1、3探测射线的方法4放射性的应用与防护学习目标1.了解探测射线的几种方法，熟悉探测射线的几种仪器.2.知道什么是放射性同位素和人工放射性同位素.3.了解放射性在生产和科学领域的应用.4.知道核反应及其遵循的规律，会正确书写核反应方程一、探测射线的方法1探测射线的理论依据(1)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(2)射线中的粒子会使照相乳胶感光(3)射线中的粒子会使荧光物质产生荧光2探测射线的仪器(1)威耳逊云室：原理：当酒精蒸气达到过饱和状态，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
2、显示出射线的径迹(2)气泡室：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：GM计数器非常灵敏，用它检测射线十分方便缺点：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NHeOH.(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HeAlPn.
3、3人工放射性同位素的优点(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4人工放射性同位素的应用(1)在工业上可以用射线来探测工件内部裂痕，称为射线探伤(2)农业上用射线照射种子，会使种子的遗传基因发生变异，从而培育出新品种利用P作为示踪原子来研究农作物对磷肥的吸收情况5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、用具等的污染即学即用1判断下列说法的正误(1)云室和气泡室都是应用射线的穿透能力研究射线的轨迹()(2)盖革米勒计数器
4、既可以统计粒子的数量，也可以区分射线的种类()(3)衰变和原子核的人工转变均满足质量数守恒和电荷数守恒()(4)医学上利用射线进行放射治疗时，要控制好放射的剂量()(5)发现质子、发现中子和发现放射性同位素P的核反应均属于原子核的人工转变()(6)同一种元素的放射性同位素具有相同的半衰期()21956年李政道和杨振宁提出在弱相互作用中宇称不守恒，并由吴健雄用Co放射源进行了实验验证次年李、杨两人为此获得诺贝尔物理学奖.Co的衰变方程是CoNi ee.其中e是反中微子，它的电荷量为零，静止质量可认为是零.Co的核外电子数为_，在上述衰变方程中，衰变产物Ni的质量数是_，核电荷数是_答案27602
5、8解析Co的核外电子数为27.由质量数守恒，知Ni的质量数为A60.由核电荷数守恒，知Ni的核电荷数为Z27128. 一、探测射线的方法导学探究由于粒子和电子都很小，我们仅凭肉眼看不见，但是在威耳逊云室中，我们却能看到如图1所示的粒子和电子的运动轨迹图1(1)说出威耳逊云室显示粒子和电子的运行轨迹的原理(2)在威耳逊云室中如何判断粒子所带电荷的正负？答案(1)射线的径迹：由于粒子的质量比较大，在气体中飞行时不易改变方向，并且它的电离本领大，沿途产生的离子多，所以它在云室中的径迹直而粗射线的径迹：粒子的质量小，跟气体碰撞时容易改变方向，并且电离本领小，沿途产生的离子少，所以高速粒子的径迹又细又直
6、，低速粒子的径迹又短又粗而且是弯曲的(2)把云室放在磁场中，从带电粒子运动轨迹的弯曲方向，判断出粒子所带电荷的正负知识深化1威尔逊云室(1)粒子显示的径迹因为粒子的电离本领强，沿途产生的离子多，过饱和酒精蒸气凝结在这些离子上，形成很清晰的径迹且由于粒子质量大，穿越云室时不易改变方向，所以显示的径迹很直(2)粒子显示的径迹粒子的质量小，跟气体碰撞时容易改变方向，并且电离本领小，沿途产生的离子少，所以高速粒子的径迹又细又直，低速粒子的径迹又短又粗而且是弯曲的(3)粒子的电离本领很小，在云室中一般看不到它的径迹2气泡室气泡室装的是过热液体，粒子通过液体时在它的周围有气泡形成，显示粒子的径迹3盖革米勒
7、计数器当某种粒子经过管中时，管内气体分子电离，产生电子，这些电子到达阳极，正离子到达阴极，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例1(多选)下列说法中正确的是()A威耳逊云室和盖革米勒计数器都是利用了放射线使气体电离的性质B盖革米勒计数器除了用来计数，还能区分射线的种类C用威耳逊云室探测射线时，径迹比较细且常常弯曲的是粒子的径迹D根据气泡室中粒子径迹的照片上记录的情况，可以分析粒子的动量、能量及带电情况等答案ACD解析盖革米勒计数器只能用来计数，不能区分射线的种类，因为不同的射线在盖革米勒计数器中产生的脉冲现象相同，B错误针对训练1(多选)利用威耳逊云室可以研究放射性元
