2019-2020学年高中物理 第十九章 原子核 3、4 探测射线的方法 放射性的应用与防护课件 新人教版选修3-5.ppt

3 4探测射线的方法放射性的应用与防护 一 探测射线的方法1 探测方法 1 组成射线的粒子会使气体或液体电离 以这些离子为核心 过饱和的蒸气会产生雾滴 过热液体会产生气泡 2 射线能使照相乳胶感光 3 射线能使荧光物质产生荧光 2 探测仪器 1 威耳逊云室 原理 粒子在云室内气体中飞过 使沿途的气体分子电离 过饱和酒精蒸气就会以这些离子为核心凝结成雾滴 于是显示出射线的径迹 粒子径迹形状 2 气泡室 气泡室的原理同云室的原理类似 所不同的是气泡室里装的是液体 如液态氢 粒子通过过热液体时 在它的周围产生气泡而形成粒子的径迹 3 盖革 米勒计数器 原理 在金属丝和圆筒间加上一定的电压 这个电压稍低于管内气体的电离电压 当某种射线粒子进入管内时 它使管内的气体电离 产生电子 这样 一个射线粒子进入管中后可以产生大量电子 这些电子到达阳极 正离子到达阴极 在电路中产生一次脉冲放电 利用电子仪器可以把放电次数记录下来 优点 G M计数器非常灵敏 使用方便 缺点 只能用来计数 不能区分射线的种类 二 核反应和放射线的应用与防护1 核反应 1 定义 原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程 2 原子核的人工转变1919年卢瑟福用 粒子轰击氮原子核 产生了氧的一种同位素 同时产生一个质子 卢瑟福发现质子的核反应方程 遵循规律 质量数守恒 电荷数守恒 2 人工放射性同位素 1 放射性同位素的定义 有些同位素具有放射性 叫做放射性同位素 3 放射性同位素的应用与防护 1 应用射线应用射线可以测厚度 医疗方面的放射治疗 照射种子培育优良品种等 2 示踪原子 有关生物大分子的结构及其功能的研究 要借助于示踪原子 3 辐射与安全 人类一直生活在放射性的环境中 过量的射线对人体组织有破坏作用 要防止放射性物质对水源 空气 用具等的污染 4 人工放射性同位素的优势 1 种类多 天然放射性同位素不过40多种 而人工放射性同位素已达1000多种 2 放射强度容易控制 3 可制成各种所需的形状 4 半衰期短 废料易处理 自我检测1 思考辨析 1 威耳逊云室内充满过饱和蒸气 射线经过时可显示出射线运动的径迹 其中径迹粗而短的是 射线 解析 云室内充满过饱和蒸气 射线经过时把气体电离 过饱和蒸气以离子为核心凝结成雾滴 雾滴沿射线的路线排列 显示出射线的径迹 由于 粒子的电离本领大 贯穿本领小 所以 射线在云室中的径迹粗而短 答案 2 威耳逊云室中显示粒子径迹原因是电离 所以无法由径迹判断射线所带电荷的正负 解析 如果把云室放在磁场中 由射线径迹的弯曲方向便可以判断射线所带电荷的正负 答案 解析 应该是查德威克发现中子 答案 4 人工转变核反应与衰变在产生机制上是相同的 解析 原子核的人工转变 是一种核反应 是其他粒子与原子核相碰撞的结果 需要一定的装置和条件才能发生 而衰变是原子核的自发变化 它不受物理 化学条件的影响 答案 5 放射性同位素与放射性元素一样 都具有一定的半衰期 衰变规律一样 解析 半衰期仅由原子核本身决定 对同位素 电荷数相同 半衰期一样 答案 2 探究讨论 1 威耳逊云室中粒子的径迹有何不同特征 答案 粒子的径迹直而清晰 高速 粒子的径迹又细又直 低速 粒子径迹又短又粗而且是弯曲的 粒子的电离本领很小 一般看不到它的径迹 2 试分析盖革 米勒计数器 又称G M计数器 工作原理是什么 它有何优缺点 答案 当某种射线粒子进入管内时 它使管内的气体电离 产生的电子在电场中加速 电子跟管中的气体分子碰撞时 又使气体分子电离 产生电子 这样 一个粒子进入管中可以产生大量电子 这些电子到达阳极 正离子到达阴极 在电路中就产生一次脉冲放电 