新課標(biāo)創(chuàng)新人教物理選修35 第十九章 第3、4節(jié)探測射線的方法 放射性的應(yīng)用與防護(hù)

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1、 一、探測射線的方法┄┄┄┄┄┄┄┄① 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)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粒子的徑跡直而清晰；β粒子的徑跡比較細(xì)，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(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 G-M計(jì)數(shù)器非常靈敏，用它檢測射線十分方便。但不同的射線在蓋革—米勒計(jì)數(shù)器中產(chǎn)生的

2、脈沖現(xiàn)象相同，因此只能用來計(jì)數(shù)，不能區(qū)分射線的種類。 [說明] 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(shí)產(chǎn)生的現(xiàn)象，來顯示射線的存在。 2．G-M計(jì)數(shù)器區(qū)分粒子方面：G-M計(jì)數(shù)器不能區(qū)分時(shí)間間隔小于200 μs的兩個(gè)粒子。 ①[判一判] 1．放射性的觀察往往通過射線粒子和其他物質(zhì)的作用來間接地觀察(√) 2．氣泡室內(nèi)液體的溫度和壓強(qiáng)要略高于凝結(jié)點(diǎn)(×) 3．蓋革—米勒計(jì)數(shù)器既靈敏又能區(qū)分射線的種類(×) 二、核反應(yīng)和放射性同位素的應(yīng)用┄┄┄┄┄┄┄┄② 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 ①

3、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； ②盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程：N＋He―→O＋H。 (3)遵循規(guī)律：質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒。 2．放射性同位素的應(yīng)用與防護(hù) (1)定義：有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素。 (2)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)應(yīng)用與防護(hù) ①應(yīng)用：應(yīng)用放射性同位素的射線和作為示蹤原子； ②防護(hù)：在使用放射性同位素時(shí)，必須嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，注意人身安全，同時(shí)要防止放射性物質(zhì)對空氣、水源、用具等的污染。 [注意

4、] 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，只能用單箭頭表示反應(yīng)方向。 2．核反應(yīng)過程和衰變現(xiàn)象都遵循電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒。質(zhì)量數(shù)守恒不是質(zhì)量守恒，核反應(yīng)過程中一般會發(fā)生質(zhì)量的變化。 ②[選一選] [多選]鋁箔被α粒子轟擊后發(fā)生了以下核反應(yīng)：27 13Al＋He→X＋n。下列判斷正確的是(　　) A.n是質(zhì)子 B.n是中子 C．X是Si的同位素 D．X是P的同位素 解析：選BD　根據(jù)原子核的表示方法可知 n為中子，A錯(cuò)誤，B正確；根據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒，X的電荷數(shù)為15，質(zhì)量數(shù)為30，而Si的電荷數(shù)為14，P的電荷數(shù)為15，所以X是P的同位素，C錯(cuò)誤，D正確。

5、 1.人工轉(zhuǎn)變核反應(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．人工轉(zhuǎn)變核反應(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)變的三個(gè)發(fā)現(xiàn) (1)盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子：N＋He―→O＋H。 (2)查德威克發(fā)現(xiàn)中子：Be＋He―→C＋n。 (3)約里奧—居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素和正電子： Al＋He―→P＋n；P―→Si＋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

6、核的自發(fā)變化，它不受物理、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)前后粒子總動量守恒。 [典型例題] 例1.(2016·廣州高二檢測)在下列四個(gè)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]　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)

7、；故選項(xiàng)D正確。 [答案]　D [點(diǎn)評]　書寫核反應(yīng)方程的原則 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)階段不做要求)。 4．核反應(yīng)必須是能夠?qū)嶋H發(fā)生的。 [即時(shí)鞏固] 1．下列給出的是一些核反應(yīng)方程：3015P―→Si＋X，Be＋H―→B＋Y，He＋He―→Li＋Z。其中(　　) A．X是質(zhì)子，Y是中子，Z是正電子 B．X是正電子，Y是質(zhì)子，Z是中子 C．X是中子，Y是正電子，Z是質(zhì)子 D．X是正電子，Y是中子，Z是質(zhì)子 解析：選D　由核反應(yīng)中電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒可得，D正確。 1.人工放射性同位素的優(yōu)點(diǎn) (1)

