2018-2019學年高中物理 第十九章 原子核 19.3-19.4 探測射線的方法 放射性的應用與防護課件 新人教版選修3-5.ppt

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1、3 探測射線的方法 4 放射性的應用與防護,一、探測射線的方法 1.探測方法: (1)組成射線的粒子會使氣體或液體電離,以這些離子 為核心,_____________會產生霧滴,_________會產生氣 泡。 (2)射線能使照相乳膠_____。 (3)射線能使_________產生熒光。,過飽和的蒸氣,過熱液體,感光,熒光物質,2.探測儀器: (1)威耳遜云室: ①原理:當酒精蒸氣達到過飽和狀態(tài),粒子在云室內氣 體中飛過,使沿途的_________電離,過飽和酒精蒸氣就 會以這些離子為核心___________,于是顯示出射線的徑 跡。,氣體分子,凝結成霧滴,②,直而清晰,彎曲,,(2)氣泡

2、室:氣泡室里裝的是液體,如液態(tài)氫。粒子通過 過熱液體時,在它的周圍_________而形成粒子的徑跡。 (3)蓋革—米勒計數(shù)器: ①優(yōu)點:G??M計數(shù)器_________,用它檢測射線十分方 便。 ②缺點:只能用來_____,不能區(qū)分___________。,產生氣泡,非常靈敏,計數(shù),射線的種類,,二、核反應和人工放射性同位素 1.核反應: (1)定義:原子核在其他粒子的轟擊下產生_________的 過程。 (2)原子核的人工轉變:盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核, 核反應方程 。,新原子核,,,(3)遵循規(guī)律:_______守恒,電荷數(shù)守恒。,質量數(shù),,2.人工放射性同位素: (1)放射

3、性同位素:具有_______的同位素。 (2)人工放射性同位素的發(fā)現(xiàn): ①1934年,約里奧-居里夫婦發(fā)現(xiàn)經過α粒子轟擊的 鋁片中含有放射性磷 。 ②發(fā)現(xiàn)磷同位素的方程 。,放射性,,,3.放射性同位素優(yōu)點: (1)資源豐富,應用廣泛。 (2)放射強度容易控制,可以制成各種所需的形狀,廢料 容易處理。 (3)現(xiàn)在凡是用到射線時,用的都是___________同位素, 而不用天然放射性物質。,人工放射性,,三、放射性同位素的應用與防護 1.應用射線:利用γ射線的_________可以測厚度等,還 可以用于放射治療、照射種子培育優(yōu)良品種等。 2.示蹤原子:一種元素的各種同位素具有_____

4、__化學 性質,用放射性同位素替換非放射性的同位素后可以 探測出原子到達的位置。,穿透本領,相同的,,3.輻射與安全:人類一直生活在放射性的環(huán)境中,過量 的射線對人體組織___________。要防止放射性物質對 水源、空氣、用具等的污染。,有破壞作用,,【預習診斷】 1.請判斷下列說法的正誤。 (1)威耳遜云室可以顯示γ射線的徑跡。( ) (2)G-M計數(shù)器非常靈敏,不僅可以計數(shù),還可以區(qū)分射線的種類。( ) (3)在核反應中,質量數(shù)守恒,電荷數(shù)守恒。( ),,(4)現(xiàn)在用到射線時,既可以用人工放射性同位素,也可以用天然放射性物質。( ) (5)任何放射性物質都可以作為示蹤原子使用。( ),

5、,提示:(1)。威耳遜云室通過氣體分子電離,讓過飽和蒸氣凝結成霧,因此可以顯示α粒子和β粒子的徑跡,但γ射線幾乎沒有電離能力,所以威耳遜云室不能顯示γ射線的徑跡。 (2)。G-M計數(shù)器非常靈敏,只能計數(shù),不能區(qū)分射線的種類。,,(3)√。在核反應中,質量數(shù)守恒,電荷數(shù)守恒。 (4)?，F(xiàn)在用到射線時,用的都是人工放射性同位素,不用天然放射性物質。 (5)。只有放射性同位素才能作為示蹤原子使用。,,2.在威耳遜云室中,關于放射源產生的射線徑跡,下列說法中正確的是( ) A.由于γ射線的能量大,容易顯示其徑跡 B.由于β粒子的速度大,其徑跡粗而且長 C.由于α粒子的速度小,不易顯示其徑跡 D.由于α

