高中物理人教版选修3-5 作业题 19-3、4 探测射线的方法+放射性的应用与防护 Word版含解析
文档属性
| 名称 | 高中物理人教版选修3-5 作业题 19-3、4 探测射线的方法+放射性的应用与防护 Word版含解析 |  | |
| 格式 | DOC | ||
| 文件大小 | 112.5KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-10-16 16:21:17 | ||
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文档简介
探测射线的方法
放射性的应用与防护
时间：45分钟
一、选择题(1～6为单选，7～9为多选)
1．在下列四个核反应方程中，X1、X2、X3和X4各代表某种粒子．
①H＋X1→He＋n ②N＋He→O＋X2
③Be＋He→C＋X3 ④Mg＋He→Al＋X4
以下判断中正确的是( D )
A．X1是质子 B．X2是中子
C．X3是电子 D．X4是质子
解析：根据核反应的质量数和电荷数守恒知，X1为H，A错；X2为H，B错；X3为n，C错；X4为H，D对．
2．将威耳逊云室置于磁场中，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，能近似反映正电子和Si核轨迹的是( B )
解析：把放出的正电子和衰变生成物Si核看成一个系统，根据动量守恒定律，正电子和Si核运动方向一定相反，C、D可排除．由qvB＝m得，R＝，因为动量mv相等，故R∝，即＝＝，可见Si核的运动半径较小，选B.
3．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( D )
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.
4．下图中曲线a、b、c、d为气泡室中某放射物发生衰变放出的部分粒子的径迹，气泡室中磁感应强度方向垂直于纸面向里．以下判断可能正确的是( D )
A．a、b为β粒子的径迹 B．a、b为γ粒子的径迹
C．c、d为α粒子的径迹 D．c、d为β粒子的径迹
解析：γ粒子不带电，不会发生偏转，故B错．由左手定则可判定，a、b粒子带正电，c、d粒子带负电，又知α粒子带正电，β粒子带负电，故A、C均错，D正确．
5．目前，在居室装修中经常用到的花岗岩、大理石等装修材料，都不同程度地含有放射性元素，装修污染已经被列为“危害群众最大的五种环境污染”之一．有关放射性元素的下列说法正确的是( C )
A．氡的半衰期为3.8天，若取4个氡核，经过7.6天就只剩下1个氡原子核
B．发生α衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了4个
C．β衰变所释放的电子是原子核中的中子转化为质子时所生的
D．γ射线一般伴随着α或β射线产生，在这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，电离能力也最强
解析：半衰期是对大量原子核衰变的统计规律，对于单个原子核是不成立的，故A错误；根据质量数和电荷数守恒可知：发生α衰变放出He，导致质子数减少2，质量数减少4，故中子数减少2，故B错误；发生β衰变的过程是：一个中子变为质子的同时放出一个电子，故C正确；根据α、β、γ三种射线特点可知，γ射线穿透能力最强，电离能力最弱，α射线电离能力最强，穿透能力最弱，故D错误．
6．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222 α 3.8天
根据上表请你分析判断下列结论正确的是( D )
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变短
D．可以用锝99作示踪原子，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元素的某些物质，当这些物质的一部分到达要检查的器官时，可根据放射性同位素的射线情况分析器官正常与否
解析：因为α射线不能穿透薄膜，故无法测量薄膜的厚度，所以选项A错误；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，放射性元素的半衰期，跟原子所处的化学状态等外部条件没有关系，因此，选项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，选项D正确．
7．下列应用中把放射性同位素作为示踪原子的是( ABD )
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，根据探测器的测量，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．给怀疑患有甲状腺病的病人注射碘131，诊断甲状腺的疾病
解析：利用射线探伤法检查金属中的砂眼和裂纹是利用γ射线穿透能力强的特点，因此选项C不属于示踪原子的应用．
8．放射性同位素钴60能放出较强的γ射线，其强度容易控制，这使得γ射线得到广泛应用．下列选项中，属于γ射线的应用的是( AD )
A．医学上制成γ刀，无需开颅即可治疗脑肿瘤
B．机器运转时常产生很多静电，用γ射线照射机器可将电荷导入大地
C．铝加工厂将接收到的γ射线信号输入计算机，可对薄铝板的厚度进行自动控制
D．用γ射线照射草莓、荔枝等水果，可延长保存期
解析：γ射线的电离作用很弱，不能使空气电离成为导体，B错误；γ射线的穿透能力很强，薄铝板的厚度变化时，接收到的信号强度变化很小，不能控制铝板厚度，C错误．
9．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，大量使用了贫铀炸弹．贫铀是从金属中提炼铀235以后的副产品，其主要成分为铀238，贫铀炸弹贯穿力是常规炸弹的9倍，杀伤力极大，而且残留物可长期危害环境．下列关于其残留物长期危害环境的理由正确的是( AD )
A．爆炸后的弹片存在放射性，对环境产生长期危害
B．爆炸后的弹片不会对人体和环境产生长期危害
C．铀238的衰变速度很快
D．铀的半衰期长
解析：铀238的半衰期很长，所以会长时间对环境造成伤害．
二、非选择题
10．1956年李政道和杨振宁提出在弱相互作用中宇称不守恒，并由吴健雄用Co的衰变来验证，其核反应方程是Co―→Ni＋e＋，其中是反中微子，它的电量为零，静止质量可认为是零．
(1)Co的核外电子数为27.在上述衰变方程中，衰变产物Ni的质量数A是60，核电荷数Z是28.
