从原子核到夸克

4.4 粒子物理与宇宙的起源[先填空]1.对粒子的认识过程(1)“基本粒子”：知道原子核的组成之后，人们以为电子、质子、中子等是组成物质的最基本的粒子.(2)新粒子的发现①1912年，赫斯证实有射线从宇宙空间射来，之后，许多物理学家对宇宙射线研究发现了一些新粒子.②人们用高能加速器实验，发现了更多的新粒子，如1937年发现μ子，1947年发现了k介子和π介子，此后又发现了子，现在已发现的粒子总数达400多种.2.夸克模型(1)夸克：1964年美国物理学家盖尔曼提出了强子的夸克模型，认为强子是由夸克构成的.(2)分类：上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克；上夸克、下夸克带的电荷量分别为元电荷的＋23e或－13e.(3)意义：电子电荷不再是电荷的最小单元，即存在分数电荷，但人们还无法获得自由的夸克.3.粒子的类型(1)强子：参与强相互作用，包括质子、中子、介子和超子.(2)轻子：不参与强相互作用，包括电子、μ子、τ子以及与之相联系的三种中微子.(3)传递相互作用的粒子：包括传递电磁作用的光子、传递弱相互作用的中间玻色子W±、Z 0，以及传递强相互作用的胶子.4.加速器和粒子物理：粒子物理学研究的工具是高能加速器和粒子探测器.高能加速器是指能使粒子能量达到3×109_eV 以上的加速器.[再判断]1.质子、中子、电子都是不可再分的基本粒子.(×)2.质子和反质子的电量相同，电性相反.(√)3.按照夸克模型，电子所带电荷不再是电荷的最小单元.(√) [后思考]1.为什么说基本粒子不基本？【提示】 一方面是因为这些原来被认为不可再分的粒子还有自己的复杂结构，另一方面是因为新发现的很多种新粒子都不是由原来认为的那些基本粒子组成的.2.什么是反粒子？所有的粒子都存在反粒子吗？【提示】 实验发现，许多粒子都有和它质量相同而电荷及其他一些物理量相反的粒子，叫反粒子.按照粒子的对称性，有一个粒子，就应该有一个反粒子.[核心点击]1.新粒子的发现及特点(1)质子是最早发现的强子，电子是最早发现的轻子，τ子的质量比核子的质量大，但力的性质决定了它属于轻子.(2)粒子具有对称性，有一个粒子，必存在一个反粒子，它们相遇时会发生“湮灭”，即同时消失而转化成其他的粒子.4.加速器的种类有：(1)回旋加速器，(2)直线加速器，(3)对撞机.1.关于粒子，下列说法正确的是( )A.电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子B.强子中也有不带电的粒子C.夸克模型是探究三大类粒子结构的理论D.夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位E.超子的质量比质子的质量还大【解析】 由于质子、中子是由不同夸克组成的，它们不是最基本的粒子，不同夸克构成强子，有的强子带电，有的强子不带电，故A 错误，B 正确；夸克模型是研究强子结构的理论，不同夸克带电不同，分别为＋23e 和－e3，说明电子电荷不再是电荷的最小单位，C 错误，D 正确；超子属于强子，其质量比质子质量还大些，E 正确.【答案】 BDE2.在β衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出.中微子的性质十分特别，因此在实验中很难探测.1953年，莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用中微子与水中11H 的核反应，间接地证实了中微子的存在.(1)中微子与水中的11H 发生核反应，产生中子(10n)和正电子( 0＋1e)，即中微子＋11H ―→10n ＋ 0＋1e.可以判定，中微子的质量数和电荷数分别是________.(填写选项前的字母) A.0和0 B.0和1 C.1和0D.1和1(2)上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体后，可以转变为两个光子(γ)，即 0＋1e ＋ 0－1e ―→2γ.已知正电子和电子的质量都为9.1×10－31kg ，反应中产生的每个光子的能量约为________J.正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子，原因是________.(3)试通过分析比较，具有相同动能的中子和电子的物质波波长的大小.【解析】 (1)发生核反应前后，粒子的质量数和电荷数均不变，据此可知中微子的质量数和电荷数都是0，A 正确.(2)产生的能量是由于质量亏损.两个电子转变为两个光子之后，质量变为零，则E ＝Δmc 2，故一个光子的能量为E 2，代入数据得E2＝8.2×10－14J.