛伦兹力对A做正功 B．粒子B沿逆时针方向运动 C．粒子A、B的电性相同 D．B粒子的速度一定大于A的速度 解析：洛伦兹力与速度方向垂直，故不做功，A错误；由图可知，下方的运动轨迹半径较大，根据题意，下方的运动轨迹为B的运动轨迹，运动方向沿逆时针方向，B正确；由图可知，在匀强磁场中，A的轨迹沿顺时针方向，B的轨迹沿逆时针方向，因此A、B的电性不同，C错误；A、B两粒子的质量和电荷量未知，根据r＝可知，无法比较A、B两粒子的速度大小，D错误．‎ 答案：B ‎3．(多选)用盖革—米勒计数器测得某放射源的放射性强度为每分钟404次，若将一张纸放在计数器与放射源之间，计数器几乎测不到射线.10天后再次测量，测得该放射源的放射性强度为每分钟101次，则下列关于放射源射出的射线及这种放射性元素的半衰期的说法正确的是(　　)‎ A．放射源射出的是α射线 B．放射源射出的是β射线 C．这种放射性元素的半衰期是5天 D．这种放射性元素的半衰期是2.5天 - 9 -‎ 解析：一张纸能挡住这种射线，可知这种射线是穿透能力较弱的α射线，选项A正确，B错误；因放射性元素原子核个数与单位时间内衰变的次数成正比，10天后测出放射性强度为原来的，说明10天后放射性元素的原子核个数为原来的，由半衰期公式知经过了两个半衰期，故半衰期是5天，选项C正确，D错误．‎ 答案：AC ‎4．[2019·太原检测]正电子发射计算机断层扫描(PET)，是借助于示踪剂(正电子放射性药物)可以聚集到病变部位的特点来发现疾病的．PET常用核素氧15做示踪剂，其半衰期仅有2分钟．对含有氧元素的物质用能量范围为20～50 MeV的X射线进行照射，激发其原子核边缘的中子，可以产生正电子核素氧15.下列说法正确的是(　　)‎ A．用30 MeV的X射线照射氧16，生成氧15的同时，释放出中子 B．氧15发生正电子衰变时，生成的新核含有9个中子 C．经过10分钟，氧15的含量减小为原来的 D．将氧15置于回旋加速器中，其半衰期可能发生变化 解析：用30 MeV的X射线照射氧16，生成氧15的同时，释放出中子，核反应方程为，故A正确；氧15发生正电子衰变的核反应方程为O→e＋N，生成的新核有8个中子，故B错误；经过10分钟，即经过5个半衰期，剩余氧15的含量m＝m05＝m0，故C错误；改变元素所处的物理环境和化学状态，不改变其半衰期，故D错误．‎ 答案：A ‎5．放射性在工农业生产和科学研究中有广泛的应用，下列关于放射性的应用与防护，说法不正确的是(　　)‎ A．利用γ射线照射食品，可以杀死使食物腐败的细菌，延长保质期 B．利用示踪原子可以研究生物大分子的结构和功能 C．利用放射线的贯穿作用，可以制成射线测厚装置 D．放射治疗利用了射线对病灶细胞的电离作用 解析：用γ射线照射食品，可以杀死使食物腐败的细菌，延长保存期，故A正确；利用示踪原子可以研究生物大分子的结构和功能，故B正确；利用放射线的贯穿作用，可以制成射线测厚装置，故C正确；放射治疗利用了射线对病灶细胞的吸收作用，故D错误．‎ 答案：D 要点二 原子核的人工转变和核反应方程 ‎6.[2019·河南安阳期中]钴60(Co)是金属元素钴的放射性同位素之一，其半衰期为5.27年．它发生β衰变变成镍60(Ni)同时放出能量高达315 keV的高速电子和两束γ射线．钴60的应用非常广泛，几乎遍及各行各业．在农业上，常用于辐射育种、食品辐射保藏与保鲜等；在工业上，常用于无损探伤、辐射消毒、辐射加工、辐射处理废物以及自动控制等；在医学上，常用于人体肿瘤的放射治疗．关于钴60，下列说法正确的是(　　)‎ A．发生β衰变的衰变方程为Co→Ni＋e B．将钴60放入高温高压环境中可以加快其衰变 C．钴60可以作为示踪原子研究人体对药物的吸收 D．