利用电子仪器可以把放电次数记录下来 a 优点 G M计数器非常灵敏 使用方便 b 缺点 只能用来计数 不能区分射线的种类 3 举例说明放射性同位素在生产生活中有哪些应用 答案 在工业上可以用 射线来探测工件内部裂痕 称为 探伤 也可以用 射线照射种子 会使种子的遗传基因发生变异 从而培育出优良品种 农业上利用作为示踪原子来研究农作物对磷肥的吸收情况 探究一 探究二 探究三 探测射线的方法问题探究右图为 粒子和 粒子在威尔逊云室中的径迹示意图 1 如何根据径迹的情况 分析判断粒子的性质 2 如何判断粒子所带电荷的正负 要点提示 1 粒子质量比较大 在气体中飞行时不易改变方向 轨迹为直线 粒子质量小 跟气体碰撞易改变方向 故轨迹常常弯曲 2 根据轨迹的弯曲方向来判断带电的性质 探究一 探究二 探究三 知识归纳1 方法探测射线的方法主要是利用放射线粒子与其他物质作用时产生的一些现象来探知放射线的存在 这些现象主要是 1 使气体电离 这些离子可使饱和蒸气产生云雾或使过热液体产生气泡 2 使照相底片感光 3 使荧光物质产生荧光 2 仪器 1 威耳逊云室构造 主要部分是一个塑料或玻璃制成的容器 它的下部是一个可以上下移动的活塞 上盖是透明的 可以通过它来观察和拍摄粒子的运动径迹 云室里面有干净的空气 探究一 探究二 探究三 2 气泡室气泡室的原理同云室的原理类似 所不同的是气泡室里装的是液体 如液态氢 控制气泡室内液体的温度和压强 使温度略低于液体的沸点 当气泡室内压强突然降低时 液体的沸点变低 因此液体过热 粒子通过液体时在它的周围就有气泡形成 从而显示粒子径迹 3 盖革 米勒计数器构造 主要部分是盖革 米勒计数管 里面是一个接在电源负极的导电圆筒 筒的中间有一条接正极的金属丝 管中装有低压的惰性气体和少量的酒精蒸气或溴蒸气 放射线中的粒子会使气体或液体电离 以这些离子为核心 过饱和的蒸气会产生雾滴 过热液体会产生气泡 探究一 探究二 探究三 典例剖析 例题1 多选 关于威耳逊云室探测射线 下列说法正确的是 A 威耳逊云室内充满过饱和蒸气 射线经过时可显示出射线运动的径迹B 威耳逊云室中径迹直而粗的是 射线C 威耳逊云室中径迹细而弯曲的是 射线D 威耳逊云室中显示粒子径迹的原因是电离 所以无法由径迹判断射线所带电荷的正负 思考问题 威耳逊云室的原理是什么 提示 粒子在云室内的气体中飞过 使沿途的气体分子电离 过饱和酒精蒸气就会以这些离子为核心凝结成雾滴 于是显示出射线的径迹 探究一 探究二 探究三 解析 云室内充满过饱和蒸汽 射线经过时把气体电离 过饱和蒸汽以离子为核心凝结成雾滴 雾滴沿射线的路径排列 显示出射线的径迹 故A正确 由于 粒子质量大 电离本领大 贯穿本领小 故 粒子在云室中的径迹直而粗 即B正确 射线的电离本领很弱 所以在云室中一般看不到它的径迹 细而弯曲的是 射线 所以C错误 把云室放到磁场中 由射线径迹的弯曲方向就可以判断射线所带电荷的正负 故D错误 答案 AB规律总结探测射线的方法三种射线肉眼都看不见 探测射线的方法都是利用它们和其他物质发生作用时产生的现象 来显示射线的存在 探究一 探究二 探究三 变式训练1 多选 关于射线的探测 下列说法正确的是 A 气泡室探测射线的原理与云室探测射线的原理类似B 由气泡室内射线径迹可以分析粒子的带电情况 动量 能量等C 盖革 米勒计数器探测射线的原理中也利用射线的电离本领D 盖革 米勒计数器不仅能计数 还能用来分析射线的性质解析 气泡室探测射线的原理与云室的类似 不同的是气泡室中是在射线经过时产生气泡来显示射线径迹的 故A选项正确 由气泡室内径迹中气泡的多少及径迹在磁场中的弯曲方向等 可分析射线的带电情况 动量 能量等 故B选项正确 盖革 米勒计数器利用射线电离作用 产生电脉冲进而计数 故C选项正确 由于对于不同射线产生的脉冲现象相同 因此计数器只能用来计数 