物理选修3-5全套讲义第三章原子核与放射性章末检测3

章末检测(时间：90分钟满分：100分)一、选择题(本题共10小题，每小题5分，共50分．其中1～4题为单项选择题，5～10题为多项选择题)1．放射性同位素钍232经α、β衰变会生成氡，其衰变方程为eq\o\al(232,90)Th→eq\o\al(220,86)Rn＋xα＋yβ，其中()A．x＝1，y＝3 B．x＝2，y＝3C．x＝3，y＝1 D．x＝3，y＝2答案D解析由衰变规律可知，β衰变不影响质量数，所以质量数的变化由α衰变的次数决定，由eq\o\al(232,90)Th变为eq\o\al(220,86)Rn，质量数减少了232－220＝12，每一次α衰变质量数减少4，因此α衰变次数为3次；3次α衰变电荷数减少了3×2＝6个，而现在只减少了90－86＝4个，所以有2次β衰变(每次β衰变增加一个电荷数)，故x＝3，y＝2，故选D.2．14C测年法是利用14C衰变规律对古生物进行年代测定的方法．若以横坐标t表示时间，纵坐标m表示任意时刻14C的质量，m0为t＝0时14C的质量．答案C解析衰变过程中每经过一个半衰期，质量减少为原来的一半，故质量减少得越来越慢，选项C正确．3．原子核A发生一次α衰变后变为原子核eq\o\al(a,b)X，原子核B发生一次β衰变后变为原子核eq\o\al(d,c)Y，已知原子核A和原子核B的中子数相同，则两个生成核X和Y的中子数以及a、b、c、d的关系可能是()A．X的中子数比Y多1B．X的中子数比Y少3C．如果a－d＝2，则b－c＝3D．如果a－d＝2，则b－c＝1答案C解析原子核发生一次α衰变，其质子数和中子数都减少2，发生一次β衰变，其质子数增加1，而中子数减少1，由A、B中子数相同可得a＋4－(b＋2)＝d－(c－1)，即a－b＋2＝d－c＋1，故C对，A、B、D错．4．由中国提供永磁体的阿尔法磁谱仪如图1所示，它曾由航天飞机携带升空，将其安装在阿尔法国际空间站中，主要使命之一是探索宇宙中的反物质．所谓的反物质即质量与正粒子相等，带电荷量与正粒子相等但电性相反，例如反质子即为eq\o\al(1,－1)H，假若使一束质子、反质子、α粒子和反α粒子组成的射线，以相同速度通过OO′进入匀强磁场B2而形成图1中的4条径迹，则()图1A．1、2是正粒子径迹 B．3、4为反粒子径迹C．2为反α粒子径迹 D．4为反α粒子径迹答案C解析由左手定则判定质子、α粒子受到洛伦兹力向右偏转；反质子、反α粒子向左偏转，故选项A、B、D错误；进入匀强磁场B2的粒子具有相同的速度，由偏转半径r＝eq\f(mv,Bq)知，反α粒子、α粒子在磁场中的半径大，故选项C正确．5．在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到了非常重要的作用．下列说法符合历史事实的是()A．贝克勒尔通过对天然放射现象的研究，发现了原子中存在原子核B．皮埃尔·居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋(Po)和镭(Ra)两种新元素C．卢瑟福通过α粒子散射实验证实了在原子核内部存在质子D．汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中偏转的实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成的，并测出了该粒子的比荷答案BD解析卢瑟福通过α粒子散射实验建立了原子核式结构模型，发现了原子中心有一个核，A、C两项错误；皮埃尔·居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋和镭两种新元素，并因此获得了诺贝尔奖，B项正确；汤姆孙通过研究阴极射线，发现了电子，并测出了电子的比荷，D项正确．6．关于天然放射性，下列说法正确的是()A．所有元素都可能发生衰变B．放射性元素的半衰期与外界的温度无关C．放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性D．α、β和γ三种射线中，γ射线的穿透能力最强答案BCD解析原子序数大于83的元素都可以发生衰变，原子序数小于83的元素有的可以发生衰变，有的不可以发生衰变，A错误；放射性元素的半衰期与元素所处的物理、化学状态无关，B、C正确；三种射线α、β、γ穿透能力依次增强，D正确．7．正电子发射型计算机断层显像(PET)的基本原理是：将放射性同位素eq\o\al(15,8)O注入人体，eq\o\al(15,8)O在人体内衰变放出的正电子与人体内的负电子相遇湮灭转化为一对γ光子，被探测器采集后，经计算机处理生成清晰图像．则根据PET原理判断，下列表述正确的是()A.eq\o\al(15,8)O在人体内衰变方程是eq\o\al(15,8)O→eq\o\al(15,7)N＋eq\o\al(0,＋1)eB．正、负电子湮灭方程是eq\o\al(0,1)e＋eq\o\al(0,－1)e→2γC．在PET中，eq\o\al(15,8)O主要用途是作为示踪原子D．在PET中，eq\o\al(15,8)O主要用途是参与人体的新陈代谢答案ABC解析由题意知A、B正确．显像的原理是采集γ光子，即注入人体内的eq\o\al(15,8)O衰变放出正电子和人体内的负电子湮灭转化为γ光子，因此eq\o\al(15,8)O主要用途是作为示踪原子，故C对，D错．8.如图2所示，铅盒A中装有天然放射性物质，放射线从其右端小孔水平向右射出，在小孔和荧光屏之间有垂直纸面向里的匀强磁场，则下列说法中正确的是()图2A．打在图中a、b、c三点的依次是α射线、γ射线和β射线B．α射线和β射线的轨迹是抛物线C．α射线和β射线的轨迹是圆弧D．如果在铅盒和荧光屏间再加一竖直向下的匀强电场，则屏上的亮斑可能只剩下b答案AC解析由左手定则可知粒子向右射出后，在匀强磁场中α粒子所受的洛伦兹力向上，β粒子所受的洛伦兹力向下，轨迹都是圆弧．由于α粒子速度约是光速的eq\f(1,10)，而β粒子速度接近光速，所以在同样的混合场中不可能都做直线运动(如果一个打在b点，则另一个必然打在b点下方)．本题选A、C.9．14C发生放射性衰变成为14N，半衰期约5700年．已知植物存活期间，其体内14C与12C的比例不变；生命活动结束后，14C的比例持续减少．现通过测量得知，某古木样品中14A．该古木的年代距今约5700年B．12C、13C、C．14C衰变为14D．