2016-2017学年高中物理第4章从原子核到夸克4.3让射线造福人类学业分层测评沪科版选修3-5

4.3 让射线造福人类
(建议用时：45分钟)
[学业达标]
1.关于放射性的应用，下列说法正确的是( )
A.利用α射线使空气电离，把静电荷导走
B.利用β射线照射植物的种子，使产量显著增加
C.利用γ射线来治疗肺癌、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学性质相同，作为示踪原子
E.利用β射线进行金属探伤
【解析】α射线的电离作用很强，可利用α射线的电离作用，把静电荷导走A对；γ射线对生物具有物理化学作用，照射种子可使基因变异，可用于放射性治疗，β射线不具有生物作用，B错，C对；同位素的核外电子数相同，化学性质相同，放射性同位素带有“放射性标记”，可用探测器探测，D对；利用γ射线进行金属探伤，E错.
【答案】ACD
2.关于放射性的应用与防护，下列说法正确的是( )
A.通过原子核的人工转变可以发现和制造新元素
B.在人工核反应过程中，质量守恒
C.利用示踪原子可以研究生物大分子的结构
D.人类一直生活在放射性的环境中
E.射线对人体没有破坏作用
【解析】通过原子核的人工转变可以发现和制造新元素，A项正确；在人工核反应过程中，质量数守恒，B项错；利用示踪原子可以研究生物大分子的结构，C项正确；人类一直生活在放射性的环境中，地球上的每个角落都有射线，D项正确；只有在安全剂量之内的射线才对人体没有破坏作用，E项错.
【答案】ACD
3.放射性同位素钴60能放出较强的γ射线，其强度容易控制，这使得γ射线得到广泛应用.下列选项中，属于γ射线的应用的是( )
A.医学上制成γ刀，无需开颅即可治疗脑肿瘤
B.机器运转时常产生很多静电，用γ射线照射机器可将电荷导入大地
C.铝加工厂将接收到的γ射线信号输入计算机，可对薄铝板的厚度进行自动控制
D.用γ射线照射草莓、荔枝等水果，可延长保存期
E.γ射线的穿透能力很强，可用于钢板探伤
【解析】γ射线的电离作用很弱，不能使空气电离成为导体，B错误；γ射线的穿透能力很强，薄铝板的厚度变化时，接收到的信号强度变化很小，不能控制铝板厚度，但可
用于金属钢板探伤，C错误，E正确；γ射线能量很大，可以杀菌，延长水果的保存期，对肿瘤细胞有很强的杀伤作用，故A、D正确.
【答案】ADE
4.用α粒子照射充氮的云室，摄得如图4­3­2所示的照片，下列说法中正确的是( )
图4­3­2
A.A是α粒子的径迹
B.B是α粒子的径迹
C.C是α粒子的径迹
D.A是新核的径迹
E.C是质子的径迹
【解析】α粒子轰击氮的核反应方程为42He＋14 7N→17 8O＋11H，入射的是α粒子.所以B 是α粒子产生的径迹，质量大、电离作用强的新核17 8O，径迹粗而短，故A是新核径迹.质子电离作用弱一些，贯穿作用强，所以细而长的径迹是质子的径迹.所以正确选项为B、D、E.
【答案】BDE
5.防止放射性污染的防护措施有( )
A.将废弃的放射性物质进行深埋
B.将废弃的放射性物质倒在下水道里
C.接触放射性物质的人员穿上铅防护服
D.严格和准确控制放射性物质的放射剂量
E.将废弃的放射性物质投放到大海里
【解析】因为放射性物质残存的时间太长，具有辐射性，故应将其深埋，A对，B、E 均错；铅具有一定的防止放射性的能力，接触放射性物质的人员穿上铅防护服，并要控制一定的放射剂量，故C、D对.
【答案】ACD
6.医学界通过14C标记的C60发现一种C60的羧酸衍生物，在特定条件下可以通过断裂DNA 抑制艾滋病病毒的繁殖，则14C的用途是________.
【解析】用14C标记C60来查明元素的行踪，发现可以通过断裂DNA抑制艾滋病病毒的繁殖，因此14C的作用是做示踪原子.
【答案】示踪原子
7.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
钋210α138天
氡222β 3.8天
锶90β28年
铀238α、β、γ 4.5×109年
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________.
【解析】要测定聚乙烯薄膜的厚度，则要求射线可以穿透薄膜，因此α射线不合适；另外，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，所以只有锶90较合适.
【答案】锶90
8.用人工方法得到放射性同位素，这是一个很重要的发现，天然放射性同位素只不过40几种，而今天人工制造的同位素已达1 000多种，每种元素都有放射性同位素，放射性同位素在农业、医疗卫生、科研等许多方面得到广泛应用.
【导学号：67080039】
(1)带电的验电器在放射线照射下电荷会很快消失，其原因是________.
A.射线的贯穿作用
B.射线的电离作用
C.射线的物理、化学作用
D.以上三个选项都不是
(2)如图4­3­3是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图，如工厂生产的是厚度1 mm铝板，在α、β、γ三种射线中，你认为对铝板的厚度起主要作用的是________射线.
图4­3­3
(3)在我国首先用人工方法合成牛胰岛素时需要证明人工合成的牛胰岛素结晶跟天然牛胰岛素结晶是同一物质，为此曾采用放射性同位素14C做________.
【解析】(1)因放射性的电离作用，空气中与验电器所带电荷电性相反的离子与之中和，所以使验电器所带电荷消失.
(2)α射线穿透物质的本领弱，不能穿透厚度1 mm的铝板，因而探测器不能探到，γ
射线穿透本领最强，穿透1 mm的铝板和几毫米厚铝板打在探测器上很难分辨，β射线也能穿透几毫米厚的铝板，但厚度不同，穿透后β射线中的电子运动状态不同，探测器容易分辨.