8、素衰变时放出的射线，下列说法正确的是()A可以利用威耳逊云室研究所有的射线B粒子在威耳逊云室中的径迹直而粗，是因为粒子的质量大，电离本领强C粒子在威耳逊云室中，几乎看不到它的径迹D利用威耳逊云室可判断射线所带电荷的正负答案BD解析粒子的质量大，在气体中飞行时不易改变方向，电离本领大，其径迹直而粗，粒子的质量小，跟气体碰撞时容易改变方向，电离本领很小，其径迹比较细，且常常发生弯曲，射线电离本领小，一般看不到其径迹，不能用威耳逊云室来研究，故B选项正确，A、C选项错误；把云室放在磁场中，由射线径迹的弯曲方向就可判断射线所带电荷的正负，D选项正确二、核反应及核反应方程导学探究1核反应的实质是什么？它
9、符合哪些规律？答案(1)它的实质就是将一种原子核在粒子的轰击之下转变成一种新的原子核，并产生新的粒子(2)在转变过程中符合质量数和电荷数守恒规律2如何实现原子核的人工转变？常见的人工转变的核反应有哪些？答案(1)人为地用粒子、质子、中子或光子去轰击一些原子核，可以实现原子核的转变(2)常见的人工转变的核反应有：卢瑟福发现质子：NHeOH查德威克发现中子：BeHeCn约里奥居里夫妇人工制造同位素：HeAlnPP具有放射性：PSie.3医学上做射线治疗用的放射性元素，应用半衰期长的还是短的？为什么？答案半衰期短的半衰期短的放射性废料容易处理知识深化1核反应的条件用粒子、质子、中子，甚至用光子轰击原
10、子核使原子核发生转变2核反应的规律质量数守恒，电荷数守恒3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方程：NHeOH(2)1932年查德威克发现中子的核反应方程：BeHeCn(3)1934年约里奥居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程：AlHePn；PSie.4人工转变与衰变的比较(1)不同点：人工转变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(2)相同点：人工转变与衰变过程一样，在发生过程中质量数与电荷数都守恒例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(
11、均填序号)(1)NnC_(2)NHeO_(3)Bn_He(4)BeHe_n(5)FeHCo_答案见解析解析(1)NnCH(2)NHeOH(3)BnLiHe(4)BeHeCn(5)FeHCon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)书写核反应方程时要注意：(1)质量数守恒和电荷数守恒；(2)中间用箭头，不能写成等号；(3)核反应方程遵守质量数守恒而不是质量守恒，核反应过程中，一般会发生质量的变化针对训练2用中子轰击氧原子核的核反应方程式为OnNX，对式中X、a、b的判断正确的是()AX代表中子，a17，b1BX代表电子，a17，b1CX代表正电子，a17，b1DX代表质子，
12、a17，b1答案C解析根据质量数、电荷数守恒可知a17，b8071，因此X可表示为e，为正电子，故C正确，A、B、D错误三、放射性同位素的应用1放射性同位素的分类(1)天然放射性同位素(2)人工放射性同位素2放射性同位素的主要作用(1)工业部门使用射线测厚度利用射线的穿透特性(2)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(3)做示踪原子利用放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质(4)医学上利用射线的高能量治疗癌症例3正电子发射型计算机断层显像(PET)的基本原理是：将放射性同位素15O注入人体，参与人体的代谢过程.15O在人体内衰变放出正电子
13、，与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清晰的图象根据PET原理，回答下列问题：(1)写出15O的衰变和正负电子湮灭的方程式_._.(2)将放射性同位素15O注入人体，15O的主要用途是()A利用它的射线B作为示踪原子C参与人体的代谢过程D有氧呼吸(3)PET中所选的放射性同位素的半衰期应_(填“长”“短”或“长短均可”)答案(1)O N eee2(2)B(3)短解析(1)由题意得ONe，ee2.(2)将放射性同位素15O注入人体后，由于它能放出正电子，并能与人体内的负电子产生一对光子，从而被探测器探测到，所以它的用途是作为示踪原子，B正确(3)根据同位素的
14、用途，为了减小对人体的伤害，半衰期应该短. 1(探测射线的方法)(多选)关于威尔逊云室探测射线，下列说法中正确的是()A威尔逊云室内充满过饱和蒸气，射线经过时可显示射线运动的轨迹B威尔逊云室中径迹直而清晰的是射线C威尔逊云室中径迹细而长的是射线D威尔逊云室中显示粒子径迹的原因是蒸气电离，即使放入磁场中也无法判断射线所带电荷的正负答案AB解析威尔逊云室内充满过饱和蒸气，射线经过时使气体电离，凝结成雾滴，雾滴沿射线的路线排列，显示出射线的径迹，故选项A正确；由于粒子的质量比较大，在气体中飞行时不易改变方向，电离本领大，产生的离子多，所以射线在云室中的径迹直而清晰，则选项B正确；由于射线的电离本领很