(2)在衰变前Co核静止，根据云室照片可以看出，衰变产物Ni和e的运动径迹不在一条直线上，如果认为衰变产物只有Ni和－1e，那么衰变过程将违背动量守恒定律．
解析：(1)由Co可知它的质子数为27，又因为核外电子数与质子数相等，故Co的核外电子数为27，由Co―→Ni＋－1e＋可推得Ni中A为60，Z为28.
(2)衰变前Co核静止，动量为零，衰变后，Ni和e运动径迹不在一条直线上，此时它们两个动量之和不为零，如果衰变产物只有Ni和e，则动量不守恒，故还应有其他产物．
11.带电粒子在“云室”中运动时，可呈现运动径迹，将“云室”放在匀强电场中，通过观察分析带电粒子的径迹，可以研究原子核发生衰变的规律．现将一静止的放射性14C放入上述装置中，当它发生衰变时，可能放出α粒子或β粒子．所放射的粒子与反冲核经过相等时间所形成的径迹如图所示(发生衰变后的瞬间放射出的粒子和反冲核的速度方向与电场E垂直，a、b均表示长度)．则：
(1)14C发生衰变时所放射出的粒子是α粒子．
(2)14C发生衰变时所放射出粒子的运动轨迹是②
(填“①”或“②”)．
(3)14C的衰变方程是C→Be＋He.
(4)简要推导发生衰变后的瞬间放射出的粒子与反冲核的动能之比．
答案：5?2
解析：(1)由轨迹知，14C衰变时放出的粒子与反冲核受到的库仑力方向相同，带电性质相同，故放出的是α粒子．
(2)由动量守恒定律得，α粒子的动量与反冲核的动量大小相同，粒子质量小，速度必然大，在垂直于电场方向上的位移大，即②为α粒子轨迹．
(3)由电荷数守恒和质量数守恒可得C→Be＋He.
(4)由于衰变时动量守恒及Ek＝，得＝＝.
12．1919年卢瑟福用α粒子撞击N核发现了质子．
(1)写出这个核反应的方程式N＋He―→O＋H.
(2)上述核反应可以用如下的模型来认识，运动的α粒子撞击一个静止的N核，它们暂时形成一个整体(复合核)，随即复合核迅速转化成一个质子和另一个原子核．已知复合核发生转化需要能量1.19 MeV.那么要想发生上述核反应，射入的α粒子的能量至少要多大？
(3)英国物理学家威耳逊在1911年发明了“云室”，带电粒子在云室中运动时，可以显现出运动的径迹．把云室放在匀强电场中，分别将质子和α粒子垂直于电场方向打入同一匀强电场中，观察它们运动的径迹，如果质子和α粒子运动的径迹相同(电场方向和质子、α粒子运动径迹所在平面平行)．则质子和α粒子进入电场时的动能之比是多少？
答案：(2)1.53 MeV (3)
解析：(1)N＋He―→O＋H.
(2)α粒子撞击静止的N，满足动量守恒，即
mαvα＝(mα＋mN)·v，v＝，
系统碰撞损失的能量成为复合核转化所需要的能量，即
mαv－(mα＋mN)v2＝1.19 MeV，
联立得入射的α粒子的动能为E0＝mαv＝1.53 MeV.
