高中物理 第19章 原子核 3 探測射線的方法 4 放射性的應用與防護學業(yè)分層測評 新人教選修3-5

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3 探測射線的方法 4 放射性的應用與防護 (建議用時：45分鐘) [學業(yè)達標] 1．關于放射性的應用，下列說法正確的是(　　) A．利用α射線使空氣電離，把靜電荷導走 B．利用β射線照射植物的種子，使產(chǎn)量顯著增加 C．利用γ射線來治療肺癌、食道癌等疾病 D．利用放射性同位素跟它的非放射性同位素的化學性質(zhì)相同，作為示蹤原子 E．利用β射線進行金屬探傷 【解析】　α射線的電離作用很強，應利用α射線的電離作用，A對；γ射線對生物具有物理化學作用，照射種子可使基因變異，可用于放射性治療，β射線不具有生物作用，B錯，C對；同位素的核外電子數(shù)相同，化學性質(zhì)相同，放射性同位素帶有“放射性標記”，可用探測器探測，D對；利用γ射線進行金屬探傷，E錯． 【答案】　ACD 2．用高能Kr(氪)離子轟擊82Pb(鉛)，釋放出一個中子后，生成了一個新核，關于新核的推斷正確的是(　　) A．其質(zhì)子數(shù)為118　　　 B．其質(zhì)量數(shù)為293 C．其原子序數(shù)為118 D．其中子數(shù)為90 E．其質(zhì)子數(shù)為122 【解析】　核反應方程為82Pb＋Kr―→n＋X，新核質(zhì)量數(shù)為293，質(zhì)子數(shù)為118，中子數(shù)為293－118＝175.故正確選項為ABC. 【答案】　ABC 3．用α粒子照射充氮的云室，攝得如圖1831所示的照片，下列說法中正確的是(　　) 圖1831 A．A是α粒子的徑跡 B．B是α粒子的徑跡 C．C是α粒子的徑跡 D．A是新核的徑跡 E．C是質(zhì)子的徑跡 【解析】　α粒子轟擊氮的核反應方程為He＋N→O＋H，入射的是α粒子．所以B是α粒子產(chǎn)生的徑跡，質(zhì)量大、電離作用強的新核O，徑跡粗而短，故A是新核徑跡．質(zhì)子電離作用弱一些，貫穿作用強，所以細而長的徑跡是質(zhì)子的徑跡．所以正確選項為B、D、E. 【答案】　BDE 4．有關放射性同位素P的下列說法，正確的是(　　) A.P與X互為同位素 B.P與其同位素有相同的化學性質(zhì) C．用P制成化合物后它的半衰期變長 D．含有P的磷肥釋放正電子，可用作示蹤原子，觀察磷肥對植物的影響 E.P的半衰期與所處的狀態(tài)無關 【解析】　同位素應具有相同的質(zhì)子數(shù)，故A錯；同位素具有相同的化學性質(zhì)，B對；元素的半衰期與其所處的狀態(tài)無關，C錯E對；放射性同位素可作為示蹤原子，故D對． 【答案】　BDE 5．醫(yī)學界通過14C標記的C60發(fā)現(xiàn)一種C60的羧酸衍生物，在特定條件下可以通過斷裂DNA抑制艾滋病病毒的繁殖，則14C的用途是________． 【解析】　用14C標記C60來查明元素的行蹤，發(fā)現(xiàn)可以通過斷裂DNA抑制艾滋病病毒的繁殖，因此14C的作用是做示蹤原子． 【答案】　示蹤原子 6．放射性在技術上有很多應用，不同的放射源可用于不同目的．下表列出了一些放射性元素的半衰期和可供利用的射線． 元素 射線 半衰期 釙210 α 138天 氡222 β 3.8天 鍶90 β 28年 鈾238 α、β、γ 4.5109年 某塑料公司生產(chǎn)聚乙烯薄膜，方法是讓厚的聚乙烯膜通過軋輥把聚乙烯膜軋薄，利用適當?shù)姆派渚€來測定通過軋輥后的薄膜厚度是否均勻．可利用的元素是________． 【解析】　要測定聚乙烯薄膜的厚度，則要求射線可以穿透薄膜，因此α射線不合適；另外，射線穿透作用還要受薄膜厚度影響，γ射線穿透作用最強，薄膜厚度不會影響γ射線穿透，所以只能選用β射線，而氡222半衰期太小，鈾238半衰期太長，所以只有鍶90較合適． 