“四翼”檢測評價（十七） 放射性同位素

PAGE第5頁共5頁“四翼”檢測評價（十七）放射性同位素eq\a\vs4\al(A)組—重基礎(chǔ)·體現(xiàn)綜合1.如圖所示為查德威克研究原子核內(nèi)部結(jié)構(gòu)的實(shí)驗示意圖，由天然放射性元素釙(Po)放出α射線轟擊鈹時會產(chǎn)生粒子流a，用粒子流a轟擊石蠟后會打出粒子流b，下列說法正確的是()A．a(chǎn)為質(zhì)子，b為中子 B．a(chǎn)為γ射線，b為中子C．a(chǎn)為中子，b為γ射線 D．a(chǎn)為中子，b為質(zhì)子解析：選D不可見的粒子轟擊石蠟時打出的應(yīng)是質(zhì)子，因為質(zhì)子就是氫核，而石蠟中含有大量氫原子，轟擊石蠟的不可見粒子應(yīng)該是中子，故D正確。2．在天然放射性物質(zhì)附近放置一帶電體，帶電體所帶的電荷很快消失的根本原因是()A．γ射線的貫穿作用 B．α射線的電離作用C．β射線的貫穿作用 D．β射線的中和作用解析：選B因α射線的電離作用使空氣電離成正負(fù)離子，空氣就變成了導(dǎo)體，從而導(dǎo)走帶電體所帶的電荷，選項B正確。3．(多選)下列關(guān)于放射性同位素的應(yīng)用說法中正確的是()A．利用放射性消除靜電是利用射線的穿透作用B．利用射線探測機(jī)器部件內(nèi)部的砂眼或裂紋是利用射線的穿透作用C．利用射線改良品種是因為射線可使DNA發(fā)生變異D．在研究農(nóng)作物合理施肥中是以放射性同位素作為示蹤原子的解析：選BCD利用放射性消除靜電是利用射線的電離作用，故A不正確；人們利用γ射線穿透能力強(qiáng)的特點(diǎn)，可以探查較厚的金屬部件內(nèi)部是否有裂痕，故B正確；人們利用γ射線照射種子，可以使種子內(nèi)的遺傳物質(zhì)發(fā)生變異，經(jīng)過篩選，培育出新的優(yōu)良品種，故C正確；在研究農(nóng)作物合理施肥中是以放射性同位素作為示蹤原子的，故D正確。4．有些元素的原子核可以從很靠近它的核外電子中“俘獲”一個電子形成一個新原子(如從離原子核最近的K層電子中俘獲電子，叫“K俘獲”)，當(dāng)發(fā)生這一過程時()A．新原子是原來原子的同位素B．新原子核比原來的原子核少一個質(zhì)子C．新原子核將帶負(fù)電荷D．新原子核比原來的原子核少一個中子解析：選B原子核“俘獲”一個電子后，帶負(fù)電荷的電子與原子核內(nèi)帶正電荷的質(zhì)子中和，原子核的質(zhì)子數(shù)減少1，中子數(shù)增加1，形成一個新原子，新原子與原來的原子相比，質(zhì)子數(shù)不同，中子數(shù)也不同，不是同位素，所以B正確。5．放射性同位素電池已成功應(yīng)用于軍事衛(wèi)星、空間探測器、水下監(jiān)聽器、航標(biāo)燈、心臟起搏器、微型電動機(jī)械等方面。在諸多設(shè)計方案中，有一種是衰變產(chǎn)生的射線作用于熒光物質(zhì)激發(fā)熒光，然后使光電管受到熒光的照射而發(fā)生光電效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)電能輸出?，F(xiàn)考慮用氚(13H)作為放射性物質(zhì)，其衰變?yōu)棣滤プ?，半衰期?2.43年，則下列說法正確的是()A．β衰變所釋放的電子來自核外電子B．氚的衰變方程是eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(0,－1)e＋eq\o\al(3,2)HeC．提高溫度，增大壓強(qiáng)可以改變氚的半衰期D．該衰變電池的功率可保持10年不變解析：選Bβ衰變的實(shí)質(zhì)是原子核的一個中子變?yōu)橘|(zhì)子的同時釋放一個電子，故A錯誤；氚的衰變方程是eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(0,－1)e＋eq\o\al(3,2)He，故B正確；半衰期與原子核所處物理、化學(xué)環(huán)境無關(guān)，由原子核本身決定，故C錯誤；隨著放射性元素的質(zhì)量不斷減小，放射性元素放出的電子的數(shù)量不斷減小，該衰變電池的功率不斷減小，故D錯誤。6．(多選)某實(shí)驗室工作人員，用初速度為v0＝0.09c(c為真空中的光速)的α粒子轟擊靜止在勻強(qiáng)磁場中的鈉原子核eq\o\al(23,11)Na，產(chǎn)生了質(zhì)子。若某次碰撞可看作對心正碰，碰后新核的運(yùn)動方向與α粒子的初速度方向相同，質(zhì)子的運(yùn)動方向與新核運(yùn)動方向相反，它們在垂直于磁場的平面內(nèi)分別做勻速圓周運(yùn)動。通過分析軌跡半徑，可得出新核與質(zhì)子的速度大小之比為1∶10，已知質(zhì)子質(zhì)量為m。則()A．該核反應(yīng)方程是eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(23,11)Na→eq\o\al(26,12)Mg＋eq\o\al(1,1)HB．