高中物理原子核3探測射線的方法4放射性的應(yīng)用與防護(hù)教案新人教版選修35

/09/9/3探測射線的方法4放射性的應(yīng)用與防護(hù)[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.知道射線中的粒子與其他物質(zhì)作用時(shí)產(chǎn)生的現(xiàn)象，了解幾種儀器的簡單構(gòu)造和基本原理．(難點(diǎn))2.知道什么是放射性同位素和人工放射性同位素.3.知道核反應(yīng)及其遵從的規(guī)律，會正確書寫核反應(yīng)方程．(重點(diǎn)、難點(diǎn))4.了解放射性在生產(chǎn)和科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用．知道射線的危害及防護(hù)．一、探測射線的方法1．探測方法(1)組成射線的粒子會使氣體或液體電離，以這些離子為核心，過飽和的蒸氣會產(chǎn)生霧滴，過熱液體會產(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以這些離子為核心凝結(jié)成霧滴，于是顯示出射線的徑跡．eq\o\ac(○,2)徑跡儀器(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1919年盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核，產(chǎn)生了氧的一種同位素，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)質(zhì)子．盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程：eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H.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)放射性同位素的定義：具有放射性的同位素．(2)人工放射性同位素的發(fā)現(xiàn)：1934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eq\o\al(30,15)P.發(fā)現(xiàn)磷同位素的方程：eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n.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，過量的射線對人體組織有破壞作用．要防止放射性物質(zhì)對水源、空氣、用具等的污染．1．思考判斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)衰變和原子核的人工轉(zhuǎn)變均滿足質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒． (√)(2)盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的過程就是原子核的人工轉(zhuǎn)變過程． (√)(3)衰變反應(yīng)過程和原子核的人工轉(zhuǎn)變過程都遵循質(zhì)量守恒和電荷守恒規(guī)律． (×)(4)同一種元素的放射性同位素具有相同的半衰期． (×)(5)在用到射線時(shí)，利用人工放射性同位素和天然放射性物質(zhì)都可以． (×)(6)用放射性同位素代替非放射性的同位素來制成各種化合物做“示蹤原子”． (√)2．(多選)在威耳遜云室中，關(guān)于放射源產(chǎn)生的射線徑跡，下列說法中正確的是()A．由于γ射線的能量大，容易顯示其徑跡B．γ射線的電離本領(lǐng)很小，在云室中一般看不到它的徑跡C．由于β粒子的速度大，其徑跡細(xì)而且長D．由于α粒子的速度小，不易顯示其徑跡[解析]在云室中顯示粒子徑跡是由于引起氣體電離，以這些離子為核心凝結(jié)成霧滴，電離作用強(qiáng)的α粒子容易顯示其徑跡，因質(zhì)量較大，飛行時(shí)不易改變方向，所以徑跡直而粗，故只有B、C正確．[答案]BC3．(多選)以下是物理學(xué)史上3個(gè)著名的核反應(yīng)方程x＋eq\o\al(7,3)Li→2yy＋eq\o\al(14,7)N→x＋eq\o\al(17,8)Oy＋eq\o\al(9,4)Be→z＋eq\o\al(12,6)Cx、y和z是3種不同的粒子，下列說法正確的是()A．x為α粒子B．x為質(zhì)子C．y為α粒子D．z為中子[解析]根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可以確定x為質(zhì)子eq\o\al(1,1)H，y為eq\o\al(4,2)He核即α粒子，z為中子eq\o\al(1,0)n.[答案]BCD探測射線的方法1．三種射線在云室中的徑跡比較(1)α粒子的質(zhì)量比較大，在氣體中飛行時(shí)不易改變方向．由于它的電離本領(lǐng)大，沿途產(chǎn)生的離子多，所以它在云室中的徑跡直而粗．(2)β粒子的質(zhì)量小，跟氣體碰撞時(shí)容易改變方向，并且電離本領(lǐng)小，沿途產(chǎn)生的離子少，所以它在云室中的徑跡比較細(xì)，而且速度減小后的軌跡常常彎曲．(3)γ粒子的電離本領(lǐng)更小，在云室中一般看不到它的徑跡．2．不同探測方法的對比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．【例1】用蓋革－米勒計(jì)數(shù)器測定放射源的放射強(qiáng)度為每分鐘405次，若將一張厚紙板放在計(jì)數(shù)器與放射源之間，計(jì)數(shù)器幾乎測不到射線.10天后再次測量，測得該放射源的放射強(qiáng)度為每分鐘101次，則該放射性元素的半衰期是________天，放出的射線是________射線．