正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体，故系统总动量为零，故如果只产生一个光子是不可能的，因为此过程遵循动量守恒定律.(3)物质波的波长为λ＝h p，要比较波长需要将中子和电子的动量用动能表示出来即p ＝2mE k ，因为m n >m e ，所以p n >p e ，故λn <λe .【答案】 见解析处理新粒子问题的方法核反应过程中新生成的粒子和实物粒子一样，也能产生物质波，它们之间发生相互作用时，同样遵循动量守恒定律等力学规律，所以应熟练地掌握物理知识和物理规律，并灵活应用.[先填空] 1.宇宙的演化宇宙是由一个超高温、超高密度的“原始火球”发生大爆炸而开始形成的.大爆炸之后随温度的降低，宇宙物质从密到疏，逐渐形成气态物质、气云、恒星体系，成为今天的宇宙天体.2.恒星的演化(1)形成：大量星际物质逐渐凝聚成星云，大块星云在引力作用下逐渐凝成原恒星. (2)演化①原恒星收缩，温度升高达7×106_K 时，开始氢聚变成氦的热核反应，产生的斥力与引力达到平衡，恒星进入相对稳定阶段，迄今90%的恒星处在该阶段，时间持续约100亿年左右.②随着氢的减少，核反应的能量不足，星体又开始收缩、温度随之上升，温度达到1×108K 时，发生“氦燃烧”形成碳，恒星演化为红巨星.③恒星核能耗尽就进入末期，其形态有白矮星、中子星和黑洞. [再判断]1.目前，太阳内的热核反应主要是氢核聚变为氦核的反应.(√)2.宇观世界和微观世界是彼此孤立的，没有任何相互联系.(×)3.宇宙将一直会膨胀下去.(×)[后思考]物理学家把自然界的力归结为哪几种相互作用？【提示】物理学家已经把自然界多得数不胜数的力，归结为强相互作用、电磁相互作用、弱相互作用、引力相互作用这四种作用.物理学家的进一步追求，就是把这四种各有特色的相互作用再综合在一个统一的理论体系中.[核心点击]1.恒星的诞生2.恒星的稳定期当温度超过107K时，氢通过热核反应成为氦，释放的核能主要以电磁波的形式向外辐射.辐射产生的向外的压力与引力产生的收缩压力平衡，这时星核稳定下来.恒星在这一阶段已停留了50亿年.太阳目前正处于这一阶段的中期，要再过50亿年才会转到另一个演化阶段.3.恒星的衰老当恒星核心部分的氢大部分聚变为氦以后，核反应变弱，辐射压力下降，星核在引力作用下再次收缩.这时引力势能产生的热将使温度升得更高，于是发生了氦核聚合成碳核的聚变反应.类似的过程一波接一波地继续下去，出现了氧、硅，直到铁等更重的元素.恒星在这个阶段要经历多次膨胀与收缩，光度也发生周期性的变化.当各种热核反应都不再发生时，由热核反应维持的辐射压力也消失了.星体在引力作用下进一步收缩，中心密度达到极大.4.恒星的归宿恒星最终归宿与恒星的质量大小有关：当恒星的质量小于1.4倍太阳质量时，演变为白矮星；当恒星的质量是太阳质量的1.4倍～2倍时，演变为中子星；当恒星的质量更大时，演变为黑洞.3.根据宇宙大爆炸的理论，在宇宙形成之初是“粒子家族”尽显风采的时期，那么在大爆炸之后最早产生的粒子是( )A.夸克B.质子C.轻子D.中子E.胶子【解析】 宇宙形成之初产生了夸克、轻子和胶子等粒子，之后又经历了质子和中子等强子时代，再之后是自由光子、中微子、电子大量存在的轻子时代，再之后是中子和质子组合成氘核，并形成氦核的核合成时代，之后电子和质子复合成氢原子，最后形成恒星和星系，因此A 、C 、E 正确，B 、D 错误.【答案】 ACE4.关于宇宙和恒星的演化，下列说法正确的是( ) A.宇宙已经停止演化B.恒星在主序星阶段时停留时间最长、最稳定C.当温度达到一定值时，恒星内发生氦聚变，亮度增强D.恒星最终都会演化为黑洞E.恒星最终可能演化为中子星【解析】 目前宇宙的演化仍在进行，A 错.恒星在主序星阶段时停留时间最长、最稳定，B 对.恒星内由氢聚变转变为氦聚变时，亮度增加，C 对.根据最终质量的不同恒星最终演化为白矮星或中子星或黑洞，D 错，E 对.【答案】 BCE5.已知从地球上的逃逸速度v ＝2GMR，其中G 、M 、R 分别为万有引力常量、地球的质量和半径 .已知G ＝6.67×10－11N·m 2/kg 2，光速c ＝2.99×108m/s ，逃逸速度大于真空中的光速的天体叫黑洞，设黑洞的质量等于太阳的质量M ＝1.98×1030kg ，求它可能的最大半径.【导学号：67080040】【解析】 由题目所提供的信息可知，任何天体均存在其所对应的逃逸速度v 2，对于黑洞来说，其逃逸速度大于真空中的光速，即v 2>c ，所以R <2GMc2＝2.95 km ，即太阳成为黑洞时的最大半径为2.95 km.【答案】 2.95 km根据大爆炸理论，在宇宙形成之初是“粒子家族”尽显风采的时期.在大爆炸之后逐渐形成了夸克、轻子和胶子等粒子，随后经过强子时代、轻子时代、核合成时代.继续冷却，质子、电子、原子等与光子分离而逐步组成恒星和星系.恒星最后的归宿有三种，它们是白矮星、中子星、黑洞.。