6、粒子的電離作用強,其徑跡直而粗,,【解析】選D。在云室中顯示粒子徑跡是由于引起了氣體電離,電離作用強的α粒子容易顯示其徑跡,因質量較大,飛行時不易改變方向,所以徑跡直而粗,故只有D正確。 借題發(fā)揮:三種射線粒子肉眼都看不見,探測射線粒子的方法都是利用它們和其他物質發(fā)生作用時產生的現(xiàn)象,來顯示射線粒子的存在。,,3.(多選)下列核反應或核衰變方程中,符號“X”表示中子的是( ),,【解析】選A、C。根據(jù)核反應方程質量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得A、C正確。,知識點一 探測射線的方法及三種儀器 探究導入: 由于α粒子和電子都很小,我們僅憑肉眼看不見,但是在威耳遜云室中,我們卻能看到如圖所示的α粒子和電子的運

7、行軌跡。,(1)說出威耳遜云室顯示α粒子和電子的運行軌跡的原理。 (2)在威耳遜云室中如何判斷粒子所帶電荷的正負?,,提示:(1)在威耳遜云室中帶電的α粒子或β粒子能使氣體電離,以這些離子為核心,過飽和的蒸氣會產生霧滴,進而顯示出α粒子或β粒子的運行軌跡。 (2)把云室放在磁場中,根據(jù)運動徑跡的彎曲方向,可以知道粒子所帶電荷的正負。,,【歸納總結】 1.探測射線的方法:也是探測運動粒子的方法?？梢愿鶕?jù)射線粒子與其他物質作用時的表現(xiàn)進行判斷,常利用射線的以下特性:,,(1)粒子使氣體或液體電離,以這些離子為核心,過飽和的蒸氣會產生霧滴,過熱液體會產生氣泡。 (2)使照相乳膠產生感光。 (3)使熒

8、光物質產生熒光。,,2.三種探測射線的儀器: (1)威耳遜云室: ①原理:實驗時先往云室里加入少量的酒精,使室內充 滿酒精的飽和蒸氣,然后使活塞迅速向下運動,室內氣 體由于迅速膨脹,溫度降低,酒精蒸氣達到過飽和狀態(tài)。,,這時讓射線粒子從室內的氣體中飛過,使沿途的氣體分子電離,過飽和酒精蒸氣就會以這些離子為核心凝結成霧滴,這些霧滴沿射線經過的路線排列,于是就顯示出了射線的徑跡,可用照相機拍攝下其運動的徑跡進行觀察分析。,,②三種射線在云室中的徑跡比較: a.α粒子的質量比較大,在氣體中飛行時不易改變方向。由于它的電離本領大,沿途產生的離子多,所以它在云室中的徑跡直而粗。 b.β粒子的質量小,跟氣

9、體碰撞時容易改變方向,并且電離本領小,沿途產生的離子少,所以它在云室中的徑跡比較細,而且速度減小后的軌跡常常彎曲。,,c.γ粒子的電離本領更小,在云室中一般看不到它的徑跡。,,(2)氣泡室: ①原理:氣泡室的原理同云室的原理類似,所不同的是 氣泡室里裝的是液體,控制氣泡室內液體的溫度和壓 強,使室內溫度略低于液體的沸點。當氣泡室內壓強 突然降低時,液體的沸點變低,使液體過熱,此時讓射 線粒子射入室內,粒子周圍就有氣泡形成。用照相機 拍攝出徑跡照片,根據(jù)照片上記錄的情況,可以分析粒 子的性質。,,②氣泡室和云室的比較:氣泡室的工作原理與云室相類似,云室內裝有干凈的空氣,而氣泡室內裝的是液體。相同

