2018_2019学年高考物理主题三探测射线的方法放射性的应用与防护学案新人教版.docx

3.3.3探测射线的方法3.3.4放射性的应用与防护学习目标核心提炼1.知道射线粒子使气体或者液体电离、使照相底片感光、使荧光物质产生荧光。2.了解云室、气泡室和计数器的简单构造和基本原理。3.知道什么是放射性同位素和人工放射性同位素。4.知道核反应及其遵循的规律。5.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。3个方法云室气泡室盖革米勒计数器1个概念放射性同位素一、探测射线的方法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，过饱和的蒸汽会产生雾滴，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)威耳逊云室原理：当酒精蒸汽达到过饱和状态，粒子在云室内气体中飞过，使沿途的气体分子电离，过饱和酒精蒸汽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：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)盖革米勒计数器优点：GM计数器非常灵敏，用它检测射线十分方便。缺点：只能用来计数，不能区分射线的种类。思考判断(1)威尔逊云室可以显示粒子和粒子的径迹。()(2)高速粒子在威尔逊云室中的径迹又短又粗而且是弯曲的。()(3)GM计数器非常灵敏，不仅可以计数，还可以区分射线的种类。()答案(1)(2)(3)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：卢瑟福用粒子轰击氮原子核，核反应方程NHeOH。(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.放射性同位素优点(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。思考判断(1)在核反应中，质量数守恒，电荷数守恒。()(2)放射性同位素P，既可以通过核反应人工获得，也可以从自然界中获得。()(3)现在用到射线时，既可以用人工放射性同位素，也可以用天然放射性物质。()答案(1)(2)(3)三、放射性同位素的应用与防护1.应用射线：利用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。思考判断(1)利用射线照射种子，可以培育出优良品种。()(2)用射线照射食品可以杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期。()(3)任何放射性物质都可以作为示踪原子使用。()答案(1)(2)(3)探测射线的方法要点归纳1.威尔逊云室(1)粒子显示的径迹直而清晰因为粒子带电荷量多，它的电离本领强，穿越云室时，在1 cm路程上能使104对气体分子产生电离，过饱和酒精蒸汽凝结在这些离子上，形成很清晰的径迹。且由于粒子质量大，穿越云室时不易改变方向，所以显示的径迹很直。(2)粒子显示的径迹粒子的质量小，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，所以高速粒子的径迹又细又直，低速粒子的径迹又短又粗而且是弯曲的。(3)射线的电离本领很小，在云室中一般看不到它的径迹。2.气泡室气泡室装的是过热液体，粒子通过液体时在它的周围有气泡形成，显示粒子的径迹。3.盖革米勒计数器当某种粒子经过管中时，管内气体分子电离，产生电子，这些电子到达阳极，正离子到达阴极，在外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。精典示例例1 (多选)利用威耳逊云室探测射线时若观察到细长、弯曲的径迹，则下列说法正确的是()A.可知有射线射入云室B.可知有射线射入云室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审题指导解答本题时应注意以下两点：(1)粒子带电量较多，质量大，它的电离本领强，穿越云室时，径迹粗而直。(2)粒子带电量少，质量小，电离本领较小，穿越云室时，径迹细而弯曲。解析因为观察到威耳逊云室中存在细长、弯曲的径迹，可知是射线的径迹，选项A错误，B正确；射线粒子的运动是观察不到的，观察到的是酒精过饱和蒸汽在射线粒子运动路径上形成的雾滴，选项C错误，D正确。答案BD针对训练1 下列说法中错误的是()A.威耳逊云室和盖革米勒计数器都是利用了放射线使气体电离的性质B.盖革米勒计数器除了用来计数，还能区分射线的种类C.用威耳逊云室探测射线时，径迹比较细且常常弯曲的是粒子的径迹D.根据气泡室中粒子径迹的照片上记录的情况，可以分析粒子的带电、动量、能量等情况解析盖革米勒计数器只能用来计数，不能区分射线的种类，因为不同的射线在盖革米勒计数器中产生的脉冲现象相同。气泡室探测射线的原理与云室类似，根据粒子的径迹照片，可以分析粒子的动量、能量和带电情况，选项B错误。答案B核反应及核反应方程要点归纳1.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.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NHeOH(2)1932年查德威克发现中子的核反应方程BeHeCn(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AlHePn；PSie4.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。精典示例例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)7Nn6C_(2)7NHe8O_(3)5Bn_He(4)BeHe_n(5)FeHCo_解析(1)7Nn6CH(2)7NHe8OH(3)5BnLiHe(4)BeHe6Cn(5)FeHCon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)。