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学案2 原子核的衰变[学习目标定位] 1.知道什么是放射性、放射性元素、天然放射现象.2.知道三种射线的特性.3.知道衰变及两种衰变的规律，能熟练写出衰变方程.4.会用半衰期描述衰变的速度，知道半衰期的统计意义．1．原子核的表示符号原子核用符号表示为A Z X，Z为核电荷数，原子核的核电荷数等于它的质子数，A为质量数，原子核的质量数等于它的质子数和中子数的和，即核子数．2．常见的粒子符号：α粒子42He，质子11H，中子10n，电子0－1e.3．在核反应过程中，遵守质量守恒定律和电荷守恒定律．4．带电粒子以垂直于电场线的方向进入匀强电场，将做类平抛运动．电场力的方向：正电荷受力方向与电场线方向相同，负电荷受力方向与电场线方向相反．5．带电粒子以垂直于磁感线的方向进入匀强磁场，将做匀速圆周运动，洛伦兹力的方向可用左手定则判定．6．天然放射现象1896年，法国物理学家贝可勒尔发现铀及其化合物能放出一种不同于X射线的新射线．(1)定义：物理学中把物质能自发地放出射线的现象叫做天然放射现象．(2)放射性：物质放出射线的性质．(3)放射性元素：具有放射性的元素．7．三种射线的性质(1)α射线：α粒子流，α粒子是氦原子核，电荷数为2，质量数为4.(2)β射线：高速运动的电子流．(3)γ射线：波长很短的电磁波．8．三种射线的本领(1)α射线：速度大约是光速的十分之一，穿透物质的本领很小，在空气中只能前进几厘米，用一张纸就能把它挡住．但它有很强的电离作用．(2)β射线：速度接近光速，对物质的穿透本领较强，能穿透几毫米厚的铝板，但它的电离作用较弱．(3)γ射线：穿透本领更强，能穿透几厘米的铅板，但它的电离作用很小．9．(1)放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，叫做这种元素的半衰期．半衰期反映的是大量原子核的平均衰变快慢．(2)放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的.一、三种射线的特性[问题设计]图11．如图1所示，放射源放在铅块上的细孔中，铅块上方有垂直于纸面向外的匀强磁场．其放出的射线在磁场的作用下分成a、b、c三束．a、b、c三条射线哪个是α射线、哪个是β射线、哪个是γ射线？答案由左手定则知a带负电，应为β射线；c带正电，应为α射线；b不偏转，说明不带电，应为γ射线．图22．如图2中P为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线在电场的作用下分成a、b、c三束．则a、b、c三束中哪个是α射线、哪个是β射线、哪个是γ射线？答案a带负电，应为β射线；c带正电，应为α射线；b不带电，应为γ射线．[要点提炼]三种射线及其特征例1 如图3甲是α、β、γ三种射线穿透能力的示意图，图乙是工业上利用射线的穿透性来检查金属内部伤痕的示意图，请问图乙中的检查是利用了哪种射线( )图3A ．α射线B ．β射线C ．γ射线D ．三种射线都可以解析 根据三种射线的性质知，甲图中能穿透铝板的是γ射线，乙图中检查钢板中的砂眼，要求射线能穿透钢板，故利用的是γ射线，选项C 正确． 答案 C二、衰变实质及次数的计算 [要点提炼] 1．衰变过程(1)α衰变：AZ X→A －4Z －2Y ＋42He(2)β衰变：A Z X→ A Z ＋1Y ＋0－1e 2．α衰变和β衰变的实质 (1)α衰变：210n ＋211H →42He (2)β衰变：10n→11H ＋ 0－1e 3．衰变规律衰变过程遵守质量数守恒和电荷数守恒． 4．确定衰变次数的方法设放射性元素AZ X 经过n 次α衰变和m 次β衰变后，变成稳定的新元素A ′Z ′Y ，则衰变方程为A ZX→A ′Z ′Y ＋n 42He ＋m0－1e.根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程A ＝A ′＋4n ，Z ＝Z ′＋2n －m .例2 23892U 核经一系列的衰变后变为20682Pb 核，问： (1)一共经过几次α衰变和β衰变？(2)20682Pb 与238 92U 相比，质子数和中子数各少了多少？ (3)综合写出这一衰变过程的方程．解析 (1)设23892U 衰变为20682Pb 经过x 次α衰变和y 次β衰变．由质量数守恒和电荷数守恒可得238＝206＋4x ① 92＝82＋2x －y ② 联立①②解得x ＝8，y ＝6即一共经过8次α衰变和6次β衰变．(2)由于每发生一次α衰变质子数和中子数均减少2，每发生一次β衰变中子数减少1，而质子数增加1，故20682Pb 较23892U 质子数少10，中子数少22. (3)核反应方程为23892U→20682Pb ＋842He ＋60－1e.答案 (1)8次α衰变和6次β衰变 (2)10 22 (3)23892U→20682Pb ＋842He ＋60－1e 三、半衰期的有关计算 [要点提炼]1．对于衰变及半衰期的理解要注意以下两点(1)对于同一种元素，其半衰期是一定的，无论是加温、加压，或是处于单质、化合物状态均不影响元素的半衰期，但不同元素的半衰期不同，有的差别很大．(2)半衰期是一种统计规律．对于大量的原子核发生衰变才具有实际意义，而对于少量的原子核发生衰变，该统计规律不再适用． 2．半衰期公式N 余＝N 原(12)t /τ，m 余＝m 0(12)t /τ例3 若放射性元素A 的半衰期为4天，放射性元素B 的半衰期为5天，则相同质量的放射性元素A 和B 经过20天，剩下的两元素质量之比m A ∶m B 为( ) A ．30∶31 B ．31∶30 C ．1∶2D ．2∶1解析 设开始时元素A 、B 的质量都是m ，经过20天，对于元素A 来说有5个半衰期，A 剩下的质量为m A ＝(12)5m ；对于元素B 来说有4个半衰期，B 剩下的质量为m B ＝(12)4m ，所以剩下的质量之比为1∶2. 答案 C图41．(2014·福建·30(1))如图4所示，放射性元素镭衰变过程中释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是________(填选项前的字母)． A ．①表示γ射线，③表示α射线B．②表示β射线，③表示α射线C．④表示α射线，⑤表示γ射线D．⑤表示β射线，⑥表示α射线答案 C解析根据三种射线的偏转轨迹可知①⑥表示β射线，②⑤表示γ射线，③④表示α射线．选项C正确．图52.计数器是一种探测射线的仪器，如图5所示，X为未知放射源，它向右方发射放射线．放射线首先通过一块薄铝箔P(厚度约为1 mm)，并经过一个强磁场区域后到达计数器，计数器上单位时间内记录到的射线粒子是一定的，现将强磁场移开，计数器单位时间内所记录的射线粒子基本保持不变，然后将薄铝箔P移开，则计数器单位时间内记录的射线粒子明显上升，据此可以判定X为( )A．纯β射线放射源B．纯γ射线放射源C．α射线和β射线的混合放射源D．α射线和γ射线的混合放射源答案 D解析将强磁场移开，计数器单位时间内所记录的射线粒子基本保持不变，即磁场对射线粒子没有影响，则可以断定计数器接收到的是不带电的γ射线，以后将薄铝箔P(厚度约为1 mm)移开，则计数器单位时间内记录的射线粒子明显上升，这说明计数器除了接收到了γ射线之外，还接收到了一种原来被厚度约为1 mm的簿铝箔P挡住的射线，而厚度约为1 mm的簿铝箔只能将α射线挡住，所以X为能放射α射线和γ射线的混合放射源，故选项D正确．3．氪90(9036Kr)是不稳定的，它经过一系列衰变最终成为稳定的锆90(9040Zr)，这些衰变是( ) A．1次α衰变，6次β衰变B．4次β衰变C．2次α衰变D ．2次α衰变，2次β衰变 答案 B解析 方法一 推理计算法根据衰变规律，β衰变不影响核的质量数，发生一次β衰变，核电荷数增加1；发生一次α衰变，质量数减少4，核电荷数减少2.9036Kr 衰变为9040Zr ，质量数不变，故未发生α衰变；核电荷数增加4，一定是发生了4次β衰变． 方法二 列方程求解设9036Kr 衰变为9040Zr ，经过了x 次α衰变，y 次β衰变，则有9036Kr→9040Zr ＋x 42He ＋y0－1e由质量数守恒得90＝90＋4x 由电荷数守恒得36＝40＋2x －y解得x ＝0，y ＝4，即只经过了4次β衰变， 选项B 正确．