《2019年高中物理 第十九章 原子核 第3節(jié)-第4節(jié) 放射性的應(yīng)用與防護(hù) 探測射線的方法學(xué)案 新人教版選修3-5》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2019年高中物理 第十九章 原子核 第3節(jié)-第4節(jié) 放射性的應(yīng)用與防護(hù) 探測射線的方法學(xué)案 新人教版選修3-5（9頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、第3節(jié)　探測射線的方法 第4節(jié)　放射性的應(yīng)用與防護(hù) 　1.了解探測放射線的三種方法，認(rèn)識(shí)探測射線的幾種儀器．　2.知道什么是放射性同位素和人工轉(zhuǎn)變的放射性同位素．　3.了解放射性在生產(chǎn)和科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用和防護(hù)． 一、探測射線的方法 1．探測方法 (1)組成射線的粒子會(huì)使氣體或液體電離，以這些離子為核心，過飽和的蒸氣會(huì)產(chǎn)生霧滴，過熱液體會(huì)產(chǎn)生氣泡． (2)射線能使照相乳膠感光． (3)射線能使熒光物質(zhì)產(chǎn)生熒光． 2．探測儀器 (1)威耳遜云室 ①原理：粒子在云室內(nèi)氣體中飛過，使沿途的氣體分子電離，過飽和酒精蒸氣就會(huì)以這些離子為核心凝結(jié)成霧滴，于是顯示出射線的徑跡． ②

2、 高速β粒子的徑跡直而細(xì) 低速β粒子的徑跡短而粗，而且常常彎曲 (2)氣泡室：氣泡室的原理同云室的原理類似，所不同的是氣泡室里裝的是液體，如液態(tài)氫． 粒子通過過熱液體時(shí)，在它的周圍產(chǎn)生氣泡而形成粒子的徑跡． (3)蓋革—米勒計(jì)數(shù)器 ①優(yōu)點(diǎn)：G-M計(jì)數(shù)器非常靈敏，使用方便． ②缺點(diǎn)：只能用來計(jì)數(shù)，不能區(qū)分射線的種類． 二、核反應(yīng)和人工放射性同位素 1．核反應(yīng) (1)定義：原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過程． (2)原子核的人工轉(zhuǎn)變：盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核，核反應(yīng)方程7N＋He→8O＋H． (3)遵循規(guī)律：質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒． 2．人工放射性同位素 (1

3、)放射性同位素：具有放射性的同位素． (2)人工放射性同位素的發(fā)現(xiàn)： ①1934年，約里奧—居里夫婦發(fā)現(xiàn)經(jīng)過α粒子轟擊的鋁片中含有放射性磷P. ②發(fā)現(xiàn)磷同位素的方程He＋Al→P＋n． 3．放射性同位素優(yōu)點(diǎn) (1)資源豐富，應(yīng)用廣泛． (2)放射強(qiáng)度容易控制，可以制成各種所需的形狀，廢料容易處理． (3)現(xiàn)在凡是用到射線時(shí)，用的都是人工放射性同位素，而不用天然放射性物質(zhì)． 三、放射性同位素的應(yīng)用與防護(hù) 1．應(yīng)用射線：利用γ射線的穿透本領(lǐng)可以測厚度等，還可以用于放射治療、照射種子培育優(yōu)良品種等． 2．示蹤原子：一種元素的各種同位素具有相同的化學(xué)性質(zhì)，用放射性同位素替換非放射性

4、的同位素后可以探測出原子到達(dá)的位置． 3．輻射與安全：人類一直生活在放射性的環(huán)境中，過量的射線對(duì)人體組織有破壞作用．要防止放射性物質(zhì)對(duì)水源、空氣、用具等的污染． 判一判　(1)云室和氣泡室都是應(yīng)用射線的穿透能力研究射線的徑跡．(　　) (2)蓋革—米勒計(jì)數(shù)器既可以統(tǒng)計(jì)粒子的數(shù)量，也可以區(qū)分射線的種類．(　　) (3)放射性同位素P，既可以通過核反應(yīng)人工獲得，也可以從自然界中獲得．(　　) (4)現(xiàn)在用到射線時(shí)，既可以用人工放射性同位素，也可以用天然放射性物質(zhì)．(　　) (5)用γ射線照射食品可以殺死使食物腐敗的細(xì)菌，抑制蔬菜發(fā)芽，延長保存期．(　　) (6)任何放射性物質(zhì)都