不能区分射线的种类 所以D选项错误 答案 ABC 探究一 探究二 探究三 人工放射性同位素问题探究生产和生活中所用的射线为什么都是人造放射性同位素 要点提示 这是因为人造放射性同位素的放射强度容易控制 放射源形状可随意制作 更重要的是其半衰期比天然放射性物质短得多 放射性核废料容易处理 探究一 探究二 探究三 知识归纳1 原子核的人工转变 1 条件 用 粒子 质子 中子 甚至用 光子轰击原子核使原子核发生转变 2 实质 用粒子轰击原子核并不是粒子与原子核碰撞 将原子核打开 而是粒子打入原子核内部使原子核发生了转变 3 规律 反应前 后电荷数守恒 质量数守恒 探究一 探究二 探究三 探究一 探究二 探究三 思考问题 如何确定新生核的电荷数和质量数 提示 根据电荷数守恒 质量数守恒来确定 探究一 探究二 探究三 规律总结核反应过程一般是不可逆的 所以核反应方程只能用箭头而不能用等号 探究一 探究二 探究三 变式训练2完成下列核反应方程 并指出其中是发现质子的核反应方程 是发现中子的核反应方程 探究一 探究二 探究三 其中发现质子的核反应方程是 2 发现中子的核反应方程是 4 答案 见解析 探究一 探究二 探究三 放射性同位素的应用问题探究射线在人们心里是一个恶魔 谈核色变 怎样进行有效的防护呢 放射性物质危险警告标志要点提示 其实射线并不可怕 可怕的是无知 只要熟知各种射线的特点 就可以避开射线对我们的危害 如图所示 从图中你可能有所体会 探究一 探究二 探究三 知识归纳1 放射性同位素具有放射性的同位素 叫作放射性同位素 天然存在的放射性元素只有四十多种 但用人工方法得到的放射性同位素有一千多种 与天然放射性物质相比 人造放射性同位素的放射强度容易控制 还可以制成各种所需的形状 探究一 探究二 探究三 2 放射性同位素的应用 1 利用放射性同位素放出的射线 探伤 射线穿透金属部件时 如果遇到砂眼 裂痕等伤痕 接收到的射线将与正常处不同 因此可利用放射性同位素放出射线探伤 测厚 射线穿透某些物质的本领与物质的厚度 密度有关 因此可用射线来检查某些产品的厚度 技术上可用作自动控制 利用射线电离能力 可以使空气电离 除去纺织车间的静电 或制成报警器 辐照 利用射线照射 可以杀死癌细胞 用以治病 用射线照射植物 引起植物变异 用以育种等 探究一 探究二 探究三 2 做示踪原子 由于放射性同位素跟同种元素的非放射性同位素具有相同的化学性质 如果在某种元素里掺进一些放射性同位素 那么元素无论走到哪里 它的放射性同位素也经过同样的过程 而放射性元素不断地放出射线 再用仪器探测这些射线 即可知道元素的行踪 这种用途的放射性同位素叫示踪原子 探究一 探究二 探究三 3 人工放射性同位素的优点 1 资源丰富 天然放射性元素不过40多种 但人工放射性同位素已达1000多种 目前每种元素都有了自己的放射性同位素 2 和天然放射性物质相比 人工放射性同位素的放射强度容易控制 还可以制成各种所需的不同形状 特别是 它的半衰期比天然放射性物质短得多 因此放射性废料容易处理 由于这些优点 所以在生产和科研中凡是用到射线时 用的都是人工放射性同位素 而不用天然放射性物质 探究一 探究二 探究三 典例剖析 例题3 关于放射性同位素的应用 下列说法正确的是 A 放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电 从而达到消除有害静电的目的B 利用 射线的贯穿性可以为金属探伤 也能进行人体透视C 用放射线照射作物种子使其DNA发生变异 其结果一定是更优良的品种D 用 射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量 以免对人体正常组织造成太大的伤害 探究一 探究二 探究三 解析 利用放射线消除有害静电是利用放射线的电离性 使空气分子电离成为导体 