高中物理第十九章原子核第3、4节探测射线的方法放射性的应用与防护教学案新人教版选修3-5
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第3、4节探测射线的方法__放射性的应用与防护1．1912年英国物理学家威耳逊发明了威耳逊云室。
2．射线可使气体或液体电离，使照相乳胶感光，使荧光物质产生荧光。
3．原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应。
4．在核反应中，质量数守恒，电荷数守恒。
5．1928年由德国物理学家盖革与米勒研制成功了用于探测射线的盖革－米勒计数器。
6．1934年，约里奥—居里夫妇发现了人工放射性同位素。
7．放射性同位素有很多应用，如应用它的射线，或把它作为示踪原子；放射性同位素也有很多危害。
过量的射线对人体组织有破坏作用，同时对水源、空气等也有污染。
一、探测射线的方法1．探测方法组成射线的粒子会使气体或液体(1)电离，以这些离子为核心，过饱和的蒸气会产生雾，过热液体会产生滴气泡。
射线能使照相乳胶(2)感光。
(3)射线能使荧光物质产生。
荧光2．探测仪器(1)威耳逊云室①原理：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粒子径迹形状：α粒子的径迹直而粗β粒子的径迹比较细，而且常常弯曲γ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：气泡室的原理同云室的原理类似，所不同的是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原理：在金属丝和圆筒间加上一定的电压，这个电压稍低于管内气体的电离电压，当某种射线粒子进入管内时，它使管内的气体电离，产生电子……这样，一个射线粒子进入管中后可以产生大量电子，这些电子到达阳极，正离子到达阴极，在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。
②优点：GM计数器非常灵敏，使用方便。
③缺点：只能用来计数，不能区分射线的种类。
二、核反应和放射线的应用与防护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1919年卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，产生了氧的一种同位素，同时产生一个质7N＋42He→17 8O＋1H。
子。
卢瑟福发现质子的核反应方程：14遵循规律：质量数守恒，电荷数守恒。
2．人工放射性同位素(1)放射性同位素的定义：有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素。
(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α粒子轰击的铝15P。
片中含有放射性磷3013Al→3015P＋10n。
(3)发现磷同位素的方程：42He＋273．放射性同位素的应用与防护(1)应用射线应用射线可以测厚度、医疗方面的放射治疗、照射种子培育优良品种等。
(2)示踪原子：有关生物大分子的结构及其功能的研究，要借助于示踪原子。
(3)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．自主思考——判一判(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，要控制好放射的剂量。
(√)现放射性同位素15(5)发现质子、发现中子和发30的核反应均属于原子核的人工转变。
P(√)(6)同一种元素的放射性同位素具有相同的半衰期。
(×)2．合作探究——议一议(1)如何利用云室区别射线的种类？提示：利用射线在云室中的径迹区别，直而粗的为α射线，细而长的为β射线。
(2)衰变和原子核的人工转变有什么不同？提示：衰变是具有放射性的不稳定核自发进行的变化，原子核的人工转变是利用α粒子、质子、中子或γ光子轰击靶核发生的变化。
所有的原子核都可能发生人工转变。
(3)医学上做射线治疗用的放射性元素，使用一段时间后当射线强度降低到一定程度时就需要更换放射材料，原来的材料成为核废料，这些放射治疗选用的放射性元素的半衰期应该很长还是较短？为什么？提示：应选用半衰期较短的。
因为半衰期短的放射性废料容易处理。
当然也不能选用太短的，否则就需要频繁更换放射原料了。
探测射线的方法和仪器[典例] (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[思路点拨] 解答本题时应注意以下两点：(1)根据α射线、β射线的穿透能力确定射线的种类。
(2)由半衰期的定义求出该元素的半衰期。
[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；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。
[答案] AC盖革—米勒计数器的优缺点优点：放大倍数很大，非常灵敏，用它检测射线十分方便。
缺点：a.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。
b.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。