5、可以作為示蹤原子使用．(　　) 提示：(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√　(6)× 做一做　(多選)對(duì)放射性的應(yīng)用，下列說法正確的是(　　) A．放射線能殺傷癌細(xì)胞或阻止癌細(xì)胞分裂，所以人體可以經(jīng)常照射 B．對(duì)放射性的廢料，要裝入特制的容器并埋入深地層進(jìn)行處理 C．射線探傷儀中的放射源必須存放在特制容器里，而不能隨意放置 D．對(duì)可能產(chǎn)生放射性污染的場所或物品進(jìn)行檢測是很有必要的 提示：選BCD．在大劑量的照射下，放射性對(duì)人體和其他生物存在著某種損害作用．放射性也能損傷遺傳物質(zhì)，主要在于引起基因突變和染色體畸變，使一代甚至幾代受害，故A錯(cuò)誤；放射性的廢料仍然有放射性

6、，故對(duì)放射性的廢料，要裝入特制的容器并埋入深地層進(jìn)行處理，故B正確；放射性會(huì)向各個(gè)方向放射射線，故射線探傷儀中的放射源必須存放在特制容器里，而不能隨意放置，故C正確；放射性廢物中的放射性物質(zhì)，采用一般的物理、化學(xué)及生物學(xué)的方法都不能將其消滅或破壞，只有通過放射性核的自身衰變才能使放射性衰減到一定的水平．而許多放射性元素的半衰期十分長，并且衰變的產(chǎn)物又是新的放射性元素，所以放射性廢物與其他廢物相比在處理和處置上有許多不同之處，故對(duì)可能產(chǎn)生放射性污染的場所或物品進(jìn)行檢測是很有必要的，故D正確． 想一想　正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層(PET)是分子水平上的人體功能顯像的國際領(lǐng)先技術(shù)，它為臨床診斷和治療提

7、供了全新的手段．PET在心臟疾病診療中，需要使用放射正電子的氮13示蹤劑．氮13是由小型回旋加速器輸出的高速質(zhì)子轟擊氧16獲得的，反應(yīng)中同時(shí)還產(chǎn)生另一個(gè)粒子，試寫出該核反應(yīng)方程． 提示：本題考查對(duì)原子核變化過程遵守的兩個(gè)規(guī)律的掌握和對(duì)基本粒子的認(rèn)識(shí)．要求考生能根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒判斷出核反應(yīng)方程中的未知粒子中的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)，并據(jù)此分析是何種粒子．根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，可知核反應(yīng)方程為O＋H―→N＋He. 　探測射線的方法和儀器 1．探測射線的方法：也是探測運(yùn)動(dòng)粒子的方法．可以根據(jù)射線粒子與其他物質(zhì)作用時(shí)的表現(xiàn)進(jìn)行判斷，常利用射線的以下特性： (1)粒子使氣體或液體電離

8、，以這些離子為核心，過飽和的蒸氣會(huì)產(chǎn)生霧滴，過熱液體會(huì)產(chǎn)生氣泡． (2)使照相乳膠產(chǎn)生感光． (3)使熒光物質(zhì)產(chǎn)生熒光． 2．三種探測射線的儀器 (1)威耳遜云室 構(gòu)造：主要部分是一個(gè)塑料或玻璃制成的容器，它的下部是一個(gè)可以上下移動(dòng)的活塞，上蓋是透明的，可以通過它來觀察和拍攝粒子的運(yùn)動(dòng)徑跡，云室里面有干凈的空氣．如圖所示． (2)氣泡室 氣泡室的原理同云室的原理類似，所不同的是氣泡室里裝的是液體，如液態(tài)氫．控制氣泡室內(nèi)液體的溫度和壓強(qiáng)，使溫度略低于液體的沸點(diǎn)．當(dāng)氣泡室內(nèi)壓強(qiáng)突然降低時(shí)，液體的沸點(diǎn)變低，因此液體過熱，粒子通過液體時(shí)在它的周圍就有氣泡形成，從而顯示粒子徑跡． (