答案见解析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 在下列四个核反应方程中，X1、X2、X3和X4各代表某种粒子HX1HenNHeOX2BeHeCX3MgHeAlX4则下列判断中正确的是()A.X1是质子 B.X2是中子C.X3是电子 D.X4是质子解析根据核反应的质量数和电荷数守恒知，X1为H，选项A错误；X2为H，选项B错误；X3为n，选项C错误；X4为H，选项D正确。答案D放射性同位素及其应用要点归纳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射线的穿透特性。(2)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、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)医学上利用射线的高能量治疗癌症。精典示例例3 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。(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ONe，ee2。(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，选项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。答案(1)ONe，ee2(2)B(3)短(1)用射线来测量厚度，一般不选取射线是因为其穿透能力太差，更多的是选取射线，也有部分选取射线的。(2)给病人治疗癌症、培育优良品种、延长食物保存期一般选取射线。(3)使用射线时安全是第一位的。针对训练3 关于人工制造的放射性同位素，下列说法错误的是()A.人工制造的放射性同位素的半衰期比天然放射性物质的半衰期长很多B.人工制造的放射性同位素的放射强度容易控制C.人工制造的放射性同位素的射线能进行金属探伤D.使用人工制造的放射性同位素也要遵守操作规程，防止对人体、空气、水源、用具的污染解析人造放射性同位素的半衰期比天然放射性物质短，故选项A错误；人工制造的放射性同位素的放射强度容易控制，故选项B正确；人工制造的放射性同位素的射线能进行金属探伤，故选项C正确；使用人工制造的放射性同位素也要遵守操作规程，防止对人体、空气、水源、用具的污染，故选项D正确，故选A。答案A1.用粒子照射充氮的云室，摄得如图1所示的照片，下列说法正确的是()图1A.A是粒子的径迹，B是质子的径迹，C是新核的径迹B.B是粒子的径迹，A是质子的径迹，C是新核的径迹C.C是粒子的径迹，A是质子的径迹，B是新核的径迹D.B是粒子的径迹，C是质子的径迹，A是新核的径迹解析粒子的径迹是沿入射方向的。生成的新核径迹的特点是粗而短，根据以上特点可判断选项D正确。答案D2.(多选)在粒子物理的研究中，可以让粒子通过叫“云室”“气泡室”的装置，以显示它们的径迹，如图2所示的是在液氢气泡室中拍摄到的带电粒子的径迹，气泡室中加有匀强磁场。关于粒子的径迹是一对紧绕的螺旋线的说法正确的是()图2A.进入气泡室的是一对带相反电荷的粒子，在同一个磁场中它们所受的洛伦兹力方向相反B.进入气泡室的粒子的比荷一定不同C.粒子的径迹是螺旋线，是因为粒子在运动过程中能量减少D.粒子的径迹是螺旋线，是因为粒子的带电荷量越来越少解析根据粒子进入气泡室后沿相反的方向运动，说明粒子所受的洛伦兹力方向相反，粒子带相反电性的电荷，选项A正确；由R知，R不同，因为速度v的大小关系不确定，的大小关系也不确定，即可能相同，选项B错误；因为粒子在运动过程中电荷量不变，但要受到阻力作用，能量减少，速度减小，故半径减小，所以粒子的径迹是螺旋线，选项C正确，D错误。答案AC3.用中子轰击氧原子核的核反应方程为8OnNX，对式中X、a、b的判断正确的是()A.X代表中子，a17，b1B.X代表电子，a17，b1C.X代表正电子，a17，b1D.X代表质子，a17，b1解析根据质量数、电荷数守恒可知a17，b8071，因此X可表示为e，为正电子，故选项C正确，A、B、D错误。答案C4.下面列出的是一些核反应方程：PSiX，BeHBY，HeHeLiZ，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D5.用人工方法得到放射性同位素，这是一个很重要的发现，天然的放射性同位素只不过40多种，而今天人工制造的放射性同位素已达1 000多种，每种元素都有放射性同位素。放射性同位素在工业、农业、医疗卫生和科学研究的许多方面得到了广泛的应用。(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)图3是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图。如果工厂生产的是厚度为1毫米的铝板，在、三种射线中，你认为对铝板的厚度控制起主要作用的是_射线。图3(3)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的结晶是同一种物质，为此曾采用放射性同位素14C做_。解析(1)因放射线的电离作用，空气中的与验电器所带电性相反的离子与之中和，从而使验电器所带电荷消失。(2)射线穿透物质的本领弱，不能穿透厚度为1毫米的铝板，因而探测器不能探测，射线穿透物质的本领极强，穿透1毫米厚的铝板和几毫米厚的铝板打在探测器上很难分辨。射线也能够穿透1毫米甚至几毫米厚的铝板，但厚度不同，穿透后射线中的电子运动状态不同，探测器容易分辨。