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2019-2020年高中物理 第19章 第3、4節(jié) 探測射線的方法 放射性的應(yīng)用與防護(hù)練習(xí) 新人教版選修3-5 一、探測射線的方法 1．威耳遜云室． (1)原理：粒子在云室內(nèi)氣體中飛過，使沿途的氣體分子電離，飽和酒精蒸氣就會(huì)以這些離子為核心凝結(jié)成霧滴，于是顯示出射線和徑跡． (2)粒子徑跡：①α粒子的質(zhì)量比較大，在氣體中飛行時(shí)不易改變方向．由于它的電離本領(lǐng)大，沿途產(chǎn)生的離子多，所以它在云室中的徑跡直而粗． ②β粒子的質(zhì)量小，跟氣體碰撞時(shí)容易改變方向．并且電離本領(lǐng)小，沿途產(chǎn)生的離子少，所以它在云室中的徑跡比較細(xì)，而且常常彎曲． ③γ粒子的電離本領(lǐng)更小，在云室中一般看不到它的徑跡． (3)氣泡室：氣泡室原理同云室的原理類似，所不同的是氣泡室里裝的是過熱液體，如液態(tài)氫． (4)蓋革—米勒計(jì)數(shù)器：G—M計(jì)數(shù)器非常靈敏，用它推測射線十分方便．但不同的射線產(chǎn)生的脈沖現(xiàn)象相同，因此只能用來計(jì)數(shù)，不能區(qū)分射線的種類． 2．核反應(yīng)． 原子核在其他粒子的轟擊下生成新原子核的過程，人類第一次實(shí)現(xiàn)原子核的人工轉(zhuǎn)變，是盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核，產(chǎn)生了氧的一種同位素，該核反應(yīng)方程為_，這也使人們發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子． 3．人工放射性同位素． 放射性同位素有天然放射性同位素和人造放射性同位素兩種，它們的化學(xué)性質(zhì)相同．居里夫人發(fā)現(xiàn)的放射性磷3015P是人造放射性同位素，其核反應(yīng)方程為__．人造放射性同位素的優(yōu)點(diǎn)是：放射強(qiáng)度容易控制，放射性廢料容易處理，可以制成各種所需的形狀． 二、放射性同位素的應(yīng)用 1．利用射線． 利用α射線具有很強(qiáng)的電離作用，可以消除有害靜電；利用γ射線很強(qiáng)的穿透本領(lǐng)，工業(yè)用來探傷；另外在醫(yī)療、生物育種、保鮮方面也有廣泛應(yīng)用． 2．作示蹤原子． 同位素具有相同的化學(xué)性質(zhì)，可用放射性同位素代替非放射性同位素做示蹤原子． 3．放射性防護(hù)． 放射性對(duì)人體組織是有傷害作用的，要防止放射物質(zhì)對(duì)水源、空氣、用具、工作場所的污染． 1．(多選)下列事件中屬于核輻射給人類帶來環(huán)境災(zāi)難的是(ABD) A．日本福島大地震引起的第一核電站1至4號(hào)機(jī)組核廢料池泄漏 B．以美國為首的北約軍隊(duì)在科索沃、伊拉克和利比亞大量使用貧鈾彈 C．汶川大地震 D．前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站爆炸 解析：核輻射，或通常稱之為放射性，存在于所有的物質(zhì)之中，是正常現(xiàn)象．核輻射主要發(fā)生在核電站，核能外泄所發(fā)出的核輻射雖遠(yuǎn)比核子武器威力與范圍小，但是劑量積累到一定程度，也能造成生物傷亡．核廢料池泄漏出高濃度的放射性物質(zhì)可傷害人體細(xì)胞，故A正確；貧鈾彈是一種新武器，其爆炸后所彌散的貧鈾將長時(shí)間影響人類的生存環(huán)境，對(duì)人體產(chǎn)生慢性傷害，故B正確；地震不像核輻射給人類帶來環(huán)境災(zāi)難，故C錯(cuò)誤；前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站4號(hào)機(jī)組發(fā)生爆炸，泄露的能量相當(dāng)于200顆廣島原子彈．這是人類歷史上迄今最嚴(yán)重的核事故，造成了極嚴(yán)重的后果.20多年過去了，切爾諾貝利依然是一座死城，故D正確． 2．在核反應(yīng)堆外修建很厚的水泥層，是為了防止(B) A．核爆炸 B．放射線外泄 C．快中子外泄 D．慢中子外泄 解析：在核反應(yīng)堆外修建很厚的水泥層，是為了屏蔽放射線．