2016新课标创新人教物理选修3-5 第十九章 第3、4节 探测射线的方法 放射性的应用与防护.doc

一、探测射线的方法1探知射线存在的依据(1)放射线中的粒子会使气体或液体电离，以这些离子为核心，过饱和的蒸气会产生雾滴，过热液体会产生气泡。(2)放射线中的粒子会使照相乳胶感光。(3)放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)威耳逊云室粒子的径迹直而清晰；粒子的径迹比较细，而且常常弯曲；粒子的电离本领很小，在云室中一般看不到它的径迹。(2)气泡室粒子通过液体时，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G­M计数器非常灵敏，用它检测射线十分方便。但不同的射线在盖革米勒计数器中产生的脉冲现象相同，因此只能用来计数，不能区分射线的种类。说明1探测原理方面：探测原理都是利用射线中的粒子与其他物质作用时产生的现象，来显示射线的存在。2G­M计数器区分粒子方面：G­M计数器不能区分时间间隔小于200 s的两个粒子。判一判1放射性的观察往往通过射线粒子和其他物质的作用来间接地观察()2气泡室内液体的温度和压强要略高于凝结点(×)3盖革米勒计数器既灵敏又能区分射线的种类(×)二、核反应和放射性同位素的应用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：NHeOH。(3)遵循规律：质量数守恒，电荷数守恒。2放射性同位素的应用与防护(1)定义：有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素。(2)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)应用与防护应用：应用放射性同位素的射线和作为示踪原子；防护：在使用放射性同位素时，必须严格遵守操作规程，注意人身安全，同时要防止放射性物质对空气、水源、用具等的污染。注意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，只能用单箭头表示反应方向。2核反应过程和衰变现象都遵循电荷数和质量数守恒。质量数守恒不是质量守恒，核反应过程中一般会发生质量的变化。选一选多选铝箔被粒子轰击后发生了以下核反应：27 13AlHeXn。下列判断正确的是()A.n是质子B.n是中子CX是Si的同位素DX是P的同位素解析：选BD根据原子核的表示方法可知 n为中子，A错误，B正确；根据电荷数和质量数守恒，X的电荷数为15，质量数为30，而Si的电荷数为14，P的电荷数为15，所以X是P的同位素，C错误，D正确。1.人工转变核反应的条件用粒子、质子、中子，甚至用光子轰击原子核使原子核发生转变。2人工转变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发现(1)卢瑟福发现质子：NHeOH。(2)查德威克发现中子：BeHeCn。(3)约里奥居里夫妇发现放射性同位素和正电子：AlHePn；PSie。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、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。典型例题例1.(2016·广州高二检测)在下列四个核反应方程中，X1、X2、X3和X4各代表某种粒子：HX1HenNHeOX2BeHeCX3MgHeAlX4以下判断正确的是()AX1是质子 BX2是中子CX3是电子 DX4是质子解析由质量数和电荷数守恒可知：X1是 H(氘核)；X2是 H(质子)；X3是 n(中子)；X4是 H(质子)；故选项D正确。答案D点评书写核反应方程的原则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(中学阶段不做要求)。4核反应必须是能够实际发生的。即时巩固1下列给出的是一些核反应方程：3015PSiX，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是质子解析：选D由核反应中电荷数守恒、质量数守恒可得，D正确。1.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。2放射性同位素的主要应用(1)利用它的射线：工业部门使用射线测厚度利用射线的穿透特性；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，抵制蔬菜发芽，延长保存期等；医疗上利用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。典型例题例2.