2018_2019学年高中物理第十九章原子核19.3_19.4探测射线的方法放射性的应用与防护课件.pptx

3 探测射线的方法 4 放射性的应用与防护,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,_会产生雾滴,_会产生气 泡。 (2)射线能使照相乳胶_。 (3)射线能使_产生荧光。,过饱和的蒸气,过热液体,感光,荧光物质,2.探测仪器: (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_电离,过饱和酒精蒸气就 会以这些离子为核心_,于是显示出射线的径 迹。,气体分子,凝结成雾滴,直而清晰,弯曲,(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_而形成粒子的径迹。 (3)盖革米勒计数器: 优点:GM计数器_,用它检测射线十分方 便。 缺点:只能用来_,不能区分_。,产生气泡,非常灵敏,计数,射线的种类,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_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 。,新原子核,(3)遵循规律:_守恒,电荷数守恒。,质量数,2.人工放射性同位素: (1)放射性同位素:具有_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 。 发现磷同位素的方程 。,放射性,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_同位素, 而不用天然放射性物质。,人工放射性,三、放射性同位素的应用与防护 1.应用射线:利用射线的_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_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。,穿透本领,相同的,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_。要防止放射性物质对 水源、空气、用具等的污染。,有破坏作用,【预习诊断】 1.请判断下列说法的正误。 (1)威耳逊云室可以显示射线的径迹。( ) (2)G-M计数器非常灵敏,不仅可以计数,还可以区分射线的种类。( ) (3)在核反应中,质量数守恒,电荷数守恒。( ),(4)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。( ) (5)任何放射性物质都可以作为示踪原子使用。( ),提示:(1)。威耳逊云室通过气体分子电离,让过饱和蒸气凝结成雾,因此可以显示粒子和粒子的径迹,但射线几乎没有电离能力,所以威耳逊云室不能显示射线的径迹。 (2)。G-M计数器非常灵敏,只能计数,不能区分射线的种类。,(3)。在核反应中,质量数守恒,电荷数守恒。 (4)。现在用到射线时,用的都是人工放射性同位素,不用天然放射性物质。 (5)。只有放射性同位素才能作为示踪原子使用。,2.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】选D。在云室中显示粒子径迹是由于引起了气体电离,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。 借题发挥:三种射线粒子肉眼都看不见,探测射线粒子的方法都是利用它们和其他物质发生作用时产生的现象,来显示射线粒子的存在。,3.(多选)下列核反应或核衰变方程中,符号“X”表示中子的是( ),【解析】选A、C。根据核反应方程质量数和电荷数守恒可得A、C正确。,知识点一 探测射线的方法及三种仪器 探究导入: 由于粒子和电子都很小,我们仅凭肉眼看不见,但是在威耳逊云室中,我们却能看到如图所示的粒子和电子的运行轨迹。,(1)说出威耳逊云室显示粒子和电子的运行轨迹的原理。 (2)在威耳逊云室中如何判断粒子所带电荷的正负?,提示:(1)在威耳逊云室中带电的粒子或粒子能使气体电离,以这些离子为核心,过饱和的蒸气会产生雾滴,进而显示出粒子或粒子的运行轨迹。 (2)把云室放在磁场中,根据运动径迹的弯曲方向,可以知道粒子所带电荷的正负。,【归纳总结】 1.探测射线的方法:也是探测运动粒子的方法。可以根据射线粒子与其他物质作用时的表现进行判断,常利用射线的以下特性:,(1)粒子使气体或液体电离,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)使照相乳胶产生感光。 (3)使荧光物质产生荧光。,2.三种探测射线的仪器: (1)威耳逊云室: 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。,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: 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。