8、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。 2．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，抵制蔬菜發(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。 [典型例題] 例2.放射性在技術(shù)上有很多應(yīng)用，不同的放射源可用于不同目的。

9、下表列出了一些放射性元素的半衰期和可供利用的射線。 元素 射線 半衰期 釙210 α 138天 氡222 β 3.8天 鍶90 β 28年 鈾238 α、β、γ 4.5×109年 某塑料公司生產(chǎn)聚乙烯薄膜，方法是讓厚的聚乙烯膜通過軋輥把聚乙烯膜軋薄，利用適當(dāng)?shù)姆派渚€來測定通過軋輥后的薄膜厚度是否均勻。可利用的元素是(　　) A．釙210 　　　　　 B．氡222 C．鍶90 　　　　　D．鈾238 [解析]　要測定聚乙烯薄膜的厚度，則要求射線可以穿透薄膜，因此α射線不合適；另外，射線穿透作用還要受薄膜厚度影響，γ射線穿透作用最強(qiáng)，薄膜厚度不會影響γ射線穿

10、透，所以只能選用β射線，而氡222 半衰期太短，鈾238半衰期太長，所以只有鍶90較合適，C正確。 [答案]　C [點(diǎn)評]　放射性技術(shù)應(yīng)用問題 放射同位素在生產(chǎn)、科技和醫(yī)療等方面有很多的應(yīng)用。解答這類問題要弄清以下兩個(gè)方面： 1．弄清各種射線的特性，確定應(yīng)用射線的哪種特性，如穿透本領(lǐng)、電離本領(lǐng)等。 2．對于半衰期不同的放射性元素，要根據(jù)實(shí)際需要來確定半衰期的長短，半衰期太長或太短都不適用。 [即時(shí)鞏固] 2．[多選]用γ刀治療腦腫瘤時(shí)不用麻醉，病人清醒，時(shí)間短，半小時(shí)完成手術(shù)，無需住院，因而γ刀被譽(yù)為“神刀”。據(jù)報(bào)道，我國自己研制出了旋轉(zhuǎn)式γ刀，已進(jìn)入各大醫(yī)院為患者服務(wù)。γ刀治療

11、腦腫瘤主要是利用(　　) A．γ射線具有很強(qiáng)的穿透能力 B．γ射線具有很強(qiáng)的電離作用 C．γ射線具有很高的能量 D．γ射線能很容易繞過阻礙物到達(dá)目的地 解析：選AC　γ刀就是γ射線，γ射線的特點(diǎn)是穿透能力強(qiáng)，γ射線波長短，光子的能量高，殺傷力強(qiáng)，應(yīng)用γ刀治療腦腫瘤就是利用其穿透能力強(qiáng)和殺傷力強(qiáng)。 1．關(guān)于氣泡室，下列說法錯(cuò)誤的是(　　) A．氣泡室里裝的是液體 B．氣泡室的工作原理是，剛開始壓強(qiáng)很大，以后壓強(qiáng)突然降低，液體沸點(diǎn)變低，粒子通過液體時(shí)在它周圍有氣泡生成 C．氣泡室的原理同云室相似 D．粒子在氣泡室中的徑跡可用來分析帶電粒子動能等情況，不能用來分析動量

12、 解析：選D　根據(jù)氣泡室的工作原理可知A、B、C選項(xiàng)正確；把氣泡室放在磁場中，粒子在洛倫茲力的作用下徑跡為曲線，根據(jù)照片可分析粒子的帶電情況、動量和能量，故D選項(xiàng)錯(cuò)誤。 2．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．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(qiáng)，其徑跡直而粗 解析：選D　在云室中顯示粒子徑跡是由于引起氣體電離，電離作用強(qiáng)的α粒子容易顯示其徑跡，因α粒子質(zhì)量較大，飛行時(shí)不易改變方向，所以徑跡直而粗，D正確。 3．關(guān)于放射性同位素的應(yīng)用，