10、之處在于都可以形成射線粒子的運動徑跡,通過研究徑跡,研究射線的性質。,,(3)蓋革—米勒計數(shù)器: ①原理:在金屬絲和圓筒間加上一定的電壓,這個電壓稍低于管內氣體的電離電壓,當某種射線粒子進入管內時,它使管內的氣體電離,產生電子……這樣,一個射線粒子進入管中后可以產生大量電子,這些電子到達陽極,正離子到達陰極,在外電路中產生一次脈沖放電,利用電子儀器可以把放電次數(shù)記錄下來。,,②優(yōu)缺點: 優(yōu)點:放大倍數(shù)很大,非常靈敏,用它檢測射線十分方便。 缺點:a.不同射線產生的脈沖現(xiàn)象相同,只能用來計數(shù),不能區(qū)分射線種類。b.如果同時有大量粒子或兩個粒子射來的時間間隔小于200μs,則計數(shù)器不能區(qū)分它們。,

11、,【特別提醒】 (1)探測原理方面:探測原理都是利用射線中的粒子與其他物質作用時產生的現(xiàn)象,來顯示射線的存在。 (2)G-M計數(shù)器區(qū)分粒子方面:G-M計數(shù)器只能用來計數(shù),不能區(qū)分時間間隔小于200μs的兩個粒子,不能用來區(qū)分射線種類。,,【典例探究】 【典例】(多選)利用威耳遜云室可以研究放射性元素衰變時放出的射線,下列說法正確的是( ) A.可以利用威耳遜云室研究所有的射線 B.α粒子在威耳遜云室中的徑跡直而粗,是因為α粒子的質量大,電離本領強,,C.β粒子在威耳遜云室中,幾乎看不到它的徑跡 D.利用威耳遜云室可判斷射線所帶電荷的正負,,【解析】選B、D。α粒子的質量大,不易改變方向,電離本

12、領大,其徑跡直而粗,γ射線電離本領小,一般看不到其徑跡,不能用威耳遜云室來研究,故B選項正確,A、C選項錯誤;把云室放在磁場中,由射線徑跡的彎曲方向就可判斷射線所帶電荷的正負,D選項正確。,,【過關訓練】 1.用蓋革—米勒計數(shù)器測定放射源的放射強度為每分鐘405次,若將一張厚紙板放在計數(shù)器與放射源之間,計數(shù)器幾乎測不到射線。10天后再次測量,測得該放射源的放射強度為每分鐘101次,則下列關于射線性質及它的半衰期的說法正確的是( ),,A.放射源射出的是γ射線 B.放射源射出的是β射線 C.這種放射性元素的半衰期是5天 D.這種放射性元素的半衰期是2.5天,,【解析】選C。由厚紙板能擋住這種射線

13、,知這種射線是穿透能力最差的α射線,選項A、B均錯誤;因放射性元素原子核個數(shù)與單位時間內衰變的次數(shù)成正比,10天后測出放射強度為原來的四分之一,說明10天后放射性元素的原子核個數(shù)只有原來的四分之一,由半衰期公式知已經過了兩個半衰期,故半衰期是5天。,,2.如圖是科學史上一張著名的實驗照片,顯示一個帶電 粒子在云室中穿過某種金屬板運動的徑跡,云室放置在 勻強磁場中,磁場方向垂直照 片向里。云室中橫放的金屬板 對粒子的運動起阻礙作用。 分析此徑跡可知粒子( ),,A.帶正電,由下向上運動 B.帶正電,由上向下運動 C.帶負電,由上向下運動 D.帶負電,由下向上運動,,【解析】選A。由圖可以看出粒子

14、在金屬板上方的軌道 半徑比在金屬板下方時小,由帶電粒子在勻強磁場中運 動的半徑公式R= 可知粒子在金屬板上方運動的速 率小,所以粒子由下往上運動,B、C錯誤;磁場方向垂直 照片向里,結合粒子運動方向,根據(jù)左手定則可知粒子 帶正電,A正確,D錯誤。,,【補償訓練】 1.(多選)利用威耳遜云室探測射線時能觀察到細長而彎曲的徑跡,則下列說法中正確的是( ) A.可知是α射線射入云室中 B.可知是β射線射入云室中 C.觀察到的是射線粒子的運動 D.觀察到的是射線粒子在運動路徑上的酒精霧滴,,【解析】選B、D。α射線質量較大,在氣體中飛行時不易改變方向,在云室中的徑跡直而粗,β射線質量較小,在云室中的徑