‎10 g钴60经过10.54年全部发生衰变 解析：根据电荷数守恒、质量数守恒，知钴60发生β衰变的衰变方程为Co→Ni＋e，A正确；放射性元素衰变的快慢由核自身的因素决定，与所处的外部环境无关，B错误；钴60半衰期太长，且衰变放出的高能粒子对人体伤害太大，不能作为药品的示踪原子，C错误；10.54年为两个半衰期，则剩下的钴60为原来的，没有全部衰变，D错误．‎ 答案：A ‎7．[2019·广东惠州调研]用中子轰击Al，产生Na和X粒子，Na具有放射性，它衰变后变成Mg，则X粒子和Na的衰变类型分别是(　　)‎ A．质子　α衰变　　　　B．α粒子　β衰变 C．电子　α衰变 D．正电子　β衰变 解析：根据核反应前后质量数和电荷数守恒可知，中子轰击Al的核反应方程为Al＋ - 9 -‎ n→Na＋He，Na衰变的核反应方程为Na→Mg＋e，综上所述，X是α粒子，Na的衰变类型是β衰变．本题正确选项为B.‎ 答案：B ‎8．月球上特有的能源材料He，总共大约有100万吨，He是由太阳风里的大量中子打入月球表面X粒子中形成的，月球表面稀薄的气体里，每立方厘米中有数个He粒子，收集这些He可以在月球上建立He发电站，其中X粒子应该为(　　)‎ A.He B.He C.H D.H 解析：根据题意应有2X＋n→He，故X粒子应为H，选项D正确．‎ 答案：D - 9 -‎ 基础达标 ‎1．[2019·内蒙古赤峰联考](多选)在匀强磁场中，一个原来静止的原子发生了衰变，得到两条如图中所示的径迹，图中箭头表示衰变后粒子的运动方向．不计放出的光子的能量，则下列说法正确的是(　　)‎ A．发生的是β衰变，b为β粒子的径迹 B．发生的是α衰变，b为α粒子的径迹 C．磁场方向垂直纸面向外 D．磁场方向垂直纸面向里 解析：因粒子与反冲核在磁场中运动方向相反，且径迹为内切圆，可知发生的是β衰变，由R＝知，a为反冲核的径迹，b为β粒子的径迹，磁场方向应为垂直纸面向里．‎ 答案：AD ‎2．[2018·全国卷Ⅲ]1934年，约里奥—居里夫妇用α粒子轰击铝核Al，产生了第一个人工放射性核素X：α＋Al→n＋X.X的原子序数和质量数分别为(　　)‎ A．15和28 　　　　　　B．15和30‎ C．16和30 D．17和31‎ 解析：写出核反应方程：He＋Al→n＋X.结合质量数守恒和电荷数守恒得，A＝4＋27－1＝30，Z＝2＋13－0＝15，原子序数等于电荷数，故B正确．‎ 答案：B ‎3．[2019·广东深圳期中]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P具有不同的化学性质 C．用P制成化合物后它的半衰期变短 D．若磷肥中含有P，则可用P作为示踪原子，观察磷肥对植物的影响 解析：具有相同质子数、不同质量数的元素互为同位素，A错误；同位素的化学性质完全相同，B错误；半衰期由原子核本身决定，与原子所处的化学状态无关，C错误；P是人工放射性同位素，它的半衰期短，容易控制，可用作示踪原子，D正确．‎ 答案：D ‎4．如图是科学史上一张著名的实验照片，显示一个带电粒子在云室中穿过某种金属板运动的径迹，云室放置在匀强磁场中，磁场方向垂直照片向里．云室中横放的金属板对粒子的运动起阻碍作用．分析此径迹可知粒子(　　)‎ A．带正电，由下往上运动 B．带正电，由上往下运动 - 9 -‎ C．带负电，由上往下运动 D．带负电，由下往上运动 解析：由于金属板对粒子有阻碍作用，穿过金属板后速度减小，由R＝可知在同一匀强磁场中运动半径减小，由照片知板下面半径大于上面的半径，所以粒子从下向上穿过金属板，磁场方向垂直于照片向里，所受洛伦兹力方向指向圆心位置，根据左手定则判断该粒子带正电荷，故A选项正确．