該核反應(yīng)方程是eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(23,11)Na→eq\o\al(26,12)Mg＋eq\o\al(1,)0nC．質(zhì)子的速度約為0.225cD．質(zhì)子的速度為0.09c解析：選AC新原子核的質(zhì)量數(shù)：m＝23＋4－1＝26，核電荷數(shù)：z＝11＋2－1＝12，核反應(yīng)方程：eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(23,11)Na→eq\o\al(26,12)Mg＋eq\o\al(1,1)H，故A正確，B錯誤；質(zhì)子質(zhì)量為m，α粒子、新核的質(zhì)量分別為4m、26m，設(shè)質(zhì)子的速度為v，對心正碰，選取α粒子運(yùn)動的方向為正方向，則由動量守恒得：4mv0＝26meq\f(v,10)－mv，解出v＝0.225c，故C正確，D錯誤。7．碘131(eq\o\al(131,53)I)治療是臨床上常用的一種治療甲亢的方法，它是通過含有β射線的碘被甲狀腺吸收，來破壞甲狀腺組織，使甲狀腺合成和分泌甲狀腺激素水平減少來達(dá)到治愈甲亢的目的。已知碘131發(fā)生β衰變的半衰期為8天，則以下說法正確的是()A．碘131的衰變方程為eq\o\al(131,53)I→eq\o\al(131,54)Xe＋eq\o\al(0,－1)eB.eq\o\al(131,54)Xe核比eq\o\al(131,53)I核多一個中子C．32g碘131樣品，經(jīng)16天后大約有8g樣品發(fā)生了β衰變D．升高溫度可能會縮短碘131的半衰期解析：選A原子核β衰變過程中放出電子，根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，碘131的衰變方程為eq\o\al(131,53)I→eq\o\al(131,54)Xe＋eq\o\al(0,－1)e，故A正確；eq\o\al(131,54)Xe核比eq\o\al(131,53)I核少一個中子，故B錯誤；32g碘131樣品，經(jīng)16天，即經(jīng)過2個半衰期，大約有8g樣品未發(fā)生衰變，衰變的質(zhì)量為24g，故C錯誤；改變溫度或改變外界壓強(qiáng)都不會影響原子核的半衰期，故D錯誤。8．(多選)原子核的衰變過程遵守一系列的守恒定律，在勻強(qiáng)磁場中有一個原來速度幾乎為0的放射性原子核W衰變?yōu)閮蓚€粒子P和S，衰變后粒子P和S的運(yùn)動速度和磁場垂直，粒子P和S分別做勻速圓周運(yùn)動。已知粒子P和S做圓周運(yùn)動的半徑和周期之比分別為RP∶RS＝45∶1，TP∶TS＝90∶117，則()A．放射性原子核W的質(zhì)量數(shù)為238B．P和S兩核的質(zhì)量數(shù)之比為117∶2C．P和S兩核的電荷數(shù)之比為45∶1D．P和S兩核的動能之比為117∶2解析：選AD根據(jù)動量守恒定律可知，衰變瞬間P和S兩核的動量大小相等，方向相反，由帶電粒子在磁場中運(yùn)動的半徑表達(dá)式R＝eq\f(mv,Bq)，可知eq\f(qP,qS)＝eq\f(RS,RP)＝eq\f(1,45)，C錯誤；帶電粒子在磁場中運(yùn)動的周期的表達(dá)式為T＝eq\f(2πm,Bq)，故eq\f(mP,mS)＝eq\f(qPTP,qSTS)＝eq\f(1,45)×eq\f(90,117)＝eq\f(2,117)，由于電子的質(zhì)量與質(zhì)子、中子相比是很小的，所以該衰變不可能是β衰變，該衰變應(yīng)為α衰變，α粒子的質(zhì)量數(shù)為4，則衰變后的新核具有234個核子，原子核W的質(zhì)量數(shù)為238，A正確，B錯誤；衰變瞬間P和S兩核的動量大小相等，它們的動能Ek＝eq\f(p2,2m)，可知P與S的動能大小與它們的質(zhì)量成反比，所以P和S兩核的動能之比為117∶2，D正確。9．1934年，約里奧—居里夫婦在用α粒子轟擊鋁箔時，除了測到預(yù)料中的中子外，還探測到了正電子。正電子的質(zhì)量跟電子的質(zhì)量相同，帶一個單位的正電荷，跟電子的電性正好相反，是電子的反粒子，更意外的是，拿走α放射源以后，鋁箔雖不再發(fā)射中子，但仍然繼續(xù)發(fā)射正電子，而且這種放射性也有一定的半衰期。原來，鋁箔被α粒子擊中后發(fā)生了如下反應(yīng)：eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n。這里的eq\o\al(30,15)P就是一種人工放射性同位素，正電子就是它衰變過程中放射出來的。(1)寫出放射性同位素eq\o\al(30,15)P放出正電子的核反應(yīng)方程；(2)放射性同位素eq\o\al(30,15)P放出正電子的衰變稱為正β衰變，我們知道原子核內(nèi)只有中子和質(zhì)子，那么正β衰變中的正電子從何而來？解析：(1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒，eq\o\al(30,15)P放出正電子的核反應(yīng)方程為eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e。