高中物理第四节 放射性同位素课时训练

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1．关于放射性同位素的应用，下列说法中正确的是( )
A．利用γ射线使空气电离，消除静电
B．利用α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．放射性同位素跟它的非放射性同位素的化学性质相同，可以作为示踪原子
【答案】D 【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，将静电放出，A错误；利用γ射线照射植物的种子，使产量显著增加，B错误；利用γ射线来治疗肺癌、食道癌等疾病，C错误；根据放射性同位素的应用可知，用放射性同位素参与化学反应可以起到示踪的作用，D正确．
2．核电池又叫“放射性同位素电池”，一个硬币大小的核电池，就可以让手机不充电使用5 000年．燃料中钚( eq \\al(238, 94)Pu)是一种人造同位素，可通过下列反应合成：①用氘核( eq \\al(2,1)D)轰击铀( eq \\al(238, 92)U)生成( eq \\al(238, 93)Np)和两个相同的粒子X，核反应方程是 eq \\al(238, 92)U＋ eq \\al(2,1)D→ eq \\al(238, 93)Np＋2X；②镎( eq \\al(238, 93)Np)放出一个粒子Y后转变成 eq \\al(238, 94)Pu)，核反应方程是 eq \\al(238, 93)Np→ eq \\al(238, 94)Pu＋Y，则X粒子和Y粒子是( )
A．中子 电子B．质子 电子
C．正电子 质子D．正电子 电子
【答案】A 【解析】根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，则X是中子；Y的质量数为0，电荷数为－1，则Y为电子，A正确．
3．(多选)有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( eq \\al(63,28)Ni)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，为外接负载提供电能．下面有关该电池的说法正确的是( )
A．镍63的衰变方程是 eq \\al(63,28)Ni→ eq \\al(63,29)Cu＋ eq \\al( 0,－1)e
B．镍63的衰变方程是 eq \\al(63,28)Ni→ eq \\al(63,27)Cu＋ eq \\al(0,1)e
C．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镍片到铜片
【答案】AC 【解析】镍63的衰变方程为 eq \\al(63,28)Ni→ eq \\al( 0,－1)e＋ eq \\al(63,29)Cu，A正确，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，C正确，D错误．
4．(多选)关于放射性同位素 eq \\al(30,15)P，下列说法正确的是( )
A． eq \\al(30,15)P与 eq \\al(30,14)X互为同位素
B． eq \\al(30,15)P与其同位素有相同的化学性质
C．用 eq \\al(30,15)P制成化合物后它的半衰期变长
D．含有 eq \\al(30,15)P的磷肥释放正电子，可用作示踪原子，观察磷肥对植物的影响
【答案】BD 【解析】同位素有相同的质子数，A错误；同位素有相同的化学性质，B正确；半衰期与元素属于化合物或单质没有关系，所以 eq \\al(30,15)P制成化合物后它的半衰期不变，C错误；含有 eq \\al(30,15)P的磷肥由于衰变，可记录磷的踪迹，D正确．
5．U—Pb法是一种重要的同位素测年方法，铀的两种放射性核素eq \\al(235, 92)U和 eq \\al(238, 92)U，经过一系列的α衰变和β衰变能分别生成 eq \\al(207, 82)Pb和 eq \\al(206, 82)Pb两种铅同位素，通过测定物体中两种铅同位素的原子数目之比，可得到物体的形成年代．下列说法正确的是( )
A． eq \\al(235, 92)U衰变生成 eq \\al(207, 82)Pb的过程经历了8次α衰变
B． eq \\al(238, 92)U衰变生成 eq \\al(206, 82)Pb的过程经历了6次β衰变
C．物体中两种铅同位素原子数目的比值与时间成正比
D． eq \\al(235, 92)U和 eq \\al(238, 92)U衰变为铅的过程形成的质量数较大的原子核可能相同
【答案】B 【解析】设 eq \\al(235, 92)U衰变生成 eq \\al(207, 82)Pb的过程经历了x次α衰变和y次β衰变，有235－4x＝207，92－2x＋y＝82，解得x＝7，y＝4，同理可得， eq \\al(238, 92)U衰变生成 eq \\al(206, 82)Pb的过程经历了8次α衰变和6次β衰变，A错误，B正确；半衰期知识可知， eq \\al(207, 82)Pb、 eq \\al(206, 82)Pb的原子数目均与时间成指数函数关系，故两种铅同位素原子数目的比值不与时间成正比，C错误； eq \\al(235, 92)U衰变过程生成的质量数较大的新核的质量数与发生α衰变次数的关系为Z1＝235－4m， eq \\al(238, 92)U衰变过程生成的质量数较大的新核的质量数与发生α衰变次数的关系为Z2＝238－4n，可知 eq \\al(235, 92)U和 eq \\al(238, 92)U衰变为铅的过程中形成的质量数较大的原子核不可能相同，D错误．
