2018高中物理第十九章原子核第3节探测射线的方法第4节放射性的应用与防护课下作业3-5

19.3 探测射线的方法 19.4 放射性的应用与防护新提升·课时作业基础达标1．(多选)利用威尔逊云室探测射线，下列说法正确的 ( )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射线C．威耳逊云室中径迹细而弯曲的是γ射线D．威耳逊云室中显示粒子径迹的原因是电离，所以无法由径迹判断射线所带电荷的正负【解析】云室内充满过饱和蒸气，射线经过时把气体电离，过饱和蒸气以离子为核心凝结成雾滴，雾滴沿射线的路线排列，显示出射线的径迹，故A选项正确；由于α粒子的电离本领大，贯穿本领小，所以α射线在云室中的径迹粗而短，即B选项正确，由于γ射线的电离本领很弱，所以在云室中一般看不到它的径迹，而细长径迹是β射线的，所以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以判断射线所带电荷的正负，所以D 选项错误．【答案】AB2．盖革—米勒计数器对下列哪种粒子计数( )A．α粒子 B．β粒子C．γ粒子 D．三种粒子均可【解析】盖革—米勒计数器灵敏度很高，可以对α、β、γ三种射线计数，只是不能区分它们，故D项正确．【答案】 D3．现代建筑使用的花岗岩石材和家庭装修使用的花岗岩板材中也存在不同程度的放射性，某同学要测定附近建筑材料厂生产的花岗岩板材的放射性辐射是否超标，他选用哪种仪器较好( )A．威尔逊云室B．气泡室C．盖革—米勒计数器D．以上三种效果都很好【解析】花岗岩板材的放射性都比较弱，用云室、气泡室很难测出，而计数器非常灵敏，用它检测射线十分方便．【答案】 C4．美国医生用123I对老布什总统诊断，使其很快恢复健康.123I的特性是( )A．半衰期长，并迅速从体内清除B．半衰期长，并缓慢从体内清除C．半衰期短，并迅速从体内清除D．半衰期短，并缓慢从体内清除【解析】在人体内作为示踪原子应该半衰期短，并能迅速从体内清除，以减小危害和遗留．【答案】 C5．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γ射线的贯穿性可以为金属探伤，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，其结果一定是更优秀的品种D．用γ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【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，将静电泄出．γ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γ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．【答案】 D6．下面列出的是一些核反应方程：3015P→3014Si＋X，94Be＋21H→10 5B＋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【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．【答案】 D7．完成下列各核反应方程(1)10 5B＋42He―→13 7N＋( )(2)94Be＋( )―→12 6C＋10n(3)2713Al＋( )―→2712Mg＋11H(4)14 7N＋42He→17 8O＋( )(5)238 92U―→234 90Th＋( )(6)2311Na ＋( )―→2411Na ＋11H (7)2713Al ＋42He→10n ＋( )；3015P→3014Si ＋( )【答案】 (1)105B ＋42He ―→137N ＋10n (2)94Be ＋42He ―→126C ＋10n (3)2713Al ＋10n ―→2712Mg ＋11H (4)147N ＋42He→178O ＋11H (5)23892U ―→23490Th ＋42He (6)2311Na ＋21H ―→2411Na ＋11H(7)2713Al ＋42He→10n ＋3015P(磷30放射性同位素)3015P→3014Si ＋01e(正电子)8．写出下列原子核人工转变的核反应方程． (1)2311Na(钠核)俘获1个α粒子后放出1个质子； (2)2713Al(铝核)俘获1个α粒子后放出1个中子； (3)16 8O(氧核)俘获1个中子后放出1个质子； (4)3014Si(硅核)俘获1个质子后放出1个中子． 【答案】 (1)2311Na ＋42He→2612Mg ＋11H ； (2)2713Al ＋42He→3015P ＋10n ； (3)168O ＋10n→167N ＋11H ； (4)3014Si ＋11H→3015P ＋10n.能力提升1.如右图所示，X 为未知的放射源，L 为薄铝片，若在放射源和盖革—米勒计数器之间加上L 后，计数器的计数率大幅度减小；再在L 和计数器之间再加垂直纸面向下的匀强磁场，计数器的计数率不变．则X 可能是( )A ．α和β的混合放射源B ．纯α放射源C ．α和γ的混合放射源D ．纯γ放射源【解析】 此题考查运用三种射线的性质分析问题的能力，正确理解计数器的计数率的含义是解决本题的关键．