4．放射性同位素2411Na 的样品经过6小时后还剩下18没有衰变，求它的半衰期．答案 2 h解析 每经1个半衰期放射性物质的质量都减半，则经过n 个半衰期剩余的质量为m ＝m 0(12)n . 设6小时经过的半衰期个数为n ，则(12)n ＝18，所以n ＝3.则2411Na 的半衰期为T ＝tn＝2 h.[基础题]1．下列哪些事实表明原子核具有复杂结构( ) A ．α粒子的散射实验 B ．天然放射现象 C ．阴极射线的发现 D ．X 射线的发现 答案 B解析 从原子核里能放出射线，说明原子核具有复杂结构．2．原子核中能放出α、β、γ射线，关于原子核的组成，以下说法中正确的是( ) A．原子核中，有质子、中子，还有α粒子B．原子核中，有质子、中子，还有β粒子C．原子核中，有质子、中子，还有γ粒子D．原子核中，只有质子和中子答案 D解析在放射性元素的原子核中，2个质子和2个中子结合的较紧密，有时作为一个整体放出，这就是α粒子的来源．说到底，它仍是由质子和中子组成的，不能据此认为它是原子核的组成部分．原子核里是没有电子的，但中子可以转化成质子，并向核外释放一个电子，这就是β粒子．原子核发生衰变后处于高能级，在回到低能级时多余的能量以γ光子的形式辐射出来，形成γ射线．故原子核里也没有γ粒子．3．放射性元素衰变时放出的三种射线，按穿透能力由强到弱的排列顺序是( )A．α射线，β射线，γ射线B．γ射线，β射线，α射线C．γ射线，α射线，β射线D．β射线，α射线，γ射线答案 B解析γ射线的穿透能力最强，α射线的穿透能力最弱，选B.4．“朝核危机”引起全球瞩目，其焦点就是朝鲜核电站采用轻水堆还是重水堆发电．重水堆核电站在发电的同时还可以生产出可供研制核武器的钚239(239 94Pu)，这种钚239可由铀239(239 92U)经过n次β衰变而产生，则n为( )A．2 B．239 C．145 D．92答案 A解析β衰变规律是质量数不变，质子数增加1.239 94Pu比239 92U质子数增加2，所以发生2次β衰变，A对．5．最近几年，原子核科学家在超重元素的探测方面取得了重大进展.1996年，科学家们在研究某两个重离子结合成超重元素的反应时，发现生成的超重元素的核A Z X经过6次α衰变后的产物是253100Fm.由此可以判定生成的超重元素的原子序数和质量数分别是( ) A．124、259 B．124、265C．112、265 D．112、277答案 D解析 题中的核A Z X 经过6次α衰变后生成253100Fm ，注意到253100Fm 的电荷数为100，质量数为253，每发生一次α衰变质量数减少4，电荷数减少2.由质量数和电荷数守恒有A ＝4×6＋253＝277，Z ＝2×6＋100＝112，所以选项D 正确．6．某放射性元素经过11.4天有7/8的原子核发生了衰变，该元素的半衰期为( ) A ．11.4天 B ．7.6天 C ．5.7天 D ．3.8天 答案 D解析 半衰期是指有半数原子核发生衰变的时间，根据半衰期公式有(12)t τ＝18，tτ＝3，因为t ＝11.4天，所以τ＝11.43＝3.8天．7．在横线上填上粒子符号和衰变类型．(1)23892U→23490Th ＋________，属于________衰变 (2)23490Th→23491Pa ＋________，属于________衰变 (3)21084Po→21085At ＋________，属于________衰变 (4)6629Cu→6227Co ＋________，属于________衰变答案 (1)42He α (2)0－1e β (3)0－1e β (4)42He α解析 根据质量数和电荷数守恒可以判断，(1)中生成的粒子为42He ，属于α衰变；(2)中生成粒子为0－1e ，属于β衰变；(3)中生成粒子为0－1e ，属于β衰变；(4)中生成粒子为42He ，属于α衰变． [能力题]8.23892U 衰变为222 86Rn 要经过m 次α衰变和n 次β衰变，则m ，n 分别为( ) A ．2,4 B ．4,2 C ．4,6 D ．16,6 答案 B解析 由于衰变后的新核质量数减少了16，说明发生α衰变的次数是m ＝164＝4(次)，发生β衰变的次数是n ＝86－(92－8)＝2(次)，故选项B 正确．9．14C 测年法是利用14C 衰变规律对古生物进行年代测定的方法．若以横坐标t 表示时间，纵坐标m 表示任意时刻14C 的质量，m 0为t ＝0时14C 的质量．下列四幅图中能正确反映14C 衰变规律的是( )答案 C解析 由公式m ＝m 0·(12)t τ可知14C 的衰变图像应为C.10．原子核23892U 经放射性衰变①变为原子核23490Th ，继而经放射性衰变②变为原子核23491Pa ，再经放射性衰变③变为原子核23492U.放射性衰变①、②和③依次为( ) A ．α衰变、β衰变和β衰变 B ．β衰变、α衰变和β衰变 C ．β衰变、β衰变和α衰变 D ．α衰变、β衰变和α衰变 答案 A 解析23892U ――→① 234 90Th ，质量数减少4，电荷数减少2，说明①为α衰变.23490Th ――→② 23491Pa ，质子数加1，说明②为β衰变，中子转化成质子.23491Pa ――→③ 234 92U ，质子数加1，说明③为β衰变，中子转化成质子． [探究与拓展题]图111．静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核，当它放出一个α粒子后，其速度方向与磁场方向垂直，测得α粒子和反冲核轨道半径之比为44∶1，如图1所示(图中直径没有按比例画)则( )A ．α粒子和反冲核的动量大小相等方向相反B ．原来放射性元素的核电荷数是90C ．反冲核的核电荷数是88D ．α粒子和反冲核的速度之比为1∶88 答案 ABC11 解析 粒子之间相互作用的过程遵守动量守恒定律，由于原来的原子核是静止的，初动量为零，则末动量也为零，即α粒子和反冲核的动量大小相等方向相反，所以A 正确．由于释放的α粒子和反冲核，在垂直于磁场的平面内且在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，所以由牛顿第二定律得qvB ＝m v 2R ，得R ＝mv qB .若原来放射性元素的核电荷数为Q ，则对α粒子R 1＝p 1B ·2e .对反冲核R 2＝p 2B Q －2 e .由于p 1＝p 2，所以有R 1R 2＝441.解得Q ＝90.它们的速度大小与质量成反比．所以B 、C 正确，D 错误．。
物理沪科版选修3—5第4章从原子核到夸克单元检测（时间：45分钟 满分：100分）一、选择题（每小题6分，共48分。
在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有错选或不答的得0分）1．关于天然放射现象，下列说法正确的是（ ）。
A ．α射线是由氦原子核衰变产生B ．β射线是由原子核外电子电离产生C ．γ射线是由原子核外的内层电子跃迁产生D ．通过化学反应不能改变物质的放射性2．表示放射性元素碘13153131(I)β衰变的方程是（ ）。
A ．131127453512I Sb+He →B ．131131053541I Xe+e -→C ．1311301 53530I I+n →D ．131130153521I Te+H →3．某原子核X A Z 吸收一个中子后，放出电子，分裂为两个α粒子，由此可知（ ）。
A ．A ＝7，Z ＝3 B ．A ＝7，Z ＝4C ．A ＝8，Z ＝3D ．A ＝8，Z ＝44．原子核X A Z 与氘核21He 反应生成一个α粒子和一个质子。
由此可知（ ）。
A ．A ＝2，Z ＝1 B ．A ＝2，Z ＝2C ．A ＝3，Z ＝3D ．A ＝3，Z ＝25．放射性同位素可作为示踪原子，例如，在医学上可以确定肿瘤的位置等等。
今有四种不同的放射性同位素R 、P 、Q 、S ，它们的半衰期分别为半年、38天、15天和2天，则应选用的同位素是（ ）。