原子核结构和基本粒子相互作用原子核结构和基本粒子相互作用是物理学领域的重要课题，它揭示了我们身边物质的微观组成和性质。

本文将介绍原子核的结构、基本粒子的特性以及它们之间的相互作用。

首先，让我们了解一下原子核的结构。

原子核是由质子和中子组成的，质子带正电荷，中子没有电荷。

原子核的直径约为10^-14米，而整个原子的直径约为10^-10米，因此原子核占据了整个原子的很小的部分。

原子核的质量主要是由质子和中子的质量所贡献的，它们总是以一种特定的方式组织在一起，保持着相对稳定的结构。

质子和中子是由更基本的粒子构成的，这些基本粒子被称为夸克。

质子由两个上夸克和一个下夸克组成，中子由一个上夸克和两个下夸克组成。

夸克是最小的已知粒子，它们具有一定的电荷和质量，并且会通过一种称为强相互作用的力相互作用在一起。

强相互作用是一种非常强大的力，它是保持夸克在原子核中紧密地结合在一起的主要力。

除了强相互作用外，原子核中还存在着另一种重要的相互作用，即电磁相互作用。

电磁相互作用是一种电荷之间的相互作用，包括正电荷之间的斥力和正负电荷之间的吸引力。

这种相互作用使得质子之间保持着一定的距离，并且还决定了原子核的整体电荷。

除了强相互作用和电磁相互作用之外，还存在着弱相互作用和引力相互作用。

弱相互作用是一种只在非常短的距离上起作用的力，它是一种介于强相互作用和电磁相互作用之间的相互作用力。

引力相互作用是一种质量之间的相互作用，它是所有物质之间普遍存在的一种力。

原子核中的质子和中子之间的相互作用由强相互作用和电磁相互作用共同决定。

强相互作用使得质子和中子在原子核中紧密结合在一起，而电磁相互作用使得质子之间保持一定的间距，使原子核保持稳定。

如果原子核中的质子数量超过一定限制，电磁相互作用的排斥力将会变得非常强大，导致原子核变得不稳定。

通过对原子核结构和基本粒子相互作用的研究，科学家们能够更好地理解物质的性质，并且可以应用于许多实际应用。

3、现代物理学对于夸克理论的探究近20年来不少物理实验说明基本粒子有其内在结构，基本粒子之间存在着某种内在联系。

人们曾先后提出多种关于重子和介子内部结构的模型。

最早提出强子结构模型的是1949年的费米-杨振宁模型，1956年日本的坂田模型。

这些模型能够说明一些情况，但是在系统地解释重子的性质方面遇到了困难。

到1964年盖尔曼等人分析了重子和介子的对称性质，在坂田模型的基础上进一步提出了“夸克模型”。

按照夸克模型，强子是由夸克组成的，重子由3个夸克组成，介子由一个夸克和一个反夸克组成。

夸克的重子数B、电荷Q和超荷Y 都是分数。

按照盖尔曼的想法，所有已知的强子都由三种更为基本的“积木块”堆积而成，即三种类型的夸克（u、d、s）和反夸克（ū、d、S ）。

这一模型能很好地解释重子和介子的性质，预言Ω一超子的存在。

1974年发现J／ψ粒子，需要引入第四种粲夸克c；1978年发现γ粒子，需要引入第五种底夸克b。

盖尔曼认为：所有的强子都是由这三种具有一定对称性的夸克及它们的反粒子所组成。

它们分别称为“上夸克(u)”、“下夸克(d)”和“奇异夸克(s)”。

与坂田模型一致的是，新模型也使用三种“积木块”，但是这里的“积木块”是一种理论上的推测，属于更深一层次的基础粒子，而在坂田模型中，身为“积木块”的p、n、L 却同时又是“复合粒子”，它们三个同时扮演着两种角色。