6．如图，轧钢厂的热轧机上可以安装射线测厚仪，仪器探测到的射线强度与钢板的厚度有关．已知某车间采用放射性同位素铱－192作为放射源，其化学符号是Ir，原子序数77，通过β衰变放出γ射线，半衰期为74天，适合透照钢板厚度10～100 mm，下列说法正确的是( )
A．衰变产生的新核用X表示，则铱－192的衰变方程为 eq \\al(192, 77)Ir→ eq \\al(192, 78)X＋ eq \\al( 0,－1)e＋γ
B．若已知钢板厚度标准为30 mm，探测器得到的射线变弱时，说明钢板厚度大于30 mm，应当增大热轧机两轮之间的厚度间隙
C．若有2 g铱－192，经过148天则有1 g没有衰变
D．放射性同位素发生衰变时，遵循能量守恒和质量守恒规律
【答案】A 【解析】β衰变的实质是核里的一个中子放出一个电子变为一个质子，反应过程中遵循质量数守恒和核电荷数守恒，故质量数不变核电荷数加1，A正确；探测器得到的射线变弱时，说明钢板厚度增大，应当减小热轧机两轮之间的厚度间隙，B错误；若有2 g铱－192，经过74天后还有1 g没有衰变，再过74天(即总共经历148天)还有0.5 g没有衰变，C错误；放射性同位素发生衰变时，因遵循能量守恒，放出了能量出现了质量亏损，质量不守恒，D错误．
7．放射性同位素衰变的快慢有一定的规律．氡222衰变为钋218的规律如图所示．纵坐标表示的是任意时刻氡222的质量m与t＝0时的质量m0的比值．下列说法正确的是( )
A．氡222的半衰期是7.6天
B．氡222的半衰期是3.8天
C．若升高温度，氡222的半衰期将变长
D．若升高温度，氡222的半衰期将变短
【答案】B 【解析】半衰期是指有半数原子核发生衰变的时间，是一个统计学规律，对大量的原子核衰变进行统计才有意义．根据图像可得氡222经过3.8天就剩下一半没有衰变，所以A错误，B正确．原子核衰变是原子核内部的反应，温度的高度只能影响分子结构不能影响原子核内部，所以温度对原子核没有影响，无论温度如何，半衰期不变，C、D错误．
8．(多选)日本福岛核废水排放引发了全球关注．核废料对海洋环境有严重的污染作用，其原因是( )
A．铀、钚等核废料有放射性B．铀、钚等核废料的半衰期很长
C．铀、钚等重金属有毒性D．铀、钚等核废料会造成爆炸
【答案】ABC 【解析】铀、钚等核废料有放射性，射线有危害，A正确；铀、钚等核废料的半衰期很长，短期内很难消失，B正确；铀、钚等是重金属，重金属都有毒性，C正确；铀、钚等核废料不会造成爆炸，D错误．
9．某校学生在进行社会综合实践活动时，收集列出了一些放射性同位素的半衰期和可供利用的射线(见下表)，并总结出它们的几种用途．
根据上表请你分析，判断下面结论正确的是( )
A．塑料公司生产聚乙烯薄膜，方法是让较厚的聚乙烯膜通过轧辊后变薄，利用α射线来测定通过轧辊后的薄膜厚度是否均匀
B．钴60的半衰期为5年，若取4个钴60原子核，经10年后就一定剩下一个原子核
C．把放射性元素钋210掺杂到其他稳定元素中，放射性元素的半衰期发生变化
D．用锝99可以作示踪原子，用来诊断人体内的器官是否正常．方法是给被检查者注射或口服附有放射性同位素的元素的某些物质，当这些物质的一部分到达到检查的器官时，可根据放射性同位素的射线情况分析器官正常与否
【答案】D 【解析】因为α射线不能穿透薄膜，无法测量薄膜的厚度，所以A不正确；钴60的半衰期为5年是指大量钴60原子核因衰变而减少到它原来数目的一半所需要的时间，因此B、C错误；检查时，要在人体外探测到体内辐射出来的射线，而又不能让放射性物质长期留在体内，所以应选取锝99作为放射源，D正确．
B组·能力提升
10．(多选)国家环境保护机构高度重视对进口废物放射性污染的控制，放射性元素钚(eq \\al(210, 84)P)发生衰变时，会产生 eq \\al(4,2)He和－种未知粒子，并放出γ射线，其核反应方程为 eq \\al(210, 84)P→X＋ eq \\al(4,2)He＋γ，下列说法正确的是( )
A．X中含有124个中子，82个质子
B．上述核反应为β衰变， eq \\al(4,2)He的穿透能力比γ射线强
C．半衰期表示放射性元素衰变快慢，它和外界的温度、压强有关
D．由于衰变时释放巨大能量，根据ΔE＝mc2，衰变过程总质量减小
【答案】AD 【解析】根据质量数电荷数守恒知， X中的质量数为206，电荷数为82，则中子数为206－82＝124，质子数为82，A正确；该核反应放出α粒子，是α衰变， eq \\al(4,2)He的穿透能力比γ射线弱，B错误；半衰期的大小反映衰变的快慢，与所处的物理环境和化学状态无关，C错误；由于衰变时释放巨大能量，根据ΔE＝mc2，衰变过程总质量减小，D正确．
11．静止的锂核( eq \\al(6,3)Li)俘获一个速度为7.7×106 m/s的中子，发生核反应后若只产生两个新粒子，其中一个粒子为氦核(eq \\al(4,2)He)，它的速度大小是8.0×106 m/s，方向与反应前的中子速度方向相同．
(1)写出此核反应的方程式；
(2)求反应后产生的另一个粒子的速度大小及方向．
解：(1) eq \\al(6,3)Li＋ eq \\al(1,0)n→ eq \\al(4,2)He＋ eq \\al(3,1)H.
(2)用m1、m2和m3分别表示中子( eq \\al(1,0)n)、氦核( eq \\al(4,2)He)和氚核( eq \\al(3,1)H)的质量，由动量守恒定律得：
m1v1＝m2v2＋m3v3，
代入数值解得v3＝－8.1×106 m/s，
即反应后生成的氚核的速度大小为8.1×106 m/s，方向与反应前中子的速度方向相反．放射性同位素
放射线
半衰期
钋210
α
138天
锶90
β
28年
钴60
γ
5年
镅241
β
433天
锝99
γ
6小时
氡222
α
3.8天