课时作业43 天然放射现象
时间：45分钟 满分：100分
一、选择题(8×8′＝64′)
1．一个静止的天然放射性元素的原子核在匀强磁场中发生衰变，所产生的新核和所放出的粒子的运动方向均垂直于磁场方向，如下图所示，能正确反映其轨道的可能是( )
解析：由r＝，知α、β衰变的新核与对应的α或β粒子具有等大、反向的动量，故r∝，大圆为α或β粒子，小圆为新核的径迹，由左手定则可判断出A、D正确．
答案：AD
2．由原子核的衰变规律可知( )
A．放射性元素一次衰变可同时产生α射线和β射线
B．放射性元素发生β衰变时，新核的化学性质不变
C．放射性元素发生衰变的快慢不可人为控制
D．放射性元素发生正电子衰变时，新核质量数不变，核电荷数增加1
解析：一次衰变不可能同时产生α射线和β射线，只可能同时产生α射线和γ射线或β射线和γ射线；原子核发生衰变后，新核的核电荷数发生了变化，故新核(新的物质)的化学性质理应发生改变；发生正电子衰变，新核质量数不变，核电荷数减少1.选C.
答案：C
3．放射性在技术上有很多应用，不同的放射源可用于不同目的．下表列出了一些放射性元素的半衰期和可供利用的射线．
元素
射线
半衰期
元素
射线
半衰期
钋210
α
138天
锶90
β
28年
氡222
β
3.8天
铀238
α、β、γ
4.5×103年
某塑料公司生产聚乙烯薄膜，方法是让厚的聚乙烯膜通过轧辊把聚乙烯膜轧薄，利用适当的放射线来测定通过轧辊后的薄膜厚度是否均匀，可利用的元素是( )
A．钋210 B．氡222
C．锶90 D．铀238
解析：本题中测定聚乙烯薄膜的厚度，也就是要求射线可以穿透薄膜，因此α粒子就不合适了，射线穿透作用还要受薄膜厚度影响，γ射线穿透作用最强．薄膜厚度不会影响γ射线穿透，所以只能选用β射线，而氡222半衰期太小，铀238半衰期太长，所以只有选C较合适．
答案：C
4．如右图k－介子衰变的方程为k－→π－＋π0，其中k－介子和π－介子带负的基元电荷，π0介子不带电．一个k－介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为圆弧AP，衰变后产生的π－介子的轨迹为圆弧PB，两轨迹在P点相切，它们的半径Rk－与Rπ－之比为2:1.π0介子的轨迹未画出．由此可知π－介子的动量大小与π0介子的动量大小之比为( )
A．1:1 B．1:2
C．1:3 D．1:6
解析：根据题意，分别计算出带电粒子在磁场中作圆周运动的轨道半径．根据动量的定义，分别求出两个介子的动量大小，再从图中确定两个介子动量的方向，最后运用动量守恒，计算出π0粒子的动量大小．qvk－B＝mk－，Rk－＝＝，Rπ－＝，＝，Pk－＝－Pπ－＋Pπ0，
Pπ0＝3Pπ－.正确选项为C.
答案：C
5．用“γ刀”进行手术，可以使病人在清醒状态下经过较短的时间内完成手术，在此过程中，主要利用：①γ射线具有较强的穿透本领；②γ射线很容易绕过障碍物到达病灶区域；③γ射线具有很强的电离能力，从而使癌细胞电离而被破坏；④γ射线具有很高的能量．上述描述中正确的是( )
A．①② B．②③
C．①②③ D．①④
解析：用“γ刀”进行手术，利用的是γ射线具有较强的穿透本领能够进入病灶区，再利用γ射线具有很高的能量杀死癌细胞．γ射线的电离本领最弱．
答案：D
6．下列说法中正确的是( )
A．利用射线的穿透性检查金属制品，测量物质的密度和厚度
B．利用射线的电离本领削除有害的静电
C．利用射线的生理效应来消毒杀菌和医治肿瘤
D．利用放射性做示踪原子
解析：利用射线的穿透性检查金属制品，测量物质的密度和厚度，是γ射线和β射线的应用；利用射线的电离本领消除有害的静电，这是α射线的应用；利用射线的生理效应来消毒杀菌和医治肿瘤，这是γ射线的应用；示踪原子是放射性同位素的应用．选ABCD.