但利用夸克模型，能够较好地说明许多现象，而且还预言了一些未知粒子，比如夸克模型预言存在着一个新的粒子W-，以后的实验果真找到了这个粒子。

早在1970年格拉肖等人就提出第4种夸克-粲夸克（c）。

1974年，美籍华裔物理学家丁肇中领导的一个小组和斯坦福加速器中心的B·里克特领导的另一个小组同时独立地发现一个新的粒子J／ψ，这个粒子的质量数很大，寿命很长。

即丁肇中和里克特发现了第四个夸克——粲夸克(c)。

J／ψ粒子是由粲夸克和反粲夸克组成的。

1977年莱德曼发现一种比质子重10倍的中性介子— r粒子。

选修3-5第四章从原子核到夸克教材分析西北师范大学教育学院刘立宏（甘肃兰州730070）课程标准（1）知道原子核的组成。

知道放射性和原子核的衰变。

会用半衰期描述衰变速度，知道半衰期的统计意义。

（2）了解放射性同位素的应用。

知道射线的危害和防护。

例1 了解放射性在医学和农业中的应用。

例2 调查房屋装修材料和首饰材料中具有的放射性，了解相关的国家标准。

（3）知道核力的性质。

能简单解释轻核与重核内中子数、质子数具有不同比例的原因。

会根据质量数守恒和电荷守恒写出核反应方程。

（6）通过核能的利用，思考科学技术与社会的关系。

（7）初步了解恒星的演化。

初步了解粒子物理学的基础知识。

例4 了解加速器在核物理、粒子物理研究中的作用。

2．活动建议：（1）通过查阅资料，了解常用的射线检测方法。

（2）观看有关核能利用的录像片。

（3）举办有关核能利用的科普讲座。

一、课标分析：课标对这部分内容的要求层次还是比较低，都是在“了解”层次，对知识内容掌握的要求比较低，主要放在对核能的利用以及对社会的影响方面。

有些内容在课标里没作要求，但是以举例的形式呈现。

后面的活动建议部分，前面两个对学生来说比较容易做到，后面第三个是对教师提出的，当然有条件的学校可以做，但对一般学校来说，会有一定的困难。

二、整体分析：（一）知识结构图（二）知识内容分析从原子核到夸克是沪科版高中物理选修3—5第四章的内容，本章总共包括4节内容，分别是：原子核结构图;原子核的衰变；让射线造福人类；粒子物理与宇宙的起源。

先写原子核的结构，接着是衰变，再接着是射线的用途，最后是小物质与大宇宙，每一节内容都是环环相扣，层层递进。

在本章开头的引言里，以原子核是什么？它是有什么组成的？原子核能不能再分裂？浩瀚的宇宙跟微小的粒子之间有什么联系？恒星的演化和微观粒子的变化存在怎样的奥秘？这样几个问题概括了本章知识所要呈现的内容，这样呈现更能激发学生学习的兴趣。

整章内容都有科学的发展历程与故事贯穿于其中，而不再是一味的知识的讲述与呈现，这样做更好的体现了课标的要求，能更好地让学生理解科学的严谨，科学探究的过程的艰辛。

12种基本粒子12种基本粒子在整个宇宙的浩瀚背后隐藏着一种神秘而又精妙的构成基础，那就是我们今天要探讨的12种基本粒子。

这些微小的存在，以其不可分割的特性，构建出了世界的多样性和复杂性。

让我们跟随科学的脚步，一起揭开这些微观世界的面纱。

第一种基本粒子是夸克（Quark）。

夸克是构成质子和中子的基本成分，它们分为六种不同的类型：上夸克（Up Quark）、下夸克（Down Quark）、魅夸克（Charm Quark）、奇夸克（Strange Quark）、顶夸克（Top Quark）和底夸克（Bottom Quark）。

它们以其不同的电荷和质量参与形成原子核的建造，为构建物质世界奠定了基础。

第二种基本粒子是轻子（Lepton）。

轻子分为六种：电子（Electron）、电子中微子（Electron Neutrino）、μ子（Muon）、μ子中微子（Muon Neutrino）、τ子（Tau）和τ子中微子（Tau Neutrino）。

