（浙江專版）2018年高中物理 第十九章 原子核 第3、4節(jié) 探測射線的方法 放射性的應(yīng)用與防護學(xué)案 新人教版選修3-5

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1、 第3、4節(jié) 探測射線的方法__放射性的應(yīng)用與防護 探測射線的方法 [探新知·基礎(chǔ)練] 1．探知射線存在的依據(jù) (1)放射線中的粒子會使氣體或液體電離，以這些粒子為核心，過飽和的蒸氣會產(chǎn)生霧滴，過熱液體會產(chǎn)生氣泡。 (2)放射線中的粒子會使照相乳膠感光。 (3)放射線中的粒子會使熒光物質(zhì)產(chǎn)生熒光。 2．探測射線的儀器 (1)威耳遜云室： α粒子的徑跡直而粗。 β粒子的徑跡比較細，而且常常彎曲。 γ粒子的電離本領(lǐng)很小，在云室中一般看不到它的徑跡。 (2)氣泡室： 粒子通過液體時，在它的周圍產(chǎn)生氣泡而形成粒子的徑跡。 (3)蓋革—米勒計數(shù)器： GM計數(shù)

2、器非常靈敏，用它檢測射線十分方便。但不同的射線產(chǎn)生的脈沖現(xiàn)象相同，因此只能用來計數(shù)，不能區(qū)分射線的種類。 [辨是非](對的劃“√”，錯的劃“×”) 1．蓋革—米勒計數(shù)器只能用來計數(shù)，不能區(qū)分射線的種類。(√) 2．利用威耳遜云室不能區(qū)分射線的種類。(×) [釋疑難·對點練] 1．探測原理方面：探測原理都是利用射線中的粒子與其他物質(zhì)作用時產(chǎn)生的現(xiàn)象，來顯示射線的存在。 2．G-M計數(shù)器區(qū)分粒子方面：G-M計數(shù)器不能區(qū)分時間間隔小于200 μs的兩個粒子。 [試身手] 1．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

3、 B．由于β粒子的速度大，其徑跡粗而且長 C．由于α粒子的速度小，不易顯示其徑跡 D．由于α粒子的電離作用強，其徑跡直而粗 解析：選D　在云室中顯示粒子徑跡是由于粒子引起氣體電離，電離作用強的α粒子容易顯示其徑跡，因α粒子質(zhì)量較大，飛行時不易改變方向，所以徑跡直而粗，故只有D正確。 核反應(yīng) [探新知·基礎(chǔ)練] 1．核反應(yīng)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 人類第一次實現(xiàn)的原子核的人工轉(zhuǎn)變 N＋He―→O＋H。 3．遵循原則 質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒。 [辨是非](對的劃“√”，錯的劃“×”) 1．盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)：

4、7N＋He＝8O＋H。(×) 2．寫核反應(yīng)方程時要遵循質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒。(√) [釋疑難·對點練] 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)： 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)放射性同位素和正電子的核反應(yīng)： Al＋He→P＋n；P→Si＋e。 4．人工轉(zhuǎn)變核反

5、應(yīng)與衰變的比較 (1)不同點：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，它不受物理化學(xué)條件的影響。 (2)相同點：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)前后粒子總動量守恒。 [特別提醒] (1)核反應(yīng)過程一般都是不可逆的，核反應(yīng)方程不能用等號連接，只能用單向箭頭表示反應(yīng)方向。 (2)核反應(yīng)方程遵守質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒。 [試身手] 2．(多選)鋁箔被α粒子轟擊后發(fā)生了以下核反應(yīng)：Al＋He―→X＋n。下列判斷正確的是(　　) A.n是質(zhì)子　　　　　　　 B.n是中子 C．X

6、是Si的同位素 D．X是P的同位素 解析：選BD　由核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒知，X是P，故選項C錯誤，選項D正確；n為中子，故選項A錯誤，選項B正確。 人工放射性同位素的應(yīng)用與防護 [探新知·基礎(chǔ)練] 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) (1)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P。 (2)發(fā)現(xiàn)磷同位素的方程：He＋Al→P＋n。 3．放射性同位素的應(yīng)用 (1)應(yīng)用它的射線。 (2)作為示蹤原子。 4．輻射與安全 人類一直就生活在有放射性的環(huán)境之中，過量的射線對人體組織有破壞作用。要防

