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课题 19.3探测射线的方法 19.4放射性的应用与防护学习目标学习重难点学法指导预习评价课堂学习流程设计【课程导学】(一) 放射线的粒子探测方法1．使气体电离，这些离子可使过饱和汽产生云雾或使过热液体产生气泡；2．使照相底片感光；3．使荧光物质产生荧光．(二) 核反应1． 什么是核反应？2．核反应的特点？（核反应过程中那些物理量是守恒的）H O He N 1117842147+→+nC He Be 101264294+→+（三）人工放射性同位素1．放射性同位素：有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素。
放射性同位素有天然和人造两种，它们的化学性质相同。
2．人工放射性同位素Al He P3．人工放射性同位素的优点：4．凡是用到射线时，都用人造放射性同位素（四）放射性同位素的应用：（五）辐射与安全【范例精析】例题：（1）1123Na俘获1个α粒子后放出1个质子（2）1327Al俘获1个α粒子后放出1个中子（3）816O俘获1个中子后放出1个质子（4）1430Si俘获1个质子后放出1个中子达标检测A类1关于放射性同位素的应用，下列说法中正确的是（）A．做示踪原子是利用放射性同位素放出的射线可被仪器检测的特点B．做示踪原子是利用放射性同位素贯穿能力很强的性质C．γ射线探伤是利用了γ射线贯穿能力很强的性质D．γ射线探伤是利用了γ射线电离能力很强的性质2下列应用中，把放射性同位素作为示踪原子的是（）A．γ射线探伤仪B．利用含有放射性碘131的油，检测地下油管的漏油情况C．利用钴60治疗肿瘤等疾病D．把含有放射性元素的肥料施给农作物，用检测放射性元素在农作物内转移和分布的情况，找出合理施肥的规律3原子核物理的知识可以应用到下列几项工作中，其中不是放射现象应用的是( )A．检查金属板内部的砂眼B．处理种子，使农作物增产C．核能发电D．检查和治疗恶性肿瘤4在医疗上，用放射性钴60放出的γ射线治疗肿瘤，其原理是利用了γ射线的( )A．电离作用，使肿瘤细胞转化B．穿透本领，导致基因突变C．高能量，杀死肿瘤细胞D．热作用，减轻病人痛苦B类5贫铀炸弹是一种杀伤力很强的武器，贫铀是提炼铀235 以后的副产品，其主要成分为铀238，贫铀炸弹不仅有很强的穿甲能力，而且残留物可长期对环境起破坏作用，这种破坏作用的原因是（）A．爆炸的弹片存在放射性B．未爆炸的部分存在放射性C．铀的衰变速率很快D．铀的半衰期很长6关于放射性同位素，下列说法正确的是( )A．放射性同位素与放射性元素一样，都具有一定的半衰期，衰变规律一样B．放射性同位素衰变可以生成另一种新元素C．放射性同位素只能是天然衰变时产生的，不能用人工方法测得D．以上说法都不对7用中子轰击铝27，产生钠24和X粒子，钠24具有放射性，它衰变后生成镁24，则X粒子和钠的衰变过程分别是( )A．质子，α衰变B．电子，α衰变C．α粒子，β衰变D．正电子，β衰变8下列原子核反应式中,x代表α粒子的反应式是()。
3探测射线的方法4放射性的应用与防护[学科素养与目标要求]物理观念：1.知道什么是放射性同位素和人工放射性同位素.2.知道核反应及其遵循的规律．科学思维：会书写核反应方程．科学探究：1.了解探测射线的几种方法，熟悉探测射线的几种仪器.2.了解放射性同位素在科学与生产领域的应用．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：①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，于是显示出射线的径迹．②(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：①优点：G－M计数器非常灵敏，用它检测射线十分方便．②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α粒子轰击氮原子核，核反应方程14 7N＋42He→17 8O＋11H.(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①1934年，约里奥—居里夫妇发现经过α粒子轰击的铝片中含有放射性磷3015P.②发现磷同位素的方程42He＋2713Al→3015P＋10n.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．放射性同位素的应用(1)在工业上可以用γ射线来探测工件内部裂痕，称为γ射线探伤．(2)农业上用γ射线照射种子，会使种子的遗传基因发生变异，从而培育出优良品种．利用3015P 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．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，要控制好照射的剂量．(√)(5)发现质子、发现中子和发现放射性同位素3015P的核反应均属于原子核的人工转变．