【答案】　鍶90 7．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P，放出一個正電子后變成原子核Si，畫出反映正電子和Si核的軌跡示意圖． 【解析】　把放出的正電子和衰變生成物Si核看成一個系統(tǒng)，衰變過程中系統(tǒng)的動量守恒，放出的正電子的運動方向跟Si核運動方向一定相反．由于它們都帶正電荷，在洛倫茲力作用下一定形成兩個外切圓的軌道．因為有洛倫茲力作為向心力，即qvB＝m.所以做勻速圓周運動的半徑為r＝.衰變時，放出的正電子與反沖核Si的動量大小相等，因此在同一個磁場中做圓周運動的半徑與它們的電荷量成反比，即＝＝.可見正電子運動的圓半徑較大．故其示意圖應為. 【答案】　見解析圖 8．用人工方法得到放射性同位素，這是一個很重要的發(fā)現(xiàn)，天然放射性同位素只不過40幾種，而今天人工制造的同位素已達1 000多種，每種元素都有放射性同位素，放射性同位素在農(nóng)業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生、科研等許多方面得到廣泛應用． (1)帶電的驗電器在放射線照射下電荷會很快消失，其原因是________． A．射線的貫穿作用 B．射線的電離作用 C．射線的物理、化學作用 D．以上三個選項都不是 (2)如圖1941是工廠利用放射線自動控制鋁板厚度的裝置示意圖，如工廠生產(chǎn)的是厚度1 mm鋁板，在α、β、γ三種射線中，你認為對鋁板的厚度起主要作用的是________射線． 圖1941 (3)在我國首先用人工方法合成牛胰島素時需要證明人工合成的牛胰島素結晶跟天然牛胰島素結晶是同一物質(zhì)，為此曾采用放射性同位素14C做________． 【解析】　(1)因放射性的電離作用，空氣中與驗電器所帶電荷電性相反的離子與之中和，所以使驗電器所帶電荷消失． (2)α射線穿透物質(zhì)的本領弱，不能穿透厚度1 mm的鋁板，因而探測器不能探到，γ射線穿透本領最強，穿透1 mm的鋁板和幾毫米厚鋁板打在探測器上很難分辨，β射線也能穿透幾毫米厚的鋁板，但厚度不同，穿透后β射線中的電子運動狀態(tài)不同，探測器容易分辨． (3)把摻入14C的人工合成牛胰島素與天然牛胰島素混合在一起，經(jīng)多次重新結晶后，得到了放射性14C分布均勻的牛胰島素結晶，這就證明了人工合成的牛胰島素與天然牛胰島素合為一體，它們是同一物質(zhì)，把這種放射性同位素的原子摻到其他物質(zhì)中去，讓它們一起運動遷移，再用放射性探測儀器進行追蹤，就可以知道放射性原子通過什么路徑，運動到哪里了，是怎樣分布的，從而可了解某些不容易查明的情況或規(guī)律，人們把這種用途的放射性同位素叫做示蹤原子． 【答案】　(1)B　(2)β　(3)示蹤原子 [能力提升] 9．一個質(zhì)子以1.0107 m/s的速度撞一個靜止的鋁原子核后被俘獲，鋁原子核變成硅原子核．已知鋁原子核的質(zhì)量是質(zhì)子的27倍，硅原子核的質(zhì)量是質(zhì)子的28倍，則下列說法正確的是(　　) A．核反應方程為Al＋H→Si B．核反應方程為Al＋n→Si C．質(zhì)子撞鋁原子核的過程動量守恒 D．硅原子核速度的數(shù)量級為107 m/s，方向跟質(zhì)子的初速度方向一致 E．硅原子核速度的數(shù)量級為105 m/s，方向跟質(zhì)子的初速度方向一致 【解析】　由核反應中電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒可知A選項正確，B選項錯誤；由動量守恒定律求得硅原子速度的數(shù)量級為105 m/s，即D選項錯誤，C、E選項正確． 【答案】　ACE 10．