人教版物理高三选修3-5第十九章第四节放射性的应用与防护同步训练

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人教版物理高三选修3-5第十九章
第四节放射性的应用与防护同步训练
一．选择题
1．下列说法中正确的是（）
A．γ射线是原子受激发后向低能级跃迁时放出的
B．在稳定的重原子核中，质子数比中子数多
C．核反应过程中如果核子的平均质量减小，则要吸收核能
D．诊断甲状腺疾病时，注入的放射性同位素碘131作为示踪原子
答案：D
解析：解答：A、γ射线是一般伴随着α或β射线产生的电磁波，具有一定的能量，原子核受激发后向低能级跃迁时放出的．故A错误；
B、在稳定的重原子核中，质子数比中子数少．故B错误；
C、核反应过程中如果核子的平均质量减小，说明核反应的过程中由质量亏损，属于要释放核能．故C错误；
D、给怀疑患有甲状腺的病人注射碘131，诊断甲状腺的器质性和功能性疾病，是将碘131作为示踪原子，故D正确．
故选：D
分析：γ射线一般伴随着α或β射线产生，γ射线是电磁波；根据核反应的过程中质量的变化判定是释放能量，还是吸收能量；γ射线的穿透能力最强；放射性同位素碘131能做示踪原子．
2．放射性同位素发出的射线在科研、医疗、生产等诸多方面得到了广泛的应用，下列有关放射线应用的说法中正确的有（）
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危害
答案：D
解析：解答：A、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，将静电放出，故A错误；
B、利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤，γ射线对人体细胞伤害太大，因此不能用来人体透视，故B错误；
C、DNA变异并不一定都是有益的，也有时发生变害的一面，故C错误；
D、γ射线对人体细胞伤害太大，在用于治疗肿瘤时要严格控制剂量，故D正确；
故选：D．
分析：α射线使空气分子电离成导体，将静电放出；变异并不一定都是有益的；γ射线对人体细胞伤害大．
3．如图是核反应堆的示意图，对于核反应堆的认识，下列说法正确的是（）
A．铀棒是核燃料，核心物质是铀238
B．石墨起到吸收中子的作用
C．镉棒起到使中子减速的作用
D．水泥防护层的作用是为了阻隔γ射线，避免放射性危害
答案：D
解析：解答：A、核反应堆采用的核燃料为铀235；故A错误；
B、石墨的作用是使中子减速；故B错误；
C、镉棒的作用是吸收中子；故C错误；
D、水泥防护层的作用是为了阻隔γ射线，避免放射性危害；故D正确；
故选：D．
分析：根据图可知核电站的工作模式；再结合所学知识明确各部分的作用．
4．与原子核内部变化有关的现象是（）
A．α粒子散射现象 B．光电效应现象
C．电离现象 D．天然放射现象
答案：D
解析：解答：A、α粒子散射实验表明了原子内部有一个很小的核，并没有涉及到核内部的变化．故A错误．
B、光电效应是原子核外层电子脱离原子核的束缚而逸出，没有涉及到原子核的变化，故B错误．
C、电离现象是电子脱离原子核的束缚，不涉及原子核内部变化．故C错误．
D、天然放射现象是原子核内部自发的放射出α粒子或电子的现象，反应的过程中核内核子数，质子数，中子数发生变化，涉及到原子核内部的变化．故D正确．
故选：D．
分析：电离现象是电子脱离原子核的束缚．光电效应是原子核外层电子脱离原子核的束缚而逸出；天然放射现象是原子核内部自发的放射出α粒子或电子的现象；α粒子散射现象是用α粒子打到金箔上，受到原子核的库伦斥力而发生偏折的现象；
