2020-2021学年第四节 放射性同位素课时训练

课时跟踪检测（十七）  放射性同位素

A组—重基础·体现综合

1．如图所示为查德威克研究原子核内部结构的实验示意图，由天然放射性元素钋(Po)放出α射线轰击铍时会产生粒子流a，用粒子流a轰击石蜡后会打出粒子流b，下列说法正确的是(　　)

A．a为质子，b为中子   B．a为γ射线，b为中子

C．a为中子，b为γ射线 D．a为中子，b为质子

解析：选D　不可见的粒子轰击石蜡时打出的应是质子，因为质子就是氢核，而石蜡中含有大量氢原子，轰击石蜡的不可见粒子应该是中子，故D正确。

2．在天然放射性物质附近放置一带电体，带电体所带的电荷很快消失的根本原因是(　　)

A．γ射线的贯穿作用  B．α射线的电离作用

C．β射线的贯穿作用 D．β射线的中和作用

解析：选B　因α射线的电离作用使空气电离成正负离子，空气就变成了导体，从而导走带电体所带的电荷，选项B正确。

3．(多选)近几年，我国北京、上海、广州等地引进了多台γ刀，治疗患者数以万计，效果极好，成为目前治疗脑肿瘤的最佳仪器。令人感叹的是，用γ刀治疗时不用麻醉，病人清醒，时间短，半个小时内完成手术，无需住院，因而γ刀被誉为“神刀”。据报道，我国自主研发的旋式γ刀性能更好。γ刀治疗脑肿瘤主要是利用(　　)

A．γ射线具有很强的穿透本领

B．γ射线具有很强的电离作用

C．γ射线具有很高的能量

D．γ射线能很容易地绕过阻碍物到达目的地

解析：选AC　γ射线是能量很高的电磁波，电离作用很弱，波长很短，不易发生衍射，不会很容易地绕过阻碍物，但穿透物质的本领极强，能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土，A、C正确，B、D错误。

4．有些元素的原子核可以从很靠近它的核外电子中“俘获”一个电子形成一个新原子(如从离原子核最近的K层电子中俘获电子，叫“K俘获”)，当发生这一过程时(　　)

A．新原子是原来原子的同位素

B．新原子核比原来的原子核少一个质子

C．新原子核将带负电荷

D．新原子核比原来的原子核少一个中子

解析：选B　原子核“俘获”一个电子后，带负电荷的电子与原子核内带正电荷的质子中和，原子核的质子数减少1，中子数增加1，形成一个新原子，新原子与原来的原子相比，质子数不同，中子数也不同，不是同位素，所以B正确。

5．放射性同位素电池已成功应用于军事卫星、空间探测器、水下监听器、航标灯、心脏起搏器、微型电动机械等方面。在诸多设计方案中，有一种是衰变产生的射线作用于荧光物质激发荧光，然后使光电管受到荧光的照射而发生光电效应，实现电能输出。现考虑用氚(H)作为放射性物质，其衰变为β衰变，半衰期为12.43年，则下列说法正确的是(　　)

A．β衰变所释放的电子来自核外电子

B．氚的衰变方程是H―→e＋He

C．提高温度，增大压强可以改变氚的半衰期

D．该衰变电池的功率可保持10年不变

解析：选B　β衰变的实质是原子核的一个中子变为质子的同时释放一个电子，故A错误；氚的衰变方程是H→e＋He，故B正确；半衰期与原子核所处物理、化学环境无关，由原子核本身决定，故C错误；随着放射性元素的质量不断减小，放射性元素放出的电子的数量不断减小，该衰变电池的功率不断减小，故D错误。

6．(多选)某实验室工作人员，用初速度为v0＝0.09c(c为真空中的光速)的α粒子轰击静止在匀强磁场中的钠原子核Na，产生了质子。若某次碰撞可看作对心正碰，碰后新核的运动方向与α粒子的初速度方向相同，质子的运动方向与新核运动方向相反，它们在垂直于磁场的平面内分别做匀速圆周运动。通过分析轨迹半径，可得出新核与质子的速度大小之比为1∶10，已知质子质量为m。则(　　)

A．该核反应方程是He＋Na―→Mg＋H

B．该核反应方程是He＋Na―→Mg＋0n

C．质子的速度约为0.225c

D．质子的速度为0.09c

解析：选AC　新原子核的质量数：m＝23＋4－1＝26，核电荷数：z＝11＋2－1＝12，核反应方程：He＋Na―→Mg＋H，故A正确，B错误；质子质量为m，α粒子、新核的质量分别为4m、26m，设质子的速度为v，对心正碰，选取α粒子运动的方向为正方向，则由动量守恒得：4mv0＝26m－mv，解出v＝0.225c，故C正确，D错误。

7．(2021·广州高二检测)有些元素的原子核有可能从很靠近它的核外电子中“俘获”一个电子形成一个新原子核，从离原子核最近的K层电子中俘获电子，叫“K俘获”。例如一个铍原子核(Be)发生了“K俘获”，生成一个新的原子核X，并放出一个不带电的、质量接近于零的中微子(νe)，核反应方程为Be＋e―→Χ＋νe，关于铍原子核(Be)的“K俘获”的过程，下列说法正确的是(　　)