在放射源和计数器之间加上铝片后，计数器的计数率大幅度减小，说明射线中有穿透力很弱的粒子，即α粒子，在铝片和计数器之间再加垂直纸面向下的匀强磁场，计数器计数率不变，说明穿过铝片的粒子中无带电粒子，故此时只有γ射线，因此放射源可能是α和γ的混合放射源，正确答案是C.【答案】 C2.如图所示是原子核人工转变实验装置示意图，A是α粒子源，F是铝箔，调整F的厚度，使得S上刚好没有闪光，S是荧光屏，在容器中充入氮气后，屏S上出现闪光，该闪光产生的原因是( )A．α粒子射到屏S上产生的B．α粒子轰击氮核后产生的某种粒子射到屏上产生的C．α粒子轰击铝箔F上打出的某种粒子射到屏上产生的D．粒子源中放出的γ射线射到屏上产生的【解析】该实验的核反应方程是14 7N＋42He→17 8O＋11H这是原子核的第一次人工转变，世界第一次发现质子的实验，而本题出现的闪光是α粒子从氮核里打出的质子穿过铝箔射到屏上产生的．【答案】 B3．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同位素放射线半衰期钋210α138天锶90β28年钴60γ5年镅241β433天锝99γ6小时氡α 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，方法是让较厚的聚乙烯膜通过轧辊后变薄，利用α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【解析】因为α射线不能穿透薄膜，无法测量薄膜的厚度，所以A不正确；钴60的半衰期为5年是指大量钴60原子核因衰变而减少到它原来数目的一半所需要的时间，因此，。

第三节探测射线的方法第四节放射性的应用与防护课堂探究探究一探测射线的方法和仪器问题导引放射性射线实际上都是微观粒子流，用肉眼是看不见的，但可根据射线的粒子与其他物质作用时产生的一些现象来探知射线的存在，那么这些射线有什么特性呢？提示：使流体电离、底片感光、荧光物质发出荧光。

名师精讲1．方法探测射线的方法主要是利用放射线粒子与其他物质作用时产生的一些现象来探知放射线的存在，这些现象主要是：(1)使气体电离，这些离子可使饱和蒸气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。

2．仪器(1)威耳逊云室：构造：主要部分是一个塑料或玻璃制成的容器，它的下部是一个可以上下移动的活塞，上盖是透明的，可以通过它来观察和拍摄粒子的运动径迹，云室里面有干净的空气。

如图所示。

(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。

控制气泡室内液体的温度和压强，使温度略低于液体的沸点。

当气泡室内压强突然降低时，液体的沸点变低，因此液体过热，粒子通过液体时在它的周围就有气泡形成，从而显示粒子径迹。

(3)盖革—米勒计数器：构造：主要部分是盖革—米勒计数管，里面是一个接在电源负极的导电圆筒，筒的中间有一条接正极的金属丝。

管中装有低压的惰性气体和少量的酒精蒸气或溴蒸气，如图所示。

警示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，而云室里装的是气体。

【例题 1】 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 1 4 ，说明 10天后放射性元素的原子核个数只有原来的 1 4，由半衰期公式知，已经过了两 个半衰期，故半衰期是 5天。

一、探测射线的方法探测器材的设计思路：放射线中的粒子会使气体或液体电离，以这些离子为核心，过饱和蒸气会产生雾滴，过热液体会产生气泡．射线中的粒子会使照相乳胶感光．射线中的粒子会使荧光物质产生荧光．1．威耳逊云室其结构为一个圆筒状容器，上盖透明，底部可以移动，相当于活塞．实验时先往容器内加入少量的酒精，使容器内形成饱和蒸气，然后迅速下拉活塞，气体迅速膨胀，温度降低，酒精蒸气达到过饱和状态．粒子穿过该空间时，沿途使气体分子电离，过饱和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．气泡室与云室原理类似，只是容器里装的是液体，并控制里面液体的温度和压强，使温度略低于液体的沸点．当气泡室内的压强突然降低时，液体的沸点变低，因此液体过热，粒子通过液体时在它周围就有气泡形成，显示出粒子的径迹来．3．盖革—米勒计数器它的主要部分是一个计数器，外面是玻璃管，里面有一个接在电源负极上的导电圆筒，筒内中间有一根接电源正极的金属丝，里面充入惰性气体以及少量酒精或溴蒸气．当射线通过管内时，会使气体电离，产生的电子在电场中加速，再与气体分子碰撞，又使气体电离……一个粒子进入玻璃管内就会产生大量的电子，这些电子到达阳极，就形成一次瞬间导电，电路中形成一次脉冲放电，电子仪器把这次脉冲记录下来．粒子在气泡室里的粒子径迹为什么是曲线？提示：粒子在气泡室中的运动受磁场洛伦兹力作用，洛伦兹力方向与速度垂直，故轨迹是曲线．二、放射性的应用与防止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，称为核反应．(2)核反应的规律：在核反应中，质量数守恒、电荷数守恒，还遵循动量守恒．