山东省怀仁县巨子高中2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-5：3.3放射性的应用与防护 学业测评（含解析）

3.3放射性的应用与防护
1．放射性同位素在实际生产和生活中有广泛的应用，往往同位素在核衰变时会放出核能，如核衰变会放出核能，其核反应方程为→＋＋，已知光在真空中的速度为c。则下列判断正确的是
A．X是，一个核衰变时质量亏损为
B．X是，一个核衰变时质量亏损为
C．X是，一个核衰变时质量亏损为
D．X是，一个核衰变时质量亏损为
2．1930年，查德威克通过研究粒子轰击得到了和一种新的粒子，这种粒子是
A．质子 B．中子
C．电子 D．正电子
3．目前，在居家装修中，经常用到花岗岩、大理石等装修材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素，比如有些含有铀、钍的花岗岩等岩石都会释放出放射性惰性气体氡，而氡会发生放射性衰变，放出射线，这些起射线会导致细胞发生癌变及呼吸道方面的疾病，根据有关放射性知识可知，下列说法正确的是( )
A．铀核()衰变为铅核()的过程中，要经过8次衰变和10次衰变
B．射线一般伴随着或射线产生，在这三种射线中，射线的穿透能力最强，电离能力最弱
C．已知氡的半衰期为3.8天，若取1g氡放在天平上左盘上，砝码放于右盘，左右两边恰好平衡，则7.6天后，需取走0.75g砝码天平才能再次平衡
D．射线是由原子核外的电子电离后形成的高速电子流
4．下列能揭示原子具有核式结构的实验是
A．光电效应实验 B．查德威克发现中子
C．粒子散射实验 D．氢原子光谱的发现
5．正电子发射型计算机断层显像(PET)的基本原理是：将放射性同位素O注入人体，O在人体内衰变放出的正电子与人体内的负电子相遇湮灭转化为一对γ光子，被探测器采集后，经计算机处理生成清晰图像．则根据PET原理判断下列表述不正确的是( )
A．O在人体内衰变方程是O―→N＋e
B．正、负电子湮灭方程是e＋e―→2γ
C．在PET中，O的主要用途是作为示踪原子
D．在PET中， O的主要用途是参与人体的新陈代谢
6．下列关于光的说法中正确的是_________．
A．光的偏振现象说明光是横波
B．水面上的油膜在阳光照射下会呈现彩色，这是由于光的衍射造成的
C．γ射线有较强的穿透本领，在机场等地用其探测箱内物品进行安全检查
D．在光的双缝干涉实验中，仅减小入射光的波长，干涉条纹间距变小
7．“轨道电子俘获”是放射性同位素衰变的一种形式，它是指原子核(称为母核)俘获一个核外电子，使其内部的一个质子变为中子，并放出一个中微子，从而变成一个新核(称为子核)的过程。中微子的质量远小于质子的质量，且不带电，很难被探测到，人们最早就是通过核的反冲而间接证明中微子的存在的，一个静止的原子核发生“轨道电子俘获”，衰变为子核并放出中微子，下面说法正确的是(?? ??)
A．母核的质量数等于子核的质量数 B．子核的动量与中微子的动量相同
C．母核的电荷数大于子核的电荷数 D．子核的动能大于中微子的动能
8．关于放射线的探测，下列说法中正确的是
A．气泡室探测射线的原理与云室探测射线的原理类似
B．由气泡室内射线径迹可以分析粒子的带电、动量、能量等情况
C．盖革–米勒计数器探测射线的原理中也利用了射线的电离本领
D．盖革–米勒计数器不仅能计数，还能用来分析射线的性质
9．利用威耳逊云室探测射线，下列说法正确的是（ ）
A．威耳逊云室内充满过饱和蒸气，射线经过时可显示出射线运动的径迹
B．威耳逊云室中径迹直而粗的是射线
C．威耳逊云室中径迹细而弯曲的是射线
D．威耳逊云室中显示粒子径迹的原因是电离，所以无法由径迹判断射线所带电荷的正负
10．在粒子物理的研究中，可以让粒子通过叫“云室”“气泡室”的装置，以显示它们的径迹，如图所示的是在液氢气泡室中拍摄到的带电粒子的径迹，气泡室中加有匀强磁场。关于粒子的径迹是一对紧绕的螺旋线的说法正确的是（ ）
A．进入气泡室的是一对带相反电荷的粒子，在同一个磁场中它们所受的洛伦兹力方向相反
B．进入气泡室的粒子的比荷一定不同
C．粒子的径迹是螺旋线，是因为粒子在运动过程中能量减少
D．粒子的径迹是螺旋线，是因为粒子的带电荷量越来越少
11．Li核是不稳定的，它会分裂成为一个α粒子和X粒子，其中X粒子是_________________，该过程是__________（选填吸收，放出）能量过程.