15、跡細而彎曲,因此觀察到威耳遜云室中細長而彎曲的徑跡是β射線的徑跡,故A錯誤,B正確;射線粒子的運動肉眼是觀察不到的,觀察到的是酒精的過飽和蒸氣在射線粒子運動路徑上形成的霧滴,故C錯誤,D正確。,,2.(多選)下列說法正確的是( ) A.在威耳遜云室中α粒子的徑跡細且直,β粒子的徑跡較粗且彎曲程度大 B.γ粒子在威耳遜云室中一般看不見其徑跡 C.蓋革—米勒計數(shù)器探測射線的原理中也利用了射線的電離本領 D.蓋革—米勒計數(shù)器不僅能計數(shù),還能用來分析射線的性質,,【解析】選B、C。α粒子的質量比較大,在氣體中飛行 時不易改變方向,并且電離本領大,沿途產生的離子多, 所以它在云室中的徑跡直而短粗;β粒子

16、的質量小,跟 氣體碰撞時容易改變方向,并且電離本領小,沿途產生 的離子少,所以它在云室中的徑跡比較細,且常常發(fā)生 彎曲,A錯誤;γ粒子的電離本領更小,一般看不見它的 徑跡,B正確;蓋革—米勒計數(shù)器是利用射線的電離作用,,,產生電脈沖進而計數(shù)的,C正確;蓋革—米勒計數(shù)器對于不同射線產生的脈沖現(xiàn)象相同,因此計數(shù)器只能用來計數(shù),不能區(qū)分射線的性質,D錯誤。,,知識點二 原子核的人工轉變和核反應方程 探究導入: 如圖所示為α粒子轟擊氮原子核示意圖。,,(1)充入氮氣前熒光屏上看不到閃光,充入氮氣后熒光屏上看到了閃光,說明了什么問題? (2)α粒子轟擊氮原子核時,釋放出了質子,寫出核反應方程。,,提示:

17、(1)說明α粒子轟擊氮核后產生了新的粒子。,,【歸納總結】 1.核反應的條件:用α粒子、質子、中子,甚至用γ光子轟擊原子核使原子核發(fā)生轉變。 2.核反應的實質:用粒子轟擊原子核并不是粒子與核碰撞將原子核打開,而是粒子打入原子核內部使核發(fā)生了轉變。,,3.原子核人工轉變的三大發(fā)現(xiàn): (1)1919年盧瑟福發(fā)現(xiàn)質子的核反應:,,(2)1932年查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應: (3)1934年約里奧—居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素和正電 子的核反應,,【典例探究】 【典例】用中子轟擊氧原子核的核反應方程式為 ,對式中X、a、b的判斷正確的是 ( ),,A.X代表中子,a=17,b=

18、1 B.X代表電子,a=17,b=-1 C.X代表正電子,a=17,b=1 D.X代表質子,a=17,b=1,,【解析】選C。根據(jù)質量數(shù)、電荷數(shù)守恒可知a=17, b=8+0-7=1,因此X可表示為 e,為正電子,故C項正確,A、B、D三項錯誤。,,【過關訓練】 1.(多選)用α粒子轟擊鈹核( Be),生成一個碳核( C) 和一個粒子,則該粒子( ) A.帶正電,能在磁場中發(fā)生偏轉 B.在任意方向的磁場中都不會發(fā)生偏轉 C.電離本領特別強,是原子核的組成部分之一 D.盧瑟福預言,查德威克發(fā)現(xiàn),,【解析】選B、D。核反應方程為 ,這 種粒子是中子,故B、D正確。,,2.某實驗室工作人員,用