A ．SB ．QC ．PD ．R6．天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验结果如图所示，由此可推知（ ）。
A ．②来自于原子核外的电子B ．①的电离作用最强，是一种电磁波C ．③的电离作用较强，是一种电磁波D ．③的电离作用最弱，属于原子核内释放的光子7．铝箔被α粒子轰击后发生了以下核反应：27411320Al+He X+n →。
下列判断正确的是（ ）。
A ．10n 是质子B ．10n 是中子C ．X 是2814Si 的同位素D ．X 是3115P 的同位素8．关于天然放射现象，叙述正确的是（ ）。
4.3让射线造福人类[先填空]1.人工放射性元素的发现(1)人工放射性的发现约里奥—居里夫妇用α粒子轰击铝箔时，意外地探测到了正电子.停止轰击后，仍能测到正电子，物质放射正电子的性能也随时间衰减，有一定的半衰期.(2)核反应方程4He＋2713Al→3015P＋10n230P→3014Si＋01e1530P有放射性，衰变时放出正电子.152.探测射线的仪器和方法(1)计数器计数器结构示意图图4-3-1计数器的主要部分是计数管，结构如图4-3-1所示.外面是玻璃管，里面有一个接在电源负极上的导电圆筒，中间有一根接电源正极的钨丝，里面充入低压惰性气体，工作时在两极间加上的电压略低于管内气体的击穿电压.当射线进入管内时，会使气体电离，产生的电子和正离子在强电场中加速，再与气体分子碰撞.又使气体电离，产生电子……这样，一个粒子进入玻璃管内就会产生大量的电子，这些电子到达阳极，就形成一次瞬间导电，电路中形成一个脉冲电流，电子仪器把这次脉冲记录下来.(2)云室：粒子在云室内气体中飞过，使沿途的气体分子电离，过饱和酒精蒸气就会以这些离子为核心凝结成雾滴，于是显示出射线的径迹.(3)乳胶照相利用高速运动的带电粒子能使照相底片感光的特性，可以直接用照相胶片来得到粒子的径迹.[再判断]1.云室和气泡室都是应用射线的穿透能力研究射线的轨迹.(×)2.计数器既可以统计粒子的数量，也可以区分射线的种类.(×)3.衰变和原子核的人工转变均满足质量数守恒和电荷数守恒.(√)[后思考]在云室中如何判断放射线的性质和带电的正负？【提示】根据放射线在云室中径迹的长短和粗细，可以知道粒子的性质，把云室放在磁场中，根据带电粒子运动径迹的弯曲方向，还可以知道粒子所带电荷的正负.[核心点击]1.原子核人工转变的三大发现(1)1919年卢瑟福发现质子的核反应：14N＋42He→178O＋11H7(2)1932年查德威克发现中子的核反应：9Be＋42He→126C＋10n4(3)1934年约里奥—居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应：2713Al＋42 He→3015P＋10n；3015P→3014Si＋01e.2.人工转变核反应与衰变的比较(1)不同点：原子核的人工转变是一种核反应，是其他粒子与原子核相碰撞的结果，需要一定的装置和条件才能发生，而衰变是原子核的自发变化，它不受物理和化学条件的影响.(2)相同点：人工转变与衰变过程一样，在发生过程中质量数与电荷数都守恒，反应前后粒子总动量守恒.3.三种射线在云室中的径迹比较(1)α粒子的质量比较大，在气体中飞行时不易改变方向.由于它的电离本领大，沿途产生的离子多，所以它在云室中的径迹直而粗.(2)β粒子的质量小，跟气体碰撞时容易改变方向，并且电离本领小，沿途产生的离子少，所以它在云室中的径迹比较细，而且速度减小后的轨迹常常弯曲.(3)γ粒子的电离本领更小，在云室中一般看不到它的径迹.4.不同探测方法的对比云室是依据径迹探测射线的性质和种类，而计数器只能计数，不能区分射线的种类.1.在云室中，关于放射源产生的射线径迹，下列说法中正确的是()A.由于γ射线的能量大，容易显示其径迹B.γ射线的电离本领很小，在云室中一般看不到它的径迹C.由于β粒子的速度大，其径迹细而且长D.由于α粒子的速度小，不易显示其径迹E.由于α粒子的电离作用强，其径迹直而粗【解析】在云室中显示粒子径迹是由于引起气体电离，电离作用强的α粒子容易显示其径迹，因质量较大，飞行时不易改变方向，所以径迹直而粗，故只有B、C、E正确.【答案】BCE2.利用云室探测射线时能观察到细长而弯曲的径迹，则可知是________射线射入云室中，观察到的是射线粒子在运动路径上的________.【解析】α射线质量较大，在气体中飞行时不易改变方向，在云室中的径迹直而粗，β射线质量较小，在云室中的径迹细而弯曲，因此观察到云室中细长而弯曲的径迹是β射线的径迹，射线粒子的运动肉眼是观察不到的，观察到的是酒精的过饱和蒸气在射线粒子运动路径上形成的雾滴.【答案】β酒精雾滴3.用计数器测定放射源的放射强度为每分钟405次，若将一张厚纸板放在计数器与放射源之间，计数器几乎测不到射线.10天后再次测量，测得该放射源的放射强度为每分钟101次，则该放射性元素的半衰期是________天，放出的射线是________射线.【解析】因厚纸板能挡住这种射线，可知这种射线是穿透能力最差的α射线；因放射性元素原子核个数与单位时间内衰变的次数成正比，10天后测出放射强度为原来的四分之一，说明10天后放射性元素的原子核个数只有原来的四分之一，由半衰期公式知，已经过了两个半衰期，故半衰期是5天.【答案】5α三种射线肉眼都看不见，探测射线的方法都是利用它们和其他物质发生作用时产生的现象，来显示射线的存在.[先填空]1.射线的应用(1)作为射线源利用γ射线的穿透能力强的特点，可以检查物体工件内部有无砂眼或裂缝.利用透过物体的射线的强度跟物体的密度和厚度有关，可以检查产品的厚度，密封容器中液面的高度等；利用射线的生物效应，可以消灭害虫、杀菌消毒、治疗癌症.储藏肉类、水产、谷物和水果等.利用射线的化学效应，可以制造各种塑料或改善塑料性能.(2)作为示踪原子利用放射性同位素放出的射线，可以掌握它的踪迹，研究它所经历的变化，作这种用途的放射性同位素通常叫做示踪原子.2.放射性污染及其防护人类一直生活在放射性的环境中，过强的辐射，会对生物体造成危害.要防止放射性物质对空气、水源和食品的污染.[再判断]1.利用放射性同位素放出的γ射线可以给金属探伤.(√)2.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做“示踪原子”.(√)3.医疗照射是利用放射性，对人和环境没有影响.(×)4.密封保存放射性物质是常用的防护方法.(√)[后思考]1.医学上做射线治疗用的放射性元素，使用一段时间后当射线强度降低到一定程度时就需要更换放射材料，原来的材料成为核废料，这些放射治疗选用的放射性元素的半衰期应该很长还是较短？为什么？【提示】应选用半衰期较短的.因为半衰期短的放射性废料容易处理.当然也不能选用太短的，否则就需要频繁更换放射原料了.2.放射性污染危害很大，放射性穿透力很强，是否无法防护？【提示】放射线危害很难防护，但是通过屏蔽、隔离等措施可以进行有效防护，但防护的有效手段是提高防范意识.[核心点击]1.放射性同位素的分类可分为天然放射性同位素和人工放射性同位素两种，天然放射性同位素不过40多种，而人工放射性同位素已达1 000多种，每种元素都有自己的放射性同位素.2.人工放射性同位素的优点(1)放射强度容易控制；(2)可以制成各种所需的形状；(3)半衰期比天然放射性物质短得多，放射性废料容易处理.因此，凡是用到射线时，用的都是人工放射性同位素.3.放射性同位素的主要应用(1)利用它的射线.①工业部门使用射线测厚度——利用γ射线的穿透特性；②农业应用——γ射线使种子的遗传基因发生变异，杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期等；③医疗上——利用γ射线的高能量治疗癌症.(2)作为示踪原子：放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质，通过探测放射性同位素的射线确定其位置.4.下列哪些应用是把放射性同位素作为示踪原子()A.γ射线探伤仪B.利用含有放射性碘131的油，检测地下输油管的漏油情况C.利用钴60治疗肿瘤等疾病D.把含有放射性元素的肥料施给农作物，用检测放射性的办法确定放射性元素在农作物内转移和分布情况，找出合理施肥的规律E.给人注射碘的放射性同位素碘131，然后定时用探测器测量甲状腺及邻近组织的放射强度，帮助诊断甲状腺的疾病【解析】A是利用了γ射线的穿透性；C利用了γ射线的生物作用；B、D、E是利用示踪原子.【答案】BDE5.关于放射性同位素的应用下列说法中正确的有()A.放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，因此达到了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伤害E.不能利用γ射线进行人体透视【解析】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，将静电泄出，A错误；γ射线对人体细胞伤害太大，因此不能用来人体透视，在用于治疗肿瘤时要严格控制剂量，B、D、E正确；DNA变异并不一定都是有益的，C错误.【答案】BDE放射性同位素的两类应用(1)利用它的射线：α射线的电离作用，γ射线的贯穿本领和生物作用，β射线的贯穿本领.(2)作为示踪原子：多数情况下用β射线，因为γ射线难以探测到.。