5．下列关于电磁污染的说法，不正确的是（）
A．电磁污染主要是指电磁辐射
B．电磁辐射会干扰其他仪器的正常工作
C．电磁辐射对人体和动物都有危害
D．频率越高的电磁波，电磁辐射的危害就越小
答案：D
解析：解答：A、电磁污染主要是指各种电磁辐射；如手机、雷达等；故A正确；
B、电磁辐射会干扰其他仪器并能人和动物造成伤害；故BC正确；
D、频率越高的电磁波，电磁辐射的危害就越大；故D错误；
本题选错误的；故选：D．
分析：各种电器在工作中均会造成电磁辐射，从而对环境造成污染！频率越高，电磁辐射远严重．
6．图为查德威克实验示意图，由天然放射性元素钋（Po）放出的A射线轰击铍时会产生粒子流A，用粒子流A轰击石蜡时会打出粒子流B，经研究知道（）
A．A为中子，B为质子 B．A为质子，B为中子
C．A为γ射线，B为中子 D．A为中子，B为γ射线
答案：A
解析：解答：用放射源钋的α射线轰击铍时，能发射出一种穿透力极强的中性射线，这就是所谓铍“辐射”，即中子流，中子轰击石蜡，将氢中的质子打出，即形成质子流．所以A为中子，B为质子，所以A正确．
故选A
分析：天然放射性元素钋（Po）放出的α射线轰击铍时会产生高速中子流，轰击石蜡时会打出质子．
7．首先发现原子核内部有复杂结构的实验是（）
A．原子光谱 B．光电效应
C．α粒子散射现象 D．天然放射现象
答案：D
解析：解答：A、原子发光为波尔理论的提出打下基础，故A错误；
B、光电效应实验是光具有粒子性的有力证据，故B错误；
C、α粒子散射实验是卢瑟福提出原子核式结构的实验基础，故C错误；
D、人们认识到原子核具有复杂结构是从天然放射现象开始的，故D正确．
故选：D
分析：本题比较简单，只要理解近代物理中几个重要试验以及对应的实验结论即可解答．
8．某元素的原子核可以俘获自身核外的一个K电子而转变成新元素，这种现象称为K俘获，在K俘获的过程中，原子核将会以光子的形式放出K电子的结合能．关于K俘获的过程，下列说法中正确的是（）
A．原子序数不变 B．原子序数减小
C．原子总质量不变 D．原子总质量减小
答案：B
解析：解答：原子核内没有电子．俘获K电子的过程是一个质子与电子结合转变成一个中子的过程，由于质子数减少一个，所以原子序数减少l；
根据爱因斯坦的质能方程E=mc2知，伴随能量的释放，剩下的中子质量变大，故原子总质量增大．故B正确，ACD错误；
故选：B．
分析：根据题意可知核变过程，从而明确得出原子序数的变化；再由爱因斯坦的质能方程可得出质量的变化．
9．同位素是指（）
A．核子数相同而质子数不同的原子
B．核子数相同而中子数不同的原子
C．质子数相同而核子数不同的原子
D．中子数相同而核子数不同的原子
答案：C
解析：解答：同位素是质子数相同，而中子数或核子数不同的原子，故C正确，ABD错误；
故选：C．
分析：根据质子数相同，而中子数或核子数不同的原子互为同位素来分析解答．
10．下列应用中把放射性同位素不作为示踪原子的是（）
A．利用含有放射性碘131的油，检测地下输油管的漏油情况
B．把含有放射性元素的肥料施给农作物，利用探测器的测量，找出合理的施肥规律
C．利用射线探伤法检查金属中的砂眼和裂纹
D．给怀疑患有甲状腺的病人注射碘131，诊断甲状腺的器质性和功能性疾病
答案：C
解析：解答：A、利用含有放射性碘131的油，检测地下输油管的漏油情况，是利用碘131的放射性，即将碘131作为示踪原子，故A正确；
B、把含有放射性元素的肥料施给农作物，利用探测器的测量，找出合理的施肥规律，是示踪原子的运用，故B正确；
