高中物理 第4章 從原子核到夸克 4_3 讓射線造福人類學(xué)業(yè)分層測(cè)評(píng) 滬科版選修3-5

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4.3 讓射線造福人類 (建議用時(shí)：45分鐘) [學(xué)業(yè)達(dá)標(biāo)] 1.關(guān)于放射性的應(yīng)用，下列說法正確的是(　　) A.利用α射線使空氣電離，把靜電荷導(dǎo)走 B.利用β射線照射植物的種子，使產(chǎn)量顯著增加 C.利用γ射線來治療肺癌、食道癌等疾病 D.利用放射性同位素跟它的非放射性同位素的化學(xué)性質(zhì)相同，作為示蹤原子 E.利用β射線進(jìn)行金屬探傷 【解析】　α射線的電離作用很強(qiáng)，可利用α射線的電離作用，把靜電荷導(dǎo)走A對(duì)；γ射線對(duì)生物具有物理化學(xué)作用，照射種子可使基因變異，可用于放射性治療，β射線不具有生物作用，B錯(cuò)，C對(duì)；同位素的核外電子數(shù)相同，化學(xué)性質(zhì)相同，放射性同位素帶有“放射性標(biāo)記”，可用探測(cè)器探測(cè)，D對(duì)；利用γ射線進(jìn)行金屬探傷，E錯(cuò). 【答案】　ACD 2.關(guān)于放射性的應(yīng)用與防護(hù)，下列說法正確的是(　　) A.通過原子核的人工轉(zhuǎn)變可以發(fā)現(xiàn)和制造新元素 B.在人工核反應(yīng)過程中，質(zhì)量守恒 C.利用示蹤原子可以研究生物大分子的結(jié)構(gòu) D.人類一直生活在放射性的環(huán)境中 E.射線對(duì)人體沒有破壞作用 【解析】　通過原子核的人工轉(zhuǎn)變可以發(fā)現(xiàn)和制造新元素，A項(xiàng)正確；在人工核反應(yīng)過程中，質(zhì)量數(shù)守恒，B項(xiàng)錯(cuò)；利用示蹤原子可以研究生物大分子的結(jié)構(gòu)，C項(xiàng)正確；人類一直生活在放射性的環(huán)境中，地球上的每個(gè)角落都有射線，D項(xiàng)正確；只有在安全劑量之內(nèi)的射線才對(duì)人體沒有破壞作用，E項(xiàng)錯(cuò). 【答案】　ACD 3.放射性同位素鈷60能放出較強(qiáng)的γ射線，其強(qiáng)度容易控制，這使得γ射線得到廣泛應(yīng)用.下列選項(xiàng)中，屬于γ射線的應(yīng)用的是(　　) A.醫(yī)學(xué)上制成γ刀，無需開顱即可治療腦腫瘤 B.機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)常產(chǎn)生很多靜電，用γ射線照射機(jī)器可將電荷導(dǎo)入大地 C.鋁加工廠將接收到的γ射線信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，可對(duì)薄鋁板的厚度進(jìn)行自動(dòng)控制 D.用γ射線照射草莓、荔枝等水果，可延長(zhǎng)保存期 E.γ射線的穿透能力很強(qiáng)，可用于鋼板探傷 【解析】　γ射線的電離作用很弱，不能使空氣電離成為導(dǎo)體，B錯(cuò)誤；γ射線的穿透能力很強(qiáng)，薄鋁板的厚度變化時(shí)，接收到的信號(hào)強(qiáng)度變化很小，不能控制鋁板厚度，但可用于金屬鋼板探傷，C錯(cuò)誤，E正確；γ射線能量很大，可以殺菌，延長(zhǎng)水果的保存期，對(duì)腫瘤細(xì)胞有很強(qiáng)的殺傷作用，故A、D正確. 【答案】　ADE 4.用α粒子照射充氮的云室，攝得如圖432所示的照片，下列說法中正確的是(　　) 圖432 A.A是α粒子的徑跡 B.B是α粒子的徑跡 C.C是α粒子的徑跡 D.A是新核的徑跡 E.C是質(zhì)子的徑跡 【解析】　α粒子轟擊氮的核反應(yīng)方程為He＋N→O＋H，入射的是α粒子.所以B是α粒子產(chǎn)生的徑跡，質(zhì)量大、電離作用強(qiáng)的新核O，徑跡粗而短，故A是新核徑跡.質(zhì)子電離作用弱一些，貫穿作用強(qiáng)，所以細(xì)而長(zhǎng)的徑跡是質(zhì)子的徑跡.