7、止放射性物質(zhì)對水源、空氣、用具等的污染。 [辨是非](對的劃“√”，錯的劃“×”) 1．人工放射性同位素具有控制方便，半衰期短等特點，便于人們使用。(√) 2．因為射線對人體組織破壞作用，人要避免一切射線的照射。(×) [釋疑難·對點練] 1．放射性同位素 (1)放射性同位素的分類： ①天然放射性同位素； ②人工放射性同位素。 (2)人工放射性同位素的優(yōu)勢： ①放射強度容易控制； ②可制成各種所需的形狀； ③半衰期短，廢料易處理。 2．放射性的應(yīng)用 (1)放射出的射線的利用： ①利用γ射線的貫穿本領(lǐng)：利用60Co放出的很強的γ射線來檢查金屬內(nèi)部有沒有砂眼和裂紋，這

8、叫γ射線探傷。利用γ射線可以檢查30 cm厚的鋼鐵部件，利用放射線的貫穿本領(lǐng)，可用來檢查各種產(chǎn)品的厚度、密封容器中的液面高度等，從而自動控制生產(chǎn)過程； ②利用射線的電離作用：放射線能使空氣電離，從而可以消除靜電積累，防止靜電產(chǎn)生的危害； ③利用γ射線對生物組織的物理、化學(xué)效應(yīng)使種子發(fā)生變異，培育優(yōu)良品種； ④利用放射性產(chǎn)生的能量轟擊原子核，實現(xiàn)原子核的人工轉(zhuǎn)變； ⑤在醫(yī)療上，常用以控制病變組織的擴大。 (2)作為示蹤原子： ①在工業(yè)上，可用示蹤原子檢查地下輸油管道的漏油情況； ②在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，可用示蹤原子確定植物在生長過程中所需的肥料和合適的施肥時間； ③在醫(yī)學(xué)上，可用示蹤原子

9、幫助確定腫瘤的部位和范圍； ④在生物科學(xué)研究方面，放射性同位素示蹤法在生物化學(xué)和分子生物學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛，它為揭示體內(nèi)和細胞內(nèi)理化過程的秘密，闡明生命活動的物質(zhì)基礎(chǔ)，起了極其重要的作用，使生物化學(xué)從靜態(tài)進入動態(tài)，從細胞水平進入分子水平。 [特別提醒]　在利用放射性的同時，要注意保護生態(tài)環(huán)境，從而實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。 [試身手] 3．(多選)關(guān)于放射性同位素的應(yīng)用，下列說法中正確的是(　　) A．作為示蹤原子是利用了放射性同位素貫穿能力很強的性質(zhì) B．作為示蹤原子是利用了放射性同位素放出的射線可被儀器探測到的特點 C．γ射線探傷利用了γ射線貫穿能力很強的性質(zhì) D．γ射線探傷利用了γ

10、射線電離能力很強的性質(zhì) 解析：選BC　作為示蹤原子是利用放射性同位素放出的射線可被儀器探測到的特點，利用γ射線探傷是利用了γ射線的貫穿能力強的性質(zhì)，正確選項為B、C。 核反應(yīng)及核反應(yīng)方程 [典例1]　1993年，中國科學(xué)院上海原子核研究所制得了一種新的鉑元素的同位素。制取過程如下： (1)用質(zhì)子轟擊鈹靶Be產(chǎn)生快中子； (2)用快中子轟擊汞Hg，反應(yīng)過程可能有兩種： ①生成Pt，放出氦原子核； ②生成Pt，同時放出質(zhì)子、中子。 (3)生成的Pt發(fā)生兩次衰變，變成穩(wěn)定的原子核汞Hg。 寫出上述核反應(yīng)方程。 [思路點撥]　根據(jù)每個過程中已知的原子核、粒子，依據(jù)電荷數(shù)