C、利用射线探伤法检查金属中的砂眼和裂纹，是利用γ射线穿透能力强，不是示踪原子的运用，故C错误；
D、给怀疑患有甲状腺的病人注射碘131，诊断甲状腺的器质性和功能性疾病，是将碘131作为示踪原子，故D正确；
故选：C．
分析：放射性同位素碘131能做示踪原子；γ射线穿透能力强，通常会用于工业探伤．
11．一群处于基态的氢原子吸收了波长为λ1的电磁波后，会释放出多种波长的电磁波，其中有一种电磁波的波长为λ2，则下列说法正确的是（）
A．λ1一定不小于λ2 B．λ1一定不大于λ2
C．λ1一定不会等于λ2 D．λ1一定等于λ2
答案：B
解析：解答：一群处于基态的氢原子吸收了能量为E1的光子后，处于激发态．
Em﹣EN=E1
氢原子处于激发态不稳定，会向基态发生跃迁．其中有一种光子的能量为E2，
所以E2≤E1．
根据E=，可知，能量与波长成反比，则λ1一定不大于λ2，故B正确，ACD错误；
故选：B．
分析：能级间发生跃迁时吸收或辐射的光子能量等于两能级间的能级差，氢原子处于激发态不稳定，会向基态发生跃迁．
12．关于天然放射现象，下列说法正确的是（）
A．放射性元素的原子核内的核子有半数发生变化所需的时间就是半衰期
B．氡半衰期为3.8天，若取40个氡原子核，经7.6天后就一定剩下10个氡原子核了
C．当放射性元素的原子的核外电子具有较高能量时，将发生β衰变
D．放射性的原子核发生衰变后产生的新核从高能级向低能级跃迁时，辐射出γ射线
答案：D
解析：解答：A、放射性元素的半衰期是有一半该元素的原子核发生衰变所用的时间．放射性元素的原子核内的核子并不都要发生变化，故A错误．
B、半衰期适用于大量原子核．故B错误．
C、在放射性元素的原子核中，2个中子和2个质子结合得比较紧密，有时会作为一个整体从较大的原子核中抛射出来，这就是放射性元素发生的衰变现象，原子核里虽然没有电子，但是核内的中子可以转化成质子和电子，产生的电子从核内发射出来，这就是β衰变．故C错误．
D、放射性的原子核在发生α衰变和β衰变后产生的新核往往处于高能级，这时它要向低能级跃迁，辐射γ光子，即射线，故D正确．
故选：D．
分析：解答本题需掌握：半衰期是放射性元素的原子有一半发生衰变的时间，且适用于大量核子数；β衰变产生的电子不是核外电子跑出来的，而是核内的中子转化成质子和电子产生的．
13． 2011年3月11日，日本大地震引发了福岛核电站核泄漏事故，下列关于核电站的说法正确的是（）
A．核电站利用核聚变反应时释放的能量进行发电
B．核电站利用海洋的潮汐能发电
C．核能是可再生能源
D．核泄漏释放的放射性物质发出的射线对人体是有危害的
答案：D
解析：解答：目前核电站均采用重核裂变进行进行的，故AB错误；
核能是利用重核裂变进行的，是不可再生资源，故C错误；
长时间接受核辐射会使正常细胞发生癌变，故D正确．
故选D．
分析：正确解答本题要了解核能的应用以及放射性的污染和防护，同时了解裂变和聚变的区别．
14．日本东部海域9.0级大地震所引发的福岛核电站泄漏事故，让全世界都陷入了恐慌．下面有关核辐射的相关知识，说法正确的是（）
A．核泄漏中放射性物质都是天然放射性元素
B．放射性辐射对人类都是有害的
C．可以通过改变放射性物质的外部环境来改变放射性衰变的快慢
D．αβγ三种射线中只有γ射线是不带电的
答案：D
解析：解答：A、核泄漏中放射性物质有的是人工合成的放射性同位素，并非都是天然放射性元素，故A错误；
B、合理应用放射性辐射可以造福人类，如示踪原子、人工育种等，并非都是有害的，故B错误；