让射线造福人类1.了解正电子的发现过程．2。
了解探测射线的仪器和方法．（重点＋难点）3。
了解放射性的应用和保护．（难点)［学生用书P57]一、人工放射性元素的发现1．约里奥。
居里夫妇在发现中子时错失一次良机，但后来的一个重大发现，为发现更多的放射性元素开辟了全新的途径,他们的重大发现是发现了放射性同位素．用α粒子轰击铝箔时除探测到预料中的中子，还意外地探测到了正电子．原来是α粒子轰击铝箔后,得到了一种新元素，磷的一种同位素：错误!P，这种新元素具有正电子放射性．2．核反应方程是:4，2He＋错误!Al→错误!P＋错误!n,错误!P→错误!Si＋错误!e．人们用原子反应堆和加速器生产的放射性同位素已达2 000 多种．二、探测射线的仪器和方法1．计数器的原理：在金属丝和圆筒两极间加上一定的电压，这个电压稍低于管内气体的击穿电压．当某种射线粒子进入管内时，它使管内的气体分子电离，产生电子…这样，一个粒子进入管中后可以产生大量电子，这些电子到达阳极,正离子到达阴极，在计数管电路中产生了一个相当强脉冲放电,利用电子仪器可以把放电次数记录下来．2．云室（1)原理：粒子在云室内气体中飞过，使沿途的气体分子电离，过饱和酒精蒸汽就会以这些离子为核心凝结成雾滴,于是显示出射线的径迹．(2）粒子径迹:α粒子的径迹直而粗．β粒子的径迹比较细,而且常常弯曲．γ粒子的电离本领更小，在云室中一般看不到它的径迹．3．乳胶照相的原理：利用高速运动的带电粒子能使照相底片感光的特征，可以直接用照相底片来得到粒子的径迹．三、放射性的应用与防护1．射线的应用应用共有两个方面：一方面是作为射线源,另一方面是作为示踪原子．2．放射性污染及其防护（1）在人类生活中存在着自然辐射,像空气、水、还有一些生活用品等，这类放射源的辐射都很弱，没有发现对人体健康有什么影响．（2）过强的辐射,无论是哪种射线(包括电磁辐射）都会对生物体造成危害．防护方法是:远离放射源，对废弃的放射源要交给公安部门或在指定地点深埋,并要远离水源等等．医学上做射线治疗用的放射性元素,应用半衰期长的还是短的？为什么？提示：半衰期短的．因为半衰期短的放射性废料容易处理，并且射线对人体组织有破坏作用．探测射线的方法［学生用书P58］1．威尔逊云室:α粒子的质量比较大，在气体中飞行不易改变方向，并且电离本领大，沿途产生的离子多,所以它在云室中的径迹直而短粗；β粒子的质量小，跟气体碰撞时容易改变方向，并且电离本领小，沿途产生的离子少,所以它在云室中的径迹比较细,且常常发生弯曲；γ粒子的电离本领更小，一般看不见它的径迹．如果把云室放在磁场中，从带电粒子运动轨迹的弯曲方向，还可知道粒子所带电荷的正负．2．气泡室：气泡室的原理同云室的原理类似，所不同的是气泡室里装的是液体，如液态氢．控制气泡室内液体的温度和压强,使温度略低于液体的沸点．当气泡室内压强突然降低时，液体的沸点变低,因此液体过热，粒子通过液体时在它的周围就有气泡形成,从而显示粒子径迹．3．盖革—米勒计数器(1）构造：盖革－米勒计数器的主要部分是盖革－米勒计数管．它的外面是玻璃管,里面有一个接在电源负极的导电圆筒（或在玻璃管上镀导电膜代替),筒的中间有一条接正极的金属丝．玻璃管中装有低压的惰性气体，如氩、氖等,以及少量酒精蒸气或溴蒸气，管内压强约为10~20 kPa.金属丝和圆筒间的电压约100 V，这个电压稍低于管内气体的电离电压．(2)原理：当射线粒子进入管内时，它使管内的气体电离，产生的电子在电场中加速．电子跟管中的气体分子碰撞时，又使气体分子电离，产生电子……这样，一个粒子进入管中可以产生大量电子．这些电子到达阳极，正离子到达阴极，在电路中就产生一次脉冲放电，利用电子仪器可以把放电次数记录下来．根据径迹的长短和粗细,可以知道粒子的性质;把云室放在磁场中，从带电粒子运动轨迹的弯曲方向，还可以知道粒子所带电荷的正负．（多选)关于放射线的探测,下列说法正确的是（)A．气泡室探测射线的原理与云室探测射线的原理类似B．由气泡室内射线的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［思路点拨］了解各种探测仪的工作原理,并能区别其不同点．［解析] 气泡室探测射线的原理与云室类似,不同的是通过射线在气泡室中经过时产生气泡来显示射线径迹，故A选项正确；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,故B选项正确;盖革－米勒计数器利用射线的电离作用，产生电脉冲进而计数,所以C选项正确;对于不同射线产生的脉冲现象相同,因此计数器只能用来计数，不能区分射线的种类，所以D选项错误．[答案］ABC错误!威耳逊云室和气泡室都是依据径迹探测射线的性质和种类，而盖革－米勒计数器只能计数,不能区分射线的种类．放射线的应用和防护［学生用书P59] 1．人工放射性同位素的优点（1）放射强度容易控制．（2)可制成各种所需的形状．（3)半衰期短，废料易处理．2．放射性同位素的主要应用(1)利用它的射线①利用γ射线的贯穿本领，可用γ射线探伤等．②利用α射线的电离作用很强，可消除有害静电．③利用γ射线对生物组织的物理和化学作用，可用来使种子发生变异,培育良种、灭菌消毒．④利用放射线的能量,在医疗上，常用以抑制甚至杀死病变组织，还可以轰击原子核,诱发核反应．(2）作为示踪原子①在农业生产中,探测农作物在不同的季节对元素的需求．②在工业中,检查输油管道上的漏油位置．③在生物医疗上,可以检查人体对某元素的吸收情况，也可以帮助确定肿瘤的部位和范围．人造放射性同位素与天然放射性物质相比有许多优点,因此，凡是用到射线时,用的都是人造放射性同位素．3．放射性的污染与防护污染与防护举例与措施说明污染核爆炸核爆炸的最初几秒钟辐射出来的主要是强烈的γ射线与中子流核泄漏核工业生产和核科学家研究中使用放射性原材料，一旦泄露就会造成严重污染医疗照射医疗中如果放射线的剂量过大,也会导致病人受到损害，甚至造成病人的死亡防护密封防护把放射源密封在特殊的包壳里，或者用特殊的方法覆盖,以防止射线泄漏距离防护距放射源越远，人体吸收的剂量就越少,受到的危害就越轻时间防护尽量减少受辐射的时间屏蔽防护在放射源与人体之间加屏蔽物能起到防护作用．铅的屏蔽作用最好用人工方法得到放射性同位素，这是一个很重要的发现，天然放射性同位素只不过40几种,而今天人工制造的同位素已达2 000多种，每种元素都有放射性同位素，放射性同位素在农业、医疗卫生、科研等许多方面得到广泛应用．(1）如图是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图，如工厂生产的是厚度 1 mm铝板，在α、β、γ三种射线中，你认为对铝板的厚度起主要作用的是________射线．（2）在我国首先用人工方法合成牛胰岛素时需要证明人工合成的牛胰岛素结晶跟天然牛胰岛素结晶是同一物质,为此曾采用放射性同位素14C做________．［解析] （1）α射线穿透物质的本领弱，不能穿透厚度1 mm 的铝板，因而探测器不能探到，γ射线穿透本领最强，穿透 1 mm的铝板和几毫米厚铝板打在探测器上很难分辨，β射线也能穿透几毫米厚的铝板,但厚度不同，穿透后β射线中的电子运动状态不同，探测器容易分辨．