高中物理 第19章 原子核 第34节 探测射线的方法放射性的应用与防护课件 新人教版选修

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，GM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)GM计数器区分粒子方面：GM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，Zx3 2Zy，Zy7Zx8，可得Zy2；质量数守恒Ax72Ay，Ay 14Ax17，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，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：此题题只要严严格按照写核反应应方程的原则进则进 行，一般是 不会出错错的，写核反应应方程的原则则是：(1)质质量数守恒和电电荷 数守恒；(2)中间间用箭头头，不能写成等号。因两端仅仅仅仅 是质质量 数守恒，没有体现质现质 量相等；也不能仅仅画一横线线，因箭头头的 方向还还表示反应进应进 行的方向；(3)能量守恒，但中学阶阶段不作 要求；(4)核反应应必须须是实验实验 能够发够发 生的，不能毫无根据地写 未经实验证实经实验证实 的核反应应方程。 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分析射线的性质，而错选D选项。