13、下列說法中正確的是(　　) A．利用γ射線使空氣電離，把靜電荷除去 B．利用α射線照射植物的種子，使產(chǎn)量顯著增加 C．利用β射線來治療肺癌、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，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，A錯(cuò)誤；γ射線可以輻射育種、輻射保鮮、消毒殺菌和醫(yī)治腫瘤等，B、C錯(cuò)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，D正確。 4．[多選]下列哪些應(yīng)用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

14、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(diǎn)，A、B錯(cuò)誤；C、D兩項(xiàng)是利用放射性同位素作為示蹤原子，C、D正確。 5．用中子轟擊Cu核時(shí)，產(chǎn)生鎳的放射性同位素，其質(zhì)量數(shù)為65，寫出人工制造鎳的核反應(yīng)方程，所產(chǎn)生的放射性鎳要發(fā)生β衰變，寫出鎳發(fā)生β衰變的核衰變方程。 解析：中子轟擊銅核的核反應(yīng)方程為 n＋Cu―→Ni＋X 則1＋65＝65＋A 0＋29＝28＋Z 得A＝1，Z＝1，則X為H。 核反應(yīng)方程為n＋Cu―→Ni＋H。 同理可得鎳發(fā)生β衰變的核衰變

15、方程： Ni―→Cu＋e 答案：n＋Cu―→Ni＋H　Ni―→Cu＋e [基礎(chǔ)練] 一、選擇題 1．下列關(guān)于蓋革—米勒計(jì)數(shù)器的說法錯(cuò)誤的是(　　) A．射線的電離作用使計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù) B．α射線的電離作用強(qiáng)，而γ射線電離作用弱，故計(jì)數(shù)器只能記錄α粒子 C．無論是α、β、γ射線都能用計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù) D．計(jì)數(shù)器不能區(qū)分時(shí)間間隔小于200 μs的兩個(gè)粒子 解析：選B　根據(jù)蓋革—米勒計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)原理可知，當(dāng)射線進(jìn)入管內(nèi)時(shí)，它使管內(nèi)氣體電離，產(chǎn)生的電子在電場中加速到達(dá)陽極，正離子到達(dá)陰極，產(chǎn)生脈沖放電，使計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，選項(xiàng)A、C正確，B錯(cuò)誤；兩個(gè)射來的粒子如果時(shí)間間隔小于200 μs，計(jì)數(shù)

16、器不能區(qū)分，故選項(xiàng)D正確。 2．(2016·煙臺高二檢測)用中子轟擊氧原子核的核反應(yīng)方程式 O＋n→N＋X，對式中X、a、b的判斷正確的是(　　) A．X代表中子，a＝17，b＝1 B．X代表正電子，a＝17，b＝－1 C．X代表正電子，a＝17，b＝1 D．X代表質(zhì)子，a＝17，b＝1 解析：選C　根據(jù)質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒可知a＝17，b＝8＋0－7＝1，因此X可表示為 e，為正電子，故C項(xiàng)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

17、變 　　　　 D．正電子、β衰變 解析：選C　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?，C正確。 4．以下四個(gè)核反應(yīng)方程式中，X代表α粒子的是(　　) A.Be＋He―→C＋X B.H＋H―→n＋X C.Th―→Pa＋X D.P―→Si＋X 解析：選B　根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，四個(gè)選項(xiàng)中的X分別代表：n、He、e和e，B正確。 5．[多選]放射性同位素的應(yīng)用主要有兩方面，下列實(shí)際應(yīng)用中利用其射線的有(　　) A．進(jìn)行金屬探傷 B．檢

18、查輸油管是否漏油 C．消毒滅菌 D．證明人工合成的牛胰島素和天然牛胰島素是同一物質(zhì) 解析：選AC　利用射線可以給金屬探傷，也可以消毒滅菌，A、C正確；而B、D選項(xiàng)是作為示蹤原子來應(yīng)用的，B、D錯(cuò)誤。 二、非選擇題 6．1993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 Pt。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(shí)放出質(zhì)子、中子； (3)生成的鉑 Pt發(fā)生兩次衰變，第一次衰變生成金 Au，第二次衰變生成穩(wěn)定的汞 Hg。 寫出上述核反應(yīng)方程。 解析：根