,气泡室和云室的比较:气泡室的工作原理与云室相类似,云室内装有干净的空气,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: 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。,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计数器只能用来计数,不能区分时间间隔小于200s的两个粒子,不能用来区分射线种类。,【典例探究】 【典例】(多选)利用威耳逊云室可以研究放射性元素衰变时放出的射线,下列说法正确的是( ) A.可以利用威耳逊云室研究所有的射线 B.粒子在威耳逊云室中的径迹直而粗,是因为粒子的质量大,电离本领强,C.粒子在威耳逊云室中,几乎看不到它的径迹 D.利用威耳逊云室可判断射线所带电荷的正负,【解析】选B、D。粒子的质量大,不易改变方向,电离本领大,其径迹直而粗,射线电离本领小,一般看不到其径迹,不能用威耳逊云室来研究,故B选项正确,A、C选项错误;把云室放在磁场中,由射线径迹的弯曲方向就可判断射线所带电荷的正负,D选项正确。,【过关训练】 1.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,则下列关于射线性质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】选C。由厚纸板能挡住这种射线,知这种射线是穿透能力最差的射线,选项A、B均错误;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天后放射性元素的原子核个数只有原来的四分之一,由半衰期公式知已经过了两个半衰期,故半衰期是5天。,2.如图是科学史上一张著名的实验照片,显示一个带电 粒子在云室中穿过某种金属板运动的径迹,云室放置在 匀强磁场中,磁场方向垂直照 片向里。云室中横放的金属板 对粒子的运动起阻碍作用。 分析此径迹可知粒子( ),A.带正电,由下向上运动 B.带正电,由上向下运动 C.带负电,由上向下运动 D.带负电,由下向上运动,【解析】选A。由图可以看出粒子在金属板上方的轨道 半径比在金属板下方时小,由带电粒子在匀强磁场中运 动的半径公式R= 可知粒子在金属板上方运动的速 率小,所以粒子由下往上运动,B、C错误;磁场方向垂直 照片向里,结合粒子运动方向,根据左手定则可知粒子 带正电,A正确,D错误。,【补偿训练】 1.(多选)利用威耳逊云室探测射线时能观察到细长而弯曲的径迹,则下列说法中正确的是( ) A.可知是射线射入云室中 B.可知是射线射入云室中 C.观察到的是射线粒子的运动 D.观察到的是射线粒子在运动路径上的酒精雾滴,【解析】选B、D。射线质量较大,在气体中飞行时不易改变方向,在云室中的径迹直而粗,射线质量较小,在云室中的径迹细而弯曲,因此观察到威耳逊云室中细长而弯曲的径迹是射线的径迹,故A错误,B正确;射线粒子的运动肉眼是观察不到的,观察到的是酒精的过饱和蒸气在射线粒子运动路径上形成的雾滴,故C错误,D正确。,2.(多选)下列说法正确的是( ) A.在威耳逊云室中粒子的径迹细且直,粒子的径迹较粗且弯曲程度大 B.粒子在威耳逊云室中一般看不见其径迹 C.盖革米勒计数器探测射线的原理中也利用了射线的电离本领 D.盖革米勒计数器不仅能计数,还能用来分析射线的性质,【解析】选B、C。粒子的质量比较大,在气体中飞行 时不易改变方向,并且电离本领大,沿途产生的离子多, 所以它在云室中的径迹直而短粗;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,且常常发生 弯曲,A错误;粒子的电离本领更小,一般看不见它的 径迹,B正确;盖革米勒计数器是利用射线的电离作用,产生电脉冲进而计数的,C正确;盖革米勒计数器对于不同射线产生的脉冲现象相同,因此计数器只能用来计数,不能区分射线的性质,D错误。,知识点二 原子核的人工转变和核反应方程 探究导入: 如图所示为粒子轰击氮原子核示意图。,(1)充入氮气前荧光屏上看不到闪光,充入氮气后荧光屏上看到了闪光,说明了什么问题? (2)粒子轰击氮原子核时,释放出了质子,写出核反应方程。,提示:(1)说明粒子轰击氮核后产生了新的粒子。,【归纳总结】 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。,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:,(2)1932年查德威克发现中子的核反应: (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,【典例探究】 【典例】用中子轰击氧原子核的核反应方程式为 ,对式中X、a、b的判断正确的是 ( ),A.X代表中子,a=17,b=1 B.X代表电子,a=17,b=-1 C.X代表正电子,a=17,b=1 D.X代表质子,a=17,b=1,【解析】选C。根据质量数、电荷数守恒可知a=17, b=8+0-7=1,因此X可表示为 e,为正电子,故C项正确,A、B、D三项错误。