(3)带电粒子垂直于电场方向射入匀强电场中做类平抛运动，设沿电场方向的位移为y，垂直于电场方向的位移为x，则有y＝·()2＝，
又因为质子和α粒子径迹相同，即通过相同的x，沿电场方向的位移y相同，即yH＝yα，得＝，
所以，＝＝.
放射性的应用与防护
时间：45分钟
一、选择题(1～6为单选，7～9为多选)
1．在下列四个核反应方程中，X1、X2、X3和X4各代表某种粒子．
①H＋X1→He＋n ②N＋He→O＋X2
③Be＋He→C＋X3 ④Mg＋He→Al＋X4
以下判断中正确的是( D )
A．X1是质子 B．X2是中子
C．X3是电子 D．X4是质子
解析：根据核反应的质量数和电荷数守恒知，X1为H，A错；X2为H，B错；X3为n，C错；X4为H，D对．
2．将威耳逊云室置于磁场中，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，能近似反映正电子和Si核轨迹的是( B )
解析：把放出的正电子和衰变生成物Si核看成一个系统，根据动量守恒定律，正电子和Si核运动方向一定相反，C、D可排除．由qvB＝m得，R＝，因为动量mv相等，故R∝，即＝＝，可见Si核的运动半径较小，选B.
3．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( D )
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.
4．下图中曲线a、b、c、d为气泡室中某放射物发生衰变放出的部分粒子的径迹，气泡室中磁感应强度方向垂直于纸面向里．以下判断可能正确的是( D )
A．a、b为β粒子的径迹 B．a、b为γ粒子的径迹
C．c、d为α粒子的径迹 D．c、d为β粒子的径迹
解析：γ粒子不带电，不会发生偏转，故B错．由左手定则可判定，a、b粒子带正电，c、d粒子带负电，又知α粒子带正电，β粒子带负电，故A、C均错，D正确．
5．目前，在居室装修中经常用到的花岗岩、大理石等装修材料，都不同程度地含有放射性元素，装修污染已经被列为“危害群众最大的五种环境污染”之一．有关放射性元素的下列说法正确的是( C )
A．氡的半衰期为3.8天，若取4个氡核，经过7.6天就只剩下1个氡原子核
B．发生α衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了4个
C．β衰变所释放的电子是原子核中的中子转化为质子时所生的
D．γ射线一般伴随着α或β射线产生，在这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，电离能力也最强
解析：半衰期是对大量原子核衰变的统计规律，对于单个原子核是不成立的，故A错误；根据质量数和电荷数守恒可知：发生α衰变放出He，导致质子数减少2，质量数减少4，故中子数减少2，故B错误；发生β衰变的过程是：一个中子变为质子的同时放出一个电子，故C正确；根据α、β、γ三种射线特点可知，γ射线穿透能力最强，电离能力最弱，α射线电离能力最强，穿透能力最弱，故D错误．
6．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222 α 3.8天
根据上表请你分析判断下列结论正确的是( D )
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变短
D．可以用锝99作示踪原子，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元素的某些物质，当这些物质的一部分到达要检查的器官时，可根据放射性同位素的射线情况分析器官正常与否
解析：因为α射线不能穿透薄膜，故无法测量薄膜的厚度，所以选项A错误；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，放射性元素的半衰期，跟原子所处的化学状态等外部条件没有关系，因此，选项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，选项D正确．
7．下列应用中把放射性同位素作为示踪原子的是( ABD )
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，根据探测器的测量，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．给怀疑患有甲状腺病的病人注射碘131，诊断甲状腺的疾病
解析：利用射线探伤法检查金属中的砂眼和裂纹是利用γ射线穿透能力强的特点，因此选项C不属于示踪原子的应用．
8．放射性同位素钴60能放出较强的γ射线，其强度容易控制，这使得γ射线得到广泛应用．下列选项中，属于γ射线的应用的是( AD )
A．医学上制成γ刀，无需开颅即可治疗脑肿瘤
B．机器运转时常产生很多静电，用γ射线照射机器可将电荷导入大地
C．铝加工厂将接收到的γ射线信号输入计算机，可对薄铝板的厚度进行自动控制
D．用γ射线照射草莓、荔枝等水果，可延长保存期
解析：γ射线的电离作用很弱，不能使空气电离成为导体，B错误；γ射线的穿透能力很强，薄铝板的厚度变化时，接收到的信号强度变化很小，不能控制铝板厚度，C错误．
9．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，大量使用了贫铀炸弹．贫铀是从金属中提炼铀235以后的副产品，其主要成分为铀238，贫铀炸弹贯穿力是常规炸弹的9倍，杀伤力极大，而且残留物可长期危害环境．下列关于其残留物长期危害环境的理由正确的是( AD )
A．爆炸后的弹片存在放射性，对环境产生长期危害
B．爆炸后的弹片不会对人体和环境产生长期危害
C．铀238的衰变速度很快
D．铀的半衰期长
解析：铀238的半衰期很长，所以会长时间对环境造成伤害．
二、非选择题
10．1956年李政道和杨振宁提出在弱相互作用中宇称不守恒，并由吴健雄用Co的衰变来验证，其核反应方程是Co―→Ni＋e＋，其中是反中微子，它的电量为零，静止质量可认为是零．
(1)Co的核外电子数为27.在上述衰变方程中，衰变产物Ni的质量数A是60，核电荷数Z是28.