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210138天氡2223.8天锶9028年铀238、4.5×109年某塑料公司生产聚乙烯薄膜，方法是让厚的聚乙烯膜通过轧辊把聚乙烯膜轧薄，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()A钋210 B氡222C锶90 D铀238解析要测定聚乙烯薄膜的厚度，则要求射线可以穿透薄膜，因此射线不合适；另外，射线穿透作用还要受薄膜厚度影响，射线穿透作用最强，薄膜厚度不会影响射线穿透，所以只能选用射线，而氡222 半衰期太短，铀238半衰期太长，所以只有锶90较合适，C正确。答案C点评放射性技术应用问题放射同位素在生产、科技和医疗等方面有很多的应用。解答这类问题要弄清以下两个方面：1弄清各种射线的特性，确定应用射线的哪种特性，如穿透本领、电离本领等。2对于半衰期不同的放射性元素，要根据实际需要来确定半衰期的长短，半衰期太长或太短都不适用。即时巩固2多选用刀治疗脑肿瘤时不用麻醉，病人清醒，时间短，半小时完成手术，无需住院，因而刀被誉为“神刀”。据报道，我国自己研制出了旋转式刀，已进入各大医院为患者服务。刀治疗脑肿瘤主要是利用()A射线具有很强的穿透能力B射线具有很强的电离作用C射线具有很高的能量D射线能很容易绕过阻碍物到达目的地解析：选AC刀就是射线，射线的特点是穿透能力强，射线波长短，光子的能量高，杀伤力强，应用刀治疗脑肿瘤就是利用其穿透能力强和杀伤力强。1关于气泡室，下列说法错误的是()A气泡室里装的是液体B气泡室的工作原理是，刚开始压强很大，以后压强突然降低，液体沸点变低，粒子通过液体时在它周围有气泡生成C气泡室的原理同云室相似D粒子在气泡室中的径迹可用来分析带电粒子动能等情况，不能用来分析动量解析：选D根据气泡室的工作原理可知A、B、C选项正确；把气泡室放在磁场中，粒子在洛伦兹力的作用下径迹为曲线，根据照片可分析粒子的带电情况、动量和能量，故D选项错误。2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由于射线的能量大，容易显示其径迹B由于粒子的速度大，其径迹粗而且长C由于粒子的速度小，不易显示其径迹D由于粒子的电离作用强，其径迹直而粗解析：选D在云室中显示粒子径迹是由于引起气体电离，电离作用强的粒子容易显示其径迹，因粒子质量较大，飞行时不易改变方向，所以径迹直而粗，D正确。3关于放射性同位素的应用，下列说法中正确的是()A利用射线使空气电离，把静电荷除去B利用射线照射植物的种子，使产量显著增加C利用射线来治疗肺癌、食道癌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，作为示踪原子解析：选D或射线的电离本领较大，可以消除工业上有害的静电积累，A错误；射线可以辐射育种、辐射保鲜、消毒杀菌和医治肿瘤等，B、C错误；放射性同位素跟它的非放射性同位素的化学性质相同，可以作为示踪原子，D正确。4多选下列哪些应用是把放射性同位素作为示踪原子的()A利用钴60治疗肿瘤等疾病B射线探伤C利用含有放射性碘131的油，检测地下输油管的漏油情况D把含有放射性同位素的肥料施给农作物用以检测农作物吸收养分的规律解析：选CD利用钴60治疗肿瘤和射线探伤是利用射线能量高，贯穿本领大的特点，A、B错误；C、D两项是利用放射性同位素作为示踪原子，C、D正确。5用中子轰击Cu核时，产生镍的放射性同位素，其质量数为65，写出人工制造镍的核反应方程，所产生的放射性镍要发生衰变，写出镍发生衰变的核衰变方程。解析：中子轰击铜核的核反应方程为nCuNiX则16565A02928Z得A1，Z1，则X为H。核反应方程为nCuNiH。同理可得镍发生衰变的核衰变方程：NiCue答案：nCuNiHNiCue基础练一、选择题1下列关于盖革米勒计数器的说法错误的是()A射线的电离作用使计数器计数B射线的电离作用强，而射线电离作用弱，故计数器只能记录粒子C无论是、射线都能用计数器计数D计数器不能区分时间间隔小于200 s的两个粒子解析：选B根据盖革米勒计数器的计数原理可知，当射线进入管内时，它使管内气体电离，产生的电子在电场中加速到达阳极，正离子到达阴极，产生脉冲放电，使计数器计数，选项A、C正确，B错误；两个射来的粒子如果时间间隔小于200 s，计数器不能区分，故选项D正确。2(2016·烟台高二检测)用中子轰击氧原子核的核反应方程式 OnNX，对式中X、a、b的判断正确的是()AX代表中子，a17，b1BX代表正电子，a17，b1CX代表正电子，a17，b1DX代表质子，a17，b1解析：选C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项正确。