2016-2017学年高中物理 第19章 原子核新人教版选修3-5_3

成才之路 物理 路漫漫其修远兮 吾将上下而求索 人教版 选修 3-5 原子核 第十九章 第三节 探测射线的方法 第四节 放射性的应用与防护 第十九章 学习目标定位1 课堂情景切入2 知识自主梳理3 重点难点突破4 考点题型设计5 课 时 作 业7 易错案例剖析6 学习目标定位 理解原子核的人工转变及人工放射性同位素 了解探测射线的仪器和方法 了解放射性的应用和防护 课堂情景切入 放射性同位素的放射强度易于控制，它的半衰期比天然放射性物质短得多，因此在生产和科学领域得以广泛的应用 。你知道探测射线的方法和射线有哪些应用吗？ 知识自主梳理 探 测 射 线 的原理 利用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。 (1)粒子使气体或液体电离，以这些离子为核心，过饱和汽会产生 _，过热液体会产生 _。 (2)使照相底片 _。 (3)使荧光物质产生 _。 探 测 射 线 的基本方法 云雾 气泡 感光 荧光 1 威 尔 逊 云室 (1)结构见教材。 (2)工作原理：粒子从室内气体中飞过，就会使沿途的气体分子 _产生离子，过饱和汽便以这些离子 为核心凝成 _，于是显示出射线的径迹。 根据径迹的长短和粗细，可以知道粒子的 _；把云室放在磁场中，从带电粒子运动轨迹的弯曲方向， 还可以知道粒子所带电荷的 _。 几种常用的探 测 器 电离 一条雾滴 性质 正负 2 气泡室 (1)原理：当高能粒子穿过室内 _液体时，形成一串 _而显示粒子行迹。 (2)作用：可以分析粒子的带电、动量、能量等情况。 过热 气泡 3 盖革 米勒 计 数器 (1)结构见课本 (2)原理： 当某种射线粒子进入管内时，它使管内的气体 _，产生的电子在电场中被加速，能量 0越来越大，电 子跟管中的气体分子 _时，又使气体分子电离，产生 _ 这样，一个射线粒子进入管中后可 以产生大量 _。这些电子到达阳极，阳离子到达阴极，在外电路中就产生一次脉冲放电，利用电子仪器可以把 放电 _记录下来。 电离 碰撞 电子 电子 次数 (3)特点：检测射线十分方便，但只能用来 _，不能区分射线的种类。此外如果同时有大量粒子或两 个粒子射来的间隔时间小于 200s， G M计数器也不能区分它们。 计数 1 定 义 原子核在其他粒子的 _产生新原子核的过程，称为核反应。 2 原子核的人工 转变 (1)1919年，卢瑟福第一次实现了原子核的人工转变并发现了质子，核反应方程是 核反 应 轰击下 3 遵循 规 律 _守恒， _守恒。质量数 电荷数 人工放射性同位素的 应 用与防 护 放射性 3 放射性同位素的 应 用 (1)利用射线：利用 射线具有很强的 _作用，消除有害 _；利用 射线很强的 _本领，工业用来 _。 (2)作示踪原子：同位素具有相同的 _性质，可用放射性同位素代替非放射性同位素做 _原子。 电离 静电 贯穿 探伤 化学 示踪 4 放射性的 污 染和防 护 (1)放射性污染 过量的放射会对 _造成污染，对人类和自然界产生 _作用。 (2)防护 辐射防护的基本方法有 _防护、距离、 _防护。要防止放射性物质对 _、 _、用具、 _的污染，要防止射线 _地 _照射人 体。 环境 破坏 时间 屏蔽 水源 空气 工作场所 过多 长时间 重点难点突破 一、探 测 射 线 的三种 仪 器 1 威 尔 逊 云室 (1)原理：实验时先往云室里加入少量的酒精，使室内充满酒精的饱和蒸气，然后使活塞迅速向下运动，室内气体 由于迅速膨胀，温度降低，酒精蒸气达到过饱和状态。这时让射线粒子从室内的气体中飞过，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，这些雾滴沿射线经过的路线排列，于是就显示出了射线的径迹，可用照相机 拍摄下其运动的径迹进行观察分析。 (2)三种射线在云室中的径迹比较 a 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。 b 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。 c 粒子的电离本领更小，在云室中一般看不到它的径迹。 2 气泡室 (1)原理：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，控制气泡室内液体的温度和压强， 使室内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，使液体过热，此时让射线粒子射入室内，粒 子周围就有气泡形成。用照相机拍摄出径迹照片，根据照片上记录的情况，可以分析粒子的性质。 (2)气泡室和云室的比较：气泡室的工作原理与云室相类似，云室内装有气体，而气泡室内装的是液体。相同之处 在于都可以形成射线粒子的运动径迹，通过研究径迹，研究射线的性质。 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。 (2)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 200s，则计数器不能区分它们。 特 别 提醒： (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。 (2)G M计数器区分粒子方面： G M计数器不能区分时间间隔小于 200s的两个粒子。 答案： C 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。 