11、和質(zhì)量數(shù)守恒的原則寫出核反應(yīng)的方程。 [解析]　根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒，確定新生核的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)，然后寫出核反應(yīng)方程。如下： (1)Be＋H→B＋n (2)①Hg＋n→Pt＋He ②Hg＋n→Pt＋2H＋n (3)Pt→Au＋e， Au→Hg＋e [答案]　見解析 在涉及核反應(yīng)寫核反應(yīng)方程的問題中，需根據(jù)電荷數(shù)、質(zhì)量數(shù)守恒，依據(jù)已知的原子核、粒子寫出未知原子核(或粒子)的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)，然后確定是何種原子核(或粒子)。 放射性的防護與應(yīng)用 [典例2]　用人工方法得到放射性同位素，這是一個很重要的發(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1

12、 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)帶電的驗電器在放射線照射下電荷會很快消失，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．以上三個選項都不是 (2)如圖是工廠利用放射線自動控制鋁板厚度的裝置示意圖，若工廠生產(chǎn)的是厚度為1 mm的鋁板，在α、β、γ三種射線中，你認為對鋁板的厚度起控制作用的是________射線。 [解析]　(1)因放射線的電離作用，空氣中與驗電器所帶電荷電性相反的離子與之中和，所以使驗電器所帶電荷消失。應(yīng)選B項。 (2)α射線穿透物質(zhì)的本領(lǐng)弱，不能穿

13、透厚度為1 mm的鋁板，因而探測器不能探到；γ射線穿透本領(lǐng)最強，穿透1 mm厚的鋁板和幾毫米厚鋁板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，穿透鋁板后β射線中的電子數(shù)目不同，探測器容易分辨。 [答案]　(1)B　(2)β [課堂對點鞏固] 1．原子核X與氘核H反應(yīng)生成一個α粒子和一個質(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　寫出核反應(yīng)方程：X＋H→He＋H，由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，列方程A＋2＝4＋1，Z＋1＝2＋1，解得：A＝3，Z＝2，故答案為D。 2．(多選)

14、用γ刀治療腫瘤時不用麻醉，病人清醒，時間短，半小時內(nèi)完成手術(shù)，無需住院，因而γ刀被譽為“神刀”。據(jù)報道，我國自己研制了旋式γ刀，已進入各大醫(yī)院為患者服務(wù)。γ刀治療腦腫瘤主要是利用(　　) A．γ射線具有很強的貫穿本領(lǐng) B．γ射線具有很強的電離作用 C．γ射線具有很高的能量 D．γ射線能很容易地繞過阻礙物到達目的地 解析：選AC　γ射線是一種波長很短的電磁波，不容易發(fā)生衍射現(xiàn)象，它具有較高的能量，貫穿本領(lǐng)很強，但它的電離作用很小。γ刀治療腫瘤是應(yīng)用了其貫穿本領(lǐng)和很高的能量，故A、C正確。 3．(多選)關(guān)于放射性同位素，以下說法正確的是(　　) A．放射性同位素與放射性元素一樣，都具

15、有一定的半衰期，衰變規(guī)律一樣 B．放射性同位素衰變可生成另一種新元素 C．放射性同位素只能是天然衰變時產(chǎn)生的，不能用人工方法制得 D．以上說法均不對 解析：選AB　放射性同位素也具有放射性，半衰期也不受物理和化學(xué)因素的影響，衰變后形成新元素，選項A、B正確；現(xiàn)在的大部分放射性同位素都是人工轉(zhuǎn)變后獲得的，C、D錯誤。 4．為了說明用α粒子轟擊氮打出了質(zhì)子是怎樣的一個物理過程，布拉凱特在充氮云室中，用α粒子轟擊氮，在他拍攝的二萬多張照片中，終于從四十多萬條α粒子徑跡中發(fā)現(xiàn)了8條產(chǎn)生分叉，這一實驗說明了(　　) A．α粒子的數(shù)目很少，與氮發(fā)生相互作用的機會很少 B．氮氣的密度很小，α