C、放射性衰变的快慢即半衰期是由元素本身决定的，与外部环境无关，故C错误；
D、α射线带正电，β带负电，γ是高频电磁波不带电，故D正确．
故选D．
分析：正确解答本题需要掌握：放射性的应用和防护；正确理解半衰期的含义；α、β、γ三种射线性质和应用．
15．图为α粒子穿过充满氮气的云室时拍摄的照片，在许多α粒子的径迹中有一条发生了分叉，分叉后有一条细而长的径迹和一条粗而短的径迹，则（）
A．细而长的径迹是α粒子 B．细而长的径迹是氧核
C．粗而短的径迹是氧核 D．粗而短的径迹是质子
答案：C
解析：解答：根据电荷数守恒质量数守恒，α粒子与氮核发生核反应，产生氧核和质子，则粗而短的是氧核的径迹，细而长的是质子的径迹．故C正确．
故选C
分析：α粒子穿过充满氮气的云室，与氮核发生核反应，产生氧核和质子．
二．填空题
16．卢瑟福用α粒子轰击氮核发现了质子，其核反应方程为 ．查德威克用α粒子轰击铍核，打出了一种粒子流，其核反应方程为 ．
答案：147N+42He→178O+11H|94Be+42He→126C+10N
解析：解答：在核反应中应保证质量数守恒与电荷守恒，并且注意核反应为单向反应，应用箭头表示反应方向；
用α粒子轰击氮核发现了质子，其核反应方程为：147N+42He→178O+11H
用α粒子轰击铍核，其核反应方程为：94Be+42He→126C+10N
故答案为：147N+42He→178O+11H，94Be+42He→126C+10N
分析：卢瑟福用α粒子轰击氮核从而发现了质子，产生了质子和氧17，查德威克用α粒子轰击铍原子，生成了中子和126C．根据质量数守恒和电荷数守恒配平，书写核反应方程．
17．某人工核反应如下：P+1327AL→X+N式中P代表质子，N代表中子，X代表核反应产生的新核．由反应式可知，新核X的质子数为 ，中子数为 ．
答案：14|13
解析：解答：质子的电荷数为1，质量数为1，中子的电荷数为0，质量数为1．根据电荷数守恒、质量数守恒，X的质子数为1+13﹣0=14，质量数为1+27﹣1=27．因为质量数等于质子数和中子数之和，则新核的中子数为27﹣14=13．
故答案为：14，13．
分析：在核反应中，应根据电荷数守恒、质量数守恒，得出新核的质子数和中子数．
18． 1919年卢瑟福通过如图所示的实验装置，第一次完成了原子核的人工转变，并由此发现 ．图中A为放射源发出的 粒子，B为 气．
答案：质子|α|氮
解析：解答：卢瑟福第一次用α粒子轰击氮核完成了原子核的人工转变并发现了质子，因此图中的A为放射源发出的α粒子，B为氮气．
故答案为：质子，α，氮．
分析：要了解卢瑟福发现质子并实现原子核人工转变核反应方程以及实验装置中各部分的作用，注意书写核反应方程的原则是质量数和电荷数守恒．
19．若用X代表一个中性原子中核外的电子数，y代表此原子的原子核内的质子数，z代表原子的原子核内的中子数，则对的原子来说X= 、y= 、z= ．
答案：90|90|144
解析：解答：左上角的数为原子的质量数，即234，左下角数值为质子数，即y=90，所以电子数也是X=90，中子数：z=m﹣y=234﹣90=144
故答案为：90，90，144
分析：根据中性原子的质子数=核外电子数，质量数=质子数+中子数来分析，注意核素的表示方法以及其意义．
20．用γ光子轰击氘核，使之产生中子和质子，已知氘核的质量为2.0135u，质子质量为1.0072u，中子的质量为1.0086u，1u=1.6605×10﹣27kg，普朗克常量H=6.63X10﹣34J s，则γ光子的波长应为 m．
答案：5.8×10﹣13