(2)把掺入14C的人工合成牛胰岛素与天然牛胰岛素混合在一起，经多次重新结晶后，得到了放射性14C分布均匀的牛胰岛素结晶，这就证明了人工合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素合为一体,它们是同一物质，把这种放射性同位素的原子掺到其他物质中去，让它们一起运动迁移，再用放射性探测仪器进行追踪，就可以知道放射性原子通过什么路径,运动到哪里了,是怎样分布的，从而可了解某些不容易查明的情况或规律，人们把这种用途的放射性同位素叫做示踪原子．［答案] （1)β（2）示踪原子错误!（1)用射线来测量厚度，一般不选取α射线是因为其穿透能力太差,更多的是选取γ射线,也有部分选取β射线的．（2)给病人治疗癌症、培育优良品种、延长食物保质期一般选取γ射线．(3）使用放射线时安全是第一位的．（多选）近几年,我国北京、上海、山东、洛阳、广州各地引进了十多台γ刀，治疗患者5 000余例，效果极好，成为治疗脑肿瘤的最佳仪器,令人感叹的是，用γ刀治疗时不用麻醉,病人清醒，时间短，半小时内完成手术，无需住院，因而γ刀被誉为“神刀"．据报道，我国自己研制的旋式γ刀性能更好，即将进入各大医院为患者服务．γ刀治疗脑肿瘤主要是利用（）A．γ射线具有很强的贯穿本领B．γ射线具有很强的电离作用C．γ射线具有很高的能量D．γ射线能很容易地绕过阻碍物到达目的地解析：选AC.γ射线是一种波长很短的电磁波,具有较高的能量,它的贯穿本领很强，甚至可以穿透几厘米的铅板，但它的电离作用很小．γ刀治疗肿瘤时，通常是同时用多束γ射线，使它们穿透脑颅和健康区域在病灶处会聚,利用γ射线的高能杀死肿瘤细胞．如图所示．综上所述，本题正确选项为A、C。
第4章从原子核到夸克章末总结一、识记物理学史近代核物理的探索和发现从根本上把人们对物质世界的认识推进到了微观领域．因此对物理学史的考查也常从这里开始，如电子的发现、核式结构模型的建立、质子、中子的发现，是高考考查的重点和热点．现总结如下：1．汤姆生电子的发现[第一大发现]→原子可以再分→汤姆生→“枣糕”式原子模型．2．卢瑟福(1)α粒子散射实验[第二大发现]→否定了汤姆生原子模型→卢瑟福原子模型(核式结构)→打开原子物理大门，初步建立了原子结构的正确图景，跟经典的电磁理论发生了矛盾．(2)α粒子轰击氮原子核→发现了质子[第三大发现]．3．玻尔(1)核外电子绕核运动．(2)原子光谱不连续→玻尔原子模型(能量量子化，能级跃迁假设，轨道量子化)[第四大发现]→成功解释了氢光谱的规律，不能解释比较复杂的原子． 4．贝可勒尔天然放射现象[第五大发现]→原子核有复杂结构． ⎩⎪⎨⎪⎧α射线→α粒子流→氦原子核→高电离本领β射线→高速电子流→电离本领较α粒子弱γ射线→高能量光子→高穿透本领例1 (多选)下列说法中正确的是( ) A ．玛丽·居里首先提出原子的核式结构模型 B ．卢瑟福在α粒子散射实验中发现了质子 C ．查德威克在原子核人工转变的实验中发现了中子 D ．贝可勒尔发现原子核有复杂结构 答案 CD解析 卢瑟福在α粒子散射实验中提出原子的核式结构模型，所以A 、B 错．据物理学史可知C 、D 正确．二、半衰期及衰变次数的计算1．半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间． 计算公式：N ＝N 0(12)n 或m ＝m 0(12)n，其中n ＝tT，T 为半衰期． 2．确定衰变次数的方法 (1)AZ X→A ′Z ′Y ＋n 42He ＋m 0－1e 根据质量数、电荷数守恒得Z ＝Z ′＋2n －m A ＝A ′＋4n二式联立求解得α衰变次数n ，β衰变次数m .(2)根据α衰变和β衰变(β衰变质量数不变)直接求解． 例2 (多选)关于原子核的有关知识，下列说法正确的是( ) A ．天然放射性射线中β射线实际就是电子流，它来自原子核内B ．放射性原子经过α、β衰变致使新的原子核处于较高能级，因此不稳定从而产生γ射线C ．氡222经过衰变变成钋218的半衰期为3.8天，一个氡222原子核四天后一定衰变为钋218D．当放射性元素的原子核外电子具有较高能量时，将发生β衰变答案AB解析β衰变的实质是原子核中的一个中子转化成一个质子，产生一个电子，这个电子以β射线的形成释放出去，衰变后的新核处于较高能级，不稳定，向低能级跃迁时放出γ射线，A、B正确，D错误．因为半衰期是统计规律，对单个原子核没有意义，所以C项错．图1针对训练放射性元素238 92U衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成210 83Bi，而210 83Bi可以经一次衰变变成210a X(X代表某种元素)，也可以经一次衰变变成b81Tl，210a X和b81Tl最后都变成20682Pb，衰变路径如图1所示．则( )A．a＝82，b＝211B.210 83Bi→210a X是β衰变，210 83Bi→b81Tl是α衰变C.210 83Bi→210a X是α衰变，210 83Bi→b81Tl是β衰变D.b81Tl经过一次α衰变变成206 82Pb答案 B解析由210 83Bi→210a X，质量数不变，说明发生的是β衰变，同时知a＝84.由210 83Bi→b81Tl，核电荷数减2，说明发生的是α衰变，同时知b＝206，由206 81Tl→206 82Pb发生了一次β衰变，故选B.三、原子核物理与动量、能量相结合的综合问题1．核反应过程中满足四个守恒：质量数守恒、电荷数守恒、动量守恒、能量守恒．2．核反应过程若在磁场中发生，粒子在匀强磁场中可能做匀速圆周运动，衰变后的新核和放出的粒子(α粒子、β粒子)形成外切圆或内切圆．Rn，它放射出一个α粒子后变为Po 例3足够强的匀强磁场中有一个原来静止的氡核22286核．假设放出的α粒子运动方向与磁场方向垂直，求：(1)α粒子与Po核在匀强磁场中的轨迹圆的半径之比，并定性画出它们在磁场中运动轨迹的示意图．(2)α粒子与Po核两次相遇的时间间隔与α粒子运动周期的关系；(设质子和中子质量相等)(3)若某种放射性元素在匀强磁场中垂直磁场方向发生β衰变，则β粒子和反冲核在磁场中运动轨迹的示意图与上述α衰变运动轨迹示意图有何不同？答案(1)42∶1见解析图(2)Δt＝109Tα(3)见解析图解析 (1)氡核经α衰变的核反应方程为2228686Rn→2188484Po ＋42He ，衰变的过程极短，故系统动量守恒．设α粒子速度方向为正，则由动量守恒定律得：0＝m αv α－m Po v Po ， 即m αv α＝m Po v Poα粒子与反冲核在匀强磁场中，洛伦兹力提供其做匀速圆周运动的向心力，即qvB ＝m v 2r ，r＝mv qB ∝1q， 故r αr Po ＝q Po q α＝842＝421，示意图如图甲所示． (2)它们在磁场中运动的周期T ＝2πr v ＝2πm qB ∝m q ，它们的周期之比为T αT Po ＝m αm Po ·q Po q α＝4218·842＝84109， 即109T α＝84T Po ，这样，α粒子转109圈，Po 核转84圈，两者才相遇．所以α粒子与Po 核两次相遇的时间间隔Δt ＝109T α.(3)若放射性元素在匀强磁场中垂直磁场方向发生β衰变，则β粒子和反冲衰变过程仍符合动量守恒定律，它们也在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，但由于β粒子带负电，反冲核带正电，衰变时它们两个运动方向相反，但受的洛伦兹力方向相同，所以它们的轨迹圆是内切的，且β粒子的轨迹半径大于反冲核的轨迹半径，其运动轨迹的示意图如图乙所示．1．氪90(9036Kr)是不稳定的，它经过一系列衰变最终成为稳定的锆90(9040Zr)，这些衰变是( ) A ．1次α衰变，6次β衰变 B ．4次β衰变 C ．2次α衰变D ．2次α衰变，2次β衰变 答案 B解析 解法一 推理计算法根据衰变规律，β衰变不影响核的质量数，发生一次β衰变，核电荷数增加1；发生一次α衰变，质量数减少4，核电荷数减少2，9036Kr 衰变为9040Zr ，质量数不变，故未发生α衰变；核电荷数增加4，一定是发生了4次β衰变． 