答案：ABCD
7．主要用于火灾报警的离子烟雾传感器如图所示，在网罩1内有电极2和电极3，a、b端接电源，4是一小块放射性同位素镅241，它能放射出一种很容易使气体电离的粒子．平时镅放射出的粒子使两个电极间的空气电离，在a、b间形成较强的电流，发生火灾时，烟雾进入网罩内，烟尘颗粒吸收空气中的离子和镅发出的粒子，导致电流发生变化，电路检测到这种变化从而发生警报．下面有关报警器的说法正确的是( )
A．镅241发出的是α粒子，有烟雾时电流增强
B．镅241发出的是α粒子，有烟雾时电流减弱
C．镅241发出的是β粒子，有烟雾时电流增强
D．镅241发出的是β粒子，有烟雾时电流减弱
答案：B
8．(2011·全国卷Ⅰ)原子核U经放射性衰变①变为原子核Th，继而经放射性衰变②变为原子核Pa，再经放射性衰变③变为原子核U.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
解析：原子核U衰变为Th需要经历α衰变，继而经历β衰变可得到Pa，然后再经历一次β衰变可得到U，所以放射性衰变①②③依次为α衰变、β衰变、β衰变，本题只有选项A正确．
答案：A
二、计算题(3×12′＝36′)
9．在茫茫宇宙间存在大量的宇宙射线，对宇航员构成了很大威胁，现有一束射线(含有α、β、γ三种射线)．
(1)在不影响β和γ射线的情况下，如何用最简单的办法除去α射线．
(2)余下这束β和γ射线经过一个使它们分开的磁场区域，画出β和γ射线在进入如右图所示磁场区域后轨迹的示意图．
解析：(1)可以利用三种射线的穿透能力不同来解决．由于α粒子的穿透性很弱，所以用一张纸放在射线经过处，即可除去α射线．
(2)γ射线不带电，垂直磁场进入磁场中不会受到洛仑兹力，故不偏转．由左手定则可判断出β射线进入磁场中时受竖直向上的洛仑兹力．轨迹示意图如下图所示．
答案：见解析
10．钍核Th发生衰变生成镭核Ra并放出一个粒子．设该粒子的质量为m、电荷量为q，它进入电势差为U的带窄缝的平行平板电极S1和S2间的电场时，其速度为v0，经电场加速后，沿Ox方向进入磁感应强度为B、方向垂直纸面向外的有界匀强磁场，Ox垂直平板电极S2，当粒子从P点离开磁场时，其速度方向与Ox方向的夹角θ＝60°，如下图所示，整个装置处于真空中．
(1)写出钍核衰变方程；
(2)求粒子在磁场中沿圆弧运动的轨道半径R；
(3)求粒子在磁场中运动所用时间t.
解析：(1)衰变方程为 Th→He＋Ra.
(2)设粒子离开电场时速度为v，对加速过程有
qU＝mv2－mv①
粒子在磁场中有qvB＝m②
由①②得R＝ .
(3)粒子做圆周运动的回旋周期T＝＝③
粒子在磁场中运动时间t＝T④
由③④两式可以解得t＝.
答案：(1)Th→He＋Ra (2)
(3)
11．(2011·天津卷)回旋加速器在核科学、核技术、核医学等高新技术领域得到了广泛应用，有力地推动了现代科学技术的发展．
当今医学影像诊断设备PET/CT堪称“现代医学高科技之冠”，它在医疗诊断中，常利用能放射正电子的同位素碳11作示踪原子．碳11是由小型回旋加速器输出的高速质子轰击氮14获得，同时还产生另一粒子，试写出核反应方程．若碳11的半衰期τ为20min，经2.0h剩余碳11的质量占原来的百分之几？ (结果取2位有效数字)
解析：核反应方程为
N＋H→C＋He
设碳11原有质量为m0，经过t1＝2.0 h剩余的质量为mr，根据半衰期定义有
＝()＝()≈1.6%.
答案：N＋H→C＋He 1.6%
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