轻子是构成物质的基本粒子，它们具有电荷和自旋，同时也是弱相互作用的重要参与者。

第三种基本粒子是玻色子（Boson）。

玻色子用于描述力的传递，其中最为著名的就是希格斯玻色子（Higgs Boson）。

希格斯玻色子被认为是赋予其他基本粒子质量的场子，可以说它是万物质量的源泉。

第四种基本粒子是强子（Hadron）。

强子分为两类，一类是由夸克和反夸克组成的味子（Meson），另一类是由夸克组成的胶子（Baryon）。

强子是由强相互作用维系在一起的粒子，也是原子核的一部分。

第五种基本粒子是重子（Baryon）。

重子是构成大部分物质的基本成分，最有名的重子就是质子和中子，它们由夸克组成，而胶子则将夸克黏在一起。

第六种基本粒子是介子（Meson）。

介子是由夸克和强相互作用将其束缚在一起的粒子，以带电和不带电两种形式存在于宇宙中。

第七种基本粒子是光子（Photon）。

光子是光的基本单位，也是电磁波的载体。

4.3 让射线造福人类[学习目标]1.明白什么是放射性同位素和取得放射性同位素的方式.2.了解探测射线的几种仪器和方式.3.明白放射性同位素的常见应用．一、人工放射性同位素的发觉[导学探讨] 第一种人工放射性同位素是如何发觉的？常见的人工转变的核反映有哪些？ 答案 (1)1934年，约里奥—居里夫妇在用α粒子轰击铝箔时，发觉了一种具有放射性的新元素3015P ，这种新元素能不断地放射出正电子，核反映方程为：42He ＋2713Al→3015P ＋10n 3015P→3014Si ＋01e(2)常见的人工转变的核反映有： a ．卢瑟福发觉质子：147N ＋42He→178O ＋11H b ．查德威克发觉中子：94Be ＋42He→126C ＋10n c ．居里夫妇人工制造同位素：42He ＋2713Al→10n ＋3015P3015P 具有放射性：3015P→3014Si ＋01e.[知识梳理]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．人工放射性同位素的发觉(1)1934年，约里奥—居里夫妇发觉通过α粒子轰击的铝片中含有放射性磷3015P. (2)发觉磷同位素的方程42He ＋2713Al ―→3015P ＋10n. 3．放射性同位素知多少天然放射性同位素只有几十种，而人们利用原子反映堆和加速器生产的放射性同位素已达 2000多种．[即学即用] 判定以下说法的正误．(1)在核反映中，质量数守恒，电荷数守恒．( √ )(2)放射性同位素3015P ，既能够通过核反映人工取得，也能够从自然界中取得．( × ) 二、探测射线的仪器和方式[导学探讨] 肉眼看不见射线，可是射线中的粒子与其他物质作历时的现象，会显示射线的存在．阅读讲义，举出一些探测射线的方式．答案(1)射线使气体发生电离，使计数管电路中显现脉冲电流．(2)射线使气体分子电离产生离子，过饱和汽以这些离子为核心凝结成一条雾迹．(3)射线中的粒子使照相底片感光．[知识梳理]1．计数器(1)原理：计数器的要紧部份是计数管．射线进入管内，使管内气体发生连续串的电离，从而使计数管电路中显现一个相当强的脉冲电流．(2)作用：记录粒子进入管的次数．2．云室(1)原理：射线使气体分子电离产生离子，过饱和汽以这些离子为核心凝结成一条雾迹．(2)作用：显示粒子的径迹．3．乳胶照相(1)原理：高速运动的带电粒子能使照相底片感光．(2)作用：记录粒子径迹．[即学即用] 判定以下说法的正误．(1)计数器超级灵敏，不仅能够计数，还能够区分射线的种类．( ×)(2)云室能够显示α粒子和β粒子的径迹．( √)(3)高速β粒子在云室中的径迹又短又粗而且是弯曲的．( ×)三、射线的应用及防护[知识梳理]1．射线的应用(1)作为射线源①检查物体内部情形，检查产品的密度和厚度．②利用射线的生物效应，消灭害虫、杀菌消毒、医治癌症等．③利用射线的化学效应，增进高分子化合物的聚合反映，以制造各类塑料或改善塑料的性能等．(2)作为示踪原子一种元素的各类同位素具有相同的化学性质，而用放射性同位素制成的化合物，经历各类进程时会不断地放出射线，由此能够把握它的踪迹．2．放射性污染及其防护(1)危害：过强的射线(包括电磁辐射)会对生物体造成危害．(2)防护①利用放射性物质时必需严格遵守操作规程，不准用手接触；②废弃不用的放射性物质，应交有关部门处置，或在指定地址深埋于地下，并远离水源．特别要注意避免放射性物质对空气、水源和食物的污染． [即学即用] 判定以下说法的正误．(1)此刻用到射线时，既能够用人工放射性同位素，也可 以用天然放射性物质．( × )(2)用γ射线照射食物能够杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保留期．