[解析]因厚紙板能擋住這種射線，可知這種射線是穿透能力最差的α射線；因放射性元素原子核個(gè)數(shù)與單位時(shí)間內(nèi)衰變的次數(shù)成正比，10天后測出放射強(qiáng)度為原來的四分之一，說明10天后放射性元素的原子核個(gè)數(shù)只有原來的四分之一，由半衰期公式知，已經(jīng)過了兩個(gè)半衰期，故半衰期是5天．[答案]5α1．(多選)利用威耳遜云室探測射線時(shí)若觀察到細(xì)長和彎曲的徑跡，則下列說法正確的是()A．可知有α射線射入云室B．可知有β射線射入云室C．觀察到的是射線粒子的運(yùn)動(dòng)D．觀察到的是射線粒子運(yùn)動(dòng)路徑上的酒精霧滴[解析]因?yàn)橛^察到威耳遜云室中存在細(xì)長和彎曲的徑跡，可知是β射線的徑跡，A錯(cuò)，B對；射線粒子的運(yùn)動(dòng)是觀察不到的，觀察到的是酒精過飽和蒸氣在射線粒子運(yùn)動(dòng)路徑上形成的霧滴，C錯(cuò)，D對．[答案]BD原子核的人工轉(zhuǎn)變與核反應(yīng)方程1．核反應(yīng)的條件用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．2．核反應(yīng)的實(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．3．原子核人工轉(zhuǎn)變的三大發(fā)現(xiàn)(1)1919年盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)：eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H(2)1932年查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)：eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n(3)1934年約里奧—居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素和正電子的核反應(yīng)：eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n；eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,＋1)e.4．人工轉(zhuǎn)變核反應(yīng)與衰變的比較(1)不同點(diǎn)：原子核的人工轉(zhuǎn)變是一種核反應(yīng)，是其他粒子與原子核相碰撞的結(jié)果，需要一定的裝置和條件才能發(fā)生，而衰變是原子核的自發(fā)變化，它不受物理和化學(xué)條件的影響．(2)相同點(diǎn)：人工轉(zhuǎn)變與衰變過程一樣，在發(fā)生過程中質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)都守恒，反應(yīng)前后粒子總動(dòng)量守恒．【例2】完成下列各核反應(yīng)方程，并指出哪個(gè)核反應(yīng)是首次發(fā)現(xiàn)質(zhì)子、中子和正電子的．(1)eq\o\al(10,5)B＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(13,7)N＋()(2)eq\o\al(9,4)Be＋()→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n(3)eq\o\al(27,13)Al＋()→eq\o\al(27,12)Mg＋eq\o\al(1,1)H(4)eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋()(5)eq\o\al(23,11)Na＋()→eq\o\al(24,11)Na＋eq\o\al(1,1)H(6)eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(1,0)n＋()；eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋()[解析](1)eq\o\al(10,5)B＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(13,7)N＋eq\o\al(1,0)n(2)eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n由此核反應(yīng)使查德威克首次發(fā)現(xiàn)了中子．(3)eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(27,12)Mg＋eq\o\al(1,1)H(4)eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H此核反應(yīng)使盧瑟福首次發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子．(5)eq\o\al(23,11)Na＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(24,11)Na＋eq\o\al(1,1)H(6)eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(30,15)P；eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,＋1)e(正電子)此核反應(yīng)使約里奧—居里夫婦首次發(fā)現(xiàn)了正電子．書寫核反應(yīng)方程的四條重要原則(1)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒；(2)中間用箭頭，不能寫成等號；(3)能量守恒(中學(xué)階段不作要求)；(4)核反應(yīng)必須是實(shí)驗(yàn)中能夠發(fā)生的．