(√) 2．1956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6027Co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.6027Co的衰变方程是6027Co→A Z Ni＋ 0-1e＋νe.其中νe是反中微子，它的电荷量为零，静止质量可认为是零.6027Co的核外电子数为______，在上述衰变方程中，衰变产物A Z Ni的质量数是________，核电荷数是________．答案276028解析6027Co的核外电子数为27.由质量数守恒，知A Z Ni的质量数为A＝60.由电荷数守恒，知A Z Ni的核电荷数为Z＝27＋1＝28.一、射线的探测由于α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，我们却能看到如图所示的α粒子和电子的运动轨迹．(1)说出威耳逊云室显示α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)①α粒子的径迹：由于α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．②β粒子的径迹：β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．(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．1．三种射线在云室中的径迹比较(1)α粒子的质量比较大，在气体中飞行时不易改变方向．由于它的电离本领大，沿途产生的离子多，所以它在云室中的径迹直而粗．(2)β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粒子的电离本领很小，在云室中一般看不到它的径迹．2．不同探测方法的依据威耳逊云室和气泡室都是依据径迹探测射线的性质和种类的．3．盖革—米勒计数器(1)优点：放大倍数很大，非常灵敏，用它检测十分方便．(2)缺点①不同射线产生的脉冲现象相同，只能用来计数，不能区分射线种类．②如果同时有大量粒子，或两个粒子射来的时间间隔小于200 μs，则计数器不能区分它们．例1(多选)关于威耳逊云室探测射线，下列说法正确的是()A．威耳逊云室内充满过饱和蒸气，射线经过时可显示出射线运动的径迹B．威耳逊云室中径迹直而粗的是α粒子C．威耳逊云室中径迹细而弯曲的是γ粒子D．威耳逊云室中显示粒子径迹的原因是电离，所以无法由威耳逊云室判断射线所带电荷的正负答案AB解析威耳逊云室内充满过饱和蒸气，射线经过时把气体分子电离，过饱和蒸气以离子为核心凝结成雾滴，雾滴沿射线的路径排列，可以显示出射线的径迹，故A正确；由于α粒子的质量大，在气体中飞行时不易改变方向，电离本领大，贯穿本领小，故α粒子在云室中的径迹直而粗，故B正确；γ粒子的电离本领很弱，所以在云室中一般看不到它的径迹，而细而弯曲的是β粒子，所以C错误；把云室放到磁场中，由射线径迹的弯曲方向就可以判断射线所带电荷的正负，故D错误．针对训练1(多选)用盖革—米勒计数器测定放射源的放射强度为每分钟404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D．这种放射性元素的半衰期是2.5天答案AC解析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α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．二、核反应及核反应方程1．核反应的实质是什么？它符合哪些规律？答案核反应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．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？答案人为地用α粒子、质子、中子或光子去轰击一些原子核，可以实现原子核的人工转变．常见的人工转变的核反应有：①卢瑟福发现质子：14 7N＋42He→17 8O＋11H②查德威克发现中子：94Be＋42He→12 6C＋10n③约里奥—居里夫妇人工制造同位素：42He＋2713Al→10n＋3015P30P具有放射性：3015P→3014Si＋0＋1e.153．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．因为半衰期短的放射性废料容易处理．1．核反应的条件用α粒子、质子、中子，甚至用γ光子轰击原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：14N＋42He→17 8O＋11H7(2)1932年查德威克发现中子的核反应方程：9Be＋42He→12 6C＋10n4(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：27Al＋42He→3015P＋10n；3015P→3014Si＋0＋1e.134．