核爆炸用水泥層是防不住的，反應(yīng)堆內(nèi)部是用鎘棒控制中子數(shù)目，修建很厚的水泥層，是為了屏蔽放射線，B正確． 3．(多選)盧瑟福通過實(shí)驗(yàn)首次實(shí)現(xiàn)了原子核的人工轉(zhuǎn)變，核反應(yīng)方程為，下列說法中正確的是(AC) A．通過此實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子 B．實(shí)驗(yàn)中利用了放射源放出的γ射線 C．實(shí)驗(yàn)中利用了放射源放出的α射線 D．原子核在人工轉(zhuǎn)變過程中，電荷數(shù)可能不守恒 解析：由物理學(xué)史知A項(xiàng)對(duì)；本實(shí)驗(yàn)用α粒子轟擊而非γ射線，B錯(cuò)；核反應(yīng)方程兩邊電荷數(shù)必守恒，D錯(cuò)． 4．對(duì)放射性的應(yīng)用，下列說法不正確的是(A) A．放射線能殺傷癌細(xì)胞或阻止癌細(xì)胞分裂，對(duì)人體的正常細(xì)胞不會(huì)有傷害作用 B．對(duì)放射性的廢料，要裝入特制的容器并埋入深地層進(jìn)行處理 C．射線探傷儀中的放射源必須存放在特制的容器里，而不能隨意放置 D．對(duì)可能有放射性污染的場所或物品進(jìn)行檢測是很有必要的 解析：放射線能殺傷癌細(xì)胞或阻止癌細(xì)胞分裂，但也會(huì)對(duì)人體的正常細(xì)胞有傷害，選項(xiàng)A錯(cuò)；正因?yàn)榉派渚€具有傷害作用，選項(xiàng)B、C、D均是正確的． 5．下述關(guān)于放射性的探測說法錯(cuò)誤的是(D) A．氣泡室探測射線的原理與云室探測射線原理類似 B．由氣泡室內(nèi)射線徑跡可以分析粒子的帶電、動(dòng)量、能量等情況 C．蓋革—米勒計(jì)數(shù)器探測射線的原理中利用射線的電離本領(lǐng) D．蓋革—米勒計(jì)數(shù)器不僅能計(jì)數(shù)，還能用來分析射線的性質(zhì) 解析：氣泡室探測射線原理與云室類似，不同的是氣泡室中是在射線經(jīng)過時(shí)產(chǎn)生氣泡來顯示射線徑跡的，故A正確；由氣泡室內(nèi)徑跡中氣泡的多少及徑跡在磁場中的彎曲方向等，可分析射線的帶電、動(dòng)量、能量等情況，故B正確；蓋革—米勒計(jì)數(shù)器利用射線電離作用，產(chǎn)生電脈沖進(jìn)而計(jì)數(shù)，所以C正確；由于對(duì)于不同射線產(chǎn)生的脈沖現(xiàn)象相同，因此計(jì)數(shù)器只能用來計(jì)數(shù)，不能區(qū)分射線的種類，所以D錯(cuò)誤． 6．用于治療腫瘤的放射源必須滿足：①放射線具有較強(qiáng)的穿透力，以輻射到體內(nèi)的腫瘤處；②要在較長時(shí)間內(nèi)具有相對(duì)穩(wěn)定的輻射強(qiáng)度．表中給出的四種放射性同位素，適合用于治療腫瘤的放射源是(C) 同位素 輻射線 半衰期 釙210 α 138天 锝99 γ 6小時(shí) 鈷60 γ 5年 鍶90 β 28年 A.釙210　　　　　　　　B．锝99 C．鈷60 D．鍶90 解析：由要求要有較強(qiáng)的穿透能力，應(yīng)該選用γ射線作為輻射線，且時(shí)間不宜過短或像鍶90一樣過長，應(yīng)選用鈷60. 7．(多選)α粒子擊中氮14核后放出一個(gè)質(zhì)子，轉(zhuǎn)變?yōu)檠?7核()．在這個(gè)氧原子核中有(CD) A．8個(gè)正電子 B．17個(gè)電子 C．9個(gè)中子 D．8個(gè)質(zhì)子 解析：原子核是由質(zhì)子和中子構(gòu)成，質(zhì)子數(shù)＋中子數(shù)＝質(zhì)量數(shù)．氧原子核的質(zhì)子數(shù)為8，所以有9個(gè)中子，CD正確． 8．如圖所示為盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的實(shí)驗(yàn)裝置．M是顯微鏡，S熒光屏，窗口F處裝有銀箔，氮?dú)鈴拈y門T充入，A是放射源．下列說法中正確的是(D) A．該實(shí)驗(yàn)的核反應(yīng)方程為： B．充入氮?dú)夂?，調(diào)整銀箔厚度，使S上見不到質(zhì)子引起的閃爍 C．充入氮?dú)馇?，調(diào)整銀箔厚度，使S上能見到α粒子引起的閃爍 D．充入氮?dú)馇?