‎ 答案：A ‎5．[2019·徐州检测]关于放射性同位素应用的下列说法中正确的有(　　)‎ A．放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，因此达到了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．用放射线照射作物种子能使其DNA发生变异，其结果一定是成为更优秀的品种 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 解析：利用放射线消除有害静电是利用α射线的电离性，使空气分子电离成导体，将静电泄出，A错误；γ射线对人体细胞伤害太大，因此不能用来人体透视，在用于治疗肿瘤时要严格控制剂量，B错误，D正确；DNA变异并不一定都是有益的，C错误．‎ 答案：D ‎6．(多选)关于放射性同位素的应用，下列符合事实的是(　　)‎ A．利用射线照射种子，可以使种子DNA发生突变，培养新的品种 B．用放射性元素制成肥料，被庄稼吸收后，利用探测器可探知肥料在庄稼内的存留情况 C．利用放射线可以杀死人体内的癌细胞，正常细胞不受影响 D．使大分子生物吸收放射性物质后，可了解生物的分子结构，研究其功能 解析：利用放射线杀死人体内的癌细胞时，正常细胞也受影响，只不过癌细胞在射线照射下破坏得比健康细胞快，C错误，其他均正确．‎ 答案：ABD ‎7．(多选)据报道，我国自己研制的旋式γ刀性能更好，即将进入各大医院为患者服务。γ刀治疗脑肿瘤主要是利用 (　　)‎ A．γ射线具有很强的穿透能力 B．γ射线具有很强的电离作用 C．γ射线具有很高的能量 D．γ射线能很容易绕过阻碍物到达目的地 解析：γ刀就是γ射线，γ射线的特点是穿透能力强，γ射线波长短，光子的能量高，杀伤力强，应用γ刀治疗脑肿瘤就是利用其穿透能力强和杀伤力强．‎ 答案：AC ‎8．(多选)联合国环境公署对科索沃地区的调查表明，北约对南联盟进行的轰炸中使用的贫铀炸弹的残留物长期危害环境，对当地居民的健康也产生了严重的影响，下列关于核辐射的说法正确的是(　　)‎ A．贫铀炸弹的残留物存在放射性，且半衰期很长，对环境产生长期危害 B．贫铀炸弹的残留物不会对人体产生危害，但对环境产生了长期危害 C．过量的射线对人体组织具有破坏性 D．受到射线伤害后，人能立即感觉到射线对人体的破坏 解析：贫铀炸弹的残留物对人体和环境都会产生长期危害，A正确、B错误；过量射线对人体造成的伤害有时不会马上感觉到，C正确、D错误．‎ 答案：AC ‎9．[山东高考](多选)‎14C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 B．‎12C、‎13C、‎14C具有相同的中子数 C．‎14C衰变为14N的过程中放出β射线 - 9 -‎ D．增加样品测量环境的压强将加速‎14C的衰变 解析：由古木中的‎14C是现代植物中的二分之一知，‎14C经过了一个半衰期，距今5 700年，选项A正确；C的同位素质子数相同，中子数不同，选项B错误；‎14C衰变成14N是β衰变，选项C正确；放射性元素的半衰期由元素本身性质决定，外部因素不能改变半衰期，因此改变环境的压强不会改变‎14C的半衰期，选项D错误．‎ 答案：AC ‎10．[2019·江西检测]我国科学家在1965年9月首先用人工方法合成了牛胰岛素，为了验证人工合成的牛胰岛素与天然的是否为同一物质，在人工合成牛胰岛素的过程中掺了放射性元素C，然后将人工合成的牛胰岛素与天然的牛胰岛素混合得到了C分布均匀的结晶物，从而证明了两者都是同一物质，为我国在国际上首先合成具有生物活性的牛胰岛素提供了有力证据．