A．新原子核Χ可能会带负电

B．新原子核Χ是铍原子核的同位素

C．新原子核Χ比原来的铍原子核少一个中子

D．新原子核Χ比原来的铍原子核少一个质子

解析：选D　所有的原子核均带正电，故A错误；原子核俘获一个电子后，一个质子变成中子，质子数减少一个，中子数多一个，新原子核的质子数发生变化，新原子核与铍原子核不是同位素，故B、C错误，D正确。

8．(多选)原子核的衰变过程遵守一系列的守恒定律，在匀强磁场中有一个原来速度几乎为0的放射性原子核W衰变为两个粒子P和S，衰变后粒子P和S的运动速度和磁场垂直，粒子P和S分别做匀速圆周运动。已知粒子P和S做圆周运动的半径和周期之比分别为RP∶RS＝45∶1，TP∶TS＝90∶117，则(　　)

A．放射性原子核W的质量数为238

B．P和S两核的质量数之比为117∶2

C．P和S两核的电荷数之比为45∶1

D．P和S两核的动能之比为117∶2

解析：选AD　根据动量守恒定律可知，衰变瞬间P和S两核的动量大小相等，方向相反，由带电粒子在磁场中运动的半径表达式R＝，可知＝＝，C错误；带电粒子在磁场中运动的周期的表达式为T＝，故＝＝×＝，由于电子的质量与质子、中子相比是很小的，所以该衰变不可能是β衰变，该衰变应为α衰变，α粒子的质量数为4，则衰变后的新核具有234个核子，原子核W的质量数为238，A正确，B错误；衰变瞬间P和S两核的动量大小相等，它们的动能Ek＝，可知P与S的动能大小与它们的质量成反比，所以P和S两核的动能之比为117∶2，D正确。

9．1934年，约里奥—居里夫妇在用α粒子轰击铝箔时，除了测到预料中的中子外，还探测到了正电子。正电子的质量跟电子的质量相同，带一个单位的正电荷，跟电子的电性正好相反，是电子的反粒子，更意外的是，拿走α放射源以后，铝箔虽不再发射中子，但仍然继续发射正电子，而且这种放射性也有一定的半衰期。原来，铝箔被α粒子击中后发生了如下反应：Al＋He―→P＋n。这里的P就是一种人工放射性同位素，正电子就是它衰变过程中放射出来的。

(1)写出放射性同位素P放出正电子的核反应方程；

(2)放射性同位素P放出正电子的衰变称为正β衰变，我们知道原子核内只有中子和质子，那么正β衰变中的正电子从何而来？

解析：(1)根据质量数、电荷数守恒，P放出正电子的核反应方程为P―→Si＋e。

(2)原子核内只有质子和中子，没有电子，也没有正电子，正β衰变是原子核的一个质子转变成一个中子，同时放出一个正电子，反应过程为H―→e＋n。

答案：(1)P―→Si＋e　(2)见解析

B组—重应用·体现创新

10.(2021·浙江温州检测)科研人员正在研制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 (Ni)和铜两种金属作为长效电池的材料，利用镍63发生β衰变时释放电子被铜片俘获，把镍63和铜片作电池的两极为外电阻R提供电能。下列说法正确的是(　　)

A．电阻R上的电流方向是从b到a

B．镍63的衰变方程是Cu＋e―→Ni

C．升高温度、增大压强可以改变镍63的半衰期

D．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子时所产生的

解析：选D　根据电荷数守恒、质量数守恒可知，镍63发生β衰变时的方程是Ni―→　0－1e＋Cu，铜片得到电子带负电，镍63带正电，知外接负载时镍63的电势比铜片的高，电阻R上的电流方向是从a到 b，故A、B错误；半衰期由原子核自身因素决定，与外界因素无关，故C错误；β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子同时释放的电子，故D正确。

11.静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核，当它放出一个α粒子后，其速度方向与磁场方向垂直，测得α粒子和反冲核轨道半径之比为44∶1，如图所示，则下列说法错误的是(　　)

A．α粒子与反冲核的动量大小相等、方向相反

B．原来放射性元素的原子核电荷数为90

C．反冲核的电荷数为88

D．α粒子和反冲核的速度之比为1∶88

解析：选D　微粒之间相互作用的过程中遵循动量守恒，由于初始总动量为0，则末动量也为0，即α粒子和反冲核的动量大小相等、方向相反，故A正确；由于释放的α粒子和反冲核均在垂直于磁场的平面内且在洛伦兹力作用下做圆周运动，由Bqv＝m得R＝，若原来放射性元素的核电荷数为Q，则对α粒子：R1＝，对反冲核：R2＝，由于p1＝p2，R1∶R2＝44∶1，得Q＝90，故反冲核的电荷

数为88，故B、C正确；由Ek＝知它们的速度大小与质量成反比，故选项D错误。

12．一小瓶内含有放射性同位素的溶液，它每分钟衰变6 000次。将它注射到一个病人的血液中，经过15小时，从病人身上取10 cm3的血样，测得每分钟衰变2次，已知这种同位素的半衰期为5小时。试根据上述数据，计算人体血液的总体积。

解析：设放射性同位素原有质量为m0,15小时后剩余质量为m，则m＝m0＝m0

设取出的V′＝10 cm3的血液中放射性同位素的质量为m′，人体内血液的总量为V，如果认为血液中放射性的溶液是均匀分布的，则＝

因单位时间内衰变的数量与放射性物质的含量成正比。

则＝

联立以上各式解得V＝3.75×103 cm3。

答案：3.75×103 cm3