16、粒子與氮接觸的機會很少 C．氮原子核很小，α粒子接近氮原子核的機會很少 D．氮氣和α粒子的密度都很小，致使它們接近的機會很少 解析：選C　氮原子核很小，所以α粒子接近氮原子核的機會很少，使得發(fā)生反應(yīng)的機會很少，也就是徑跡分叉的機會很少，故正確選項為C。 [課堂小結(jié)]- - - - - - - - - - - - - - - [課時跟蹤檢測十五] 一、單項選擇題 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．威耳遜云室能夠觀察到射線徑跡，是利用(　　) A．射線在云室里的穿透本領(lǐng) B．射線在云室里的化學(xué)效應(yīng) C．射線在云室里的熱效應(yīng) D．射線在云室里的電離作用

17、 解析：選D　威耳遜云室內(nèi)的酒精蒸氣達到過飽和狀態(tài)時，如果有射線粒子從室內(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，這些霧滴沿射線經(jīng)過的路線排列，就顯示出了射線的徑跡。正確選項為D。 2．關(guān)于放射性同位素的應(yīng)用，下列說法中正確的是(　　) A．利用γ射線使空氣電離，消除靜電 B．利用α射線照射植物的種子，使產(chǎn)量顯著增加 C．利用α射線來治肺癌、食道癌 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，可以作為示蹤原子 解析：選D　β或α射線的電離本領(lǐng)較大，可以消除工業(yè)上有害的靜電積累，選項A錯誤；β射線或γ射線的穿透性強，可以用來輻射育種

18、、輻射保鮮、消毒殺菌和醫(yī)治腫瘤等，選項B、C錯誤；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，可以作為示蹤原子，選項D正確。 3．用中子轟擊鋁27，產(chǎn)生鈉24和X粒子，鈉24具有放射性，它衰變后變成鎂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 解析：選C　實現(xiàn)原子核的人工轉(zhuǎn)變，核反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒。中子轟擊鋁27的核反應(yīng)方程為：Al＋n→Na＋He，鈉24衰變后變成鎂24的核反應(yīng)方程為：Na→Mg＋e，所以X粒子是α粒子，鈉的衰變?yōu)棣滤プ?，選項C正確。 4．在下列4個核反應(yīng)方程中，x表示質(zhì)

19、子的是(　　) A.P→Si＋x B.U→Th＋x C.Al＋n→Mg＋x D.Al＋He→P＋x 解析：選C　由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒知，A中x為正電子e，B中x為He，C中x為質(zhì)子H，D中x為中子n。故C正確。 5.用α粒子照射充氮的云室，得到如圖所示的照片，下列說法中正確的是(　　) A．A是α粒子的徑跡，B是質(zhì)子的徑跡，C是新核的徑跡 B．B是α粒子的徑跡，A是質(zhì)子的徑跡，C是新核的徑跡 C．C是α粒子的徑跡，A是質(zhì)子的徑跡，B是新核的徑跡 D．B是α粒子的徑跡，C是質(zhì)子的徑跡，A是新核的徑跡 解析：選D　α粒子轟擊氮核產(chǎn)生一個新核并放出質(zhì)子，入射的是α粒子，

20、所以B是α粒子的徑跡，產(chǎn)生的新核質(zhì)量大電離作用強，所以徑跡粗而短，故A是新核徑跡，質(zhì)子電離作用弱一些，貫穿作用強，所以細而長的徑跡是質(zhì)子的徑跡，所以正確選項為D。 6．在下列四個核反應(yīng)方程中，X1、X2、X3和X4各代表某種粒子： ①H＋X1→He＋n ②N＋He―→O＋X2 ③Be＋He→C＋X3 ④Mg＋He→Al＋X4 以下判斷正確的是(　　) A．X1是質(zhì)子 B．X2是中子 C．X3是電子 D．X4是質(zhì)子 解析：選D　由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知：X1是 H(氘核)；X2是 H(質(zhì)子)；X3是 n(中子)；X4是 H(質(zhì)子)；故選項D正確。 7.如圖，科學(xué)史上一