19、據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(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 [提能練] 一、選擇題 1．[多選]利用威耳遜云室探測射線時(shí)能觀察到細(xì)長而彎曲的徑跡，則下列說法正確的是(　　) A．可知有α射線射入云室中 B．可知有β射線射入云室中 C．觀察到的是射線粒子的運(yùn)動 D．觀察到的是射線粒子運(yùn)動路徑上的酒精霧滴 解析：選BD　觀察到的威耳遜云室中存在的細(xì)長而彎曲的徑跡，是β射線的徑跡，A項(xiàng)錯(cuò)誤，B項(xiàng)正確；射

20、線粒子的運(yùn)動用肉眼是觀察不到的，觀察到的是酒精的過飽和蒸氣在射線粒子運(yùn)動路徑上形成的霧滴，C項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確。 2．以下是物理學(xué)史上3個(gè)著名的核反應(yīng)方程x＋Li―→2y　y＋N―→x＋O　y＋Be―→z＋C。x、y和z是3種不同的粒子，其中z是(　　) A．α粒子　　 　B．質(zhì)子　　 　C．中子　　 　D．電子 解析：選C　設(shè)x、y、z的電荷數(shù)分別為Zx、Zy、Zz，質(zhì)量數(shù)分別為Ax、Ay、Az。由前兩個(gè)核反應(yīng)方程中的電荷數(shù)守恒，Zx＋3＝2Zy，Zy＋7＝Zx＋8，可得Zy＝2；質(zhì)量數(shù)守恒Ax＋7＝2Ay，Ay＋14＝Ax＋17，可得Ay＝4；由第三個(gè)核反應(yīng)方程中的電荷數(shù)守恒2＋4＝Z

21、z＋6，得Zz＝0，質(zhì)量數(shù)守恒4＋9＝Az＋12，Az＝1，即z是電荷數(shù)為零，質(zhì)量數(shù)為1的粒子，也就是中子，C正確。 3．[多選]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404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，則下列關(guān)于射線性質(zhì)及它的半衰期的說法正確的是(　　) 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，知這種射線是穿透能力最差的α射線，A正確，B錯(cuò)誤；因放射性元素原子核

22、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，C正確，D錯(cuò)誤。 4．[多選]一個(gè)質(zhì)子以1.4×107 m/s的速度撞入一個(gè)孤立的靜止鋁原子核后被俘獲，鋁原子核變?yōu)楣柙雍?，已知鋁原子核的質(zhì)量是質(zhì)子的27倍，硅原子核的質(zhì)量是質(zhì)子的28倍。則下列判斷中正確的是(　　) A．核反應(yīng)方程為 Al＋H―→Si B．核反應(yīng)方程為 Al＋H―→Si＋n C．硅原子核速度的數(shù)量級為107 m/s D．硅原子核速度的數(shù)量級為105 m/s 解析：選AD　核反應(yīng)方程為 A

23、l＋H―→Si，由動量守恒定律得m×1.4×107 m/s＝28mv′，解得v′＝5×105 m/s ，因此選項(xiàng)A、D正確。 5．[多選](2016·杭州高二檢測)正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層顯像(PET)的基本原理是：將放射性同位素 O注入人體，O在人體內(nèi)衰變放出的正電子與人體內(nèi)的負(fù)電子相遇湮滅轉(zhuǎn)化為一對γ光子，被探測器采集后，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理生成清晰圖像。則根據(jù)PET原理判斷下列表述正確的是(　　) A.O在人體內(nèi)衰變方程是O―→N＋e B．正、負(fù)電子湮滅方程是e＋e―→2γ C．在PET中，O主要用途是作為示蹤原子 D．在PET中，O主要用途是參與人體的新陳代謝 解析：選ABC　由題意

24、知，A、B正確，顯像的原理是采集γ光子，即注入人體內(nèi)的 O衰變放出正電子和人體內(nèi)的負(fù)電子湮滅轉(zhuǎn)化為γ光子，因此 O主要用途是作為示蹤原子，故C正確，D錯(cuò)誤。 二、非選擇題 6．一個(gè)原來靜止的鋰核(Li)俘獲一個(gè)速度為7.7×104 m/s的中子后，生成一個(gè)氚核和一個(gè)氦核。已知氚核的速度大小為1.0×103 m/s，方向與中子的運(yùn)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 版權(quán)所有:中國好課堂