19、初速度為v0=0.09c(c為真空中的光速)的α粒子轟擊靜止在勻強磁場中的Na,產生了質子。若某次碰撞可看作對心正碰,碰后新核的運動方向與α粒子的初速度方向相同,質子的運動方向與新核運動方向相反,它們在垂直于磁場的平面內分別做勻速圓周運動。通過分析軌跡半徑,可得出新核與質子的速度大小之比為1∶10,已知質子質量為m。,,(1)寫出核反應方程。 (2)求出質子的速度v(結果保留兩位有效數(shù)字)。,,【解析】(1)核反應方程為 (2)α粒子、新核的質量分別為4m、26m,質子的速率為 v,因為是對心正碰,由動量守恒定律得 4mv0=26m -mv 解得v=0.23c 答案:(1) (2)

20、0.23c,,【補償訓練】 1.某原子核 吸收一個中子后,放出一個電子,分裂為 兩個α粒子。由此可知( ) A.A=7,Z=3 B.A=7,Z=4 C.A=8,Z=3 D.A=8,Z=4,,【解析】選A。其核反應方程為: , 由核反應中的質量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知:A+1=42, Z=22-1,得:A=7,Z=3。故A正確。,,2.放射性元素 Po衰變?yōu)?Pb,此衰變過程的核反應 方程是____________;用此衰變過程中發(fā)出的射線轟擊 F,可得到質量數(shù)為22的氖(Ne)元素和另一種粒子, 此核反應過程的方程是__________________。,,【解析】根據(jù)衰變規(guī)律,此

21、衰變過程的核反應方程 是 。用α射線轟擊 F,可得到質量 數(shù)為22的氖(Ne)元素和另一種粒子,此核反應過程的方 程是 。 答案:,,知識點三 放射性同位素的應用 探究導入: 如圖是LUNATM260型伽瑪射線放療機。 (1)伽瑪射線放療機的工作原理是什么? (2)試舉出其他利用伽瑪射線的實例。,,提示:(1)利用放射性元素釋放出的γ射線殺死癌細胞。 (2)利用γ射線的穿透特性測金屬板的厚度;利用γ射線殺死使食物腐敗的細菌,抑制蔬菜發(fā)芽,延長保存期等。,,【歸納總結】 1.概念:同一元素的各種同位素中,有的穩(wěn)定,有的不穩(wěn)定,不穩(wěn)定的同位素會自發(fā)地放出粒子而衰變?yōu)槠渌?這種具有放

22、射性的同位素叫作放射性同位素。,,2.分類:可分為天然放射性同位素和人工放射性同位素兩種,天然放射性同位素不過40多種,而人工放射性同位素已達1000多種,每種元素都有自己的放射性同位素。,,3.人工放射性同位素的優(yōu)點: (1)放射強度容易控制。 (2)可以制成各種所需的形狀。 (3)半衰期比天然放射性物質短得多,放射性廢料容易處理。因此,凡是用到射線時,用的都是人工放射性同位素。,,4.放射性同位素的主要應用: (1)利用它的射線。 ①工業(yè)部門使用射線測厚度——利用γ射線的穿透特性; ②農業(yè)應用——γ射線使種子的遺傳基因發(fā)生變異,殺死使食物腐敗的細菌,抑制蔬菜發(fā)芽,延長保存期等; ③醫(yī)療上—

23、—利用γ射線的高能量治療癌癥。,,(2)作為示蹤原子:放射性同位素與非放射性同位素有相同的化學性質,通過探測放射性同位素的射線確定其位置。,,【典例探究】 【典例】關于放射性同位素的應用,下列說法中正確的是( ) A.利用γ射線使空氣電離,消除靜電 B.利用α射線照射植物的種子,使產量顯著增加 C.利用β射線來治肺癌、食道癌,,D.利用放射性同位素跟它的非放射性同位素的化學性質相同,可以作為示蹤原子,,【解析】選D。β或α射線的電離本領較大,可以消除工業(yè)上有害的靜電積累,選項A錯誤;β射線或γ射線的穿透性強,可以用來輻射育種、輻射保鮮、消毒殺菌和醫(yī)治腫瘤等,選項B、C錯誤;放射性同位素跟它的非