(2)原子核內(nèi)只有質(zhì)子和中子，沒有電子，也沒有正電子，正β衰變是原子核的一個質(zhì)子轉(zhuǎn)變成一個中子，同時放出一個正電子，反應(yīng)過程為eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(0,1)e＋eq\o\al(1,0)n。答案：(1)eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e(2)見解析eq\a\vs4\al(B)組—重應(yīng)用·體現(xiàn)創(chuàng)新10．幽門螺桿菌可以引發(fā)多種胃病，因此能否準(zhǔn)確、迅速地檢測病人是否受到感染，治療方案的選擇是個關(guān)鍵。幽門螺桿菌在生命過程中會產(chǎn)生一種酶，它使尿素分解，生成物中包括二氧化碳。如果在檢測前讓病人服下少量尿素，根據(jù)呼出的氣體中是否含有酶分解尿素產(chǎn)生的二氧化碳，即可作出診斷。然而，正常新陳代謝也會產(chǎn)生二氧化碳，為了將二者區(qū)分，可以請病人服下用14C合成的尿素，14C具有放射性，能夠自發(fā)地進(jìn)行β衰變，因此檢測呼出的二氧化碳是否具有放射性即可準(zhǔn)確判斷。但是射線對人體有害，所以這不是很好的辦法，現(xiàn)在醫(yī)院里普遍選用的尿素是用無放射性的13C合成的，用質(zhì)譜儀或光譜分析的方法檢測呼出的二氧化碳中是否含有13C，就可以判斷病人的胃部是否被幽門螺桿菌感染，這種方法準(zhǔn)確、迅速，現(xiàn)在已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。下列說法正確的是()A．12C、13C、14C的化學(xué)性質(zhì)不同B．12C、13C、14C的原子光譜不同C．14C衰變后變?yōu)?4BD．14C衰變后生成的新核比14C的質(zhì)量數(shù)少解析：選B三種同位素的化學(xué)性質(zhì)無明顯差異，A錯誤；三種同位素的原子核不同，則原子光譜不同，B正確；由題意可知，14C自發(fā)進(jìn)行β衰變，衰變后原子序數(shù)會增加1，故衰變后的新核為14N，質(zhì)量數(shù)不變，C、D錯誤。11．在能源需求劇增的現(xiàn)代社會，核能作為一種新能源被各國競相開發(fā)利用。核原料中的钚(Pu)是一種具有放射性的超鈾元素，钚的一種同位素eq\o\al(239,94)Pu的半衰期為24100年，其衰變方程為eq\o\al(239,94)Pu→X＋eq\o\al(4,2)He＋γ，下列有關(guān)說法中正確的是()A．X原子核中含有92個中子B．钚衰變發(fā)出的γ射線具有很強(qiáng)的電離能力C．20克的eq\o\al(239,94)Pu經(jīng)過48200年后，還有5克未衰變D．钚核衰變前的質(zhì)量等于衰變后X、He核的質(zhì)量之和解析：選C根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得钚衰變方程為eq\o\al(239,94)Pu→eq\o\al(235,92)X＋eq\o\al(4,2)He＋γ，故X的電荷數(shù)為92，質(zhì)量數(shù)為235，中子數(shù)為143，故A錯誤；钚衰變發(fā)出的γ射線是波長很短的光子，不帶電，具有很強(qiáng)的穿透能力，電離能力非常弱，故B錯誤；根據(jù)半衰期公式：m＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(t,T)＝20×eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(48200,24100)g＝5g，故C正確；由于衰變時釋放巨大能量，根據(jù)E＝mc2，衰變過程總質(zhì)量減小，故D錯誤。12．中國首顆暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星“悟空”采用的是分辨粒子種類的新探測技術(shù)方法，既能探測低能區(qū)，也能探測高能區(qū)，特別是首次走進(jìn)能量為1TeV(1TeV＝1.0×1012eV，e＝1.6×10－19C)以上的“無人區(qū)”，“悟空”首次直接測量到了能譜在1TeV處的“拐折”及在1.4TeV處的“尖峰”。從數(shù)據(jù)分析來看，產(chǎn)生“奇異”電子信號的來源很可能是暗物質(zhì)湮滅或衰變。如果進(jìn)一步證實(shí)了這種觀點(diǎn)，人們就可以根據(jù)“悟空”的探測結(jié)果獲知暗物質(zhì)粒子的質(zhì)量和湮滅率。結(jié)合上述信息，下列說法正確的是()A．“拐折”處的電子宇宙射線粒子的能量高達(dá)1.6×1031JB．電子宇宙射線從地球赤道上空垂直射向地面時，在地球磁場的作用下會向西偏轉(zhuǎn)C．假設(shè)暗物質(zhì)湮滅虧損的質(zhì)量為Δm，則湮滅過程中釋放