高中物理魯科版5第三章原子核與放射性

章末綜合測評(三)(時間：60分鐘滿分：100分)一、選擇題(本題共7小題，每小題6分，共42分．全部選對得6分，選對但不全得3分，有錯選或不答得0分．)1．關(guān)于天然放射現(xiàn)象，下列說法正確的是()A．放射性元素的原子核內(nèi)的核子有半數(shù)發(fā)生變化所需的時間就是半衰期B．放射性物質(zhì)放出的射線中，α粒子動能很大，因此貫穿物質(zhì)的本領(lǐng)很強C．當放射性元素的原子的核外電子具有較高能量時，將發(fā)生β衰變D．放射性的原子核發(fā)生衰變后產(chǎn)生的新核從高能級向低能級躍遷時，輻射出γ射線【解析】半衰期是原子核有半數(shù)發(fā)生變化所需時間，故A錯．放射性物質(zhì)放出的射線中，α粒子動能很大，但穿透力弱，故B錯．β衰變是原子核內(nèi)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子時放出電子，而不是原子的核外電子躍遷的結(jié)果，C錯．由γ射線產(chǎn)生機理可知D對．【答案】D2．放射性元素衰變時放出的三種射線，按穿透能力由強到弱的排列順序是()【導學號：64772105】A．α射線，β射線，γ射線B．γ射線，β射線，α射線C．γ射線，α射線，β射線D．β射線，α射線，γ射線【解析】由放射性元素衰變時產(chǎn)生的α射線、β射線、γ射線的電離及穿透性質(zhì)可知B正確．【答案】B3．以下是物理學史上3個著名的核反應方程x＋eq\o\al(7,3)Li→2yy＋eq\o\al(14,7)N→x＋eq\o\al(17,8)Oy＋eq\o\al(9,4)Be→z＋eq\o\al(12,6)Cx、y和z是3種不同的粒子，其中z是()A．α粒子 B．質(zhì)子C．中子 D．電子【解析】由eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(7,3)Li→2eq\o\al(4,2)He，eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(14,7)N→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(17,8)O，eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(9,4)Be→eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(12,6)C，可知z為eq\o\al(1,0)n，故C正確，A、B、D錯誤．【答案】C\o\al(235,92)U經(jīng)過m次α衰變和n次β衰變，變成eq\o\al(207,82)Pb，則()A．m＝7，n＝3 B．m＝7，n＝4C．m＝14，n＝9 D．m＝14，n＝18【解析】衰變方程為：eq\o\al(235,92)U→eq\o\al(207,82)Pb＋meq\o\al(4,2)He＋neq\o\al(0,－1)e，由質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒得：m＝7，n＝4，因而B項正確．【答案】B5．(多選)有關(guān)放射性同位素eq\o\al(30,15)P的下列說法中正確的是()\o\al(30,15)P與eq\o\al(30,14)X互為同位素\o\al(30,15)P與其同位素具有相同的化學性質(zhì)C．用eq\o\al(30,15)P制成化合物后它的半衰期變短D．含有eq\o\al(30,15)P的磷肥釋放正電子，可用來作示蹤原子，以便觀察磷肥對植物的影響【解析】同位素具有相同的質(zhì)子數(shù)，化學性質(zhì)相同，A錯，B對；半衰期與化學狀態(tài)無關(guān)，C錯；含有eq\o\al(30,15)P的磷肥放出正電子，eq\o\al(30,15)P可作為示蹤原子，D對．