高中物理 第十九章 原子核 3 探测射线的方法 4 放射性的应用与防护同步备课学案 新人教版选修

我带领班子成员及全体职工，积极参加县委、政府和农牧局组织的政治理论学习，同时认真学习业务知识，全面提高了自身素质，增强职工工作积极性，杜绝了纪律松散3 探测射线的方法 4 放射性的应用与防护目标定位1.了解探测射线的几种方法，熟悉探测射线的几种仪器.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一、探测射线的方法1探测射线的理论依据(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：原理：当酒精蒸气达到过饱和状态，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：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【深度思考】三种射线肉眼都看不见，结合上述三种仪器，说说探测射线的原理是什么？答案探测射线的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，来显示射线的存在如威尔逊云室利用射线的电离性质使过饱和酒精蒸气凝结成雾滴来显示射线的径迹；气泡室是让射线粒子周围形成气泡来显示径迹；盖革米勒计数器产生脉冲放电显示径迹【例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，因质量较大，飞行时不易改变方向，所以径迹直而粗，故只有D正确答案D二、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遵循规律质量数守恒，电荷数守恒3原子核的人工转变卢瑟福用粒子轰击氮原子核，产生了氧的一种同位素(氧17)和一个质子，核反应方程为HeNOH，第一次实现了原子核的人工转变【深度思考】核反应的实质是什么？答案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【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) NnC_(2)NHeO_(3)Bn_He(4)BeHe_n(5)FeHCo_解析(1)7NnCH(2) NHeOH(3)BnLiHe(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三、人工放射性同位素1有些同位素具有放射性，叫放射性同位素21934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，核反应方程为HeAlPn.四、放射性同位素的应用1在工业上可以用射线来探测工件内部裂痕，称为探伤，也可以用射线照射种子，会使种子的遗传基因发生变异，从而培育出新品种2农业上利用P作为示踪原子来研究农作物对磷肥的吸收情况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【深度思考】原子核的人工转变与放射性元素的衰变有何区别？答案原子核的人工转变是指在其他粒子轰击下变成新核的过程，放射性元素的衰变是指核自动转化为新核的过程【例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，消除静电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，可以作为示踪原子解析或射线的电离本领较大，可以消除工业上有害的静电积累，选项A错误；射线或射线的穿透性强，可以用来辐射育种、辐射保鲜、消毒杀菌和医治肿瘤等，选项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，选项D正确答案D1(探测射线的方法)用粒子照射充氮的云室，摄得如图1所示的照片，下列说法中正确的是()图1AA是粒子的径迹，B是质子的径迹，C是新核的径迹BB是粒子的径迹，A是质子的径迹，C是新核的径迹CC是粒子的径迹，A是质子的径迹，B是新核的径迹DB是粒子的径迹，C是质子的径迹，A是新核的径迹答案D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D正确2(核反应方程)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()AX代表中子，a17，b1BX代表电子，a17，b1CX代表正电子，a17，b1DX代表质子，a17，b1答案C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C项正确，A、B、D错误3(核反应方程)下面列出的是一些核反应方程：PSiX，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是质子答案D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4(放射性同位素的应用)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图2(2)图2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(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_答案(1)B(2)(3)示踪原子解析(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.题组一射线的探测及应用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答案C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2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答案D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3(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答案BD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4(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天答案AC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错误题组二核反应方程5以下是物理学史上3个著名的核反应方程xLi2y；yNxO；yBezCx、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电子答案C解析把前两个方程化简，消去x，即NLiyO，可见y是He，结合第三个方程，根据电荷数守恒、质量数守恒可知z是中子n.因此选项C正确6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、衰变答案C解析中子轰击铝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，选项C正确7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为中子答案C解析由质量数和电荷数守恒可知，核反应方程为：BeHeCn，A错误；该实验生成的是中子，不是发现质子的实验，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，C正确，D错误8(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答案AD解析由核反应中电荷数和质量数守恒可知A选项正确，B选项错误；由动量守恒定律求得硅原子速度的数量级为105 m/s，即D选项正确，C选项错误题组三综合应用9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，如图所示能近似反映正电子和Si核轨迹的是()答案B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，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10静止的氮核7N被速度为v0的中子n击中生成碳核6C和另一种原子核甲，已知6C与甲核的速度方向与碰撞前中子的速度方向均一致，碰后6C核与甲核的动量之比为21.(1)写出核反应方程；(2)求6C与甲核的速度各是多大？答案(1)7Nn6CH(2)解析(2)设中子质量为m0，6C核质量为mC，甲核质量为m甲，由动量守恒得m0v0mCvCm甲v甲即m0v012m0vC3m0v甲又因为6C与甲核动量比为21，所以mCvC2m甲v甲即12m0vC23m0v甲联立求得：vC，v甲.11为了临床测定病人血液的体积，可根据磷酸盐在血液中被红血球吸收这一事实，向病人体内输入适量含有P的血液取4 cm3的该血液分为两等份，其中一份留作标准