(2)在衰变前Co核静止，根据云室照片可以看出，衰变产物Ni和e的运动径迹不在一条直线上，如果认为衰变产物只有Ni和－1e，那么衰变过程将违背动量守恒定律．
解析：(1)由Co可知它的质子数为27，又因为核外电子数与质子数相等，故Co的核外电子数为27，由Co―→Ni＋－1e＋可推得Ni中A为60，Z为28.
(2)衰变前Co核静止，动量为零，衰变后，Ni和e运动径迹不在一条直线上，此时它们两个动量之和不为零，如果衰变产物只有Ni和e，则动量不守恒，故还应有其他产物．
11.带电粒子在“云室”中运动时，可呈现运动径迹，将“云室”放在匀强电场中，通过观察分析带电粒子的径迹，可以研究原子核发生衰变的规律．现将一静止的放射性14C放入上述装置中，当它发生衰变时，可能放出α粒子或β粒子．所放射的粒子与反冲核经过相等时间所形成的径迹如图所示(发生衰变后的瞬间放射出的粒子和反冲核的速度方向与电场E垂直，a、b均表示长度)．则：
(1)14C发生衰变时所放射出的粒子是α粒子．
(2)14C发生衰变时所放射出粒子的运动轨迹是②
(填“①”或“②”)．
(3)14C的衰变方程是C→Be＋He.
(4)简要推导发生衰变后的瞬间放射出的粒子与反冲核的动能之比．
答案：5?2
解析：(1)由轨迹知，14C衰变时放出的粒子与反冲核受到的库仑力方向相同，带电性质相同，故放出的是α粒子．
(2)由动量守恒定律得，α粒子的动量与反冲核的动量大小相同，粒子质量小，速度必然大，在垂直于电场方向上的位移大，即②为α粒子轨迹．
(3)由电荷数守恒和质量数守恒可得C→Be＋He.
(4)由于衰变时动量守恒及Ek＝，得＝＝.
12．1919年卢瑟福用α粒子撞击N核发现了质子．
(1)写出这个核反应的方程式N＋He―→O＋H.
(2)上述核反应可以用如下的模型来认识，运动的α粒子撞击一个静止的N核，它们暂时形成一个整体(复合核)，随即复合核迅速转化成一个质子和另一个原子核．已知复合核发生转化需要能量1.19 MeV.那么要想发生上述核反应，射入的α粒子的能量至少要多大？
(3)英国物理学家威耳逊在1911年发明了“云室”，带电粒子在云室中运动时，可以显现出运动的径迹．把云室放在匀强电场中，分别将质子和α粒子垂直于电场方向打入同一匀强电场中，观察它们运动的径迹，如果质子和α粒子运动的径迹相同(电场方向和质子、α粒子运动径迹所在平面平行)．则质子和α粒子进入电场时的动能之比是多少？
答案：(2)1.53 MeV (3)
解析：(1)N＋He―→O＋H.
(2)α粒子撞击静止的N，满足动量守恒，即
mαvα＝(mα＋mN)·v，v＝，
系统碰撞损失的能量成为复合核转化所需要的能量，即
mαv－(mα＋mN)v2＝1.19 MeV，
联立得入射的α粒子的动能为E0＝mαv＝1.53 MeV.
(3)带电粒子垂直于电场方向射入匀强电场中做类平抛运动，设沿电场方向的位移为y，垂直于电场方向的位移为x，则有y＝·()2＝，
又因为质子和α粒子径迹相同，即通过相同的x，沿电场方向的位移y相同，即yH＝yα，得＝，
所以，＝＝.