，調(diào)整銀箔厚度，使S上見不到α粒子引起的閃爍 解析：明確盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的實(shí)驗(yàn)裝置以及各部分的作用，注意F處裝的銀箔剛好能阻止α粒子穿過，而不能阻止其他粒子如質(zhì)子穿過．盧瑟福通過用α粒子轟擊氮核發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知A錯(cuò)誤；充入氮?dú)夂?，α粒子轟擊氮核產(chǎn)生質(zhì)子，質(zhì)子穿過銀箔，引起熒光屏S的閃爍，故B錯(cuò)誤；裝置中A為放射源，放出的為α粒子，由于F處裝的銀箔剛好能阻止α粒子穿過，因此沒有充入氮?dú)庵盁o質(zhì)子產(chǎn)生，不可能在S上見到質(zhì)子引起的閃爍，故C錯(cuò)誤，D正確． 9．放射性元素衰變?yōu)椋怂プ冞^程的核反應(yīng)方程是；用此衰變過程中發(fā)出的射線轟擊，可得到質(zhì)量數(shù)為22的氖(Ne)元素和另一種粒子，此核反應(yīng)過程的方程是． 10．一質(zhì)子束入射到能止靶核上，產(chǎn)生如下核反應(yīng)： ，式中P代表質(zhì)子，n代表中子，X代表核反應(yīng)產(chǎn)生的新核．由反應(yīng)式可知，新核X的質(zhì)子數(shù)為__________，中子數(shù)為____________． 解析：根據(jù)核反應(yīng)過程電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒，新核X的質(zhì)子數(shù)為1＋13－0＝14，質(zhì)量數(shù)為1＋27－1＝27，所以中子數(shù)＝27－14＝13. 答案：14　13 11．(多選)用α粒子轟擊鈹－9核，生成一個(gè)碳－12核和一個(gè)粒子，則該粒子(BD) A．帶正電，能在磁場中發(fā)生偏轉(zhuǎn) B．在任何方向的磁場中都不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn) C．電離本領(lǐng)特別強(qiáng)，是原子的組成部分之一 D．用來轟擊鈾－235可引起鈾核裂變 解析：根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒知，2＋4＝6＋0，該粒子的電荷數(shù)為0；4＋9＝12＋1，該粒子的質(zhì)量數(shù)為1，為中子不帶電，在磁場中不偏轉(zhuǎn)．故BD正確，AC錯(cuò)誤． 12．(多選)放射性同位素電池是一種新型電池，它是利用放射性同位素衰變放出的高速帶電粒子(α射線、β射線)與物質(zhì)相互作用，射線的動(dòng)能被吸收后轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，在通過換能器轉(zhuǎn)化為電能的一種裝置．其構(gòu)造大致是：最外層是由合金制成的保護(hù)層，次外層是防止射線泄漏的輻射屏蔽層，第三層是把熱能轉(zhuǎn)化成電能的換能器，最里層是放射性同位素． 電池使用的三種放射性同位素的半衰期和發(fā)出的射線如下表： 同位素 射線 β α α 半衰期 28年 138天 89.6年 若選擇上述某一種同位素作為放射源，使用相同材料制成的輻射屏蔽層，制造用于執(zhí)行長期航天任務(wù)的核電池，則下列論述正確的是(CD) A．的半衰期較長，使用壽命較長，放出的β射線比α射線的貫穿本領(lǐng)弱，所需的屏蔽材料較薄 B．的半衰期最短，使用壽命最長，放出的α射線比β射線的貫穿本領(lǐng)弱，所需的屏蔽材料較薄 C．的半衰期最長，使用壽命最長，放出的α射線比β射線的貫穿本領(lǐng)弱，所需的屏蔽材料較薄 D．放射性同位素在發(fā)生衰變時(shí)，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，但衰變前后的總質(zhì)量數(shù)不變 解析：原子核衰變時(shí)，釋放出高速運(yùn)動(dòng)的射線，這些射線的能量來自原子核的質(zhì)量虧損，即質(zhì)量減小，但質(zhì)量數(shù)不變，D對(duì)；從表格中顯示Sr的半衰期為28年、Po的半衰期為138天、Pu的半衰期為89.6年，故Pu的半衰期最長，其使用壽命也最長，α射線的穿透能力沒有β射線強(qiáng)，故較薄的屏蔽材料即可擋住α射線的泄漏，C對(duì)．