2019年高中物理第十九章原子核第3节-第4节放射性的应用与防护探测射线的方法学案新人教版选修3 .doc

第3节探测射线的方法第4节放射性的应用与防护1.了解探测放射线的三种方法，认识探测射线的几种仪器2.知道什么是放射性同位素和人工转变的放射性同位素3.了解放射性在生产和科学领域的应用和防护一、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高速粒子的径迹直而细低速粒子的径迹短而粗，而且常常弯曲(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、核反应和人工放射性同位素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：卢瑟福用粒子轰击氮原子核，核反应方程7NHe8OH(3)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：具有放射性的同位素(2)人工放射性同位素的发现：1934年，约里奥居里夫妇发现经过粒子轰击的铝片中含有放射性磷P.发现磷同位素的方程HeAlPn3放射性同位素优点(1)资源丰富，应用广泛(2)放射强度容易控制，可以制成各种所需的形状，废料容易处理(3)现在凡是用到射线时，用的都是人工放射性同位素，而不用天然放射性物质三、放射性同位素的应用与防护1应用射线：利用射线的穿透本领可以测厚度等，还可以用于放射治疗、照射种子培育优良品种等2示踪原子：一种元素的各种同位素具有相同的化学性质，用放射性同位素替换非放射性的同位素后可以探测出原子到达的位置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 判一判(1)云室和气泡室都是应用射线的穿透能力研究射线的径迹()(2)盖革米勒计数器既可以统计粒子的数量，也可以区分射线的种类()(3)放射性同位素P，既可以通过核反应人工获得，也可以从自然界中获得()(4)现在用到射线时，既可以用人工放射性同位素，也可以用天然放射性物质()(5)用射线照射食品可以杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期()(6)任何放射性物质都可以作为示踪原子使用()提示：(1)(2)(3)(4)(5)(6) 做一做(多选)对放射性的应用，下列说法正确的是()A放射线能杀伤癌细胞或阻止癌细胞分裂，所以人体可以经常照射B对放射性的废料，要装入特制的容器并埋入深地层进行处理C射线探伤仪中的放射源必须存放在特制容器里，而不能随意放置D对可能产生放射性污染的场所或物品进行检测是很有必要的提示：选BCD在大剂量的照射下，放射性对人体和其他生物存在着某种损害作用放射性也能损伤遗传物质，主要在于引起基因突变和染色体畸变，使一代甚至几代受害，故A错误；放射性的废料仍然有放射性，故对放射性的废料，要装入特制的容器并埋入深地层进行处理，故B正确；放射性会向各个方向放射射线，故射线探伤仪中的放射源必须存放在特制容器里，而不能随意放置，故C正确；放射性废物中的放射性物质，采用一般的物理、化学及生物学的方法都不能将其消灭或破坏，只有通过放射性核的自身衰变才能使放射性衰减到一定的水平而许多放射性元素的半衰期十分长，并且衰变的产物又是新的放射性元素，所以放射性废物与其他废物相比在处理和处置上有许多不同之处，故对可能产生放射性污染的场所或物品进行检测是很有必要的，故D正确 想一想正电子发射计算机断层(PET)是分子水平上的人体功能显像的国际领先技术，它为临床诊断和治疗提供了全新的手段PET在心脏疾病诊疗中，需要使用放射正电子的氮13示踪剂氮13是由小型回旋加速器输出的高速质子轰击氧16获得的，反应中同时还产生另一个粒子，试写出该核反应方程提示：本题考查对原子核变化过程遵守的两个规律的掌握和对基本粒子的认识要求考生能根据质量数守恒和电荷数守恒判断出核反应方程中的未知粒子中的质量数和电荷数，并据此分析是何种粒子根据质量数守恒和电荷数守恒，可知核反应方程为OHNHe.探测射线的方法和仪器1探测射线的方法：也是探测运动粒子的方法可以根据射线粒子与其他物质作用时的表现进行判断，常利用射线的以下特性：(1)粒子使气体或液体电离，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)使照相乳胶产生感光(3)使荧光物质产生荧光2三种探测射线的仪器(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如图所示(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)盖革米勒计数器原理：在金属丝和圆筒两极间加上一定的电压，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，阳离子到达阴极，在外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缺点优点：放大倍数很大，非常灵敏，用它检测射线十分方便缺点：a不同射线产生的脉冲现象相同，只能用来计数，不能区分射线种类b如果同时有大量粒子或两个粒子射来的时间间隔小于200 s，则计数器不能区分它们(多选)关于放射线的探测，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由气泡室内射线的径迹可以分析粒子的带电、动量、能量等情况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思路点拨 了解各种探测仪的工作原理，并能区别其不同点解析气泡室探测射线的原理与云室类似，不同的是通过射线在气泡室中经过时产生气泡来显示射线径迹，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、动量、能量等情况，故B选项正确；盖革米勒计数器利用射线的电离作用，产生电脉冲进而计数，所以C选项正确；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威耳逊云室和气泡室都是依据径迹探测射线的性质和种类，而盖革米勒计数器只能计数，不能区分射线的种类 (多选)关于威耳逊云室探测射线，下述正确的是()A威耳逊云室充满过饱和蒸气，射线经过时可显示出射线运动的径迹B威耳逊云室中径迹粗而直的是射线C威耳逊云室中径迹细而长的是射线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解析：选AB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，故A正确；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直，即B正确；由于射线的电离本领很弱，所以在云室中一般看不到它的径迹，而细长径迹是射线的，所以C错误；把云室放在磁场中，由射线径迹的弯曲方向就可以判断射线所带电荷的正负，所以D错误原子的人工核反应和人工转变条件：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实质：用粒子轰击原子核并不是粒子与核碰撞将原子核打开，而是粒子打入原子核内部使核发生了转变规律(1)质量数、电荷数守恒(2)动量守恒原子核人工转变的三大发现(1)1919年卢瑟福发现质子的核反应NHeOH.(2)1932年查德威克发现中子的核反应BeHeCn.(3)1934年约里奥居里夫妇发现放射性同位素的核反应：AlHePn；PSie.5核反应过程一般都是不可逆的，核反应方程不能用等号连接，只能用单向箭头表示反应方向 命题视角1对人工转变核反应方程的书写(2017杭州高二检测)完成下列核反应方程，并指出其中哪个是发现质子的核反应方程，哪个是发现中子的核反应方程(1)NnC_(2)NHeO_(3)Bn_He(4)BeHe_n(5)FeHCo_思路点拨 书写核反应方程要点：(1)分清反应的种类，是衰变还是人工核反应(2)根据电荷数守恒和质量数守恒确定出新原子核和放出的粒子答案(1)H(2)H，发现质子的核反应方程(3)Li(4)C，发现中子的核反应方程(5)n 命题视角2人工转变与衰变的比较用中子轰击铝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，衰变思路点拨 人工转变核反应方程的左边应为原子核加俘获的粒子，方程的右边则应根据质量数和电荷数守恒，并依题意来书写完成解析按照质量数守恒、电荷数守恒的规律，中子轰击铝的核反应方程为AlnNaHe，钠24衰变的核反应方程为NaMge，X是粒子，衰变过程是衰变本题正确选项为C答案C原子核的人工转变与衰变的比较原子核的衰变原子核的人工转变发生反应的原子核具有放射性的不稳定核所有的原子核反应条件自发进行，无条件利用粒子、质子、中子或光子作为“炮弹”轰击靶核反应本质核子数变化，形成新核核子的重组，形成新核典型反应UThHeNHeOH核反应方程的特点箭头左边只有一个放射性原子核箭头左边有靶核和“炮弹”各一个核反应的规律质量数守恒(注意质量并不守恒)，电荷数守恒书写方程的原则尊重实验事实，不能仅仅依据守恒定律主观臆造【通关练习】1原子核X与氘核H反应生成一个粒子和一个质子由此可知()AA2，Z1 BA2，Z2CA3，Z3 DA3，Z2解析：选D由质量数守恒列式：A241，得A3，由电荷数守恒列式：Z121，得Z2，故选项D正确2在中子、质子、电子、正电子、粒子中选出一个适当的粒子，分别填在下列核反应式的横线上，并指出哪些是核的人工转变(1)UTh_；(2)BeHeC_；(3)ThPa_；(4)PSi_；(5)NHeO_解析：在核反应过程中，遵循反应前后电荷数守恒、质量数守恒规律对参与反应的所有基本粒子来用左下角(电荷数)配平，左上角(质量数)配平未知粒子可根据其电荷数和质量数确定如(1)电荷数为92902，质量数为2382344，由此可知为粒子(He)，同理确定其他粒子分别为：中子(n)，电子(e)，正电子(e)，质子(H)其中(2)、(5)是核的人工转变答案：(1)He(2)n，核的人工转变(3)e(4)e(5)H，核的人工转变放射性同位素的应用放射性同位素的主要应用(1)利用它的射线工业部门使用射线测厚度利用射线的穿透特性；农业应用射线使种子的遗传基因发生变异，杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期等；医疗上利用射线的高能量治疗癌症(2)作为示踪原子：放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质，通过探测放射性同位素的射线确定其位置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(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、三种射线中，你认为对铝板的厚度起主要作用的是_射线(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)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，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，射线也能穿透几毫米厚的铝板，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(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)(3)示踪原子(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 (多选)人工放射性同位素被用作示踪原子， 主要是因为()A放射性同位素不改变其化学性质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半衰期与元素所处的物理、化学状态无关D放射性同位素容易制造解析：选ABC放射性同位素用作示踪原子，主要是用放射性同位素代替没有放射性的同位素参与正常的物理、化学、生物过程，既要利用化学性质相同，也要利用衰变规律不受物理、化学变化的影响，同时还要考虑放射性废料容易处理，因此选项A、B、C正确，选项D不正确