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210 α 138天 鍶90 β 28年 鈷60 γ 5年 镅241 β 433天 锝99 γ 6小時 氡 α 3.8天 根據(jù)上表請你分析判斷下面結論正確的是(　　) 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均勻 B．鈷60的半衰期為5年，若取4個鈷60原子核，經(jīng)10年后就一定剩下一個原子核 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不變 D．用锝99可以作示蹤原子，用來診斷人體內(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的元素的某些物質(zhì)，當這些物質(zhì)的一部分到達到檢查的器官時，可根據(jù)放射性同位素的射線情況分析器官正常與否 E．半衰期是一個統(tǒng)計概念，對大量的原子核的衰變才有意義 【解析】　因為α射線不能穿透薄膜，無法測量薄膜的厚度，所以A不正確；鈷60的半衰期為5年是指大量鈷60原子核因衰變而減少到它原來數(shù)目的一半所需要的時間，因此B錯誤C、E正確；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，D正確． 【答案】　CDE 11．中國科學院上海原子核研究所制得了一種新的鉑元素的同位素Pt.制取過程如下： (1)用質(zhì)子轟擊鈹靶Be產(chǎn)生快中子； (2)用快中子轟擊汞Hg，反應過程可能有兩種： ①生成Pt，放出氦原子核； ②生成Pt，放出質(zhì)子、中子； (3)生成的Pt發(fā)生兩次β衰變，變成穩(wěn)定的原子核汞Hg. 寫出上述核反應方程式. 【導學號：66390050】 【解析】　根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，算出新核的電荷和質(zhì)量數(shù)，然后寫出核反應方程． (1)Be＋H→B＋n. (2)①Hg＋n→Pt＋He； ②Hg＋n→Pt＋2H＋n. (3)Pt→Au＋e； Au→Hg＋e. 【答案】　見解析 12．1956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Co的衰變來驗證，其核反應方程是Co→Ni＋e＋e.其中e是反中微子，它的電荷量為零，靜止質(zhì)量可認為是零． (1)在上述衰變方程中，衰變產(chǎn)物Ni的質(zhì)量數(shù)A是________，核電荷數(shù)Z是________． (2)在衰變前Co核靜止，根據(jù)云室照片可以看出，衰變產(chǎn)物Ni和e的運動徑跡不在一條直線上，如果認為衰變產(chǎn)物只有Ni和e，那么衰變過程將違背________守恒定律． (3)Co是典型的γ放射源，可用于作物誘變育種．我國應用該方法培育出了許多農(nóng)作物新品種，如棉花高產(chǎn)品種“魯棉1號”，年種植面積曾達到3 000多萬畝，在我國自己培育的棉花品種中栽培面積最大．γ射線處理作物后主要引起________，從而產(chǎn)生可遺傳的變異. 【導學號：66390051】 【解析】　(1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒，核反應方程為：Co→Ni＋e＋e，由此得出兩空分別為60和28. (2)衰變過程遵循動量守恒定律．原來靜止的核動量為零，分裂成兩個粒子后，這兩個粒子的動量和應還是零，則兩粒子徑跡必在同一直線上．現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)Ni和e的運動徑跡不在同一直線上，如果認為衰變產(chǎn)物只有Ni和e，就一定會違背動量守恒定律． (3)用γ射線照射種子，會使種子的遺傳基因發(fā)生突變，從而培育出優(yōu)良品種． 【答案】　(1)60　28　(2)動量　(3)基因突變