【答案】BD6．(多選)正電子發(fā)射計算機斷層顯像(PET)的基本原理是將放射性同位素eq\o\al(15,8)O注入人體，參與人體的代謝過程，eq\o\al(15,8)O在人體內(nèi)衰變放出正電子，與人體內(nèi)負電子相遇而湮滅轉(zhuǎn)化為一對光子，被探測器探測到，經(jīng)計算機處理后產(chǎn)生清晰的圖像，則根據(jù)PET原理判斷下列表述正確的是()【導學號：64772049】\o\al(15,8)O在人體內(nèi)衰變方程是eq\o\al(15,8)O→eq\o\al(15,7)N＋eq\o\al(0,1)eB．正、負電子湮滅方程是eq\o\al(0,1)e＋eq\o\al(0,－1)e→γC．在PET中，eq\o\al(15,8)O主要用途是作為示蹤原子D．計算機斷層顯像技術(shù)在醫(yī)學檢查時對人的影響是微乎其微的，檢查過程也是安全的【解析】由題意知A正確，B錯誤．顯像的原理是采集γ光子，即注入人體內(nèi)的eq\o\al(15,8)O衰變放出正電子和人體內(nèi)的負電子湮滅轉(zhuǎn)化為γ光子，因此eq\o\al(15,8)O主要用途是作為示蹤原子，故C對．醫(yī)學中應用放射性同位素eq\o\al(15,8)O注入人體，進行醫(yī)學檢查時，人體呼吸沉積的量很小，對人體造成的影響很小，檢查過程安全，D正確．【答案】ACD7．(多選)朝鮮的“核危機”引起了全世界的矚目，其焦點問題就是朝鮮生產(chǎn)供研制核武器用的钚239(eq\o\al(239,94)Pu)，這種eq\o\al(239,94)Pu可由鈾239(eq\o\al(239,92)U)經(jīng)過衰變而產(chǎn)生．則下列判斷中正確的是()\o\al(239,94)Pu與eq\o\al(239,92)U的核內(nèi)具有相同的中子數(shù)\o\al(239,94)Pu與eq\o\al(239,92)U的核內(nèi)具有相同的核子數(shù)\o\al(239,92)U經(jīng)過1次α衰變產(chǎn)生eq\o\al(239,94)Pu\o\al(239,92)U經(jīng)過2次β衰變產(chǎn)生eq\o\al(239,94)Pu【解析】eq\o\al(239,94)Pu的核子數(shù)是239，中子數(shù)為239－94＝145，而eq\o\al(239,92)U的核子數(shù)是239，中子數(shù)為239－92＝147，所以eq\o\al(239,94)Pu與eq\o\al(239,92)U的核內(nèi)具有相同的核子數(shù)，不同的中子數(shù)，選項A錯誤，B正確；eq\o\al(239,92)U經(jīng)過1次α衰變，生成的新核的質(zhì)子數(shù)為90，所以產(chǎn)生物不是eq\o\al(239,94)Pu，選項C錯誤；根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可判斷出，eq\o\al(239,92)U經(jīng)過2次β衰變后產(chǎn)生的新核是eq\o\al(239,94)Pu，此過程中有2個中子轉(zhuǎn)變?yōu)?個質(zhì)子，故D正確．【答案】BD二、非選擇題(本題共5小題，共58分，按題目要求作答)8．(10分)如圖1所示在垂直紙面向外的勻強磁場中，一個靜止的鐳(eq\o\al(239,92)Ra)發(fā)生一次α衰變，生成氡(Rn)時可能的徑跡圖，其中α粒子的徑跡是________，新核的徑跡為________，核反應方程為________．圖1【解析】由動量守恒定律可知22286Rn與42He的運動方向相反，故軌跡為外切圓，由r＝eq\f(mv,qB)＝eq\f(p,qB)可知，電荷量小的42He軌道半徑大．【答案】cd22688Ra→22286Rn＋42He9．(10分)地球的年齡到底有多大，科學家利用天然放射性元素的衰變規(guī)律，通過對目前發(fā)現(xiàn)最古老的巖石中鈾和鉛含量來推算．