粤教版高中物理选修3-5课时分层作业 14 放射性同位素 Word版含解析

课时分层作业(十四)
(时间：45分钟　分值：100分)
[基础达标练]
一、选择题(本题共6小题，每小题6分)
1．关于放射性同位素的应用，下列说法中正确的是(　　)
A．利用γ射线使空气电离，消除静电
B．利用α射线照射植物的种子，使产量显著增加
C．利用α射线来治疗肺癌、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学性质相同，可以作为示踪原子
D　[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；利用γ射线照射植物的种子，使产量显著增加，故B错误；利用γ射线来治疗肺癌、食道癌等疾病，故C错误；根据放射性同位素的应用可知，用放射性同位素参与化学反应可以起到示踪的作用，故D正确；]
2．铝箔被α粒子轰击后，发生的核反应方程为Al＋He→X＋n.方程中X的中子数为(　　)
A．15　　　　　　　　 B．16
C．30 D．31
A　[根据电荷数守恒、质量数守恒知，27＋4＝A＋1；13＋2＝Z，解得：A＝30，Z＝15；故说明核子数为30，而质子数为15，故中子数n＝30－15＝15；故A正确，B、C、D错误．]
3．某原子核有N个核子，其中中子n个，当该核俘获一个中子后，相继放出一个α粒子和β粒子，变成一个新核，该新核(　　)
A．核子数是(N－4)个
B．质量数是(N＋1)
C．有质子(N－n－2)个
D．有中子(n－2)个
D　[α衰变生成氦原子核，质子数减少2个，质量数减少4个，所以中子数减少2个；β衰变生成负电子，质子数增加1个，是因为一个中子转化成质子而释放出的电子，中子数减少1个，该核俘获1个中子后，放出1个α粒子，中子数减少2个，放出1个β粒子，中子数减少1个，所以这个新核有(n－2)个中子，原子核内有N个核子，该核俘获1个中子后，放出1个α粒子，质量数减少4个，放出1个β粒子，质量数不变，所以这个新核核子数是(N－3)，故A、B、C错误，D正确；]
4．(多选)有一种新型镍铜长效电池，它是采用半衰期长达100年的放射性同位素镍63(Ni)和铜两种金属作为长寿命电池的材料，利用镍63发生β衰变时释放电子给铜片，把镍63和铜片作电池两极，外接负载为负载提供电能．下面有关该电池的说法正确的是(　　)
A．镍63的衰变方程是Ni→Cu＋e
B．镍63的衰变方程是Ni→Cu＋e
C．外接负载时镍63的电势比铜片高
D．该电池内电流方向是从镍片到铜片
AC　[镍63的衰变方程为Ni→e＋Cu，选项A对，B错．电流方向为正电荷定向移动方向，在电池内部电流从铜片到镍片，镍片电势高，选项C对，D错．]
5．(多选)下列应用中把放射性同位素作为示踪原子的是(　　)
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
ABD　[根据放射性同位素的特征分析可知，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，将碘131作为示踪原子，A选项正确；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，B选项正确；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，C选项错误；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，D选项正确．]
6．关于天然放射现象，下列说法中正确的是(　　)
A．β衰变证明原子核里有电子
B．某原子核经过一次α衰变，核内中子数减少2个
C．放射性物质的温度升高，其半衰期将缩短
D．γ射线的电离作用很强，可用来消除有害静电
B　[β衰变时，原子核中的一个中子转化为一个质子和一个电子，释放出来的电子就是β粒子，β衰变不能证明电子是原子核的组成部分，故A错误．某放射性元素经过1次α衰变质量数减少4，核电荷数减少2，根据质量数守恒和电荷数守恒得知，中子数减少2，故B正确．半衰期是由原子核自身决定的，与温度无关，所以升高放射性物质的温度，不能缩短其半衰期，故C错误．γ射线的电离作用很弱，不能用来消除有害静电，故D错误．]
二、非选择题(14分)
7．一个静止在磁场中的放射性同位素原子核P，放出一个正电子后变成原子核Si，画出反映正电子和Si核的轨迹示意图．
[解析]　把放出的正电子和衰变生成物Si核看成一个系统，衰变过程中系统的动量守恒，放出的正电子的运动方向跟Si核运动方向一定相反．由于它们都带正电荷，在洛伦兹力作用下一定形成两个外切圆的轨道．因为有洛伦兹力作为向心力，即qvB＝m.所以做匀速圆周运动的半径为r＝.衰变时，放出的正电子与反冲核Si的动量大小相等，因此在同一个磁场中做圆周运动的半径与它们的电荷量成反比，即＝＝.可见正电子运动的圆半径较大．故其示意图应为.