9、3)蓋革—米勒計(jì)數(shù)器 ①原理：在金屬絲和圓筒兩極間加上一定的電壓，這個(gè)電壓稍低于管內(nèi)氣體的電離電壓，當(dāng)某種射線粒子進(jìn)入管內(nèi)時(shí)，它使管內(nèi)的氣體電離，產(chǎn)生電子……這樣，一個(gè)射線粒子進(jìn)入管中后可以產(chǎn)生大量電子，這些電子到達(dá)陽極，陽離子到達(dá)陰極，在外電路中產(chǎn)生一次脈沖放電，利用電子儀器可以把放電次數(shù)記錄下來． ②優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：放大倍數(shù)很大，非常靈敏，用它檢測射線十分方便． 缺點(diǎn)： a．不同射線產(chǎn)生的脈沖現(xiàn)象相同，只能用來計(jì)數(shù)，不能區(qū)分射線種類． b．如果同時(shí)有大量粒子或兩個(gè)粒子射來的時(shí)間間隔小于200 μs，則計(jì)數(shù)器不能區(qū)分它們． 　(多選)關(guān)于放射線的探測，下列說法正確的是(　　)

10、A．氣泡室探測射線的原理與云室探測射線的原理類似 B．由氣泡室內(nèi)射線的徑跡可以分析粒子的帶電、動(dòng)量、能量等情況 C．蓋革－米勒計(jì)數(shù)器探測射線的原理中也利用射線的電離本領(lǐng) D．蓋革－米勒計(jì)數(shù)器不僅能計(jì)數(shù)，還能用來分析射線的性質(zhì) [思路點(diǎn)撥] 了解各種探測儀的工作原理，并能區(qū)別其不同點(diǎn)． [解析]　氣泡室探測射線的原理與云室類似，不同的是通過射線在氣泡室中經(jīng)過時(shí)產(chǎn)生氣泡來顯示射線徑跡，故A選項(xiàng)正確；由氣泡室內(nèi)徑跡中氣泡的多少及徑跡在磁場中的彎曲方向等，可分析射線的帶電、動(dòng)量、能量等情況，故B選項(xiàng)正確；蓋革－米勒計(jì)數(shù)器利用射線的電離作用，產(chǎn)生電脈沖進(jìn)而計(jì)數(shù)，所以C選項(xiàng)正確；對(duì)于不同射線產(chǎn)生

11、的脈沖現(xiàn)象相同，因此計(jì)數(shù)器只能用來計(jì)數(shù)，不能區(qū)分射線的種類，所以D選項(xiàng)錯(cuò)誤． [答案]　ABC 威耳遜云室和氣泡室都是依據(jù)徑跡探測射線的性質(zhì)和種類，而蓋革－米勒計(jì)數(shù)器只能計(jì)數(shù)，不能區(qū)分射線的種類．　 　(多選)關(guān)于威耳遜云室探測射線，下述正確的是(　　) A．威耳遜云室充滿過飽和蒸氣，射線經(jīng)過時(shí)可顯示出射線運(yùn)動(dòng)的徑跡 B．威耳遜云室中徑跡粗而直的是α射線 C．威耳遜云室中徑跡細(xì)而長的是γ射線 D．威耳遜云室中顯示粒子徑跡的原因是電離，所以無法由徑跡判斷射線所帶電荷的正負(fù) 解析：選AB．云室內(nèi)充滿過飽和蒸氣，射線經(jīng)過時(shí)把氣體電離，過飽和蒸氣以離子為核心凝結(jié)成霧滴，霧滴沿射線