将静电导出 A错误 射线对人体细胞伤害太大 不能用来进行人体透视 B错误 作物种子发生的DNA突变不一定都是有益的 还要经过筛选才能培育出优良品种 C错误 用 射线治疗肿瘤对人体肯定有副作用 因此要科学地控制剂量 D正确 答案 D规律总结放射性同位素的应用 1 用射线来测量厚度 一般不选取 射线是因为其穿透能力太差 更多的是选取 射线 也有部分选取 射线的 2 给病人治疗癌症 培育优良品种 延长食物保质期一般选取 射线 3 使用放射线时安全是第一位的 探究一 探究二 探究三 变式训练3 多选 放射性同位素钴60能放出较强的 射线 其强度容易控制 这使得 射线得到广泛应用 下列选项中 属于 射线的应用的是 A 医学上制成 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 射线照射机器可将电荷导入大地C 铝加工厂将接收到的 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 射线照射草莓 荔枝等水果 可延长保存期解析 射线的电离作用很弱 不能使空气电离成为导体 B错误 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 C错误 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 AD 1 2 3 4 1 右图是科学史上一张著名的实验照片 显示一个带电粒子在云室中穿过某种金属板运动的径迹 云室放置在匀强磁场中 磁场方向垂直照片向里 云室中横放的金属板对粒子的运动起阻碍作用 分析此径迹可知粒子 A 带正电 由下往上运动B 带正电 由上往下运动C 带负电 由上往下运动D 带负电 由下往上运动解析 由于金属板对粒子有阻碍作用 穿过金属板后速度减小 由可知在同一匀强磁场中运动半径减小 由图片知板下面半径大于上面的半径 所以粒子从下向上穿过金属板 磁场方向垂直照片向里 由所受洛伦兹力方向指向圆心位置 根据左手定则判断该粒子应带正电荷 故A项正确 答案 A 1 2 3 4 2 以下几个核反应方程 粒子X代表中子的方程是 解析 由核反应过程中质量数和电荷数守恒可以判断出选项B正确 答案 B 1 2 3 4 3 用中子轰击铝27 产生钠24和X粒子 钠24具有放射性 它衰变后生成镁24 则X粒子和钠的衰变过程分别是 A 质子 衰变B 电子 衰变C 粒子 衰变D 正电子 衰变解析 根据核反应方程的质量数和电荷数守恒可知X粒子的电荷数为2 质量数为4 所以X为 粒子 钠24衰变后生成镁24 质量数不变 所以只能是 衰变 故只有C正确 答案 C 1 2 3 4 4 用人工方法得到放射性同位素 这是一个很重要的发现 天然的放射性同位素只不过40多种 而今天人工制造的放射性同位素已达1000多种 每种元素都有放射性同位素 放射性同位素在工业 农业 医疗卫生和科学研究的许多方面得到了广泛的应用 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 1 2 3 4 2 右图是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图 如果工厂生产的是厚度为1毫米的铝板 在 三种射线中 你认为对铝板的厚度控制起主要作用的是射线 1 2 3 4 解析 1 因放射线的电离作用 空气中与验电器所带电荷电性相反的离子与之中和 从而使验电器所带电荷消失 2 射线穿透物质的本领弱 不能穿透厚度为1毫米的铝板 因而探测器不能探测 射线穿透物质的本领极强 穿透1毫米厚的铝板和几毫米厚的铝板打在探测器上很难分辨 射线也能够穿透1毫米甚至几毫米厚的铝板 但厚度不同 穿透后 射线中的电子运动状态不同 探测器容易分辨 答案 1 B 2