,【过关训练】 1.(多选)用粒子轰击铍核( Be),生成一个碳核( C) 和一个粒子,则该粒子( ) A.带正电,能在磁场中发生偏转 B.在任意方向的磁场中都不会发生偏转 C.电离本领特别强,是原子核的组成部分之一 D.卢瑟福预言,查德威克发现,【解析】选B、D。核反应方程为 ,这 种粒子是中子,故B、D正确。,2.某实验室工作人员,用初速度为v0=0.09c(c为真空中的光速)的粒子轰击静止在匀强磁场中的Na,产生了质子。若某次碰撞可看作对心正碰,碰后新核的运动方向与粒子的初速度方向相同,质子的运动方向与新核运动方向相反,它们在垂直于磁场的平面内分别做匀速圆周运动。通过分析轨迹半径,可得出新核与质子的速度大小之比为110,已知质子质量为m。,(1)写出核反应方程。 (2)求出质子的速度v(结果保留两位有效数字)。,【解析】(1)核反应方程为 (2)粒子、新核的质量分别为4m、26m,质子的速率为 v,因为是对心正碰,由动量守恒定律得 4mv0=26m -mv 解得v=0.23c 答案:(1) (2)0.23c,【补偿训练】 1.某原子核 吸收一个中子后,放出一个电子,分裂为 两个粒子。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】选A。其核反应方程为: , 由核反应中的质量数守恒和电荷数守恒可知:A+1=42, Z=22-1,得:A=7,Z=3。故A正确。,2.放射性元素 Po衰变为 Pb,此衰变过程的核反应 方程是_;用此衰变过程中发出的射线轰击 F,可得到质量数为22的氖(Ne)元素和另一种粒子, 此核反应过程的方程是_。,【解析】根据衰变规律,此衰变过程的核反应方程 是 。用射线轰击 F,可得到质量 数为22的氖(Ne)元素和另一种粒子,此核反应过程的方 程是 。 答案:,知识点三 放射性同位素的应用 探究导入: 如图是LUNATM260型伽玛射线放疗机。 (1)伽玛射线放疗机的工作原理是什么? (2)试举出其他利用伽玛射线的实例。,提示:(1)利用放射性元素释放出的射线杀死癌细胞。 (2)利用射线的穿透特性测金属板的厚度;利用射线杀死使食物腐败的细菌,抑制蔬菜发芽,延长保存期等。,【归纳总结】 1.概念:同一元素的各种同位素中,有的稳定,有的不稳定,不稳定的同位素会自发地放出粒子而衰变为其他元素,这种具有放射性的同位素叫作放射性同位素。,2.分类:可分为天然放射性同位素和人工放射性同位素两种,天然放射性同位素不过40多种,而人工放射性同位素已达1000多种,每种元素都有自己的放射性同位素。,3.人工放射性同位素的优点: (1)放射强度容易控制。 (2)可以制成各种所需的形状。 (3)半衰期比天然放射性物质短得多,放射性废料容易处理。因此,凡是用到射线时,用的都是人工放射性同位素。,4.放射性同位素的主要应用: (1)利用它的射线。 工业部门使用射线测厚度利用射线的穿透特性; 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; 医疗上利用射线的高能量治疗癌症。,(2)作为示踪原子:放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质,通过探测放射性同位素的射线确定其位置。,【典例探究】 【典例】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】选D。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。,【规律方法】放射性同位素的应用技巧 (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、延长食物保质期一般选取射线。 (3)使用放射线时安全是第一位的。,【过关训练】 放射性在技术上有很多应用,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线。,某塑料公司生产聚乙烯薄膜,方法是让厚的聚乙烯膜通过轧辊把聚乙烯膜轧薄,利用适当的放射线来测定通过轧辊后的薄膜厚度是否均匀,可利用的元素是( ) A.钋210 B.氡222 C.锶90 D.铀238,【解析】选C。要测定聚乙烯薄膜的厚度,则要求射线可以穿透薄膜,因此射线不合适;另外,射线穿透作用还要受薄膜厚度影响,射线穿透作用最强,薄膜厚度不会影响射线穿透,所以只能选用射线,而氡222半衰期太小,铀238半衰期太长,所以只有锶90较合适。,【补偿训练】 1.(多选)人工放射性同位素被用作示踪原子,主要是因为( ) A.放射性同位素不改变其化学性质 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.半衰期与元素所处的物理、化学状态无关 D.放射性同位素容易制造,【解析】选A、B、C。放射性同位素用作示踪原子,主要是用放射性同位素代替没有放射性的同位素参与正常的物理、化学、生物过程,既要利用化学性质相同,也要利用衰变规律不受物理、化学变化的影响,同时还要考虑放射性废料容易处理,因此选项A、B、C正确,选项D不正确。,2.关于放射性同位素应用的下