增加样品测量环境的压强将加速14C答案AC解析因古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一，则可知经过的时间为一个半衰期，即该古木的年代距今约为5700年，选项A正确；12C、13C、14C具有相同的质子数，由于质量数不同，故中子数不同，选项B错误；根据核反应方程可知，1410．放射性物质碘131的衰变方程为eq\o\al(131,53)I→eq\o\al(131,54)Xe＋Y.根据有关放射性知识，下列说法正确的是()A．Y粒子为β粒子B．若eq\o\al(131,53)I的半衰期大约是8天，取4个碘原子核，经16天就只剩下1个碘原子核了C．生成的eq\o\al(131,54)Xe处于激发态，放射γ射线．γ射线的穿透能力最强，电离能力也最强D.eq\o\al(131,53)I中有53个质子和131个核子答案AD解析根据衰变过程中质量数和电荷数守恒，Y粒子为β粒子，故A正确；半衰期是一个统计规律，只对大量的原子核才适用，对少数原子核是不适用的，所以若取4个碘原子核，经16天剩下几个碘原子核无法预测，故B错误；生成的eq\o\al(131,54)Xe处于激发态，还会放射γ射线，γ射线的穿透能力最强，γ射线是高能光子、即高能电磁波，它是不带电的，所以γ射线的电离作用很弱，故C错误；eq\o\al(131,53)I中有53个质子，131表示质量数即核子数，故D正确．二、填空题(本题共2小题，共13分)11．(6分)科学家________发现了质子，其核反应方程为________________；科学家________发现了中子，其核反应方程为________________；科学家________第一次用人工方法获得放射性同位素，其核反应方程应为________________________________________________________________________．答案卢瑟福eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H查德威克eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n约里奥·居里夫妇eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n，eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,＋1)e12．(7分)两个放射性元素样品A和B，质量均为64g，当A有eq\f(15,16)的原子核发生衰变时，B恰好有eq\f(63,64)的原子核发生了衰变，则A和B的半衰期之比TA∶TB＝________；若经过36天样品A剩下的质量为1g，则样品B的半衰期为________，样品B剩下的质量为________．答案3∶24天eq\f(1,8)g解析本题考查半衰期的相关计算，意在考查考生的分析、推理能力．由半衰期的定义可知N＝N0(eq\f(1,2))eq\f(t,T)，由题意知eq\f(t,TA)＝4，eq\f(t,TB)＝6，所以A和B的半衰期之比TA∶TB＝3∶2；同理，由m＝m0(eq\f(1,2))eq\f(t′,TA)知TA＝6天，所以TB＝4天，此时样品B剩下的质量为64×(eq\f(1,2))9g＝eq\f(1,8)g.三、计算题(本题共3小题，共37分)13．(10分)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的半衰期为20min，经2.0h剩余碳11的质量占原来的百分之几？(结果取两位有效数字)答案eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(11,6)C＋eq\o\al(4,2)He1.6%解析核反应方程为eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(11,6)C＋eq\o\al(4,2)He设碳11原有质量为m0，经过t＝2.0h剩余的质量为m1，根据半衰期的计算式有eq\f(m1,m0)＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(t,T1/2)＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(120,20)≈1.6%.14．(13分)放射性同位素eq\o\al(14,)6C被考古学家称为“碳钟”，它可用来断定古生物的年代，此项研究获得1960年诺贝尔化学奖．(1)宇宙射线中高能量的中子碰到空气中的氮原子后，会形成eq\o\al(14,6)C，eq\o\al(14,6)C很不稳定，易发生衰变，其半衰期为5730年，衰变时会放出β射线，试写出有关核反应方程；(2)若测得一古生物遗骸中eq\o\al(14,6)C含量只有活体中的12.5%，则此遗骸的年代约有多少年？答案(1)见解析(2)17190年解析(1)eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(14,6)C＋eq\o\al(1,1)H，eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(14,7)C＋eq\o\al(0,－1)e，(2)依题意eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))n＝eq\f(12.5,100)＝0.125，解得n＝3，则t＝5730年×3＝17190年．15．(14分)如图3甲所示，静止在匀强磁场中的eq\o\al(6,3)Li核俘获一个速度为v0＝7.7×104m/s的中子而发生核反应，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＝2.0×104m/s，其方向与反应前中子速度方向相同，试求：图3(1)eq\o\al(3,1)H的速度大小和方向；(2)在图乙中，已画出并标明两粒子的运动轨迹，请计算出轨道半径之比；(3)当eq\o\al(4,2)He旋转三周时，粒子eq\o\al(3,1)H旋转几周？答案(1)1.0×103m/s，方向与(2)3∶40(3)2周解析(1)反应前后动量守恒：m0v0＝m1v1＋m2v2(v1为氚核速度，m0、m1、m2分别代表中子、