12．如图所示，是利用放射线自动控制铝板厚度的装置．假如放射源能放射出α、β、γ三种射线，而根据设计，该生产线压制的是3mm厚的铝板，那么是三种射线中的________射线对控制厚度起主要作用．当探测接收器单位时间内接收到的放射性粒子的个数超过标准值时，将会通过自动装置将M、N两个轧辊间的距离调________一些．
13．如图是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图．
?
（1）请你简述自动控制的原理．
（2）如果工厂生产的为的铝板，在、和三种射线中，你认为哪一种射线在的厚度控制中起主要作用，为什么？
14．1926年美国波士顿的内科医生卢姆加特等首次应用放射性氡研究人体动、静脉血管床之间的循环时间，被誉为“临床核医学之父”．氡的放射性同位素有27种，其中最常用的是． 经过m次α衰变和n次β衰变后变成稳定的．
①求m、n的值；
②一个静止的氡核（）放出一个α粒子后变成钋核（）．已知钋核的速率v=1×106m/s，求α粒子的速率．
参考答案
1．B
【解析】
根据核反应方程中质量数和电荷数守恒有X的质量数：m=238-234=4，核电荷数：z=94-92=2，所以X为氦核，根据质能方程可知，该反应过程中质量亏损为，故B正确，ACD错误。
2．B
【解析】
根据质量数守恒可知新粒子的质量数为： ，
根据电荷数守恒可知新粒子的电荷数为：
所以这个新粒子为中子
A. 质子 ，与结论不相符，故A不符合题意
B. 中子，与结论相符，故B符合题意
C. 电子 ，与结论不相符，故C不符合题意
D. 正电子，与结论不相符，故D不符合题意
3．B
【解析】
A.根据质量数守恒和电荷数守恒，铀核()衰变为铅核()的过程中，设发生x次衰变，y次衰变，衰变方程为：，则：238=206+4x，解得：x=8，又：92=82+8×2-y，得：y=6，即要经过8次衰变和6次衰变，故A错误；
B.射线一般伴随着或射线产生，在这三种射线中，射线的穿透能力最强，电离能力最弱，故B正确；
C.氡的半衰期为3.8天，经7.6天后，有0.75克衰变成新核，故取走的砝码小于0.75克，天平才能再次平衡。故C错误。
D.衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子时产生并发射出来的电子流，故D错误。
4．C
【解析】
A. 光电效应证明光具有粒子性，故A项与题意不相符；
B. 查德威克发现中子揭示了原子核有复杂结构，故B项与题意不相符；
C. 粒子散射实验中少数粒子能发生大角度偏转，说明原子中绝大部分质量和全部正电荷都集中在原子核上，卢瑟福就此提出了原子具有核式结构学说，故C项与题意相符；
D. 氢原子光谱的发现是玻尔模型提出依据，故D项与题意不相符。
5．D
【解析】
A.由质量数守恒和电荷数守恒知，衰变方程是，故A正确；
B.正负电子湮灭生成两个光子，故B正确；
CD.在PET中，的主要用途是作为示踪原子被探测器探测到，故C正确，D错误．
6．AD
【解析】
横波才可能有偏振现象，A正确；水面上的油膜在阳光照射下会呈现彩色，这是由于光的薄膜干涉造成的，B错误；X射线有较强的穿透本领，在机场等地用其探测箱内物品进行安全检查，C错误；在光的双缝干涉实验中，，仅减小入射光的波长，干涉条纹间距变小，D正确．
7．AC
【解析】
AC．原子核(称为母核)俘获一个核外电子，使其内部的一个质子变为中子，并放出一个中微子，从而变成一个新核(称为子核)的过程，电荷数少1，质量数不变.故A正确，C正确．
B．原子核(称为母核)俘获电子的过程中动量守恒，初状态系统的总动量为0，则子核的动量和中微子的动量大小相等，方向相反.故B错误．