所以正確選項(xiàng)為B、D、E. 【答案】　BDE 5.防止放射性污染的防護(hù)措施有(　　) A.將廢棄的放射性物質(zhì)進(jìn)行深埋 B.將廢棄的放射性物質(zhì)倒在下水道里 C.接觸放射性物質(zhì)的人員穿上鉛防護(hù)服 D.嚴(yán)格和準(zhǔn)確控制放射性物質(zhì)的放射劑量 E.將廢棄的放射性物質(zhì)投放到大海里 【解析】　因?yàn)榉派湫晕镔|(zhì)殘存的時(shí)間太長(zhǎng)，具有輻射性，故應(yīng)將其深埋，A對(duì)，B、E均錯(cuò)；鉛具有一定的防止放射性的能力，接觸放射性物質(zhì)的人員穿上鉛防護(hù)服，并要控制一定的放射劑量，故C、D對(duì). 【答案】　ACD 6.醫(yī)學(xué)界通過14C標(biāo)記的C60發(fā)現(xiàn)一種C60的羧酸衍生物，在特定條件下可以通過斷裂DNA抑制艾滋病病毒的繁殖，則14C的用途是________. 【解析】　用14C標(biāo)記C60來查明元素的行蹤，發(fā)現(xiàn)可以通過斷裂DNA抑制艾滋病病毒的繁殖，因此14C的作用是做示蹤原子. 【答案】　示蹤原子 7.放射性在技術(shù)上有很多應(yīng)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線. 元素 射線 半衰期 釙210 α 138天 氡222 β 3.8天 鍶90 β 28年 鈾238 α、β、γ 4.5109年 某塑料公司生產(chǎn)聚乙烯薄膜，方法是讓厚的聚乙烯膜通過軋輥把聚乙烯膜軋薄，利用適當(dāng)?shù)姆派渚€來測(cè)定通過軋輥后的薄膜厚度是否均勻.可利用的元素是________. 【解析】　要測(cè)定聚乙烯薄膜的厚度，則要求射線可以穿透薄膜，因此α射線不合適；另外，射線穿透作用還要受薄膜厚度影響，γ射線穿透作用最強(qiáng)，薄膜厚度不會(huì)影響γ射線穿透，所以只能選用β射線，而氡222半衰期太小，鈾238半衰期太長(zhǎng)，所以只有鍶90較合適. 【答案】　鍶90 8.用人工方法得到放射性同位素，這是一個(gè)很重要的發(fā)現(xiàn)，天然放射性同位素只不過40幾種，而今天人工制造的同位素已達(dá)1 000多種，每種元素都有放射性同位素，放射性同位素在農(nóng)業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生、科研等許多方面得到廣泛應(yīng)用. 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：67080039】 (1)帶電的驗(yàn)電器在放射線照射下電荷會(huì)很快消失，其原因是________. A.射線的貫穿作用 B.射線的電離作用 C.射線的物理、化學(xué)作用 D.以上三個(gè)選項(xiàng)都不是 (2)如圖433是工廠利用放射線自動(dòng)控制鋁板厚度的裝置示意圖，如工廠生產(chǎn)的是厚度1 mm鋁板，在α、β、γ三種射線中，你認(rèn)為對(duì)鋁板的厚度起主要作用的是________射線. 圖433 (3)在我國(guó)首先用人工方法合成牛胰島素時(shí)需要證明人工合成的牛胰島素結(jié)晶跟天然牛胰島素結(jié)晶是同一物質(zhì)，為此曾采用放射性同位素14C做________. 【解析】　(1)因放射性的電離作用，空氣中與驗(yàn)電器所帶電荷電性相反的離子與之中和，所以使驗(yàn)電器所帶電荷消失. (2)α射線穿透物質(zhì)的本領(lǐng)弱，不能穿透厚度1 mm的鋁板，因而探測(cè)器不能探到，γ射線穿透本領(lǐng)最強(qiáng)，穿透1 mm的鋁板和幾毫米厚鋁板打在探測(cè)器上很難分辨，β射線也能穿透幾毫米厚的鋁板，但厚度不同，穿透后β射線中的電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同，探測(cè)器容易分辨. (3)把摻入14C的人工合成牛胰島素與天然牛胰島素混合在一起，經(jīng)多次重新結(jié)晶后，得到了放射性14C分布均勻的牛胰島素結(jié)晶，這就證明了人工合成的牛胰島素與天然牛胰島素合為一體，它們是同一物質(zhì)，把這種放射性同位素的原子摻到其他物質(zhì)中去，讓它們一起運(yùn)動(dòng)遷移，再用放射性探測(cè)儀器進(jìn)行追蹤，就可以知道放射性原子通過什么路徑，運(yùn)動(dòng)到哪里了，是怎樣分布的，從而可了解某些不容易查明的情況或規(guī)律，人們把這種用途的放射性同位素叫做示蹤原子. 