( √ )一、对核反映方程的再熟悉例1 完成以下核反映方程，并说明哪些属于人工转变核反映，哪些属于衰变，及人工转变核反映和衰变有什么不同． (1)147N ＋( )→178O ＋11H (2)94Be ＋42He→126C ＋( ) (3)105B ＋42He→( )＋10n(4)2713Al ＋42He→3015P ＋( )，3015P→3014Si ＋( ) (5)63Li ＋10n→( )＋42He (6)5927Co ＋( )→6027Co ＋γ (7)23892U→23490Th ＋( ) (8)23490Th→23491Pa ＋( )答案 (1)147N ＋(42He)→178O ＋11H ，人工转变核反映 (2)94Be ＋42He→126C ＋(10n)，人工转变核反映 (3)105B ＋42He→(137N)＋10n ，人工转变核反映 (4)2713Al ＋42He→3015P ＋(10n)，人工转变核反映3015P→3014Si ＋(01e)，β衰变(5)63Li ＋10n→(31H)＋42He ，人工转变核反映 (6)5927Co ＋(10n)→6027Co ＋γ，人工转变核反映 (7)23892U→23490Th ＋(42He)，α衰变 (8)23490Th→23491Pa ＋( 0－1e)，β衰变人工转变核反映和衰变的比较见总结提升．人工转变核反映与衰变的比较1．不同点：原子核的人工转变，是一种核反映，是其他粒子与原子核相碰撞的结果，需要必然的装置和条件才能发生；而衰变是原子核的自发转变，它不受物理、化学条件的阻碍． 2．相同点：人工转变核反映与衰变进程一样，在发生的进程中质量数与电荷数都守恒；反映前后粒子总动量守恒．二、探测射线的仪器和方式1．计数器当某种粒子通过管中时，管内气体分子电离，产生电子和正离子，这些电子抵达阳极，正离子抵达阴极，在外电路中产生一次脉冲放电，利用电子仪器能够把放电次数记录下来．2．云室(1)α粒子显示的径迹直而清楚因为α粒子带电荷量多，它的电离本领强，穿越云室时，在1cm路程上能使104对气体分子产生电离，过饱和酒精蒸气凝结在这些离子上，形成很清楚的径迹．且由于α粒子质量大，穿越云室时不易改变方向，因此显示的径迹很直．(2)β粒子显示的径迹β粒子的质量小，跟气体碰撞时容易改变方向，而且电离本领小，沿途产生的离子少，因此高速β粒子的径迹又细又直，低速β粒子的径迹又短又粗而且是弯曲的．(3)γ射线的电离本领很小，在云室中一样看不到它的径迹．3．乳胶照相高速粒子从胶片的乳胶层中通过时，会使其中的溴化银晶粒电离形成潜像，经显影和定影，即可显出粒子的径迹．例2(多项选择)用计数器测定放射源的放射强度为每分钟404次，假设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，那么以下关于射线性质及它的半衰期的说法正确的选项是( )A．放射源射出的是α射线B．放射源射出的是β射线C．这种放射性元素的半衰期是5天答案AC解析因厚纸板能挡住这种射线，可知这种射线是穿透能力最差的α射线，选项A正确，B 错误；10天后测出放射强度为原先的四分之一，说明10天后放射性元素的原子核个数只有原先的四分之一，由半衰期公式知，通过了两个半衰期，故半衰期是5天．针对训练在云室中，关于放射源产生的射线径迹，以下说法中正确的选项是( )A．由于γ射线的能量大，容易显示其径迹B．由于β粒子的速度大，其径迹粗而且长C．由于α粒子的速度小，不易显示其径迹D．由于α粒子的电离作用强，其径迹直而清楚答案 D解析在云室中显示粒子的径迹是由于粒子引发气体分子电离，电离作用强的α粒子容易显示其径迹，因α粒子质量较大，飞行时不易改变方向，因此α粒子的径迹直而清楚，故只有D正确．三、放射性同位素的应用1．工业部门利用射线测厚度——利用γ射线的穿透特性．2．农业应用——γ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、延长保留期等．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γ射线的高能量医治癌症．例3正电子发射运算机断层显像(PET)的大体原理是：将放射性同位素15O注入人体，参与人体的代谢进程.15O在人体内衰变放出正电子，正电子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，经运算机处置后产生清楚的图像．依照PET原理，回答以下问题：(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的要紧用途是( )A．利用它的射线B．作为示踪原子C．参与人体的代谢进程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“长短都可”)答案(1)158O→157N＋01e，01e＋0－1e→2γ(2)B (3)短15O注入人体后，由于解析(1)由题意得158O→157N＋01e，01e＋0－1e→2γ.(2)将放射性同位素它能放出正电子，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，因此它的用途是作为示踪原子，B正确．