3用中子轰击铝27，产生钠24和X粒子，钠24具有放射性，它衰变后变成镁24，则X粒子和钠的衰变过程分别是()A质子、衰变B电子、衰变C粒子、衰变 D正电子、衰变解析：选C反应前后质量数、电荷数守恒。中子轰击铝27的核反应方程为 AlnNaHe，钠24衰变后变成镁24的核反应方程为 NaMge，所以X粒子是粒子，钠的衰变为衰变，C正确。4以下四个核反应方程式中，X代表粒子的是()A.BeHeCX B.HHnXC.ThPaX D.PSiX解析：选B根据质量数守恒和电荷数守恒可知，四个选项中的X分别代表：n、He、e和e，B正确。5多选放射性同位素的应用主要有两方面，下列实际应用中利用其射线的有()A进行金属探伤B检查输油管是否漏油C消毒灭菌D证明人工合成的牛胰岛素和天然牛胰岛素是同一物质解析：选AC利用射线可以给金属探伤，也可以消毒灭菌，A、C正确；而B、D选项是作为示踪原子来应用的，B、D错误。二、非选择题61993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 Pt。制取过程如下：(1)用质子轰击铍靶 Be产生快中子；(2)用快中子轰击汞 Hg，反应过程可能有两种：生成 Pt，放出氦原子核；生成 Pt，同时放出质子、中子；(3)生成的铂 Pt发生两次衰变，第一次衰变生成金 Au，第二次衰变生成稳定的汞 Hg。写出上述核反应方程。解析：根据质量数守恒和电荷数守恒，确定新生核的电荷数和质量数，然后写出核反应方程，如下：(1)BeHBn。(2)HgnPtHe；HgnPt2Hn。(3)PtAue；AuHge。答案：见解析提能练一、选择题1多选利用威耳逊云室探测射线时能观察到细长而弯曲的径迹，则下列说法正确的是()A可知有射线射入云室中B可知有射线射入云室中C观察到的是射线粒子的运动D观察到的是射线粒子运动路径上的酒精雾滴解析：选BD观察到的威耳逊云室中存在的细长而弯曲的径迹，是射线的径迹，A项错误，B项正确；射线粒子的运动用肉眼是观察不到的，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，C项错误，D项正确。2以下是物理学史上3个著名的核反应方程xLi2yyNxOyBezC。x、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电子解析：选C设x、y、z的电荷数分别为Zx、Zy、Zz，质量数分别为Ax、Ay、Az。由前两个核反应方程中的电荷数守恒，Zx32Zy，Zy7Zx8，可得Zy2；质量数守恒Ax72Ay，Ay14Ax17，可得Ay4；由第三个核反应方程中的电荷数守恒24Zz6，得Zz0，质量数守恒49Az12，Az1，即z是电荷数为零，质量数为1的粒子，也就是中子，C正确。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天解析：选AC因厚纸板能挡住这种射线，知这种射线是穿透能力最差的射线，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多选一个质子以1.4×107 m/s的速度撞入一个孤立的静止铝原子核后被俘获，铝原子核变为硅原子核，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。则下列判断中正确的是()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解析：选AD核反应方程为 AlHSi，由动量守恒定律得m×1.4×107 m/s28mv，解得v5×105 m/s ，因此选项A、D正确。5多选(2016·杭州高二检测)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 O注入人体，O在人体内衰变放出的正电子与人体内的负电子相遇湮灭转化为一对光子，被探测器采集后，经计算机处理生成清晰图像。则根据PET原理判断下列表述正确的是()A.O在人体内衰变方程是ONeB正、负电子湮灭方程是ee2C在PET中，O主要用途是作为示踪原子D在PET中，O主要用途是参与人体的新陈代谢解析：选ABC由题意知，A、B正确，显像的原理是采集光子，即注入人体内的 O衰变放出正电子和人体内的负电子湮灭转化为光子，因此 O主要用途是作为示踪原子，故C正确，D错误。二、非选择题6一个原来静止的锂核(Li)俘获一个速度为7.7×104 m/s的中子后，生成一个氚核和一个氦核。已知氚核的速度大小为1.0×103 m/s，方向与中子的运动方向相反。(1)试写出核反应方程；(2)求出氦核的速度。解析：(1)LinHHe(2)由动量守恒定律得mnv0mHv1mHev2则v22×104 m/s答案：(1)LinHHe(2)2×104 m/s版权所有:中国好课堂www.zghkt.cn