21、張著名的實驗照片，顯示一個帶電粒子在云室中穿過某種金屬板運動的徑跡，云室放置在勻強磁場中，磁場方向垂直照片向里。云室中橫放的金屬板對粒子的運動起阻礙作用。分析此徑跡可知粒子(　　) A．帶正電，由下向上運動 B．帶正電，由上向下運動 C．帶負電，由上向下運動 D．帶負電，由下向上運動 解析：選A　由題圖可以看出粒子在金屬板上方的運動半徑比在金屬板下方時小，由帶電粒子在勻強磁場中運動的半徑公式R＝，可知粒子在金屬板上方運動的速率小，所以粒子由下往上運動，B、C錯誤；磁場方向垂直照片向里，結(jié)合粒子運動方向，根據(jù)左手定則可知粒子帶正電，A正確，D錯誤。 二、多項選擇題 8．下列哪些應(yīng)用

22、是把放射性同位素作為示蹤原子的(　　) A．利用鈷60治療腫瘤等疾病 B．γ射線探傷 C．利用含有放射性碘131的油，檢測地下輸油管的漏油情況 D．把含有放射性同位素的肥料施給農(nóng)作物用以檢測農(nóng)作物吸收養(yǎng)分的規(guī)律 解析：選CD　利用鈷60治療腫瘤和γ射線探傷是利用射線能量高，貫穿本領(lǐng)大的特點，A、B錯誤；C、D兩項是利用放射性同位素作為示蹤原子，C、D正確。 9．用蓋革—米勒計數(shù)器測定放射源的放射強度為每分鐘404次，若將一張厚紙板放在計數(shù)器與放射源之間，計數(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度為每分鐘101次，則下列關(guān)于射線性質(zhì)及放射性元素的半衰期的說法正確的

23、是(　　) A．放射源射出的是α射線 B．放射源射出的是β射線 C．這種放射性元素的半衰期是5天 D．這種放射性元素的半衰期是2.5天 解析：選AC　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，選項A正確，B錯誤；因放射性元素原子核個數(shù)與單位時間內(nèi)衰變的次數(shù)成正比，10天后測出放射強度為原來的，說明10天后放射性元素的原子核個數(shù)只有原來的，由半衰期公式知，已經(jīng)過了兩個半衰期，故半衰期是5天。選項C正確，D錯誤。 10．把放射性同位素作為示蹤原子，主要是因為(　　) A．放射性同位素不改變其化學(xué)性質(zhì) B．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

24、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　放射性同位素作為示蹤原子，主要是用放射性同位素替代沒有放射性的同位素參與正常的物理、化學(xué)、生物的過程，既要利用同位素間化學(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，同時還要考慮放射性的危害，因此，選項A、B、C正確，選項D錯誤。 三、非選擇題 11．在中子、質(zhì)子、電子、正電子、α粒子中選出一個適當?shù)牧Ｗ?，把粒子符號分別填在下列核反應(yīng)式的橫線上。 (1)92U→90Th＋________； (2)Be＋He→6C＋________； (3)90Th→91Pa＋________； (4)92U＋

25、________→56Ba＋Kr＋3n； (5)7N＋n→6C＋________。 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。對參與反應(yīng)的所有基本粒子采用左下角(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。(1)中未知粒子的電荷數(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：(2)中子(n)，(3)電子(　0－1e)，(4)中子(n)，(5)質(zhì)子(H)。 答案：(1)He　(2)n　(3)　0－1e　(4)n　(5)H 12．一個原來靜止的鋰核(Li)俘獲一個速度為7.7×104 m/s的中子后，生成一個氚核和一個氦核。已知氚核的速度大小為1.0×103 m/s，方向與中子的運動方向相反。 (1)試寫出核反應(yīng)方程； (2)求出氦核的速度。 解析：(1)Li＋n―→H＋He。 (2)由動量守恒定律得 mnv0＝－mHv1＋mHev2 則v2＝≈2×104 m/s。 答案：(1)Li＋n―→H＋He　(2)2×104 m/s 10