(3)依照同位素的用途，为了减小对人体的损害，半衰期应该短．1．用射线来测量厚度，一样不选取α射线是因为其穿透能力太差，更多的是选取γ射线，也有部份是选取β射线的．2．给病人医治癌症、培育优良品种、延长食物保留期一样选取γ射线．3．利用射线时安满是第一名的．1．(探测射线的方式)用α粒子照射充氮的云室，摄得如图1所示的照片，以下说法中正确的选项是( )图1A．A是α粒子的径迹，B是质子的径迹，C是新核的径迹B．B是α粒子的径迹，A是质子的径迹，C是新核的径迹C．C是α粒子的径迹，A是质子的径迹，B是新核的径迹D．B是α粒子的径迹，C是质子的径迹，A是新核的径迹答案 D解析α粒子的径迹是沿入射方向的．生成的新核径迹的特点是粗而短，依照以上特点可判定D正确．2．(放射性同位素的应用)(多项选择)以下应用中把放射性同位素作为示踪原子的是( ) A．射线探伤仪B．利用含有放射性13153I的油，检测地下输油管的漏油情形C．利用6027Co医治肿瘤等疾病D．把含有放射性元素的肥料施给农作物，用以检测确信农作物吸收养分的规律答案BD解析射线探伤仪利用了射线的穿透能力，因此选项A错误．利用含有放射性13153I的油，能够记录油的运动踪迹，能够检查管道是不是漏油，因此选项B正确．利用6027Co医治肿瘤等疾病，利用了射线的穿透能力和高能量，因此选项C错误．把含有放射性元素的肥料施给农作物，能够记录放射性元素的踪迹，用以检测确信农作物吸收养分的规律，因此选项D正确．3．(核反映方程)以下是物理学史上3个闻名的核反映方程：x＋73Li→2y；y＋147N→x＋178O；y ＋94Be→z＋126Cx、y和z是3种不同的粒子，其中z是( )A．α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42He，结合第三个方程，依照电荷数守恒、质量数守恒可知z是中子10n.因此选项C正确．4．(放射性同位素的应用)用人工方式取得放射性同位素，这是一个很重要的发觉，天然的放射性同位素只只是几十种，而今天人工制造的放射性同位素已达2000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等许多方面取得了普遍的应用．(1)带电的验电器在放射线的照射下电荷会专门快消失，其缘故是( )A．射线的穿透作用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是工厂利用放射线自动操纵铝板厚度的装置示用意．若是工厂生产的是厚度为1毫米的铝板，在α、β、γ三种射线中，你以为对铝板的厚度操纵起要紧作用的是射线．图2(3)在我国第一用人工方式合成牛胰岛素时，需要证明人工合成的牛胰岛素的结晶跟天然牛胰岛素的结晶是同一种物质，为此曾采纳放射性同位素14C做．答案(1)B (2)β(3)示踪原子解析(1)因放射线的电离作用，空气中与验电器所带电性相反的离子与当中和，从而使验电器所带电荷消失．(2)α射线穿透物质的本领弱，不能穿透厚度为1毫米的铝板，因此探测器不能探测，γ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．β射线也能够穿透1毫米乃至几毫米厚的铝板，但厚度不同，穿透后β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路，通过量次从头结晶后，取得了放射性14C散布均匀的牛胰岛素的结晶，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，让它们一路运动、迁移，再用放射性探测仪器进行追踪，就能够够明白放射性原子通过什么途径，运动到哪里了，是如何散布的，从而能够了解某些不容易查明的情形或规律．人们把作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．利用云室探测射线时能观看到短粗而弯曲的径迹，那么以下说法正确的选项是( ) A．可知有α射线射入云室中B．可知是γ射线射入云室中C．观看到的是射线粒子的运动D．观看到的是射线粒子运动途径上的酒精雾滴答案 D解析因为云室中观看到的短粗而弯曲的径迹是β射线的径迹，A、B选项均错误；射线粒子的运动肉眼是观看不到的，观看到的是酒精的过饱和蒸气在射线粒子运动途径上形成的雾滴，C选项错误，D选项正确．2．医学界通过14C标记的C60发觉一种C60的羧酸衍生物，在特定条件下能够通过断裂DNA抑制艾滋病病毒的繁衍，那么14C的用途是( )A．示踪原子B．电离作用C．催化作用D．贯穿作用答案 A解析用14C标记C60来查明元素的行踪，发觉能够通过断裂DNA抑制艾滋病病毒的繁衍，因此14C的作用是做示踪原子，应选项A正确．3．关于放射性同位素的应用，以下说法中正确的有( )A．放射线改变了布料的性质使其再也不因摩擦而生电，从而达到排除有害静电的目的B．利用γ射线的穿透性能够为金属探伤，也能进行人体的透视C．