(3)原子核的人工转变：原子核在某些粒子的轰击下生成新的原子核，这种核反应称为人工转变．2．人工放射性同位素天然放射性同位素种类很少，通过人工转变，现在每种元素都有了自己的放射性同位素．与天然的相比，它们有以下优点：放射强度容易控制，还可以制造出各种所需要的形状，半衰期比天然的短得多，因此放射性废料容易处理．3．放射性同位素的应用应用共有两个方面，一方面是应用它的射线，另一方面是作示踪原子．4．辐射与安全为了防止有害的放射性对人类和自然的破坏，人们采用了有效的防范措施．在生活中对那些有可能有放射性的物质要有防范意识，尽可能远离放射源．1930年，德国科学家玻特和贝克用α粒子轰击轻元素铍核，发现并未发射出质子，而放出了一种新的射线．这种射线几乎不能使气体电离，在电场和磁场中也不发生偏转，是不带电的，射线的贯穿能力强，他们认为这是γ射线．经检测，射线的能量在100 MeV左右，远大于天然放射物质衰变时发出的γ射线的能量．1931年，约里奥夫妇重复了玻特和贝克的实验，并用这种未知射线去轰击石蜡．结果竟从中打出能量约5.7 MeV的质子．这是异常惊人的新发现，因为其行为完全不同于γ射线，γ射线只能打出电子而打不出质子，γ光子的质量近乎为0，电子也很轻，光子撞击电子，使它动起来是合乎常理的，但质子质量约是电子的1 800倍，一颗子弹怎么能撞动一辆汽车呢？如果认为轰击石蜡的射线是γ射线，那么光子的能量应达55 MeV，这与实际测得的射线能量10 MeV相差甚远．这射线在向约里奥夫妇招手呼喊：我不是γ射线！……可惜的是，他们擦肩而过，无缘相识．面对55 MeV与10 MeV的矛盾，他们还是十分牵强地解释为其他的原因，并于1932年1月11日向巴黎科学院提交了实验情况和对未知射线判定为γ射线的结论．你认为这是哪种粒子？你对约里奥夫妇的做法有什么看法？提示：中子．约里奥夫妇在这个问题的处理上不够科学严谨．考点一探测射线的方法1．云室中不同粒子径迹产生的原因2.不同探测方法的对比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，而盖革—米勒计数器只能计数，不能区分射线的种类．【例1】(多选)关于威耳逊云室探测射线，下列叙述正确的是( )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．威耳逊云室中径迹粗而短的是α射线C．威耳逊云室中径迹细而长的是γ射线D．威耳逊云室中显示粒子径迹原因是电离，所以无法由径迹判断射线所带电荷的正负根据三种射线在云室中的径迹特点分析．【答案】AB【解析】云室内充满过饱和蒸气，射线经过时把气体电离，过饱和蒸气以离子为核心凝结成雾滴，雾滴沿射线的路线排列，显示出射线的径迹，故A选项正确．由于α粒子的电离本领大，贯穿本领小，所以α射线在云室中的径迹粗而短，则B选项正确．由于γ射线的电离本领很弱，所以在云室中一般看不到它的径迹，而细长径迹是β射线的，所以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，所以D选项错误．故选AB.总结提能明确云室的工作原理及三种射线在云室中径迹的特点是解题关键．为了说明用α粒子轰击氮，打出了质子是怎样的一个物理过程，布拉凯特在充氮云室中，用α粒子轰击氮，在他拍摄的二万多张照片中，终于从四十多万条α粒子径迹中发现了8条产生分叉，这一实验数据说明了( C )A．α粒子的数目很少，与氮发生相互作用的机会很少B．氮气的密度很小，α粒子与氮接触的机会很少C．氮核很小，α粒子接近氮核的机会很少D．氮气和α粒子的密度都很小，致使它们接近的机会很少解析：此题考查利用云室探测射线的径迹，研究射线的性质问题．因为氮原子核很小，所以α粒子接近氮原子核的机会很少，使发生反应后径迹分叉的机会很少，故正确答案为C.考点二核反应与核反应方程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．常见的人工转变核反应(1)卢瑟福发现质子：14 7N＋42He→17 8O＋11H(2)查德威克发现中子：94Be＋42He→12 6C＋10n(3)约里奥·居里夫妇发现放射性同位素和正电子：2713Al＋42He→3015P＋10n；3015P→3014Si＋01e4．人工转变核反应与衰变的比较(1)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，反应前后粒子总动量守恒．【例2】1934年，约里奥·居里夫妇在用α粒子轰击铝箔时，除了测到预料中的中子外，还观察到了正电子．正电子的质量跟电子的质量相同，带一个单位的正电荷，跟电子的电性正好相反，是电子的反粒子．更意外的是，拿走α粒子放射源以后，铝箔虽不再发射中子，但仍然继续发射正电子，而且这种放射性也有一定的半衰期．原来，铝箔被α粒子击中后发生了如下反应：2713Al＋42He→3015P＋10n.这里的3015P就是一种人工放射性同位素，正电子就是它衰变过程中放射出来的．(1)写出放射性同位素3015P放出正电子的核衰变方程；(2)放射性同位素3015P放出正电子的衰变称为正β衰变，我们知道原子核内只有中子和质子，那么正β衰变中的正电子从何而来？根据原子核衰变的实质及其遵循的规律分析、求解．