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课时作业45 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＝mvqB，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∝1q，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
图1
4．如图1k－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－v2k－Rk－，Rk－＝mk－v2k－qvk－B＝Pk－qB，Rπ－＝Pπ－qB，Pk－Pπ－＝21，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
图2
7．主要用于火灾报警的离子烟雾传感器如图2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92238U经放射性衰变①变为原子核90234Th，继而经放射性衰变②变为原子核91234Pa，再经放射性衰变③变为原子核92234U.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92238U衰变为90234Th需要经历α衰变，继而经历β衰变可得到91234Pa，然后再经历一次β衰变可得到92234U，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．人类认识原子结构和开发利用原子能经历了十分曲折的过程．请按要求回答下列问题．
卢瑟福、玻尔、查德威克等科学家在原子结构或原子核的研究方面做出了卓越的贡献．
请选择其中的两位，指出他们的主要成绩．
图3
(1)__________________________．
(2)__________________________．
在贝克勒尔发现天然放射现象后，人们对放射线的性质进行了深入研究，如图3为三种射线在同一磁场中的运动轨迹，请从三种射线中任选一种，写出它的名称和一种用途．
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
答案：(1)卢瑟福提出了原子的核式结构模型 (2)玻尔把量子理论引入原子模型，并成功解释了氢光谱或查德威克发现了中子 2为γ射线，γ射线用于金属探伤等
图4
10．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射线在进入如图4所示磁场区域后轨迹的示意图．
图5
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伦兹力，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伦兹力．轨迹示意图如图5所示．
答案：见解析
11．钍核90230Th发生衰变生成镭核88226Ra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°，如图6所示，整个装置处于真空中．
图6
(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 90230Th→24He＋88226Ra①
(2)设粒子离开电场时速度为v，对加速过程有
qU＝12mv2－12mv02②
粒子在磁场中有qvB＝mv2R③
由②③得R＝mqB 2qUm＋v02④
(3)粒子做圆周运动的回旋周期T＝2πRv＝2πmqB⑤
粒子在磁场中运动时间t＝16T⑥
由⑤⑥两式可以解得t＝
答案：(1) 90230Th→24He＋ 88226Ra (2)mqB 2qUm＋v02
(3)