(3)把掺入14C的人工合成牛胰岛素与天然牛胰岛素混合在一起，经多次重新结晶后，得到了放射性14C分布均匀的牛胰岛素结晶，这就证明了人工合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素合为一体，它们是同一物质，把这种放射性同位素的原子掺到其他物质中去，让它们一起运动迁移，再用放射性探测仪器进行追踪，就可以知道放射性原子通过什么路径，运动到哪里了，是怎样分布的，从而可了解某些不容易查明的情况或规律，人们把这种用途的放射性同位素叫做示踪原子.
【答案】(1)B (2)β(3)示踪原子
[能力提升]
9.贫铀炸弹是一种杀伤力很强的武器，贫铀是提炼铀235以后的副产品，其主要成分为铀238，贫铀炸弹不仅有很强的穿甲能力，而且铀238具有放射性，残留物可长期对环境起破坏作用而造成污染.人长期生活在该环境中会受到核辐射而患上皮肤癌和白血病.下列结论正确的是( )
A.铀238的衰变方程式为：238 92U→234 90Th＋42He
B.235 92U和238 92U互为同位素
C.人患皮肤癌和白血病是因为核辐射导致了基因突变
D.贫铀弹的穿甲能力很强，也是因为它的放射性
E.癌症病人可以生活在遭受贫铀炸弹破坏的环境里，以达到放射性治疗的效果
【解析】铀238具有放射性，放出一个α粒子，变成钍234，A正确.铀238和铀235质子数相同，故互为同位素，B正确.核辐射能导致基因突变，是皮肤癌和白血病的诱因之一，C正确.贫铀弹的穿甲能力很强，是因为它的弹芯是由高密度、高强度、高韧性的铀合金组成，袭击目标时产生高温化学反应，所以其爆炸力、穿透力远远超过一般炸弹，D错.医学上利用放射线治疗癌症是有放射位置和放射剂量限制的，不能直接生活在被贫铀炸弹破坏的环境里，E错.
【答案】ABC
10.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.
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不变
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
E.半衰期是一个统计概念，对大量的原子核的衰变才有意义
【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 错误；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 错误，C 、E 正确；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.
【答案】 CDE
11.为了临床测定病人血液的体积，可根据磷酸盐在血液中被红血球吸收这一事实，向病人体内输入适量含有3215P 作示踪原子的血液，先将含有3215P 的血液4 cm 3分为两等份，其中一份留作标准样品，20 min 后测量出其放射性强度为10 800 s －1；另一份则通过静脉注射进入病人体内，经20 min 后，放射性血液分布于全身，再从病人体内抽出血液样品2 cm 3，测出其放射性强度为5 s －1，则病人的血液体积大约为多少？
【解析】 由于标准样品与输入体内的3215P 的总量是相等的，因此两者的放射性强度与3215
P 原子核的总数均是相等的.设病人血液总体积为V ，应有52
×V ＝10 800， 解得：V ＝4 320 cm 3.
【答案】 4 320 cm 3
12.1956年李政道和杨振宁提出在弱相互作用中宇称不守恒，并由吴健雄用6027Co 的衰变来验证，其核反应方程是6027Co→A Z Ni ＋ 0－1e ＋νe .其中νe 是反中微子，它的电荷量为零，静止质量可认为是零.
(1)在上述衰变方程中，衰变产物A
Z Ni 的质量数A 是________，核电荷数Z 是________.
(2)在衰变前6027Co 核静止，根据云室照片可以看出，衰变产物Ni 和 0－1e 的运动径迹不在一条直线上，如果认为衰变产物只有Ni 和 0－1e ，那么衰变过程将违背________守恒定律.
(3)6027Co 是典型的γ放射源，可用于作物诱变育种.我国应用该方法培育出了许多农作物新品种，如棉花高产品种“鲁棉1号”，年种植面积曾达到3 000多万亩，在我国自己培育的棉花品种中栽培面积最大.γ射线处理作物后主要引起________，从而产生可遗传的变异.
【解析】 (1)根据质量数和电荷数守恒，核反应方程为：6027Co→6028Ni ＋ 0－1e ＋νe ，由此得出两空分别为60和28.
(2)衰变过程遵循动量守恒定律.原来静止的核动量为零，分裂成两个粒子后，这两个粒子的动量和应还是零，则两粒子径迹必在同一直线上.现在发现Ni和 0－1e的运动径迹不在同一直线上，如果认为衰变产物只有Ni和 0－1e，就一定会违背动量守恒定律.
(3)用γ射线照射种子，会使种子的遗传基因发生突变，从而培育出优良品种.
【答案】(1)60 28 (2)动量(3)基因突变
13.正电子发射计算机断层显像(PET)的基本原理是：将放射性同位素15O注入人体，参与人体的代谢过程.15O在人体内衰变放出正电子，与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清晰的图像.根据PET原理，回答下列问题：
(1)写出15O的衰变和正负电子湮灭的方程式.
(2)将放射性同位素15O注入人体，15O的主要用途是( )
A.利用它的射线
B.作为示踪原子
C.参与人体的代谢过程
D.有氧呼吸
(3)PET中所选的放射性同位素的半衰期应________.(填“长”、“短”或“长短均可”)
【解析】(1)由题意得15 8O→15 7N＋0＋1e，0＋1e＋0－1e→2γ.
(2)将放射性同位素15O注入人体后，由于它能放出正电子，并能与人体内的负电子产生一对光子，从而被探测器探测到，所以它的用途为作为示踪原子.B正确.
(3)根据同位素的用途，为了减小对人体的伤害，半衰期应该很短.
【答案】(1)15 8O→15 7N＋ 0＋1e， 0＋1e＋0－1e→2γ
(2)B (3)短。