【答案】(1)3015P→3014Si＋01e (2)见解析【解析】(1)正β衰变过程质量数、电荷数守恒，3015P放出正电子的核衰变方程为3015P→3014Si＋01e，可见正β衰变后新核质量数不变，电荷数减1.(2)原子核内只有质子和中子，没有电子，也没有正电子，正β衰变是原子核内的一个质子转换成一个中子，同时放出一个正电子，其衰变方程为11H→01e＋10n.总结提能在涉及核反应写核反应方程的问题中，应根据电荷数、质量数守恒，依据已知原子核、粒子写出未知原子核(或粒子)的电荷数和质量数，然后确定是何原子核(或粒子)．(多选)下列核反应或核衰变方程中，符号“X”表示中子的是( AC )A.94Be＋42He→12 6C＋XB.14 7N＋42He→17 8O＋XC.204 80Hg＋10n→202 78Pt＋211H＋XD.239 92U→239 93Np＋X解析：根据质量数守恒和电荷数守恒，可以判断A中X是中子，B中X是质子，C中X是中子，D 中X是电子．故正确答案为A、C.点拨：本题考查能根据质量数守恒和电荷数守恒判断出核反应或核衰变方程中的未知粒子中的电荷数和质量数，并据此分析是何种粒子．要记住的基本微粒有：质子(11H)、中子(10n)、α粒子(42He)、电子(0－1e)和正电子(01e)，除此之外还要知道氢的同位素：氕(11H)、氘(21H)、氚(31H)．考点三放射性同位素及其应用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．人工放射性同位素的优势(1)放射强度容易控制．(2)可制成各种所需的形状．(3)半衰期短，废料易处理．3．放射性同位素的主要应用(1)利用它的射线①利用γ射线的贯穿本领，可用γ射线探伤等．②利用α射线的电离作用很强，可消除有害静电．③利用γ射线对生物组织的物理和化学作用，可用来使种子发生变异，培育良种、灭菌消毒．④利用放射线的能量，在医疗上，常用以抑制甚至杀死病变组织，还可以轰击原子核，诱发核反应．(2)作示踪原子①在农业生产中，探测农作物在不同的季节对元素的需求．②在工业上，检查输油管道上的漏油位置．③在生物医疗上，可以检查人体对某元素的吸收情况，也可以帮助确定肿瘤的部位和范围．【例3】用人工方法得到放射性同位素，这是一个很重要的发现，天然放射性同位素只不过40几种，而今天人工制造的同位素已达1 000多种，每种元素都有放射性同位素，放射性同位素在农业、医疗卫生、科研等许多方面得到广泛应用．(1)如图是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图，如工厂生产的是厚度为1 mm的铝板，在α、β、γ三种射线中，你认为对铝板的厚度起主要作用的是________射线．(2)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结晶是同一物质，为此曾采用放射性同位素碳14作________．利用三种射线的特性及放射性同位素的应用与防护分析、判断．【答案】(1)β(2)示踪原子【解析】(1)β射线起主要作用，因为α射线的贯穿本领很小，一张薄纸就能把它挡住，更穿不过1 mm的铝板；γ射线的贯穿本领很强，能穿过几厘米的铅板，1 mm左右的铝板厚度发生变化时，透过铝板的γ射线强度变化不大；β射线的贯穿本领较强，能穿过几毫米的铝板，当铝板厚度发生变化时，透过铝板的β射线强度变化较大，探测器可明显地反映出这种变化，使自动化系统做出相应的反应．(2)把掺入碳14的人工合成牛胰岛素与天然牛胰岛素混合在一起，经多次重新结晶后，得到了放射性碳14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合为一体，它们是同一物质．把这种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．总结提能这是一道运用放射线特性解决实际问题的题目．要求同学们对三种放射线的特性以及放射性同位素的应用有所了解，并能灵活应用．现在很多血管专科医院引进了一种被称为“心脏灌注显像”的检测技术，将若干毫升含放射性元素锝(Tc)的注射液注入被检测者的动脉中，经过40分钟后，这些含放射性物质的注射液通过血液循环均匀地分布到血液中．这时对被检测者的心脏进行造影，心脏血管正常的位置由于放射性物质随血液到达而显示有放射线射出；心脏血管被堵塞的部分由于无放射性物质到达，将无放射线射出．医生根据显像情况就可判定被检测者心脏血管有无病变，并判定病变位置．你认为检测所用放射性元素锝的半衰期应该最接近以下哪个值( B )A．6分钟B．6小时C．6天D．6个月解析：根据题意可知，将若干毫升含放射性元素锝(Tc)的注射液注入被检测者的动脉中，经过40分钟后，这些含放射性物质的注射液通过血液循环均匀地分布到血液中，可知检测所用放射性元素锝的半衰期应该大于40分钟，且不能太长，故选B.重难疑点辨析人工转变核反应与原子核衰变的比较原子核的人工转变，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，它不受物理化学条件的影响．【典例】下列方程中属于衰变的是( )，属于人工转变的是( )，生成原来元素的同位素的是( )，放出β粒子的是( )．