12、的路線排列，顯示出射線的徑跡，故A正確；由于α粒子的電離本領(lǐng)大，貫穿本領(lǐng)小，所以α射線在云室中的徑跡粗而直，即B正確；由于γ射線的電離本領(lǐng)很弱，所以在云室中一般看不到它的徑跡，而細(xì)長徑跡是β射線的，所以C錯(cuò)誤；把云室放在磁場中，由射線徑跡的彎曲方向就可以判斷射線所帶電荷的正負(fù)，所以D錯(cuò)誤． 　原子的人工核反應(yīng)和人工轉(zhuǎn)變 條件：用α粒子、質(zhì)子、中子，甚至用γ光子轟擊原子核使原子核發(fā)生轉(zhuǎn)變． 實(shí)質(zhì)：用粒子轟擊原子核并不是粒子與核碰撞將原子核打開，而是粒子打入原子核內(nèi)部使核發(fā)生了轉(zhuǎn)變． 規(guī)律 (1)質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒． (2)動(dòng)量守恒． 原子核人工轉(zhuǎn)變的三大發(fā)現(xiàn) (1)1919年盧瑟

13、福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng) N＋He→O＋H. (2)1932年查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng) Be＋He→C＋n. (3)1934年約里奧—居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素的核反應(yīng)：Al＋He→P＋n；P→Si＋e. 5．核反應(yīng)過程一般都是不可逆的，核反應(yīng)方程不能用等號(hào)連接，只能用單向箭頭表示反應(yīng)方向． 命題視角1　對(duì)人工轉(zhuǎn)變核反應(yīng)方程的書寫 　(2017·杭州高二檢測)完成下列核反應(yīng)方程，并指出其中哪個(gè)是發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程，哪個(gè)是發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程． (1)N＋n→C＋________ (2)N＋He→O＋________ (3)B＋n→________＋He (4)Be＋He→__

14、______＋n (5)Fe＋H→Co＋________ [思路點(diǎn)撥] 書寫核反應(yīng)方程要點(diǎn)： (1)分清反應(yīng)的種類，是衰變還是人工核反應(yīng)． (2)根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒確定出新原子核和放出的粒子． [答案]　(1)H　(2)H，發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程　(3)Li　(4)C，發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程　(5)n 命題視角2　人工轉(zhuǎn)變與衰變的比較 　用中子轟擊鋁27，產(chǎn)生鈉24和X粒子，鈉24具有放射性，它衰變后生成鎂24，則X粒子和鈉的衰變過程分別是(　　) A．質(zhì)子，α衰變　　 B．電子，α衰變 C．α粒子，β衰變 D．正電子，β衰變 [思路點(diǎn)撥] 人工轉(zhuǎn)變核反應(yīng)方程的左邊

15、應(yīng)為原子核加俘獲的粒子，方程的右邊則應(yīng)根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒，并依題意來書寫完成． [解析]　按照質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒的規(guī)律，中子轟擊鋁的核反應(yīng)方程為Al＋n―→Na＋He，鈉24衰變的核反應(yīng)方程為Na―→Mg＋e，X是α粒子，衰變過程是β衰變．本題正確選項(xiàng)為C． [答案]　C 原子核的人工轉(zhuǎn)變與衰變的比較 原子核的衰變 原子核的人工轉(zhuǎn)變 發(fā)生反應(yīng) 的原子核 具有放射性的不穩(wěn)定核 所有的原子核 反應(yīng)條件 自發(fā)進(jìn)行，無條件 利用α粒子、質(zhì)子、中子或γ光子作為“炮彈”轟擊靶核 反應(yīng)本質(zhì) 核子數(shù)變化，形成新核 核子的重組，形成新核 典型反應(yīng) U→Th＋He