測得該巖石中現(xiàn)含有的鈾是巖石形成初期時(巖石形成初期時不含鉛)的一半，鈾238衰變后形成鉛206，鈾238的相對含量隨時間變化的規(guī)律如圖2所示，圖中N為鈾238的原子數(shù)，N0為鈾和鉛的總原子數(shù)．圖2由此可知地球的年齡大約為________億年，被測定的古老巖石樣品在90億年時的鈾、鉛原子數(shù)之比約為________．【解析】據(jù)題意，巖石中鈾含量是形成初期的eq\f(1,2)，即有半數(shù)發(fā)生衰變，由圖像eq\f(N,N0)＝eq\f(1,2)時，時間約為45億年，即半衰期也是地球的大致年齡；90億年時有eq\f(3,4)的鈾衰變?yōu)殂U，故鈾、鉛原子數(shù)之比為1∶3.【答案】451∶310．(12分)碳14具有放射性，其半衰期T＝5686年，空氣中碳12跟碳14的存量比約為10∶，活著的生物體中碳的這兩種同位素之比與空氣中相同，生物死亡后，不再吸收碳，碳14以T＝5686年的半衰期減少，因此測得生物遺骸中的碳12與碳14存量比，再與空氣中比較，可估算出生物死亡年代，現(xiàn)測得一古代遺骸中碳14與碳12的存量比為空氣中的eq\f(2,3)，試計算該古代遺骸距今的時間．【解析】設活著和死亡時古生物中含14C的質(zhì)量分別為m0和m，含12C的質(zhì)量為M，則：eq\f(m0,M)＝eq\f,10)，eq\f(m,M)＝eq\f(2,3)×eq\f,10)所以eq\f(m0,m)＝eq\f(3,2)，因為m＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))t/T，所以2t/T＝eq\f(m0,m)＝eq\f(3,2)所以t＝3326年．【答案】3326年11．(12分)某些建筑材料可產(chǎn)生放射性氣體——氡，氡可以發(fā)生α或β衰變，如果人長期生活在氡濃度過高的環(huán)境中，氡經(jīng)過人的呼吸道沉積在肺部，并放出大量射線，從而危害人體健康．原來靜止的氡核(eq\o\al(222,86)Rn)發(fā)生一次α衰變生成新核釙(Po)．已知放出的α粒子速度為v.(1)寫出衰變方程；(2)求衰變生成的釙核的速度大?。窘馕觥?1)由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒，可得衰變方程為eq\o\al(222,86)Rn→eq\o\al(218,84)Po＋eq\o\al(4,2)He(2)由于衰變過程中滿足動量守恒，以α粒子運動方向為正方向則mPov′＋mαv＝0故v′＝－eq\f(mαv,mPo)＝－eq\f(4,218)v＝－eq\f(2,109)v，負號表示的方向與α粒運動方向相反．【答案】(1)eq\o\al(222,86)Rn→eq\o\al(218,84)Po＋eq\o\al(4,2)He(2)eq\f(2,109)v12．(14分)如圖3甲所示，靜止在勻強磁場中的eq\o\al(6,3)Li核俘獲一個速度為v0＝×104m/s的中子而發(fā)生核反應，即eq\o\al(6,3)Li＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(4,2)He，若已知eq\o\al(4,2)He的速度v2＝×104m/s，其方向與反應前中子速度方向相同，試求：【導學號：64772050】圖3(1)eq\o\al(3,1)H的速度大小和方向；(2)在圖乙中，已畫出并標明兩粒子的運動軌跡，請計算出軌道半徑之比；(3)當eq\o\al(4,2)He旋轉(zhuǎn)三周時，粒子eq\o\al(3,1)H旋轉(zhuǎn)幾周？【解析】(1)反應前后動量守恒：m0v0＝m1v1＋m2v2(v1為氚核速度，m0、m1、m2分別代表中子、氚核、氦核質(zhì)量)代入數(shù)值可解得：v1＝－×103m/s，方向與v0相反．(2)eq\o\al(3,1)H和eq\o\al(4,2)He在磁場中均受洛倫茲力，做勻速圓周運動的半徑