分析：根据核反应方程，确定质量亏损，结合质能方程E=mC2与E=，即可求解．
解析：解答：由题意可知，质量亏损△m=（1.0072+1.0086﹣2.0135）u；
根据质能方程可知，释放的能量E=△mC2=（1.0072+1.0086﹣2.0135）×1.6605×10﹣27×（3×108）2=3.44×10﹣13J
而E=，可得m=5.8×10﹣13m．
故答案为：5.8×10﹣13．
三．解答题
21． 1934年，法国科学家约里奥﹣居里夫妇用α粒子轰击铝（1327Al），产生出中子和磷的放射性同位素，因首次获得人工放射性物质而得到1935年的诺贝尔化学奖．请写出该核反应的方程式
答案：解答：根据核反应方程中电荷数的质量数守恒有
故答案为：
解析：解答：根据核反应方程中电荷数的质量数守恒有
故答案为：
分析：能根据电荷数守恒和质量数守恒求出放出粒子为中子，质量数为1，电荷数为0．
22． 1919年卢瑟福通过如图所示的实验装置，第一次完成了原子核的人工转变，并由此发现什么？图中A为放射源发出的什么粒子？B为什么气？完成该实验的下列核反应方程？
答案：解答：卢瑟福第一次用α粒子轰击氮核完成了原子核的人工转变并发现了质子，因此图中的A为放射源发出的α粒子，B为氮气，该核反应方程为：24He+714N→817O+11H．
故答案为：质子，α，氮，24He+714N→817O+11H．
解析：解答：卢瑟福第一次用α粒子轰击氮核完成了原子核的人工转变并发现了质子，因此图中的A为放射源发出的α粒子，B为氮气，该核反应方程为：24He+714N→817O+11H．
故答案为：质子，α，氮，24He+714N→817O+11H．
分析：要了解卢瑟福发现质子并实现原子核人工转变核反应方程以及实验装置中各部分的作用，注意书写核反应方程的原则是质量数和电荷数守恒．
23． 1930年发现，科学家在真空条件下用α粒子轰击时，产生了一种看不见的、贯穿力很强的不带电粒子，为了弄清楚这是一种什么粒子，人们用它分别去轰击氢原子和氮原子，结果打出一些氢核和氮核，并以此推算出了该粒子的质量，从而确定改粒子为中子．设氢核的质量为mH，氮核的质量为氢核质量的14倍，碰撞后氢核的速度为vH，氮核的速度为vN，假设中子与它们的碰撞为弹性弹性碰撞，碰撞的粒子分别为中子和氢核及中子和氮核．
（1）试写出α粒子轰击的核反应方程；
答案：根据电荷数守恒、质量数守恒得：
（2）试根据中子与氢原子和氮原子的碰撞结果，利用题中的可测量量，推算出中子的质量．
答案：查德威克认为氢核、氮核与中性粒子之间的碰撞是弹性正碰；设中性粒子质量为m，速度为v0，氢核的质量为mH，最大速度为vH，并认为氢核在打出前为静止的，那么根据动量守恒和能量守恒可知：
mv0=mv+mHvH…①
…②
其中v是碰撞后中性粒子的速度，由此可得：
vH=…③
同理，mv0=mv+mNvN
mv02=mv2+mNvN2
可得出中性粒子与氮原子核碰撞后打出的氮核的速度vN=…④
因为mN=14mH，由方程③④可得…⑤
将速度的最大值代入方程⑤，解得：m=1.05mH…⑥
解析：解答：（1）根据电荷数守恒、质量数守恒得：（2）查德威克认为氢核、氮核与中性粒子之间的碰撞是弹性正碰；设中性粒子质量为m，速度为v0，氢核的质量为mH，最大速度为vH，并认为氢核在打出前为静止的，那么根据动量守恒和能量守恒可知：
mv0=mv+mHvH…①
…②
其中v是碰撞后中性粒子的速度，由此可得：
vH=…③
同理，mv0=mv+mNvN
mv02=mv2+mNvN2
可得出中性粒子与氮原子核碰撞后打出的氮核的速度vN=…④