15、弱，所以在云室中一般看不到它的径迹，而径迹细长的是射线，选项C错误；把云室放在磁场中，由射线径迹的弯曲方向就可判断射线所带电荷的正负，选项D错误2(核反应方程)以下是物理学史上3个著名的核反应方程：xLi2y；yNxO；yBezCx、y和z是3种不同的粒子，其中z是()A粒子 B质子C中子 D电子答案C解析把前两个方程化简，消去x，可知y是He，结合第三个方程，根据电荷数守恒、质量数守恒可知z是中子n.因此选项C正确3(放射性同位素)(多选)有关放射性同位素P的下列说法，正确的是()A.P与X互为同位素B.P与其同位素有相同的化学性质C用P制成化合物后它的半衰期变长D.P能释放正电子，可用作示
16、踪原子，观察磷肥对植物的影响答案BD解析同位素有相同的质子数，不同的质量数，故A错；同位素有相同的化学性质，故B对；半衰期与物理、化学状态无关，故C错；P为放射性同位素，可用作示踪原子，故D对4(放射性同位素的应用)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不过40多种，而今天人工制造的放射性同位素已达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(2)图2是工厂利用放射
17、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_射线图2(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的结晶是同一种物质，为此曾采用放射性同位素14C做_答案(1)B(2)(3)示踪原子解析(1)因放射线的电离作用，空气中的与验电器所带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
18、，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的人工合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素混合在一起，经过多次重新结晶后，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完全融为一体，它们是同一种物质这种把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，从而可以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一、选择题考点一射线的探测及应用1图1中曲线a、b、c、d为气泡室中某放射物发生衰变放出的部分粒子的径迹，气泡室中磁感应强
19、度方向垂直于纸面向里以下判断可能正确的是()图1Aa、b为粒子的径迹 Ba、b为粒子的径迹Cc、d为粒子的径迹 Dc、d为粒子的径迹答案D解析粒子是不带电的光子，在磁场中不偏转，选项B错误；粒子为氦核带正电，由左手定则知向上偏转，选项A、C错误；粒子是带负电的电子，应向下偏转，选项D正确2关于放射性同位素的应用，下列说法中正确的有()A放射性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，也能进行人体的透视C利用射线照射作物种子使其DNA发生变异，其结果一定是更优秀的品种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答案
20、D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，将静电消除射线对人体细胞伤害太大，不能用来进行人体透视作物种子发生的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3(多选)用盖革米勒计数器测定放射源的放射强度为每分钟405次，若将一张厚纸板放在计数器与放射源之间，计数器几乎测不到射线.10天后再次测量，测得该放射源的放射强度为每分钟101次，则下列关于射线性质及它的半衰期的说法正确的是()A放射源射出的是射线B放射源射出的是射线C这种放射性元素的半衰期是5天D这种放射性元素的半衰期是2.5天答案AC解析
21、由厚纸板能挡住这种射线，可知这种射线是穿透能力最差的射线，选项A正确，B错误；因放射性元素原子核个数与单位时间内衰变的次数成正比，10天后测出放射强度为原来的四分之一，说明10天后放射性元素的原子核个数只有原来的四分之一，由半衰期公式知已经过了两个半衰期，故半衰期是5天，C正确，D错误4某校学生在进行社会综合实践活动时，收集列出了一些放射性同位素的半衰期和可供利用的射线(见下表)，并总结出它们的几种用途.同位素放射线半衰期同位素放射线半衰期钋210138天锶9928年镅241433天锝996小时钴605年氡3.8天根据上表请你分析判断下面结论正确的是()A塑料公司生产聚乙烯薄膜，方法是让较厚的