二、核反 应 及核反 应 方程 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 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。 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。 特 别 提醒： (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。 解析： 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， Zx 3 2Zy， Zy 7 Zx 8，可得 Zy 2； 质 量数守恒 Ax 7 2Ay， Ay 14 Ax 17，可得 Ay 4；由第三个核反 应 方程中 的 电 荷数守恒 2 4 Zz 6，得 Zz 0， 质 量数守恒 4 9 Az 12， Az 1。即 z是 电 荷数 为 零， 质 量数 为 1的粒子，也就是 中子， 选 C。 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 利用放出的 射线检查金属部件是否存在砂眼、裂痕等，即利用 射线进行探伤。 利用放射线的贯穿本领与物质的厚度和密度的关系，可用它来检查各种产品的厚度和密封容器中的液体的高度 等，从而实现自动控制。 利用放射线使空气电离而把空气变成导电气体，以除去化纤、纺织品上的静电。 用射线照射植物，引起植物的变异，也可以利用它杀菌、治病等。 (2)做示踪原子 把放射性同位素原子通过物理或化学反应的方式掺到其他物质中，然后用探测仪进行追踪，这种使物质带有 “放射 性标记 ”的放射性同位素原子就是示踪原子。例如： 在农业生产中，探测农作物在不同的季节对元素的需求。 在工业上，检查输油管道上的漏油位置。 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。 解析： 放射性元素与它的同位素的化学性 质 相同，但是 利用放射性元素可以确定 农 作物在各季 节 吸收含有哪种元素 的肥料。无 论 植物吸收含放射性元素的肥料， 还 是无放射性 肥料，植物生 长 是相同的， A错 ；放射性同位素，含量易控制 ，衰 变 周期短，不会 对环 境造成永久 污 染，而天然放射性元 素， 剂 量不易控制、衰 变 周期 长 ，会 污 染 环 境，所以不用天 然放射元素， C错 ；放射性是原子核的本身性 质 ，与元素的状 态 、 组 成等无关， D错 。放射性同位素可作 为 示踪原子，故 B 正确。 四、放射性的 污 染与防 护 污染与防护 举例与措施 说明 污染 核爆炸 核爆炸的最初几秒钟辐射出来的主要是强烈的 射线与中子流 核泄漏 核工业生产和核科学研究中使用放射性原材料，一旦泄漏就会造成 严重污染 医疗照射 医疗中如果放射线的剂量过大，也会导致病人受到损害，甚至造成 病人的死亡 防护 密封防护 把放射源密封在特殊的包壳里，或者用特殊的方法覆盖，以防止射 线泄漏 距离防护 距放射源越远，人体吸收的剂量就越少，受到的危害就越轻 时间防护 尽量减少受辐射的时间 屏蔽防护 在放射源与人体之间加屏蔽物能起到防护作用。铅的屏蔽作用最好 答案： BCD 考点题型设计 探 测 射 线 的方法 核反 应 方程 点 评 ： 此 题 只要 严 格按照写核反 应 方程的原 则进 行，一 般是不会出 错 的，写核反 应 方程的原 则 是： (1)质 量数守恒和 电 荷数守恒； (2)中 间 用箭 头 ，不能写成等号。因两端 仅仅 是 质 量数守恒，没有体 现质 量相等；也不能 仅 画一横 线 ，因箭 头 的方向 还 表示反 应进 行的方向； (3)能量守恒，但中学 阶 段 不作要求； (4)核反 应 必 须 是 实验 能 够发 生的，不能毫无根据 地写未 经实验证实 的核反 应 方程。 答案： A 解析： 根据 电 荷数守恒、 质 量数守恒，知 X的 电 荷数 为 1 ， 质 量数 为 0， 为 正 电 子， Y的 电 荷数 为 0， 质 量数 为 1， 为 中 子， Z的 电 荷数 为 1， 质 量数 为 1， 为质 子，故 A正确， B、 C 、 D错误 。 放射性的 应 用与防 护 (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)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 14C作 _。 解析： (1)因放射性的 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 器所 带电 荷中和。 (2)把 掺 入 14C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 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 合成一体，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察明的情况或 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)示踪原子 答案： BCD 解析： 放射 线对 所有 细 胞都有 杀伤 作用。 选项 B、 C、 D 正是人 类 在合理利用放射性物 质过 程中必 须 注意防 护 的。 易错案例剖析 易 错 分析： 对盖革 米勒计数器的工作原理理解不准确，认为米勒计数器既能计数又能