因为mN=14mH，由方程③④可得…⑤
将速度的最大值代入方程⑤，解得：m=1.05mH…⑥
答：（1）；（2）中性粒子（中子）的质量m与氢核的质量mH的关系是m=1.05mH．
分析：（1）根据质量数守恒和电荷数守恒配平，书写核反应方程．（2）根据查德威克的理论：氢核、氮核与中性粒子之间的碰撞是弹性正碰，遵守动量守恒和能量守恒，由两大守恒定律列式得到氢核的最大速度vH与初速度v0的关系式；用同样的方法得到中性粒子与氮原子核碰撞后打出的氮核的速度vN表达式，即可得到两个之比，从而求中性粒子（中子）的质量m与氢核的质量mH的关系．
24．如图所示为卢瑟福在实验室里第一次成功在实现了原子核人工转变的实验装置示意图，M是显微镜，S是荧光屏，F是铝箔．氮气从阀门T充入，A是放射源．
（1）完成该人工核转变的方程式
答案：卢瑟福通过用α粒子轰击氮核发现了质子，根据质量数和电荷数守恒可以判断核反应方程为：
He+N→O+H
（2）（单选题）在观察由新粒子引起的闪烁之前需进行必要的调整的是（ ）
A、充入氮气后，调整铝箔厚度，使S上有α粒子引起的闪烁
B、充入氮气后，调整铝箔厚度，使S上见不到新粒子引起的闪烁
C、充入氮气前，调整铝箔厚度，使S上能见到新粒子引起的闪烁
D、充入氮气前，调整铝箔厚度，使S上见不到α粒子引起的闪烁
答案：D
（3）（单选题）在容器充入氮气后，屏S上出现闪光，该闪光是（ ）．
A、α粒子射到屏上产生的
B、α粒子从F处打出的新粒子射到屏上产生的
C、α粒子击中氮核后产生的新粒子射到屏上产生的
D、放射性物质的γ射线射到屏上产生的．
答案：C
解析：解答：（1）卢瑟福通过用α粒子轰击氮核发现了质子，根据质量数和电荷数守恒可以判断核反应方程为：
He+N→O+H（2）A、B、充入氮气后，α粒子轰击氮核产生质子，质子穿过银箔，引起荧光屏S的闪烁，故A错误，B错误；
C、D、装置中A为放射源，放出的为α粒子，由于F处装的银箔刚好能阻止α粒子穿过，因此没有充入氮气之前无质子产生，不可能在S上见到质子引起的闪烁，故C正确，D错误；
故选D．（3）充入氮气后，α粒子轰击氮核产生质子，质子穿过银箔，引起荧光屏S的闪烁，故选C．
故答案为：（1）He+N→O+H；（2）D，（3）C．
分析：（1）根据质量数和电荷数守恒判断核反应方程；（2）F处装的银箔刚好能阻止α粒子穿过，而不能阻止其它粒子如质子穿过；（3）充入氮气后，α粒子轰击氮核产生质子，质子穿过银箔，引起荧光屏S的闪烁．
25． 1919年卢瑟福通过如图所示的实验装置，第一次完成了原子核的人工转变，并由此发现什么？图中银箔的作用是 完成该实验的下列核反应方程
答案：解答：卢瑟福第一次完成了原子核的人工转变并发现了质子，实验装置中银箔的作用是刚好阻挡α粒子打到荧光屏，但是不能阻挡其它粒子的穿过，这样可判断是否有新的粒子产生，根据质量数和电荷数守恒可知产生的新粒子除817O还有质子即11H，．
故答案为：质子；刚好阻挡α粒子打到荧光屏，不能阻挡其它粒子的穿过，11H．
解析：解答：卢瑟福第一次完成了原子核的人工转变并发现了质子，实验装置中银箔的作用是刚好阻挡α粒子打到荧光屏，但是不能阻挡其它粒子的穿过，这样可判断是否有新的粒子产生，根据质量数和电荷数守恒可知产生的新粒子除817O还有质子即11H，．
故答案为：质子；刚好阻挡α粒子打到荧光屏，不能阻挡其它粒子的穿过，11H．
分析：要了解卢瑟福发现质子过程和实验装置，注意书写核反应方程的原则是质量数和电荷数守恒．
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