①123 53I＋10n→124 53I ②238 92U→234 90Th＋42He③214 82Pb→214 83Bi＋0－1e ④94Be＋42He→12 6C＋10n【解析】首先从方程左端去判断哪种是衰变、哪种是核反应，当方程左端只有一种元素的原子核时，只能是衰变，故②③为衰变，①④为核反应；而同位素的产生，是根据原子序数相同而质量数不同来判断，所以①会生成该元素的同位素；判断β衰变，只需要看清衰变方程右端是否产生电子即可，应选③.【答案】②③①④①③人工转变核反应与衰变的比较(1)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，反应前后粒子总动量守恒．1．下列关于放射线的探测说法错误的是( D )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的原理中也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种类2．用人工方法得到放射性同位素，这是一个很重要的发现，天然放射性同位素只不过40多种，而今天人工制造的同位素已达1 000多种，每种元素都有放射性同位素，放射性同位素在农业、医疗卫生、科研的许多方面得到广泛应用．带电的验电器在放射线照射下电荷会很快消失，其原因是( B ) 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解析：因放射线的电离作用，空气中与验电器所带电荷电性相反的离子与之中和，所以使验电器不显电性．故选B.3．(多选)放射性同位素电池是一种新型电池，它是利用放射性同位素衰变放出的高速带电粒子(α射线、β射线)与物质相互作用，射线的动能被吸收后转变为热能，再通过换能器转化为电能的一种装置．其构造大致是：最外层是由合金制成的保护层，次外层是防止射线泄漏的辐射屏蔽层，第三层是把热能转化成电能的换能器，最里层是放射性同位素．电池使用的三种放射性同位素的半衰期和发出的射线如下表：的核电池，则下列论述正确的是( CD )A．90Sr的半衰期较长，使用寿命较长，放出的β射线比α射线的贯穿本领弱，所需的屏蔽材料较薄B．210Po的半衰期最短，使用寿命最长，放出的α射线比β射线的贯穿本领弱，所需的屏蔽材料较薄C．238Pu的半衰期最长，使用寿命最长，放出的α射线比β射线的贯穿本领弱，所需的屏蔽材料较薄D．放射性同位素在发生衰变时，出现质量亏损，但衰变前后的总质量数不变解析：原子核衰变时，释放出高速运动的射线，这些射线的能量来自原子核的质量亏损，即质量减小，但质量数不变，D对；表格中显示Sr的半衰期为28年、Po的半衰期为138天、Pu的半衰期为89.6年，故Pu的半衰期最长，其使用寿命也最长，α射线的穿透能力没有β射线强，故较薄的屏蔽材料即可挡住α射线的泄漏，C对．4．在下列4个核反应方程中，x表示质子的是( C )A.3015P→3014Si＋xB.238 92U→234 90Th＋xC.2713Al＋10n→2712Mg＋xD.2713Al＋42He→3015P＋x解析：由质量数守恒和电荷数守恒知，A中x为正电子01e，B中x为42He，C中x为质子11H，D中x 为中子10n.5．1993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)用质子轰击铍靶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，放出质子和中子；(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：(1)94Be＋11H―→95B＋10n(2)①204 80Hg＋10n―→202 78Pt＋32He②204 80Hg＋10n―→202 78Pt＋211H＋10n(3)202 78Pt―→202 79Au＋0－1e，202 79Au―→202 78Hg＋0－1e。

3 探测射线的方法4 放射性的应用与防护学习目标知识脉络1.知道放射线的粒子与其他物质作用时产生的现象，了解几种仪器的简单构造和基本原理．2．知道什么是放射性同位素和人工放射性同位素．3．知道核反应及其遵从的规律，会正确书写核反应方程．4．了解放射性在生产和科学领域的应用．知道射线的危害及防护.探测射线的方法[先填空]1．探测方法(1)组成射线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)射线能使照相乳胶感光．(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径迹特点(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优点：G—M计数器非常灵敏，使用方便．②缺点：只能用来计数，不能区分射线的种类．[再判断]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．(√)[后思考]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．[合作探讨]探讨1：过饱和气体为什么能显示出射线中粒子的径迹？【提示】射线粒子在云室中的过饱和气体中飞过，射线粒子具有电离作用，可以使沿途的过饱和气体分子电离，过饱和气体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．