解法二 列方程求解设9036Kr 衰变为9040Zr ，经过了x 次α衰变，y 次β衰变，则有9036Kr→9040Zr ＋x 42He ＋y 0－1e 由质量数守恒得90＝90＋4x 由电荷数守恒得36＝40＋2x －y解得x ＝0，y ＝4，即只经过了4次β衰变，选项B 正确．2．一块含铀的矿石质量为M ，其中铀元素的质量为m .那么下列说法中正确的是( ) A ．经过两个半衰期后，这块矿石中基本不再含有铀了B ．经过两个半衰期后，原来所含的铀元素的原子核有m4发生了衰变C ．经过三个半衰期后，其中铀元素的质量还剩m8D ．经过一个半衰期后，该矿石的质量剩下M2答案 C解析 经过两个半衰期后，铀元素的质量还剩m4，A 、B 项均错误；经过三个半衰期后，铀元素还剩m8，C 项正确；铀衰变后，铀核变成了新的原子核，故D 项错误．3．(多选)天然放射性物质的放射线包括三种成分，下列说法正确的是( ) A ．一张厚的黑纸能挡住α射线，但不能挡住β射线和γ射线 B ．某原子核在放出γ射线后会变成另一种元素的原子核 C ．三种射线中对气体电离作用最强的是α射线 D ．β粒子是电子，但不是原来绕核旋转的核外电子 答案 ACD4．在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于放出一个α粒子，结果得到一张两个相切圆的径迹照片(如图2所示)，今测得两个相切圆半径之比r 1∶r 2＝1∶44.求：反冲核的电荷数是多少？(已知新核电荷量大于α粒子电荷量)．图2答案 88解析 原子核放出α粒子的过程动量守恒，由于初始动量为零，所以末态动量也为零，α粒子和反冲核的动量大小相等、方向相反，即p 1＝p 2＝pα粒子和反冲核在磁场中均做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力，qvB ＝m v 2r ，解得r ＝mvqB，可知粒子运动的半径大小与其所带的电荷量成反比，则2是α粒子的运动轨迹，1是新核的运动轨迹．所以α粒子的半径：r 2＝p2eB设反冲核的电荷量为Q ，则反冲核的半径：r 1＝p QB所以：r 2r 1＝Q 2e ＝441，Q ＝88e .即反冲核的电荷数是88.。
第四章从原子核到夸克章末检测(第4章)(时间：90分钟满分：100分)一、选择题(1～7题为单项选择题，8～12题为多项选择题，每小题5分，共60分)1．下列现象中，与原子核内部变化有关的是( )A．α粒子散射现象B．天然放射现象C．光电效应现象D．原子发光现象答案 B解析α粒子散射现象说明了金箔原子中有一个很小的核；光电效应现象说明了光的粒子性，原子发光现象说明核外电子跃迁具有量子化的特征；只有天然放射现象才能说明原子核具有内部结构，选项B正确．2．下列与α粒子相关的说法中正确的是( )A．天然放射现象中产生的α射线速度与光速相当，穿透能力很强B.238 92U(铀238)核放出一个α粒子后就变为234 90Th(钍234)核C．高速α粒子轰击氮核可从氮核中打出中子，核反应方程为42He＋14 7N―→16 8O＋10nD．丹麦物理学家玻尔进行了α粒子散射实验并首先提出了原子的核式结构模型答案 B解析α粒子的速度是c10，A错；根据核反应遵循的电荷数守恒、质量数守恒可知，B对，C 错；D项中应是卢瑟福，D错．3．放射性元素(222 86Rn)经α衰变成为钋(218 84Po)，半衰期约为3.8天；但勘测表明，经过漫长的地质年代后，目前地壳中仍存在天然的含有放射性元素222 86Rn的矿石，其原因是( ) A．目前地壳中的222 86Rn主要来自于其他放射性元素的衰变B．在地球形成的初期，地壳中元素222 86Rn的含量足够高C．当衰变产物218 84Po积累到一定量以后，218 84Po的增加会减慢222 86Rn的衰变进程D.222 86Rn主要存在于地球深处的矿石中，温度和压力改变了它的半衰期答案 A4．人们在海水中发现了放射性元素钚(239 94Pu). 239 94Pu可由铀239(239 92U)经过n次β衰变而产生，则n为( )A．2 B．239C．145 D．92答案 A解析 β衰变规律是质量数不变，质子数增加1，239 94Pu 比23992U 质子数增加2，所以发生了2次β衰变，A 正确．5．物理学重视逻辑，崇尚理性，其理论总是建立在对事实观察的基础上．下列说法正确的是( )A ．天然放射现象说明原子核内部是有结构的B ．电子的发现使人们认识到原子具有核式结构C ．α粒子散射实验的重要发现是电荷是量子化的D ．密立根油滴实验表明核外电子的轨道是不连续的 答案 A解析 放射现象中释放出了其他粒子，说明原子核内部具有一定的结构，A 正确；电子的发现使人们认识到原子是可以分割的，是由更小的微粒组成的，B 错误；α粒子散射实验否定了汤姆孙提出的枣糕式原子模型，建立了核式结构模型，C 错误；密立根油滴实验测定了电子的电荷量，D 错误．6．在匀强磁场中有一个静止的氡原子核(22286Rn)，由于衰变它放出一个粒子，此粒子的径迹与反冲核的径迹是两个相互外切的圆，大圆与小圆的直径之比为42∶1，如图1所示，那么氡核的衰变方程应为( )图1A.22286Rn ―→22287Fr ＋ 0－1e B.22286Rn ―→21884Po ＋42He C.22286Rn ―→22285At ＋01e D.22286Rn ―→22085At ＋21H答案 B解析 由于粒子与反冲核的径迹是外切的，据左手定则可知，该粒子一定带正电．由于粒子与反冲核的动量大小相等，据r ＝mvBq，又由已知大圆与小圆的直径之比为42∶1，所以粒子与反冲核的电荷量之比为1∶42，故B 正确．7．如图2甲是α、β、γ三种射线穿透能力的示意图，图乙是工业上利用射线的穿透性来检查金属内部伤痕的示意图，请问图乙中的检查利用的射线是( )图2A ．α射线B ．β射线C ．γ射线D ．三种射线都可以答案 C8．对放射性的应用和防护，下列说法正确的是( )A ．放射线能杀伤癌细胞或阻止癌细胞分裂，对人体的正常细胞不会有伤害作用B ．核工业废料要放在厚厚的重金属箱内，沉于海底C ．γ射线探伤仪中的放射源必须存放在特制的容器里，而不能随意放置D ．对可能有放射性污染的场所或物品进行检测是很有必要的 答案 BCD解析 放射线能杀伤癌细胞或阻止癌细胞分裂，但也会对人体的正常细胞有伤害，选项A 错．正因为放射性具有伤害作用，选项B 、C 、D 均正确．9．天然放射性元素23990Th(钍)经过一系列α衰变和β衰变之后，变成20882Pb(铅)．下列说法中正确的是( )A ．衰变的过程共有6次α衰变和4次β衰变B ．铅核比钍核少8个质子C ．β衰变所放出的电子来自原子核核外轨道D ．钍核比铅核多24个中子 答案 AB解析 由于β衰变不会引起质量数的减少，故可先根据质量数的减少确定α衰变的次数为：x ＝232－2084＝6，再结合核电荷数的变化情况和衰变规律来判定β衰变的次数应满足：2x －y ＝90－82＝8，y ＝2x －8＝4.钍232核中的中子数为232－90＝142，铅208核中的中子数为208－82＝126，所以钍核比铅核多16个中子，铅核比钍核少8个质子．β衰变所放出的电子来自原子核内，所以选项A 、B 正确．10．关于云室探测射线，下列说法中正确的是( )A ．云室内充满过饱和蒸气，射线经过时可显示射线运动的轨迹B ．云室中径迹直而清晰的是α射线C ．云室中径迹细而长的是γ射线D ．云室中显示粒子径迹的原因是蒸气电离，即使放入磁场中也无法判断射线所带电荷的正负 答案 AB解析 云室内充满过饱和蒸气，射线经过时使气体电离，凝结成雾滴，雾滴沿射线的路线排列，显示出射线的径迹，故选项A 正确；由于α粒子的质量比较大，飞行时不易改变方向，电离本领大，产生的离子多，所以α射线在云室中的径迹直而清晰，则选项B 正确；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，而径迹细长的是β射线，所以选项C错误；把云室放在磁场中，由射线径迹的弯曲方向就可判断射线所带电荷的正负，所以选项D错误．11．美国科研人员正在研制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(6328Ni)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6328Ni―→6327Cu＋0－1eB．