【答案】　(1)B　(2)β　(3)示蹤原子 [能力提升] 9.貧鈾炸彈是一種殺傷力很強(qiáng)的武器，貧鈾是提煉鈾235以后的副產(chǎn)品，其主要成分為鈾238，貧鈾炸彈不僅有很強(qiáng)的穿甲能力，而且鈾238具有放射性，殘留物可長(zhǎng)期對(duì)環(huán)境起破壞作用而造成污染.人長(zhǎng)期生活在該環(huán)境中會(huì)受到核輻射而患上皮膚癌和白血病.下列結(jié)論正確的是(　　) A.鈾238的衰變方程式為：U→Th＋He B.U和U互為同位素 C.人患皮膚癌和白血病是因?yàn)楹溯椛鋵?dǎo)致了基因突變 D.貧鈾彈的穿甲能力很強(qiáng)，也是因?yàn)樗姆派湫? E.癌癥病人可以生活在遭受貧鈾炸彈破壞的環(huán)境里，以達(dá)到放射性治療的效果 【解析】　鈾238具有放射性，放出一個(gè)α粒子，變成釷234，A正確.鈾238和鈾235質(zhì)子數(shù)相同，故互為同位素，B正確.核輻射能導(dǎo)致基因突變，是皮膚癌和白血病的誘因之一，C正確.貧鈾彈的穿甲能力很強(qiáng)，是因?yàn)樗膹椥臼怯筛呙芏?、高?qiáng)度、高韌性的鈾合金組成，襲擊目標(biāo)時(shí)產(chǎn)生高溫化學(xué)反應(yīng)，所以其爆炸力、穿透力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過一般炸彈，D錯(cuò).醫(yī)學(xué)上利用放射線治療癌癥是有放射位置和放射劑量限制的，不能直接生活在被貧鈾炸彈破壞的環(huán)境里，E錯(cuò). 【答案】　ABC 10.某校學(xué)生在進(jìn)行社會(huì)綜合實(shí)踐活動(dòng)時(shí)，收集列出了一些放射性同位素的半衰期和可供利用的射線(見下表)，并總結(jié)出它們的幾種用途. 同位素 放射線 半衰期 同位素 放射線 半衰期 同位素 放射線 半衰期 釙210 α 138天 鍶90 β 28年 鈷60 γ 5年 镅241 β 433天 锝99 γ 6小時(shí) 氡 α 3.8天 根據(jù)上表請(qǐng)你分析判斷下面結(jié)論正確的是(　　) A.塑料公司生產(chǎn)聚乙烯薄膜，方法是讓較厚的聚乙烯膜通過軋輥后變薄，利用α射線來測(cè)定通過軋輥后的薄膜厚度是否均勻 B.鈷60的半衰期為5年，若取4個(gè)鈷60原子核，經(jīng)10年后就一定剩下一個(gè)原子核 C.把放射性元素釙210摻雜到其他穩(wěn)定元素中，放射性元素的半衰期不變 D.用锝99可以作示蹤原子，用來診斷人體內(nèi)的器官是否正常.方法是給被檢查者注射或口服附有放射性同位素的元素的某些物質(zhì)，當(dāng)這些物質(zhì)的一部分到達(dá)到檢查的器官時(shí)，可根據(jù)放射性同位素的射線情況分析器官正常與否 E.半衰期是一個(gè)統(tǒng)計(jì)概念，對(duì)大量的原子核的衰變才有意義 【解析】　因?yàn)棣辽渚€不能穿透薄膜，無法測(cè)量薄膜的厚度，所以A錯(cuò)誤；鈷60的半衰期為5年是指大量鈷60原子核因衰變而減少到它原來數(shù)目的一半所需要的時(shí)間，因此B錯(cuò)誤，C、E正確；檢查時(shí)，要在人體外探測(cè)到體內(nèi)輻射出來的射線，而又不能讓放射性物質(zhì)長(zhǎng)期留在體內(nèi)，所以應(yīng)選取锝99作為放射源，D正確. 【答案】　CDE 11.