探讨2：在威尔逊云室中如何判断放射线的性质和带电的正负？【提示】根据放射线在威尔逊云室中径迹的长短和粗细，可以知道粒子的性质，把云室放在磁场中，根据带电粒子运动径迹的弯曲方向，还可以知道粒子所带电荷的正负．[核心点击]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，所以它在云室中的径迹比较细，而且速度减小后的轨迹常常弯曲．(3)γ粒子的电离本领更小，在云室中一般看不到它的径迹．2．不同探测方法的对比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，而盖革－米勒计数器只能计数，不能区分射线的种类．1．在威耳逊云室中，关于放射源产生的射线径迹，下列说法中正确的是( )A．由于γ射线的能量大，容易显示其径迹B．γ射线的电离本领很小，在云室中一般看不到它的径迹C．由于β粒子的速度大，其径迹细而且长D．由于α粒子的速度小，不易显示其径迹E．由于α粒子的电离作用强，其径迹直而粗【解析】在云室中显示粒子径迹是由于引起气体电离，电离作用强的α粒子容易显示其径迹，因质量较大，飞行时不易改变方向，所以径迹直而粗，故只有B、C、E正确．【答案】BCE2．利用威尔逊云室探测射线时能观察到细长而弯曲的径迹，则可知是________射线射入云室中，观察到的是射线粒子在运动路径上的________．【解析】α射线质量较大，在气体中飞行时不易改变方向，在云室中的径迹直而粗，β射线质量较小，在云室中的径迹细而弯曲，因此观察到威尔逊云室中细长而弯曲的径迹是β射线的径迹，射线粒子的运动肉眼是观察不到的，观察到的是酒精的过饱和蒸气在射线粒子运动路径上形成的雾滴．【答案】β酒精雾滴3．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，则该放射性元素的半衰期是________天，放出的射线是________射线．【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；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】 5 α三种射线肉眼都看不见，探测射线的方法都是利用它们和其他物质发生作用时产生的现象，来显示射线的存在.核反应和人工放射性同位素[先填空]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，同时产生一个质子． 卢瑟福发现质子的核反应方程：177N ＋42He ―→178O ＋11H. 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：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α粒子轰击的铝片中含有放射性磷3015P.发现磷同位素的方程：42He ＋2713Al ―→3015P ＋10n. [再判断]1．卢瑟福发现质子的过程就是原子核的人工转变过程．(√)2．衰变反应过程和原子核的人工转变过程都遵循质量守恒和电荷守恒规律．(×) 3．同位素都具有放射性．(×) [后思考]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．[合作探讨]探讨1：书写核反应方程时为什么不能用等号连接？【提示】 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，只能用单箭头表示反应方向． 探讨2：原子核的衰变方程和原子核的人工转变方程有何区别？【提示】 衰变方程的箭头左边只有一个放射性原子核，原子核的人工转变方程的箭头左边有靶核和轰击靶核的粒子各一个．[核心点击] 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大发现 (1)1919年卢瑟福发现质子的核反应：14 7N ＋42He→17 8O ＋11H(2)1932年查德威克发现中子的核反应：94Be ＋42He→12 6C ＋10n(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：2713Al ＋42He→3015P ＋10n ；3015P→3014Si ＋01e. 4．人工转变核反应与衰变的比较(1)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．(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，反应前后粒子总动量守恒．4．以下是物理学史上3个著名的核反应方程x＋73Li→2y y＋14 7N→x＋17 8O y＋94Be→z＋12 6Cx、y和z是3种不同的粒子，下列说法正确的是( )A．x为α粒子B．x为质子C．y为α粒子D．y为电子E．z为中子【解析】根据质量数守恒和电荷数守恒可以确定x为质子11H，y为42He即α粒子，z为中子10n.【答案】BCE5．用中子轰击2713Al，产生2411Na和X粒子，2411Na具有放射性，它衰变后变成2412Mg，则X为________粒子，钠的衰变过程为________衰变．