[答案]　见解析图
[能力提升练]
一、选择题(本题共4小题，每小题6分)
1．1998年9月23日，铱卫星通讯系统在美国和欧洲正式投入商业运行．原计划的铱卫星系统是在距地球表面780 km的太空轨道上建立的一个由77颗小卫星组成的星座，这些小卫星均匀分布在覆盖全球的7条轨道上，每条轨道上有11颗卫星．由于这一方案的卫星排列与化学元素铱原子核外77个电子围绕原子核运动的图景类似，所以简称为铱星系统．自然界中有两种铱的同位素，质量数分别为191和193，则(　　)
A．这两种同位素的原子核内的中子数之比为191∶193
B．这两种同位素的原子核内的中子数之比为57∶58
C．这两种同位素的质子数之比为191∶193
D．这两种同位素的质子数之比为57∶58
B　[铱为77号元素，其质子数为77，则中子数为191－77＝114，193－77＝116，则中子数之比为114∶116＝57∶58，A错误，B正确；同位素质子数相同，C、D错误．]
2．(多选)2000年8月21日，俄罗斯“库尔斯克”号核潜艇在巴伦支海遇难，沉入深度约为100 m的海底．“库尔斯克”号核潜艇的沉没再次引起人们对核废料与环境问题的重视．几十年来人们向以巴伦支海海域倾倒了不少核废料，核废料对海洋环境有严重的污染作用．其原因是(　　)
A．铀、钚等核废料有放射性
B．铀、钚等核废料的半衰期很长
C．铀、钚等重金属有毒性
D．铀、钚等核废料会造成爆炸
ABC　[铀、钚等核废料有放射性，射线有危害，A选项正确；铀、钚等核废料的半衰期很长，短期内很难消失，B选项正确；铀、钚等是重金属，重金属都有毒性，C选项正确；铀、钚等核废料不会造成爆炸，D选项错误．]
3．(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，则下列说法正确的是(　　)
A．核反应方程为Al＋n→Si
B．质子撞铝原子核的过程动量守恒
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
BD　[由核反应中电荷数和质量数守恒可知A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，即C选项错误，B、D选项正确．]
4．某校学生在进行社会综合实践活动时，收集列出了一些放射性同位素的半衰期和可供利用的射线(见下表)，并总结出它们的几种用途．
同位素
放射线
半衰期
同位素
放射线
半衰期
同位素
放射线
半衰期
钋210
α
138天
锶90
β
28年
钴60
γ
5年
镅241
β
433天
锝99
γ
6小时
氡
α
3.8天
根据上表请你分析判断下面结论正确的是(　　)
A．塑料公司生产聚乙烯薄膜，方法是让较厚的聚乙烯膜通过轧辊后变薄，利用α射线来测定通过轧辊后的薄膜厚度是否均匀
B．钴60的半衰期为5年，若取4个钴60原子核，经10年后就一定剩下一个原子核
C．把放射性元素钋210掺杂到其他稳定元素中，放射性元素的半衰期发生变化
D．用锝99可以作示踪原子，用来诊断人体内的器官是否正常．方法是给被检查者注射或口服附有放射性同位素的元素的某些物质，当这些物质的一部分到达到检查的器官时，可根据放射性同位素的射线情况分析器官正常与否
D　[因为α射线不能穿透薄膜，无法测量薄膜的厚度，所以A不正确；钴60的半衰期为5年是指大量钴60原子核因衰变而减少到它原来数目的一半所需要的时间，因此B、C错误；检查时，要在人体外探测到体内辐射出来的射线，而又不能让放射性物质长期留在体内，所以应选取锝99作为放射源，D正确．]
二、非选择题(本题共2小题，共26分)
5．(13分)1934年，约里奥·居里夫妇在用α粒子轰击铝箔时，除了测到预料中的中子外，还观察到了正电子．正电子的质量跟电子的质量相同，跟电子的电性正好相反，带一个单位的正电荷，是电子的反粒子．更意外的是，拿走α粒子放射源以后，铝箔虽不再发射中子，但仍然继续发射正电子，而且这种放射性也有一定的半衰期．原来，铝箔被α粒子击中后发生了如下反应：Al＋He→P＋n.这里的P就是一种人工放射性同位素，正电子就是它衰变过程中放射出来的．
(1)写出放射性同位素P放出正电子的核衰变方程；
(2)放射性同位素P放出正电子的衰变称为正β衰变，我们知道原子核内只有中子和质子，那么正β衰变中的正电子从何而来？
[解析]　(1)正β衰变过程质量数、电荷数守恒，P放出正电子的核衰变方程为P→Si＋e，可见正β衰变后新核质量数不变，电荷数减1.
(2)原子核内只有质子和中子，没有电子，也没有正电子，正β衰变是原子核内的一个质子转换成一个中子，同时放出一个正电子，其衰变方程为H→e＋n.
[答案]　见解析
6．(13分)静止的锂核(Li)俘获一个速度为7.7×106 m/s的中子，发生核反应后若只产生两个新粒子，其中一个粒子为氦核(He)，它的速度大小是8.0×106 m/s，方向与反应前的中子速度方向相同．
(1)写出此核反应的方程式；
(2)求反应后产生的另一个粒子的速度大小及方向．
[解析]　(1)Li＋n→He＋H.
(2)用m1、m2和m3分别表示中子(n)、氦核(He)和氚核(H)的质量，由动量守恒定律得：
m1v1＝m2v2＋m3v3
代入数值解得v3＝－8.1×106 m/s
即反应后生成的氚核的速度大小为8.1×106 m/s，方向与反应前中子的速度方向相反．
[答案]　(1)Li＋n→He＋H　(2)8.1×106 m/s 　方向与反应前中子的速度方向相反