16、 N＋He→O＋H 核反應(yīng)方程的特點(diǎn) 箭頭左邊只有一個(gè)放射性原子核 箭頭左邊有靶核和“炮彈”各一個(gè) 核反應(yīng)的規(guī)律 質(zhì)量數(shù)守恒(注意質(zhì)量并不守恒)，電荷數(shù)守恒 書寫方程的原則 尊重實(shí)驗(yàn)事實(shí)，不能僅僅依據(jù)守恒定律主觀臆造 【通關(guān)練習(xí)】 1．原子核X與氘核H反應(yīng)生成一個(gè)α粒子和一個(gè)質(zhì)子．由此可知(　　) A．A＝2，Z＝1 B．A＝2，Z＝2 C．A＝3，Z＝3 D．A＝3，Z＝2 解析：選D．由質(zhì)量數(shù)守恒列式：A＋2＝4＋1，得A＝3，由電荷數(shù)守恒列式：Z＋1＝2＋1，得Z＝2，故選項(xiàng)D正確． 2．在中子、質(zhì)子、電子、正電子、α粒子中選出一個(gè)適當(dāng)?shù)牧Ｗ?，分別填在下列

17、核反應(yīng)式的橫線上，并指出哪些是核的人工轉(zhuǎn)變． (1)U→Th＋________； (2)Be＋He→C＋________； (3)Th→Pa＋________； (4)P→Si＋________； (5)N＋He→O＋________． 解析：在核反應(yīng)過程中，遵循反應(yīng)前后電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒規(guī)律．對(duì)參與反應(yīng)的所有基本粒子來用左下角(電荷數(shù))配平，左上角(質(zhì)量數(shù))配平．未知粒子可根據(jù)其電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)確定．如(1)電荷數(shù)為92－90＝2，質(zhì)量數(shù)為238－234＝4，由此可知為α粒子(He)，同理確定其他粒子分別為：中子(n)，電子(e)，正電子(e)，質(zhì)子(H)．其中(2)、(5)是

18、核的人工轉(zhuǎn)變． 答案：(1)He　(2)n，核的人工轉(zhuǎn)變　(3)e　(4)e (5)H，核的人工轉(zhuǎn)變 　放射性同位素的應(yīng)用 放射性同位素的主要應(yīng)用 (1)利用它的射線． ①工業(yè)部門使用射線測厚度——利用γ射線的穿透特性； ②農(nóng)業(yè)應(yīng)用——γ射線使種子的遺傳基因發(fā)生變異，殺死使食物腐敗的細(xì)菌，抑制蔬菜發(fā)芽，延長保存期等； ③醫(yī)療上——利用γ射線的高能量治療癌癥． (2)作為示蹤原子：放射性同位素與非放射性同位素有相同的化學(xué)性質(zhì)，通過探測放射性同位素的射線確定其位置． 　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

19、 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． (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． (3)在我國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___

20、_____． [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

21、質(zhì)中去，讓它們一起運(yùn)動(dòng)遷移，再用放射性探測儀器進(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 (1)用射線來測量厚度，一般不選取α射線是因?yàn)槠浯┩改芰μ?，更多的是選取γ射線，也有部分選取β射線的． (2)給病人治療癌癥、培育優(yōu)良品種、延長食物保質(zhì)期一般選取γ射線． (3)使用放射線時(shí)安全是第一位的．　 　(多選)人工放射性同位素被用作示蹤原子， 主要是因?yàn)?　　) A．放射性同位素不改變其化學(xué)性質(zhì) B．人工放射性同位素的半衰期比天然放射性元素的半衰期短得多 C．半衰期與元素所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān) D．放射性同位素容易制造 解析：選ABC．放射性同位素用作示蹤原子，主要是用放射性同位素代替沒有放射性的同位素參與正常的物理、化學(xué)、生物過程，既要利用化學(xué)性質(zhì)相同，也要利用衰變規(guī)律不受物理、化學(xué)變化的影響，同時(shí)還要考慮放射性廢料容易處理，因此選項(xiàng)A、B、C正確，選項(xiàng)D不正確． 9