【解析】无论原子核的衰变，还是原子核的人工转变，都满足质量数守恒和电荷数守恒，根据以上守恒可得如下方程：10n＋2713Al→2411Na＋42He，2411Na→2412Mg＋ 0－1e.显然，X粒子是α粒子，钠发生了β衰变．【答案】αβ6．完成下列各核反应方程，并指出哪个核反应是首次发现质子、中子和正电子的．(1)10 5B＋42He→13 7N＋( )(2)94Be＋( )→12 6C＋10n(3)2713Al＋( )→2712Mg＋11H(4)14 7N＋42He→17 8O＋( )(5)2311Na＋( )→2411Na＋11H(6)2713Al＋42He→10n＋( )；3015P→3014Si＋( )【解析】(1)10 5B＋42He→13 7N＋10n(2)94Be＋42He→12 6C＋10n由此核反应使查德威克首次发现了中子．(3)2713Al＋10n→2712Mg＋11H(4)14 7N＋42He→17 8O＋11H此核反应使卢瑟福首次发现了质子．(5)2311Na＋21H→2411Na＋11H(6)2713Al＋42He→10n＋3015P；3015P→3014Si＋＋1e(正电子)此核反应使约里奥—居里夫妇首次发现了正电子．书写核反应方程的四条重要原则(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)能量守恒(中学阶段不作要求)；(4)核反应必须是实验中能够发生的．放射性同位素的应用与防护[先填空]1．应用射线：利用γ射线的穿透本领可以测厚度等，还可以用于放射治疗、照射种子培育优良品种等．2．示踪原子：一种元素的各种同位素具有相同的化学性质，用放射性同位素替换非放射性的同位素后可以探测出原子到达的位置．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．[再判断]1．同一种元素的放射性同位素具有相同的半衰期．(×)2．在用到射线时，利用人工放射性同位素和天然放射性物质都可以．(×)3．用放射性同位素代替非放射性的同位素来制成各种化合物做“示踪原子”．(√)[后思考]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．[合作探讨]探讨1：放射性同位素可以怎样获得？【提示】放射性同位素可以由天然放射性元素获得，也可以用人工方法获得．探讨2：人工放射性同位素有哪些优点？【提示】(1)放射强度容易控制；(2)可以制成各种所需的形状；(3)半衰期很短，废料容易处理．[核心点击]1．分类可分为天然放射性同位素和人工放射性同位素两种，天然放射性同位素不过40多种，而人工放射性同位素已达1 000多种，每种元素都有自己的放射性同位素．2．人工放射性同位素的优点(1)放射强度容易控制；(2)可以制成各种所需的形状；(3)半衰期比天然放射性物质短得多，放射性废料容易处理．因此，凡是用到射线时，用的都是人工放射性同位素．3．放射性同位素的主要应用(1)利用它的射线．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医疗上——利用γ射线的高能量治疗癌症．(2)作为示踪原子：放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质，通过探测放射性同位素的射线确定其位置．7．下列哪些应用是把放射性同位素作为示踪原子 ( )A．γ射线探伤仪B．利用含有放射性碘131的油，检测地下输油管的漏油情况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，用检测放射性的办法确定放射性元素在农作物内转移和分布情况，找出合理施肥的规律E．给人注射碘的放射性同位素碘131，然后定时用探测器测量甲状腺及邻近组织的放射强度，帮助诊断甲状腺的疾病【解析】A是利用了γ射线的穿透性；C利用了γ射线的生物作用；B、D、E是利用示踪原子．【答案】BDE8．关于放射性同位素的应用下列说法中正确的有( )A．放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，因此达到了消除有害静电的目的B．利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤C．用放射线照射作物种子能使其DNA发生变异，其结果一定是成为更优秀的品种D．用γ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E．不能利用γ射进行人体透视【解析】利用放射线消除有害静电是利用α射线的电离性，使空气分子电离成导体，将静电泄出，A错误；γ射线对人体细胞伤害太大，因此不能用来人体透视，在用于治疗肿瘤时要严格控制剂量，B、D、E正确；DNA变异并不一定都是有益的，C错误．【答案】BDE9．正电子发射计算机断层显像(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像．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”)【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，所以它的用途为作为示踪原子．