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21993年，中国科学院上海原子核研究所制得了一种新的铂元素的同位素202 78Pt.制取过程如下：(1)用质子轰击铍钯94Be产生快中子；(2)用快中子轰击汞204 80Hg，反应过程可能有两种：①生成202 78Pt，放出氦原子核；②生成202 78Pt，同时放出质子、中子(3)生成的202 78Pt发生两次衰变，变成稳定的原子核汞202 80Hg.写出上述核反应方程．答案见解析解析根据质量数守恒、电荷数守恒，确定新生核的电荷数和质量数，然后写出核反应方程：(1)94Be＋11H→95B＋10n(2)①204 80Hg＋10n→202 78Pt＋32He.②204 80Hg＋10n→202 78Pt＋211H＋10n.(3)202 78Pt→202 79Au＋0－1e，202 79Au→202 80Hg＋0－1e.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．(1)14 7N＋10n→14 6C＋________(2)14 7N＋42He→17 8O＋________(3)10 5B＋10n→________＋42He(4)94Be＋42He→________＋10n(5)5626Fe＋21H→5727Co＋________答案见解析解析(1)14 7N＋10n→14 6C＋11H(2)14 7N＋42He→17 8O＋11H(3)10 5B＋10n→73Li＋42He(4)94Be＋42He→12 6C＋10n(5)5626Fe＋21H→5727Co＋10n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)．三、放射性同位素及应用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γ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，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．①________________________________________________________________________.②________________________________________________________________________.(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)①15 8O →15 7N＋0+1e②0+1e＋0-1e→2γ(2)B(3)短解析(1)由题意得15 8O→15 7N＋0+1e，0+1e＋0-1e→2γ.(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)根据同位素的用途，为了减小对人体的伤害，半衰期应该短些．1．(探测射线的方法)(多选)关于放射线的探测，下列说法正确的是()A．气泡室探测射线的原理与云室探测射线的原理类似B．由气泡室内射线的径迹可以分析粒子的带电、动量、能量等情况C．盖革－米勒计数器探测射线的原理也是利用射线的电离作用D．盖革－米勒计数器不仅能计数，还能用来分析射线的性质答案ABC解析气泡室探测射线的原理与云室探测射线的原理类似，故A选项正确；由气泡室内射线的径迹中气泡的多少及径迹在磁场中的弯曲方向等，可分析粒子的带电、动量、能量等情况，故B选项正确；盖革－米勒计数器利用射线的电离作用，产生电脉冲进而计数，所以C选项正确；盖革－米勒计数器对于不同射线产生的脉冲现象相同，因此盖革－米勒计数器只能用来计数，不能分析射线的性质，所以D选项错误．2．(核反应方程的书写)用中子轰击氧原子核的核反应方程式为16 8O＋10n→a7N＋0b X，对式中X、a、b的判断正确的是()A．X代表中子，a＝17，b＝1B．X代表电子，a＝17，b＝－1C．X代表正电子，a＝17，b＝1D．X代表质子，a＝17，b＝1答案 C解析根据质量数、电荷数守恒可知a＝17，b＝1，因此X表示0＋1e，为正电子，故C正确，A、B、D错误．3．(放射性同位素)(多选)有关放射性同位素3015P的下列说法，正确的是()A.3015P与4014X互为同位素B.3015P与其同位素有相同的化学性质C.用3015P制成化合物后它的半衰期变长D.3015P能释放正电子，可用作示踪原子，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；3015P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)在放射性同位素的应用中，下列做法正确的是()A．应该用α射线探测物体的厚度B．应该用γ粒子放射源制成“烟雾报警器”C．医院在利用放射线诊断疾病时，用半衰期较长的放射性同位素D．放射育种中利用γ射线照射种子，使其遗传基因发生变异答案 D。