為了臨床測(cè)定病人血液的體積，可根據(jù)磷酸鹽在血液中被紅血球吸收這一事實(shí)，向病人體內(nèi)輸入適量含有P作示蹤原子的血液，先將含有P的血液4 cm3分為兩等份，其中一份留作標(biāo)準(zhǔn)樣品，20 min后測(cè)量出其放射性強(qiáng)度為10 800 s－1；另一份則通過靜脈注射進(jìn)入病人體內(nèi)，經(jīng)20 min后，放射性血液分布于全身，再從病人體內(nèi)抽出血液樣品2 cm3，測(cè)出其放射性強(qiáng)度為5 s－1，則病人的血液體積大約為多少？ 【解析】　由于標(biāo)準(zhǔn)樣品與輸入體內(nèi)的P的總量是相等的，因此兩者的放射性強(qiáng)度與P原子核的總數(shù)均是相等的.設(shè)病人血液總體積為V，應(yīng)有V＝10 800， 解得：V＝4 320 cm3. 【答案】　4 320 cm3 12.1956年李政道和楊振寧提出在弱相互作用中宇稱不守恒，并由吳健雄用Co的衰變來驗(yàn)證，其核反應(yīng)方程是Co→Ni＋e＋e.其中e是反中微子，它的電荷量為零，靜止質(zhì)量可認(rèn)為是零. (1)在上述衰變方程中，衰變產(chǎn)物Ni的質(zhì)量數(shù)A是________，核電荷數(shù)Z是________. (2)在衰變前Co核靜止，根據(jù)云室照片可以看出，衰變產(chǎn)物Ni和e的運(yùn)動(dòng)徑跡不在一條直線上，如果認(rèn)為衰變產(chǎn)物只有Ni和e，那么衰變過程將違背________守恒定律. (3)Co是典型的γ放射源，可用于作物誘變育種.我國(guó)應(yīng)用該方法培育出了許多農(nóng)作物新品種，如棉花高產(chǎn)品種“魯棉1號(hào)”，年種植面積曾達(dá)到3 000多萬畝，在我國(guó)自己培育的棉花品種中栽培面積最大.γ射線處理作物后主要引起________，從而產(chǎn)生可遺傳的變異. 【解析】　(1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒，核反應(yīng)方程為：Co→Ni＋e＋e，由此得出兩空分別為60和28. (2)衰變過程遵循動(dòng)量守恒定律.原來靜止的核動(dòng)量為零，分裂成兩個(gè)粒子后，這兩個(gè)粒子的動(dòng)量和應(yīng)還是零，則兩粒子徑跡必在同一直線上.現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)Ni和e的運(yùn)動(dòng)徑跡不在同一直線上，如果認(rèn)為衰變產(chǎn)物只有Ni和e，就一定會(huì)違背動(dòng)量守恒定律. (3)用γ射線照射種子，會(huì)使種子的遺傳基因發(fā)生突變，從而培育出優(yōu)良品種. 【答案】　(1)60　28　(2)動(dòng)量　(3)基因突變 13.正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層顯像(PET)的基本原理是：將放射性同位素15O注入人體，參與人體的代謝過程.15O在人體內(nèi)衰變放出正電子，與人體內(nèi)負(fù)電子相遇而湮滅轉(zhuǎn)化為一對(duì)光子，被探測(cè)器探測(cè)到，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后產(chǎn)生清晰的圖像.根據(jù)PET原理，回答下列問題： (1)寫出15O的衰變和正負(fù)電子湮滅的方程式. (2)將放射性同位素15O注入人體，15O的主要用途是(　　) A.利用它的射線　　　　　　B.作為示蹤原子 C.參與人體的代謝過程　　　　 D.有氧呼吸 (3)PET中所選的放射性同位素的半衰期應(yīng)________.(填“長(zhǎng)”、“短”或“長(zhǎng)短均可”) 【解析】　(1)由題意得O→N＋e，e＋e→2γ. (2)將放射性同位素15O注入人體后，由于它能放出正電子，并能與人體內(nèi)的負(fù)電子產(chǎn)生一對(duì)光子，從而被探測(cè)器探測(cè)到，所以它的用途為作為示蹤原子.B正確. (3)根據(jù)同位素的用途，為了減小對(duì)人體的傷害，半衰期應(yīng)該很短. 【答案】　(1)O→N＋e，e＋e→2γ (2)B　(3)短