镍63的衰变方程是6328Ni―→6429Cu＋0－1eC．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铜片到镍片答案CD解析镍63的衰变方程为6328Ni―→6329Cu＋0－1e，选项A、B错误；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、D均正确．12．关于放射性同位素的应用，下列说法正确的是( )A．利用γ射线使空气电离，把静电荷导走B．利用γ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，作为示踪原子答案BD二、填空题(本题共2个小题，共10分)13．(5分)约里奥—居里夫妇因发现人工放射性而获得了1935年的诺贝尔化学奖，他们发现的放射性元素3015P衰变成3014Si的同时放出另一种粒子，这种粒子是________.3215P是3015P的同位素，被广泛应用于生物示踪技术.1 mg 3215P随时间衰变的关系如图3所示，请估算4 mg的3215P经________天的衰变后还剩0.25 mg.图3答案正电子60解析 衰变方程为3015P→3014Si ＋01e ，即这种粒子是正电子．由图像可以看出3215P 的半衰期为15天，则4 mg×⎝ ⎛⎭⎪⎫12t15＝0.25 mg ，得t ＝60天．14．(5分)1934年，约里奥—居里夫妇在用α粒子轰击铝箔靶时，除探测到预料中的中子外，还探测到正电子，α粒子停止轰击后，铝箔靶仍继续发射正电子，这是因为反应生成了放射性同位素．(1)完成上述反应的核反应方程式2713Al ＋42He→________＋10n ；________→3014Si ＋01e(2)放射性同位素的作用有____________________________________________________． 答案 (1)3015P3015P (2)作为放射源；作为示踪原子三、计算题(本题共3个小题，共30分)15．(10分)3015P 是人类首先制造出的放射性同位素，其半衰期为2.5 min ，能衰变为3014Si 和一个未知粒子．(1)写出该衰变的方程；(2)已知容器中原有纯3015P 的质量为m ，求5 min 后容器中剩余3015P 的质量． 答案 (1)3015P→3014Si ＋0＋1e(正电子) (2)14m解析 (1)衰变的方程为：3015P→3014Si ＋0＋1e(正电子)(2)半衰期为2.5 min ，则经过5 min 后发生2次衰变，则容器中剩余3015P 的质量为：M ＝m (12)t T 1/2＝14m . 16．(10分)1930年发现，在真空条件下用α粒子(42He)轰击铍核(94Be)时，会产生一种看不见的、贯穿能力极强且不带电的粒子．后来查德威克证实了这种粒子就是中子． (1)写出α粒子轰击铍核的核反应方程．(2)若一个中子与一个静止的碳核发生正碰，已知中子的质量为m n 、初速度为v 0，与碳核碰后的速率为v 1，运动方向与原来运动方向相反，碳核质量为12m n ，求碳核与中子碰撞后的速率．(3)若与中子碰撞后的碳核垂直于磁场方向射入匀强磁场，测得碳核做圆周运动的半径为R ，已知元电荷的电荷量为e ，求该磁场的磁感应强度的大小． 答案 (1)42He ＋94Be→126C ＋10n (2)v 1＋v 012(3)m n (v 1＋v 0)6eR解析 (1)42He ＋94Be→126C ＋10n(2)中子与碳核的碰撞满足动量守恒 则m n v 0＝－m n v 1＋12m n v 2，得v 2＝v 1＋v 012(3)碳核垂直进入磁场后，洛伦兹力提供向心力做匀速圆周运动 则有B ·6e ·v 2＝12m n ·v 22R ，解得B ＝m n (v 1＋v 0)6eR.17．(10分)如图4甲所示，静止在匀强磁场中的63Li 核俘获一个速度为v 0＝7.7×104m/s 的中子而发生核反应，即63Li ＋10n ―→31H ＋42He ，若已知42He 的速度v 2＝2.0×104m/s ，其方向与反应前中子速度方向相同，试求：图4(1)31H 的速度大小和方向；(2)在图乙中，已画出并标明两粒子的运动轨迹，请计算出轨道半径之比； (3)当42He 旋转三周时，粒子31H 旋转几周？ 答案 (1)1.0×103m/s 方向与v 0方向相反 (2)3∶40 (3)2周解析 (1)反应前后动量守恒：m 0v 0＝m 1v 1＋m 2v 2(v 1为氚核速度，m 0、m 1、m 2分别代表中子、氚核、氦核的质量) 代入数值可解得：v 1＝－1.0×103m/s ，负号表示方向与v 0方向相反． (2)31H 和42He 在磁场中均受洛伦兹力，做匀速圆周运动的半径之比r 1∶r 2＝m 1v 1Bq 1∶m 2v 2Bq 2＝3∶40 (3)31H 和42He 做匀速圆周运动的周期之比T 1∶T 2＝2πm 1Bq 1∶2πm 2Bq 2＝3∶2所以它们的旋转周数之比n 1∶n 2＝T 2∶T 1＝2∶3， 即42He 旋转三周，31H 旋转2周．。
第四章从原子核到夸克章末检测(第4章)(时间：90分钟满分：100分)一、选择题(1～7题为单项选择题，8～12题为多项选择题，每小题5分，共60分)1．下列现象中，与原子核内部变化有关的是( )A．α粒子散射现象B．天然放射现象C．光电效应现象D．原子发光现象答案 B解析α粒子散射现象说明了金箔原子中有一个很小的核；光电效应现象说明了光的粒子性，原子发光现象说明核外电子跃迁具有量子化的特征；只有天然放射现象才能说明原子核具有内部结构，选项B正确．2．下列与α粒子相关的说法中正确的是( )A．天然放射现象中产生的α射线速度与光速相当，穿透能力很强B.238 92U(铀238)核放出一个α粒子后就变为234 90Th(钍234)核C．高速α粒子轰击氮核可从氮核中打出中子，核反应方程为42He＋14 7N―→16 8O＋10nD．丹麦物理学家玻尔进行了α粒子散射实验并首先提出了原子的核式结构模型答案 B解析α粒子的速度是c10，A错；根据核反应遵循的电荷数守恒、质量数守恒可知，B对，C 错；D项中应是卢瑟福，D错．3．放射性元素(222 86Rn)经α衰变成为钋(218 84Po)，半衰期约为3.8天；但勘测表明，经过漫长的地质年代后，目前地壳中仍存在天然的含有放射性元素222 86Rn的矿石，其原因是( ) A．目前地壳中的222 86Rn主要来自于其他放射性元素的衰变B．在地球形成的初期，地壳中元素222 86Rn的含量足够高C．当衰变产物218 84Po积累到一定量以后，218 84Po的增加会减慢222 86Rn的衰变进程D.222 86Rn主要存在于地球深处的矿石中，温度和压力改变了它的半衰期答案 A4．人们在海水中发现了放射性元素钚(239 94Pu). 239 94Pu可由铀239(239 92U)经过n次β衰变而产生，则n为( )A．2 B．239C．145 D．92答案 A解析 β衰变规律是质量数不变，质子数增加1，239 94Pu 比23992U 质子数增加2，所以发生了2次β衰变，A 正确．5．物理学重视逻辑，崇尚理性，其理论总是建立在对事实观察的基础上．下列说法正确的是( )A ．天然放射现象说明原子核内部是有结构的B ．电子的发现使人们认识到原子具有核式结构C ．α粒子散射实验的重要发现是电荷是量子化的D ．密立根油滴实验表明核外电子的轨道是不连续的 答案 A解析 放射现象中释放出了其他粒子，说明原子核内部具有一定的结构，A 正确；电子的发现使人们认识到原子是可以分割的，是由更小的微粒组成的，B 错误；α粒子散射实验否定了汤姆孙提出的枣糕式原子模型，建立了核式结构模型，C 错误；密立根油滴实验测定了电子的电荷量，D 错误．6．在匀强磁场中有一个静止的氡原子核(22286Rn)，由于衰变它放出一个粒子，此粒子的径迹与反冲核的径迹是两个相互外切的圆，大圆与小圆的直径之比为42∶1，如图1所示，那么氡核的衰变方程应为( )图1A.22286Rn ―→22287Fr ＋ 0－1e B.22286Rn ―→21884Po ＋42He C.22286Rn ―→22285At ＋01e D.22286Rn ―→22085At ＋21H答案 B解析 由于粒子与反冲核的径迹是外切的，据左手定则可知，该粒子一定带正电．