D．子核的动量大小和中微子的动量大小相等，由于中微子的质量很小，根据知，中微子的动能大于子核的动能.故D错误．
8．ABC
【解析】
气泡室探测射线的原理与云室类似，不同的是气泡室中是在射线经过时产生气泡来显示射线径迹的，A正确；由气泡室内径迹中气泡的多少及径迹在磁场中的弯曲方向等，可分析射线的带电、动量、能量等情况，B正确；盖革–米勒计数器利用射线电离作用，产生电脉冲进行计数，C正确；由于不同射线产生的脉冲现象相同，因此盖革–米勒计数器只能用来计数，不能用来分析射线的性质，D错误。
9．AB
【解析】
A．云室内充满过饱和蒸气，射线经过时把气体电离，过饱和蒸气以离子为核心凝结成雾滴，雾滴沿射线的路线排列，显示出射线的径迹。故A正确；
B．α粒子的质量比较大，在气体中飞行时不易改变方向；由于α粒子的电离本领大，沿途产生的离子多，所以α射线在云室中的径迹直而粗，故B正确；
C．由于γ射线的电离本领很弱，所以在云室中一般看不到它的径迹；径迹细而弯曲的是β射线，故C错误；
D．把云室放在磁场中，由射线径迹的弯曲方向就可以判断射线所带电荷的正负，故D错误。
10．AC
【解析】
A．根据粒子进入气泡室后沿相反的方向运动，说明粒子所受的洛伦兹力方向相反，粒子带相反电性的电荷，故A正确；
B．由知，R不同，因为速度v的大小关系不确定，的大小关系也不确定，即可能相同，故B错误；
CD．因为粒子在运动过程中电荷量不变，但要受到阻力作用，能量减少，速度减小，故半径减小，所以粒子的径迹是螺旋线，故C正确，D错误。
11．质子 放出
【解析】
核反应过程遵守质量数守恒和电荷数守恒，核反应方程可为，所以粒子是质子，核反应过程质量亏损，该过程是放出能量过程；
12． ； 大；
【解析】
α射线不能穿过3 mm厚的铝板，γ射线又很容易穿过3 mm厚的铝板，基本不受铝板厚度的影响．而β射线刚好能穿透几毫米厚的铝板，因此厚度的微小变化会使穿过铝板的β射线的强度发生较明显变化．即β射线对控制厚度起主要作用．若超过标准值，说明铝板太薄了，应该将两个轧辊间的距离调节得大些．故B正确．
13．（1）根据穿过铝板射线的强度大小来调节两轮间距，从而控制铝板厚度 （2）α射线的穿透本领很小，穿不透铝板，而γ射线穿透本领又太强，在厚度变化在毫米级是几乎不受影响，所以β射线起主要作用．
【解析】
（1）根据穿过铝板射线的强度大小来调节两轮间距，从而控制铝板厚度．（2）α射线的穿透本领很小，穿不透铝板，而γ射线穿透本领又太强，在厚度变化在毫米级是几乎不受影响．
【详解】
（1）放射线具有穿透本领，如果向前运动的铝板的厚度有变化，则探测器接收到的放射线的强度就会随之变化，这种变化被转化为电信号输入到相应装置，进而自动地控制图中右侧的两个轮间的距离，使铝板的厚度恢复正常．
（2）β射线起主要作用．因为α射线的穿透本领很小，一张薄纸就能把它挡住； γ射线的穿透本领非常强，能穿透几厘米的铝板，1mm左右的铝板厚度发生变化时，透过铝板的射线强度变化不大； β射线的穿透本领较强，能穿透几毫米的铝板，当铝板的厚度发生变化时，透过铝板的射线强度变化较大，探测器可明显地反应出这种变化，使自动化系统做出相应的反应．
14．①m是4，n是5 ②
【解析】试题分析：核反应过程质量数与核电荷数守恒，根据质量数与核电荷数守恒求出m、n的值；核反应过程系统动量守恒，应用动量守恒定律求出粒子速度．
①核反应过程质量数与核电荷数守恒，由题意可得4m=222﹣206，86=82+2m﹣n，解得m=4，n=4；
②核反应过程系统动量守恒，以α粒子的速度方向为正方向，由动量守恒定律得：，代入数据解得；