2．圖為查德威克實(shí)驗(yàn)示意圖，由于天然放射性元素釙(Po)放出的α射線轟擊鈹時(shí)會產(chǎn)生粒子流A，用粒子流A轟擊石蠟時(shí)會打出粒子流B，經(jīng)研究知道()A．A為中子，B為質(zhì)子B．A為質(zhì)子，B為中子C．A為γ射線，B為中子D．A為中子，B為γ射線[解析]α射線轟擊鈹時(shí)的核反應(yīng)方程：eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→(eq\o\al(13,)6C)→eq\o\al(12,)6C＋eq\o\al(1,0)n，得知A為中子，中子轟擊石蠟時(shí)會打出質(zhì)子流，所以A正確；其他選項(xiàng)錯(cuò)誤．[答案]A放射性同位素的應(yīng)用1．放射性同位素的分類可分為天然放射性同位素和人工放射性同位素兩種，天然放射性同位素不過40多種，而人工放射性同位素已達(dá)1000多種，每種元素都有自己的放射性同位素．2．人工放射性同位素的優(yōu)點(diǎn)(1)放射強(qiáng)度容易控制；(2)可以制成各種所需的形狀；(3)半衰期比天然放射性物質(zhì)短得多，放射性廢料容易處理．因此，凡是用到射線時(shí)，用的都是人工放射性同位素．3．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——利用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．【例3】(多選)關(guān)于放射性同位素的應(yīng)用下列說法中正確的有()A．放射線改變了布料的性質(zhì)使其不再因摩擦而生電，因此達(dá)到了消除有害靜電的目的B．利用γ射線的貫穿性可以為金屬探傷C．用放射線照射作物種子能使其DNA發(fā)生變異，其結(jié)果一定是成為更優(yōu)秀的品種D．用γ射線治療腫瘤時(shí)一定要嚴(yán)格控制劑量，以免對人體正常組織造成太大的傷害[解析]利用放射線消除有害靜電是利用α射線的電離性，使空氣分子電離成導(dǎo)體，將靜電泄出，A錯(cuò)誤；利用γ射線的穿透性可以為金屬探傷，γ射線對人體細(xì)胞傷害太大，因此不能用來人體透視，在用于治療腫瘤時(shí)要嚴(yán)格控制劑量，B、D正確；DNA變異并不一定都是有益的，C錯(cuò)誤．[答案]BD放射性同位素的兩類應(yīng)用(1)利用它的射線：α射線的電離作用，γ射線的貫穿本領(lǐng)和生物作用，β射線的貫穿本領(lǐng)．(2)作為示蹤原子：多數(shù)情況下用β射線，因?yàn)棣蒙渚€難以探測到．3．(多選)下列哪些應(yīng)用是把放射性同位素作為示蹤原子()A．γ射線探傷儀B．利用含有放射性碘131的油，檢測地下輸油管的漏油情況C．利用鈷60治療腫瘤等疾病D．把含有放射性元素的肥料施給農(nóng)作物，用檢測放射性的辦法確定放射性元素在農(nóng)作物內(nèi)轉(zhuǎn)移和分布情況，找出合理施肥的規(guī)律[解析]A是利用了γ射線的穿透性；C利用了γ射線的生物作用；B、D是利用示蹤原子．[答案]BD1.射線可使氣體或液體電離，使照相乳膠感光，使熒光物質(zhì)產(chǎn)生熒光．2．原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過程，稱為核反應(yīng)．3．在核反應(yīng)中，質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒．4．放射性同位素有很多應(yīng)用，如應(yīng)用它的射線或把它作為示蹤原子；放射性同位素也有很多危害．過量的射線對人體組織有破壞作用，同時(shí)對水源、空氣等也有污染.1．(多選)關(guān)于放射性的應(yīng)用，下列說法正確的是()A．利用α射線使空氣電離，把靜電荷導(dǎo)走B．利用β射線照射植物的種子，使產(chǎn)量顯著增加C．利用γ射線來治療肺癌、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學(xué)性質(zhì)相同，作為示蹤原子[解析]α射線的電離作用很強(qiáng)，利用α射線的電離作用，A對；γ射線對生物具有物理化學(xué)作用，照射種子可使基因變異，可用于放射性治療，β射線不具有生物作用，B錯(cuò)，C對；同位素的核外電子數(shù)相同，化學(xué)性質(zhì)相同，放射性同位素帶有“放射性標(biāo)記”，可用探測器探測，D對．[答案]ACD2．(多選)用高能eq\o\al(86,36)Kr(氪)離子轟擊eq\o\al(208,82)Pb(鉛)，釋放出一個(gè)中子后，生成了一個(gè)新核，關(guān)于新核的推斷正確的是()A．其質(zhì)子數(shù)為118 B．其質(zhì)量數(shù)為293C．其原子序數(shù)為118 D．其中子數(shù)為90[解析]核反應(yīng)方程為eq\o\al(208,82)Pb＋eq\o\al(86,36)Kr→eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(293,118)X，新核質(zhì)量數(shù)為293，質(zhì)子數(shù)為118，中子數(shù)為293－118＝175.故正確選項(xiàng)為A、B、C.[答案]ABC3．(多選)用α粒子照射充氮的云室，攝得如圖所示的照片，下列說法中正確的是()A．A是α粒子的徑跡B．B是α粒子的徑跡C．C是α粒子的徑跡D．C是質(zhì)子的徑跡[解析]α粒子轟擊氮的核反應(yīng)方程為eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(14,7)N→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H，入射的是α粒子．所