(3)把掺入14C的人工合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素混合在一起，经过多次重新结晶后，得到了放射性14C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完全融为一体，它们是同一种物质。这种把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，从而可以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。答案(1)B(2)(3)示踪原子1.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C2.关于放射性同位素的应用，下列说法正确的有()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.用放射性照射作物种子使其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作用，使空气分子电离成为导体，将静电消除。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D3.(多选)有关放射性同位素P的下列说法，正确的是()A.P与X互为同位素B.P与其同位素有相同的化学性质C.用P制成化合物后它的半衰期变长D.含有P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解析同位素有相同的质子数，所以选项A错误；同位素有相同的化学性质，所以选项B正确；半衰期与元素属于化合物或单质没有关系，所以P制成化合物后它的半衰期不变，选项C错误；含有P的磷肥由于衰变，可记录磷的踪迹，所以选项D正确。答案BD4.(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，则下列关于射线性以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天后放射性元素还剩余原来的四分之一，即半衰期为5天，选项C正确，D错误。答案AC5.某种元素具有多种同位素，能反映这些同位素的质量数A与中子数N关系的是()解析某种元素中质子数与中子数相当，质量数等于质子数与中子数之和，因此当中子数N增大时，质量数A也会增大，选项A、D错误；又因为中子数N为零时，质子数不为零，所以质量数A不为零，选项B正确，C错误。答案B6.(2017天津理综)我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证，这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献。下列核反应方程中属于聚变反应的是()A.HHHenB.NHeOHC.HeAlPnD.UnBaKr3n解析HHHen是一个氘核与一个氚核结合成一个氦核，同时放出一个中子，属于聚变反应，故选项A正确；7NHe8OH是卢瑟福发现质子的核反应方程，是人类第一次实现的原子核的人工转变，属于人工核反应，故选项B错误；HeAlPn是小居里夫妇用粒子轰击铝片时发现了放射性磷(磷30)，同时发现中子的核反应方程，属于人工核反应，故选项C错误；Un56BaKr3n是一种典型的铀核裂变，属于裂变反应，故选项D错误。答案A7.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P，放出一个正电子后变成原子核Si，如图所示能近似地反映正电子和Si核轨迹的是()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，选项C、D可排除。因为洛伦兹力提供向心力，即qvBm，所以做匀速圆周运动的半径为r。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。可见正电子运动的圆半径较大。答案B8.如图1所示，1928年，德国物理学家玻特用(He)轰击轻金属铍(Be)时，发现有一种贯穿能力很强的中性射线。查德威克对该粒子进行研究，进而发现了新的粒子。用粒子流A轰击石蜡时，会打出粒子流B。下述正确的是()图1A.该实验核反应方程：BeHeCnB.该实验是查德威克发现质子的实验C.粒子A为中子，粒子B为质子D.粒子A为质子，粒子B为中子解析由质量数和电荷数守恒可知，核反应方程为：BeHeCn，选项A错误；该实验生成的是中子，不是发现质子的实验，选项B错误；由核反应方程可知，A为中子，中子轰击石蜡，将氢中的质子打出，即形成质子流，故B为质子，选项C正确，D错误。答案C9.(多选)一个质子以1.0107 m/s的速度撞一个静止的铝原子核后被俘获，铝原子核变成硅原子核。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，则下列说法正确的是()A.核反应方程为AlHSiB.核反应方程为AlnSiC.硅原子核速度的数量级为107 m/s，方向跟质子的初速度方向一致D.硅原子核速度的数量级为105 m/s，方向跟质子的初速度方向一致解析由核反应中电荷数和质量数守恒可知选项A正确，B错误；由动量守恒定律求得硅原子速度的数量级为105 m/s，即选项D正确，C错误。答案AD10.1934年约里奥居里夫妇用粒子轰击静止的Al，发现了放射性磷P和另一种粒子，并因这一伟大发现而获得诺贝尔物理学奖。(1)写出这个过程的核反应方程式；(2)若该种粒子以初速度v0与一个静止的12C核发生碰撞，但没有发生核反应，该粒子碰后的速度大小为v1，运动方向与原运动方向相反，求碰撞后12C核的速度。解析(1)核反应方程式为AlHePn。(2)由(1)知，该种粒子为中子，设该种粒子的质量为m，则12C核的质量为12m，设碰撞后12C核的速度为v2，由动量守恒定律可得mv0m(v1)12mv2，解得v2，碰撞后12C核的运动方向与该粒子原运动方向相同。答案AlHePn(2)，方向与该粒子原运动方向相同11.某实验室工作人员，用初速度v00.09c(c为真空中的光