用放射线照射作物种子使其DNA发生变异，其结果必然是更优秀的品种D．用γ射线医治肿瘤时必然要严格操纵剂量，以避免对人体正常组织造成太大的损害答案 D解析利用放射线排除有害静电是利用放射线的电离作用，使空气分子电离成为导体，将静电排除．γ射线对人体细胞损害太大，不能用来进行人体透视．作物种子发生的DNA突变不必然都是有利的，还要通过挑选才能培育出优良品种．用γ射线医治肿瘤对人体确信有副作用，因此要科学地操纵剂量．此题正确选项为D.4．(多项选择)有关放射性同位素3015P的以下说法，正确的选项是( )A.3015P与3014X互为同位素B.3015P与其同位素具有相同的化学性质C．用3015P制成化合物后它的半衰期变长D．含有3015P的磷肥释放正电子，可用作示踪原子，观看磷肥对植物的阻碍答案BD解析同位素有相同的质子数，因此选项A错误；同位素具有相同的化学性质，因此选项B 正确；半衰期与元素属于化合物或单质没有关系，因此3015P制成化合物后它的半衰期不变，选项C错误；含有3015P的磷肥由于衰变，可记录磷的踪迹，因此选项D正确．5．(多项选择)以下说法正确的选项是( )A．通过核反映能够人工制造放射性同位素B．此刻用的射线都是利用的人工放射性同位素C．人工制造的放射性同位素发出的射线对人体无害D．人工制造的放射性同位素半衰期短，因此放射性废料容易处置答案ABD考点二 核反映方程6．下面列出的是一些核反映方程：3015P→3014Si ＋X ，94Be ＋21H→105B ＋Y ，42He ＋42He→73Li ＋Z ，其中( ) A ．X 是质子，Y 是中子，Z 是正电子 B ．X 是正电子，Y 是质子，Z 是中子 C ．X 是中子，Y 是正电子，Z 是质子 D ．X 是正电子，Y 是中子，Z 是质子 答案 D解析 依据核反映方程的两个大体规律：质量数守恒和电荷数守恒，即可得出选项D 正确． 7．(多项选择)以下核反映或衰变方程中，符号“X”表示中子的是( ) A.94Be ＋42He ―→126C ＋X B.147N ＋42He ―→178O ＋X C.20480Hg ＋10n ―→20278Pt ＋211H ＋X D.23992U ―→23993Np ＋X 答案 AC解析 依照核反映方程质量数和电荷数守恒可得A 、C 选项正确． 考点三 核反映方程的综合应用8．(多项选择)静止在匀强磁场中的某放射性元素的核，放出的一个α粒子和反冲核轨道半径之比R ∶r ＝30∶1，如图1所示，那么( )图1A ．α粒子与反冲核的动量大小相等，方向相反B ．反冲核的原子序数为62C ．原先放射性元素的原子序数为62D ．反冲核与α粒子的速度之比为1∶62 答案 AC解析 由动量守恒得Mv ′＋mv ＝0，其中Mv ′为反冲核动量，mv 为α粒子的动量，那么α粒子与反冲核的动量大小相等、方向相反．设Q 为原先放射性元素的原子核的电荷数，那么反冲核的电荷数为Qr ＝Mv ′B (Q －2)e ，α粒子的轨道半径R ＝mvB ·2e；又R ∶r ＝30∶1，联立可得Q ＝62，故A 、C 正确．二、非选择题9．(核反映方程)在中子、质子、电子、正电子、α粒子当选出一个适当的粒子，别离填在以下核反映式的横线上．(1)23892U―→23490Th＋.(2)94Be＋42He―→126C＋.(3)23490Th―→23491Pa＋.(4)3015P―→3014Si＋.(5)23592U＋―→9038Sr＋13654Xe＋1010n.(6)147N＋42He―→178O＋.答案(1)42He (2)10n (3)0－1e (4)01e (5)10n (6)11H解析在核反映进程中，遵循反映前后电荷数守恒、质量数守恒规律．对参与反映的所有大体粒子采纳左下角(电荷数)配平，左上角(质量数)配平．未知粒子可依照其电荷数和质量数确信．如(1)电荷数为92－90＝2，质量数为238－234＝4，由此可知为α粒子(42He)，同理确信其他粒子别离为：中子(10n)，电子(0－1e)，正电子(01e)，中子(10n)，质子(11H)．10．(射线的探测及应用)如图2所示是工厂利用射线自动操纵铝板厚度的装置示用意．图2(1)请简述自动操纵的原理；(2)若是工厂生产的是厚度为2mm的铝板，在α、β和γ三种射线中，哪一种对铝板的厚度操纵起要紧作用？什么缘故？答案观点析解析(1)射线具有穿透本领，若是向前移动的铝板的厚度有转变，那么探测器接收到的射线的强度就会随之转变，将这种转变转变成电信号输入到相应的装置，使之自动地操纵题图中右边的两个轮间的距离，达到自动操纵铝板厚度的目的．(2)β射线起要紧作用．因为α射线的贯穿本领很小，穿只是2毫米的铝板；γ射线的贯穿本领很强，能穿过几厘米的铅板，2毫米左右的铝板厚度发生转变时，透过铝板的γ射线强度几乎不发生转变；β射线的贯穿本领较强，能穿过几毫米厚的铝板，当铝板厚度发生转变时，透过铝板的β射线强度转变较大，探测器可明显地反映出这种转变，使自动化系统做出相应的反映．。