由于粒子与反冲核的动量大小相等，据r ＝mvBq，又由已知大圆与小圆的直径之比为42∶1，所以粒子与反冲核的电荷量之比为1∶42，故B 正确．7．如图2甲是α、β、γ三种射线穿透能力的示意图，图乙是工业上利用射线的穿透性来检查金属内部伤痕的示意图，请问图乙中的检查利用的射线是( )图2A ．α射线B ．β射线C ．γ射线D ．三种射线都可以答案 C8．对放射性的应用和防护，下列说法正确的是( )A ．放射线能杀伤癌细胞或阻止癌细胞分裂，对人体的正常细胞不会有伤害作用B ．核工业废料要放在厚厚的重金属箱内，沉于海底C ．γ射线探伤仪中的放射源必须存放在特制的容器里，而不能随意放置D ．对可能有放射性污染的场所或物品进行检测是很有必要的 答案 BCD解析 放射线能杀伤癌细胞或阻止癌细胞分裂，但也会对人体的正常细胞有伤害，选项A 错．正因为放射性具有伤害作用，选项B 、C 、D 均正确．9．天然放射性元素23990Th(钍)经过一系列α衰变和β衰变之后，变成20882Pb(铅)．下列说法中正确的是( )A ．衰变的过程共有6次α衰变和4次β衰变B ．铅核比钍核少8个质子C ．β衰变所放出的电子来自原子核核外轨道D ．钍核比铅核多24个中子 答案 AB解析 由于β衰变不会引起质量数的减少，故可先根据质量数的减少确定α衰变的次数为：x ＝232－2084＝6，再结合核电荷数的变化情况和衰变规律来判定β衰变的次数应满足：2x －y ＝90－82＝8，y ＝2x －8＝4.钍232核中的中子数为232－90＝142，铅208核中的中子数为208－82＝126，所以钍核比铅核多16个中子，铅核比钍核少8个质子．β衰变所放出的电子来自原子核内，所以选项A 、B 正确．10．关于云室探测射线，下列说法中正确的是( )A ．云室内充满过饱和蒸气，射线经过时可显示射线运动的轨迹B ．云室中径迹直而清晰的是α射线C ．云室中径迹细而长的是γ射线D ．云室中显示粒子径迹的原因是蒸气电离，即使放入磁场中也无法判断射线所带电荷的正负 答案 AB解析 云室内充满过饱和蒸气，射线经过时使气体电离，凝结成雾滴，雾滴沿射线的路线排列，显示出射线的径迹，故选项A 正确；由于α粒子的质量比较大，飞行时不易改变方向，电离本领大，产生的离子多，所以α射线在云室中的径迹直而清晰，则选项B 正确；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，而径迹细长的是β射线，所以选项C错误；把云室放在磁场中，由射线径迹的弯曲方向就可判断射线所带电荷的正负，所以选项D错误．11．美国科研人员正在研制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(6328Ni)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6328Ni―→6327Cu＋0－1eB．镍63的衰变方程是6328Ni―→6429Cu＋0－1eC．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铜片到镍片答案CD解析镍63的衰变方程为6328Ni―→6329Cu＋0－1e，选项A、B错误；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、D均正确．12．关于放射性同位素的应用，下列说法正确的是( )A．利用γ射线使空气电离，把静电荷导走B．利用γ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，作为示踪原子答案BD二、填空题(本题共2个小题，共10分)13．(5分)约里奥—居里夫妇因发现人工放射性而获得了1935年的诺贝尔化学奖，他们发现的放射性元素3015P衰变成3014Si的同时放出另一种粒子，这种粒子是________.3215P是3015P的同位素，被广泛应用于生物示踪技术.1 mg 3215P随时间衰变的关系如图3所示，请估算4 mg的3215P经________天的衰变后还剩0.25 mg.图3答案正电子60解析 衰变方程为3015P→3014Si ＋01e ，即这种粒子是正电子．由图像可以看出3215P 的半衰期为15天，则4 mg×⎝ ⎛⎭⎪⎫12t15＝0.25 mg ，得t ＝60天．14．(5分)1934年，约里奥—居里夫妇在用α粒子轰击铝箔靶时，除探测到预料中的中子外，还探测到正电子，α粒子停止轰击后，铝箔靶仍继续发射正电子，这是因为反应生成了放射性同位素．(1)完成上述反应的核反应方程式2713Al ＋42He→________＋10n ；________→3014Si ＋01e(2)放射性同位素的作用有____________________________________________________． 答案 (1)3015P3015P (2)作为放射源；作为示踪原子三、计算题(本题共3个小题，共30分)15．(10分)3015P 是人类首先制造出的放射性同位素，其半衰期为2.5 min ，能衰变为3014Si 和一个未知粒子．(1)写出该衰变的方程；(2)已知容器中原有纯3015P 的质量为m ，求5 min 后容器中剩余3015P 的质量． 答案 (1)3015P→3014Si ＋0＋1e(正电子) (2)14m解析 (1)衰变的方程为：3015P→3014Si ＋0＋1e(正电子)(2)半衰期为2.5 min ，则经过5 min 后发生2次衰变，则容器中剩余3015P 的质量为：M ＝m (12)t T 1/2＝14m . 16．(10分)1930年发现，在真空条件下用α粒子(42He)轰击铍核(94Be)时，会产生一种看不见的、贯穿能力极强且不带电的粒子．后来查德威克证实了这种粒子就是中子． (1)写出α粒子轰击铍核的核反应方程．(2)若一个中子与一个静止的碳核发生正碰，已知中子的质量为m n 、初速度为v 0，与碳核碰后的速率为v 1，运动方向与原来运动方向相反，碳核质量为12m n ，求碳核与中子碰撞后的速率．(3)若与中子碰撞后的碳核垂直于磁场方向射入匀强磁场，测得碳核做圆周运动的半径为R ，已知元电荷的电荷量为e ，求该磁场的磁感应强度的大小． 答案 (1)42He ＋94Be→126C ＋10n (2)v 1＋v 012(3)m n (v 1＋v 0)6eR解析 (1)42He ＋94Be→126C ＋10n(2)中子与碳核的碰撞满足动量守恒 则m n v 0＝－m n v 1＋12m n v 2，得v 2＝v 1＋v 012(3)碳核垂直进入磁场后，洛伦兹力提供向心力做匀速圆周运动 则有B ·6e ·v 2＝12m n ·v 22R ，解得B ＝m n (v 1＋v 0)6eR.17．(10分)如图4甲所示，静止在匀强磁场中的63Li 核俘获一个速度为v 0＝7.7×104m/s 的中子而发生核反应，即63Li ＋10n ―→31H ＋42He ，若已知42He 的速度v 2＝2.0×104m/s ，其方向与反应前中子速度方向相同，试求：图4(1)31H 的速度大小和方向；(2)在图乙中，已画出并标明两粒子的运动轨迹，请计算出轨道半径之比； (3)当42He 旋转三周时，粒子31H 旋转几周？ 答案 (1)1.0×103m/s 方向与v 0方向相反 (2)3∶40 (3)2周解析 (1)反应前后动量守恒：m 0v 0＝m 1v 1＋m 2v 2(v 1为氚核速度，m 0、m 1、m 2分别代表中子、氚核、氦核的质量) 代入数值可解得：v 1＝－1.0×103m/s ，负号表示方向与v 0方向相反． (2)31H 和42He 在磁场中均受洛伦兹力，做匀速圆周运动的半径之比r 1∶r 2＝m 1v 1Bq 1∶m 2v 2Bq 2＝3∶40 (3)31H 和42He 做匀速圆周运动的周期之比T 1∶T 2＝2πm 1Bq 1∶2πm 2Bq 2＝3∶2所以它们的旋转周数之比n 1∶n 2＝T 2∶T 1＝2∶3， 即42He 旋转三周，31H 旋转2周．。