1．(多选)下列关于放射线的探测说法中正确的是( )A．气泡室探测射线的原理与云室探测射线原理类似B．由气泡室内射线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也是利用射线的电离本领D．盖革－米勒计数器不仅能计数，还能用来分析射线的性质解析：选ABC 气泡室探测射线原理与云室探测射线原理类似，不同的是气泡室中是在射线经过时产生气泡来显示射线径迹的，故选项A正确；由气泡室内径迹中气泡的多少及径迹在磁场中的弯曲方向等，可分析射线的带电、动量、能量等情况，故选项B正确；盖革－米勒计数器利用射线电离作用，产生电脉冲进而计数，所以选项C正确；由于对于不同射线产生的脉冲现象相同，因此计数器只能用来计数，不能分析射线的性质，所以选项D错误。
2.如图1931是科学史上一张著名的实验照片，显示一个带电粒子在云室中穿过某种金属板运动的径迹，云室放置在匀强磁场中，磁场方向垂直照片向里。
云室中横放的金属板对粒子的运动起阻碍作用。
分析此径迹可知粒子( )图1931A．带正电，由下向上运动B．带正电，由上向下运动C．带负电，由上向下运动D．带负电，由下向上运动解析：选 A 由题图可以看出粒子在金属板上方的轨道半径比在金属板下方时小，由可知粒子在金属板上方运动的速率小，所以mv qB＝R 带电粒子在匀强磁场中运动的半径公式粒子由下往上运动，B 、C 错误；磁场方向垂直照片向里，结合粒子运动方向，根据左手定则可知粒子带正电，A 正确，D 错误。
原子核的人工转变和核反应方程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．核反应的实质：用粒子轰击原子核并不是粒子与核碰撞将原子核打开，而是粒子打入原子核内部使核发生了转变。
3．原子核人工转变的三个典型核反应(1)1919年卢瑟福发现质子的核反应：147H 1＋O 17 8He→42＋N (2)1932年查德威克发现中子的核反应：94n 10＋C 12 6He→42＋Be P3015He→42＋Al 2713：居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应—年约里奥(3)1934。
e 01＋Si 3014P→3015；n 10＋ 4．人工转变核反应与衰变的比较不同点 原子核的人工转变是一种核反应，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，它不受物理和化学条件的影响。
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，反应前后粒子总动量守恒。
20278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1993 ]典例[Pt 。
制取过程如下：产生快中子；Be 94铍靶用质子轰击(1) ，反应过程可能有两种：Hg 204 80用快中子轰击汞(2) ，放出氦原子核；Pt 202 78生成① ，同时放出质子、中子。
Pt 202 78生成② 。
写出上述核反应方程。
Hg 202 80发生两次衰变，变成稳定的原子核汞Pt 202 78生成的(3) [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。
如下：。
n 10＋B 95H→1＋Be 94(1) 。
He 32＋Pt 202 78n→10＋Hg 204 80(2)① 。
n 10＋H 12＋Pt 202 78n→10＋Hg 204 80② 。
e 0－1＋Hg 202 80Au→202 79，e 0－1＋Au 202 79Pt→202 78(3) [答案] 见解析写核反应方程时应注意以下三点(1)核反应过程一般都是不可逆的，核反应方程不能用等号连接，只能用单向箭头表示反应方向。
(2)核反应方程应以实验事实为基础，不能凭空杜撰。
(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。
)(粒子和一个质子。
由此可知α反应生成一个H 21与氘核X A Z ．原子核1 A ．A ＝2，Z ＝1B ．A ＝2，Z ＝2C ．A ＝3，Z ＝3D ．A ＝3，Z ＝2 恒，列方，由质量数守恒和电荷数守H 1＋He 42H→21＋X A Z 写出核反应方程： D 解析：选程A ＋2＝4＋1，Z ＋1＝2＋1，解得：A ＝3，Z ＝2，故答案为D 。
2．以下是物理学史上3个著名的核反应方程O17 8＋x N→14 7＋y y Li→273＋x C12 6＋z Be→94＋y x 、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 结合，He 42是y 可见，O 17 8＋y Li→73＋N 14 7即，x 消去，把前两个方程化简 C 选：解析正确。
C 。
因此选项n 10是中子z 根据电荷数守恒、质量数守恒可知，第三个方程 放射Co 6027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1956．3A Z Co→6027的衰变方程是Co 6027源进行了实验验证。
次年李、杨两人为此获得诺贝尔物理奖。
的Co 6027是反中微子，它的电荷量为零，静止质量可以认为是零。
e ν，其中e ν＋e 0－1＋Ni ，核电荷________的质量数是Ni A Z ，在上述衰变方程中，衰变产物________核外电子数为数是________。