在人工合成过程中掺入放射性C的用途是(　　)‎ A．催化剂　　　　　　B．媒介质 C．组成元素 D．示踪原子 解析：用放射性同位素代替非放射性的同位素来制成各种化合物，用仪器可以探测出“放射性标记”，即用放射性同位素作为示踪原子。本题正确选项为D.‎ 答案：D ‎11．[2019·陕西质检](多选)一个质子以1.0×‎107 m/s的速度撞一个静止的铝原子核后被俘获，铝原子核变成硅原子核．已知铝原子核的质量是质子的27倍，硅原子核的质量是质子的28倍，则下列判断正确的是(　　)‎ A．核反应方程为Al＋H→Si B．核反应方程为Al＋n→Si C．硅原子核速度的数量级为‎107 m/s，方向跟质子的初速度方向一致 D．硅原子核速度的数量级为‎105 m/s，方向跟质子的初速度方向一致 解析：由核反应中电荷数和质量数守恒可知A选项正确，B选项错误；由动量守恒定律求得硅原子核速度的数量级为‎105 m/s.故C选项错误，D选项正确．‎ 答案：AD 能力达标 ‎12.(多选)三个原子核X、Y、Z，X核放出一个正电子后变为Y核，Y核与质子发生核反应后生成Z核并放出一个氦核(He)．则下面说法正确的是(　　)‎ A．X核比Z核多一个质子 B．X核比Z核少一个中子 C．X核的质量数比Z核质量数大3‎ D．X核与Z核的总电荷数是Y核电荷数的2倍 解析：设X原子核的质量数为A、电荷数为B.由质量数守恒和电荷数守恒可得X→e＋Y，Y＋H→He＋Z.可见X比Z的质子数多两个，A错误；X比Z的中子数多一个，B错误；X比Z的质量数大3，C正确；X与Z的总电荷为(2B－2)，显然是Y的电荷数(B－1)的2倍，D正确．‎ 答案：CD ‎13．完成下列各核反应方程，并指出哪个核反应是首次发现质子、中子和正电子的．‎ ‎(1)B＋He→N＋(　　)‎ ‎(2)Be＋(　　)→C＋n ‎(3)Al＋(　　)→Mg＋H ‎(4)N＋He→O＋(　　)‎ ‎(5)Na＋(　　)→Na＋H ‎(6)Al＋He→n＋(　　)；P→Si＋(　　)‎ 解析：核反应方程中质量数和电荷数守恒．‎ ‎(1)B＋He→N＋n ‎(2)Be＋He→C＋n 此核反应使查德威克首次发现了中子 - 9 -‎ ‎(3)Al＋n→Mg＋H ‎(4)N＋He→O＋H 此核反应使卢瑟福首次发现了质子 ‎(5)Na＋H→Na＋H ‎(6)Al＋He→n＋P P→Si＋e(正电子)‎ 此核反应使约里奥—居里夫妇首次观察到正电子的存在．‎ 答案：见解析 ‎14．用人工方法得到放射性同位素，这是一个很重要的发现，天然放射性同位素只不过40几种，而今天人工制造的放射性同位素已达1 000多种．放射性同位素在工业、农业、医疗卫生和科学研究的许多方面都得到了广泛的应用．‎ ‎(1)带电的验电器在放射线照射下电荷会很快消失，其原因是(　　)‎ A．射线的贯穿作用 B．射线的电离作用 C．射线的物理、化学作用 D．以上三个选项都不是 ‎(2)如图是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图，如果工厂生产的是厚度为‎1 mm的铝板，在α、β、γ三种射线中，你认为对铝板的厚度起主要作用的是________射线．‎ 解析：(1)因放射线的电离作用，空气中与验电器所带电荷电性相反的离子与之中和，所以使验电器所带电荷消失．‎ ‎(2)α射线穿透物质的本领弱，不能穿透厚度为‎1 mm的铝板，因而探测器不能探到，γ射线穿透本领最强，穿透厚度为‎1 mm的铝板和几毫米的铝板打在探测器上很难分辨，β射线也能穿透厚度为几毫米厚的铝板，但厚度不同，穿透后β射线中的电子运动状态不同，探测器容易分辨．‎ 答案：(1)B　(2)β - 9 -‎