24、放射性同位素的化學性質相同,可以作為示蹤原子,選項D正確。,,【規(guī)律方法】放射性同位素的應用技巧 (1)用射線來測量厚度,一般不選取α射線是因為其穿透能力太差,更多的是選取γ射線,也有部分選取β射線的。 (2)給病人治療癌癥、培育優(yōu)良品種、延長食物保質期一般選取γ射線。 (3)使用放射線時安全是第一位的。,,【過關訓練】 放射性在技術上有很多應用,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線。,,某塑料公司生產聚乙烯薄膜,方法是讓厚的聚乙烯膜通過軋輥把聚乙烯膜軋薄,利用適當?shù)姆派渚€來測定通過軋輥后的薄膜厚度是否均勻,可利用的元素是( ) A.釙210 B.氡22

25、2 C.鍶90 D.鈾238,,【解析】選C。要測定聚乙烯薄膜的厚度,則要求射線可以穿透薄膜,因此α射線不合適;另外,射線穿透作用還要受薄膜厚度影響,γ射線穿透作用最強,薄膜厚度不會影響γ射線穿透,所以只能選用β射線,而氡222半衰期太小,鈾238半衰期太長,所以只有鍶90較合適。,,【補償訓練】 1.(多選)人工放射性同位素被用作示蹤原子,主要是因為( ) A.放射性同位素不改變其化學性質 B.人工放射性同位素的半衰期比天然放射性元素的半衰期短得多,,C.半衰期與元素所處的物理、化學狀態(tài)無關 D.放射性同位素容易制造,,【解析】選A、B、C。放射性同位素用作示蹤原子,主要是用放射性同位素代替

26、沒有放射性的同位素參與正常的物理、化學、生物過程,既要利用化學性質相同,也要利用衰變規(guī)律不受物理、化學變化的影響,同時還要考慮放射性廢料容易處理,因此選項A、B、C正確,選項D不正確。,,2.關于放射性同位素應用的下列說法中正確的有( ) A.放射線改變了布料的性質使其不再因摩擦而生電,因此達到了消除有害靜電的目的 B.利用γ射線的貫穿性可以為金屬探傷,也能進行人體的透視,,C.用放射線照射作物種子能使其DNA發(fā)生變異,其結果一定是成為更優(yōu)秀的品種 D.用γ射線治療腫瘤時一定要嚴格控制劑量,以免對人體正常組織造成太大的傷害,,【解析】選D。利用放射線消除有害靜電是利用α射線的電離性,使空氣分子

27、電離成導體,將靜電泄出,A錯誤;γ射線對人體細胞傷害太大,因此不能用來人體透視,在用于治療腫瘤時要嚴格控制劑量,B錯誤,D正確;DNA變異并不一定都是有益的,C錯誤。,,3.(多選)關于放射性同位素的應用,下列符合事實的是 ( ) A.利用射線照射種子,可以使種子DNA發(fā)生突變,培養(yǎng)新 的品種 B.用放射性元素制成肥料,被莊稼吸收后,利用探測器 可探知肥料在莊稼內的存留情況,,C.利用放射線可以殺死人體內的癌細胞,正常細胞不受影響 D.使大分子生物吸收放射性物質后,可了解生物的分子結構,研究其功能,,【解析】選A、B、D。利用放射線殺死人體內的癌細胞時,正常細胞也受影響,只不

28、過癌細胞在射線照射下破壞得比健康細胞快,C錯誤,其他均正確。,,【拓展例題】考查內容:放射性的危害和防護 【典例示范】(多選)聯(lián)合國環(huán)境公署對科索沃地區(qū)的調查表明,北約對南聯(lián)盟進行的轟炸中使用的貧鈾炸彈的殘留物長期危害環(huán)境,對當?shù)鼐用竦慕】狄伯a生了嚴重的影響,下列關于核輻射的說法正確的是( ) A.貧鈾炸彈的殘留物存在放射性,且半衰期很長,對環(huán)境產生長期危害,,B.貧鈾炸彈的殘留物不會對人體產生危害,但對環(huán)境產生了長期危害 C.過量的射線對人體組織具有破壞性 D.受到射線傷害后,人能立即感覺到射線對人體的破壞,【解析】選A、C。貧鈾炸彈的殘留物對人體和環(huán)境都會產生長期危害,A正確、B錯誤;過量射線對人體造成的傷害有時不會馬上感覺到,C正確、D錯誤。,