B正确．(3)根据同位素的用途，为了减小对人体的伤害，半衰期应该很短．【答案】(1)15 8O→15 7N＋ 0＋1e， 0＋1e＋0－1e→2γ(2)B (3)短放射性同位素的两类应用(1)利用它的射线：α射线的电离作用，γ射线的贯穿本领和生物作用，β射线的贯穿本领．(2)作为示踪原子：多数情况下用β射线，因为γ射线难以探测到．学业分层测评(十五)(建议用时：45分钟)[学业达标]1．关于放射性的应用，下列说法正确的是( )A．利用α射线使空气电离，把静电荷导走B．利用β射线照射植物的种子，使产量显著增加C．利用γ射线来治疗肺癌、食道癌等疾病D．利用放射性同位素跟它的非放射性同位素的化学性质相同，作为示踪原子E．利用β射线进行金属探伤【解析】α射线的电离作用很强，应利用α射线的电离作用，A对；γ射线对生物具有物理化学作用，照射种子可使基因变异，可用于放射性治疗，β射线不具有生物作用，B错，C对；同位素的核外电子数相同，化学性质相同，放射性同位素带有“放射性标记”，可用探测器探测，D对；利用γ射线进行金属探伤，E错．【答案】ACD2．用高能8636Kr(氪)离子轰击20882Pb(铅)，释放出一个中子后，生成了一个新核，关于新核的推断正确的是( )A．其质子数为118 B．其质量数为293C．其原子序数为118 D．其中子数为90E．其质子数为122【解析】核反应方程为20882Pb＋8636Kr―→10n＋293118X，新核质量数为293，质子数为118，中子数为293－118＝175.故正确选项为ABC.【答案】ABC3．用α粒子照射充氮的云室，摄得如图18­3­1所示的照片，下列说法中正确的是( )图18­3­1A．A是α粒子的径迹B．B是α粒子的径迹C．C是α粒子的径迹D．A是新核的径迹E．C是质子的径迹【解析】α粒子轰击氮的核反应方程为42He＋14 7N→17 8O＋11H，入射的是α粒子．所以B是α粒子产生的径迹，质量大、电离作用强的新核17 8O，径迹粗而短，故A是新核径迹．质子电离作用弱一些，贯穿作用强，所以细而长的径迹是质子的径迹．所以正确选项为B、D、E.【答案】BDE4．有关放射性同位素3015P的下列说法，正确的是( )A.3015P与3014X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．含有3015P的磷肥释放正电子，可用作示踪原子，观察磷肥对植物的影响E.3015P的半衰期与所处的状态无关【解析】同位素应具有相同的质子数，故A错；同位素具有相同的化学性质，B对；元素的半衰期与其所处的状态无关，C错E对；放射性同位素可作为示踪原子，故D对．【答案】BDE5．医学界通过14C标记的C60发现一种C60的羧酸衍生物，在特定条件下可以通过断裂DNA抑制艾滋病病毒的繁殖，则14C的用途是________．【解析】用14C标记C60来查明元素的行踪，发现可以通过断裂DNA抑制艾滋病病毒的繁殖，因此14C 的作用是做示踪原子．【答案】示踪原子6．放射性在技术上有很多应用，不同的放射源可用于不同目的．下表列出了一些放射性元素的半衰期和可供利用的射线．元素射线半衰期钋210 α138天氡222 β 3.8天锶90 β28年铀238 α、β、γ 4.5×109年利用适当的放射线来测定通过轧辊后的薄膜厚度是否均匀．可利用的元素是________．【解析】要测定聚乙烯薄膜的厚度，则要求射线可以穿透薄膜，因此α射线不合适；另外，射线穿透作用还要受薄膜厚度影响，γ射线穿透作用最强，薄膜厚度不会影响γ射线穿透，所以只能选用β射线，而氡222半衰期太小，铀238半衰期太长，所以只有锶90较合适．【答案】锶907．将威耳逊云室置于磁场中，一个静止在磁场中的放射性同位素原子核3015P，放出一个正电子后变成原子核3014Si，画出反映正电子和Si核的轨迹示意图．【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，放出的正电子的运动方向跟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的轨道．因为有洛伦兹力作为向心力，即qvB＝m v2r.所以做匀速圆周运动的半径为r＝mvqB.衰变时，放出的正电子与反冲核Si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r er Si＝q Siq e＝141.可见正电子运动的圆半径较大．故其示意图应为.【答案】见解析图8．用人工方法得到放射性同位素，这是一个很重要的发现，天然放射性同位素只不过40几种，而今天人工制造的同位素已达1 000多种，每种元素都有放射性同位素，放射性同位素在农业、医疗卫生、科研等许多方面得到广泛应用．(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)如图19­4­1是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图，如工厂生产的是厚度1 mm铝板，在α、β、γ三种射线中，你认为对铝板的厚度起主要作用的是________射线．图19­4­1。