22、聚乙烯膜通过轧辊后变薄，利用射线来测定通过轧辊后的薄膜厚度是否均匀B钴60的半衰期为5年，若取4个钴60原子核，经10年后就一定剩下一个原子核C把放射性元素钋210掺杂到其他稳定元素中，放射性元素的半衰期变短D用锝99可以作示踪原子，用来诊断人体内的器官是否正常方法是给被检查者注射或口服附有放射性同位素的元素的某些物质，当这些物质的一部分到达要检查的器官时，可根据放射性同位素的射线情况分析器官正常与否答案D解析因为射线不能穿透薄膜，无法测量薄膜的厚度，所以A错误；半衰期是对大量原子核的统计规律，对少数原子核不适用，且与元素所处的物理、化学状态无关，B、C错误；检查时，要在人体外探测到体内辐射出
23、来的射线，而又不能让放射性物质长期留在体内，所以应选取锝99作为放射源，D正确考点二核反应方程5下面列出的是一些核反应方程：PSiX，BeHBY，HeHeLiZ，其中()AX是质子，Y是中子，Z是正电子BX是正电子，Y是质子，Z是中子CX是中子，Y是正电子，Z是质子DX是正电子，Y是中子，Z是质子答案D解析依据核反应方程的两个基本规律：质量数守恒和电荷数守恒，即可得出选项D正确6(多选)下列核反应或衰变方程中，符号“X”表示中子的是()A.BeHeCXB.NHeOXC.HgnPt2HXD.UNpX答案AC解析根据核反应方程质量数和电荷数守恒可得A、C选项正确7在下列四个核反应方程中，X1、X2
24、、X3和X4各代表某种粒子HX1HenNHeOX2BeHeCX3 MgHeAlX4则以下判断中正确的是()AX1是质子 BX2是中子CX3是电子 DX4是质子答案D解析根据核反应的质量数和电荷数守恒知，X1为H，A错；X2为H，B错；X3为n，C错；X4为H，D对考点三综合应用8将威尔逊云室置于磁场中，一个静止在磁场中的放射性同位素原子核P，放出一个正电子后变成原子核Si，如图所示能近似地反映正电子和Si核轨迹的是()答案B解析把放出的正电子和衰变生成物Si核看成一个系统，衰变过程中系统的动量守恒，放出的正电子的方向跟Si核运动方向一定相反由于它们都带正电荷，在洛伦兹力作用下一定形成两个外切圆
25、的轨道，C、D错误因为洛伦兹力提供向心力，即qvBm，所以做匀速圆周运动的半径为r.衰变时，放出的正电子与反冲核Si核的动量大小相等，因此在同一个磁场中做圆周运动的半径与它们的电荷量成反比，即.可见正电子运动的圆的半径较大；B正确，A错误9(多选)一个质子以1.4107 m/s的速度撞一个孤立的静止铝原子核后被俘获，铝原子核变成硅原子核已知铝原子核的质量是质子的27倍，硅原子核的质量是质子的28倍，则下列说法正确的是()A核反应方程为AlHSiB核反应方程为AlHSinC硅原子核速度的数量级为107 m/sD硅原子核速度的数量级为105 m/s答案AD解析核反应方程为AlHSi，由动量守恒定律
26、得m1.4107 m/s28mv，解得v5105 m/s，因此选项A、D正确二、非选择题10(核反应方程的综合应用)一个静止的氮核N俘获一个速度为1.1107 m/s的氦核变成B、C两个新核设B的速度方向与氦核速度方向相同、大小为4106 m/s，B的质量数是C的17倍，B、C两原子核的电荷数之比为81.(1)写出核反应方程；(2)估算C核的速度大小答案(1)NHeOH(2)2.4107 m/s解析(2)由动量守恒定律：mHevHemOvOmHvHvH2.4107 m/s即C核的速度大小为2.4107 m/s11(核反应方程的书写)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
27、下列核反应式的横线上(1)UTh_.(2)BeHeC_.(3)ThPa_.(4)PSi_.(5)U_SrXe10n.(6)NHeO_.答案(1)He(2)n(3)e(4)e(5)n(6)H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采用左下角(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)中电荷数为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)，中子(n)，质子(H)12(核反应方程的综合应用)1934年约里奥居里夫妇用粒子轰击静止的Al，发现了放射性磷P和另一种粒子，并因这一伟大发现而获得诺贝尔物理学奖(1)写出这个过程的核反应方程式；(2)若该种粒子以初速度v0与一个静止的12C核发生碰撞，但没有发生核反应，该粒子碰后的速度大小为v1，运动方向与原运动方向相反，求碰撞后12C核的速度答案(1)AlHePn(2)，方向与该粒子原运动方向相同解析(1)核反应方程式为AlHePn.(2)由(1)知，该种粒子为中子，设该种粒子的质量为m，则12C核的质量为12m，设碰撞后12C核的速度为v2，由动量守恒定律可得mv0m(v1)12mv2，解得v2，碰撞后12C核的运动方向与该粒子原运动方向相同