高中物理 19.3.4 探测射线的方法 放射性的应用与防护课件 新人教版选修35.ppt

3 4探测射线的方法放射性的应用与防护 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 了解放射性在生产和科学领域的应用 4 知道核反应及其遵从的规律 会正确书写核反应方程 重点 1 了解几种探测射线的方法 2 知道原子核的人工转变和人工放射性同位素 熟练掌握几种核反应方程的书写 难点 探测射线的原理和放射性同位素的应用 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 以这些离子为核心 过饱和的蒸气会产生 过热液体会产生 2 射线能使照相乳胶 3 射线能使荧光物质产生 电离 雾滴 气泡 感光 荧光 2 探测仪器 1 威耳逊云室 原理 粒子在云室内气体中飞过 使沿途的气体分子 过饱和酒精蒸气就会以这些离子为核心凝结成 于是显示出射线的径迹 电离 雾滴 粒子径迹形状 粒子的径迹直而粗 粒子的径迹比较细 而且常常弯曲 粒子的电离本领很小 在云室中一般看不到它的径迹 2 气泡室 气泡室的原理同云室的原理类似 所不同的是气泡室里装的是 如液态氢 粒子通过 液体时 在它的周围产生 而形成粒子的径迹 3 盖革 米勒计数器 优点 g m计数器非常 使用方便 缺点 只能用来 不能区分 液体 过热 气泡 灵敏 计数 射线的种类 判一判 1 射线中的粒子与其他物质作用时 产生一些现象 可以显示射线的存在 2 云室和气泡室都是应用射线的穿透能力研究射线的轨迹 3 盖革 米勒计数器既可以统计粒子的数量 也可以区分射线的种类 提示 1 应用粒子的电离作用 感光作用等现象可以显示射线的存在 1 正确 2 云室和气泡室应用的是粒子的电离作用 2 错误 3 盖革 米勒计数器只能用来计数 不能区分射线的种类 3 错误 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 1919年 用 粒子轰击氮原子核 产生了氧的一种同位素 同时产生一个质子 卢瑟福发现质子的核反应方程 147n 42he 3 遵循规律 守恒 守恒 新原子核 卢瑟福 178o 11h 质量数 电荷数 2 人工放射性同位素 1 放射性同位素的定义 有些同位素具有 叫做放射性同位素 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3015p 发现磷同位素的方程 42he 2713al 放射性 3015p 10n 想一想 衰变和原子核的人工转变有什么不同 提示 衰变是放射性元素自发的现象 原子核的人工转变是能够人工控制的核反应 其核反应方程的书写也有区别 三 放射性同位素的应用1 应用射线 应用射线可以测厚度 医疗方面的 照射种子培育优良品种等 2 示踪原子 有关生物大分子的结构及其功能的研究 要借助于 3 辐射与安全 人类一直生活在放射性的环境中 的射线对人体组织有破坏作用 要防止 对水源 空气 用具等的污染 放射治疗 示踪原子 过量 放射性物质 想一想 医学上做射线治疗用的放射性元素 应用半衰期长的还是短的 为什么 提示 半衰期短的 因为半衰期短的放射性废料容易处理 探究威耳逊云室和盖革 米勒计数器 探究导引 云室的主要结构如图所示 圆筒形容器的下底是一个可在小范围活动的活塞 上盖是透明的 通过它可观察云室内发生的现象或进行照相 放射源可放在室内侧壁附近 也可放在室外侧壁的窗口 思考以下问题 1 怎样使云室内的气体达到过饱和状态 2 过饱和气体为什么能显示出射线中粒子的轨迹 要点整合 1 三种射线在云室中径迹的不同 1 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 2 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 而且常常弯曲 3 粒子的电离本领更小 在云室中一般看不到它的径迹 2 盖革 米勒计数器的原理 1 某种射线进入计数管内 使管内的气体电离 产生电子 2 电子被电场加速 与管中气体分子碰撞 产生大量电子 3 电路中产生脉冲放电 电子仪器记录放电次数 特别提醒 1 云室可以显示放射线中粒子的径迹 根据径迹的特点可以确定射线中粒子的种类 2 计数器检测放射性的强度很方便 但只能用来计数 不能区分射线的种类 典例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 思路点拨 解答该题时要关注以下两点 关键点 1 根据 射线 射线的穿透能力确定射线的种类 2 由半衰期的定义求出该元素的半衰期 规范解答 选a c 因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 变式训练 用 粒子照射充氮的云室 得到如图所示的照片 下列说法中正确的是 a 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 选d 粒子轰击氮核产生一个新核并放出质子 入射的是 粒子 所以b是 粒子的径迹 产生的新核质量大电离作用强 所以径迹粗而短 故a是新核径迹 质子电离作用弱一些 贯穿作用强 所以细而长的径迹是质子的径迹 所以正确选项为d 原子核的人工转变和核反应方程 探究导引 放射性同位素有多方面的应用 如医学上的放射治疗及示踪原子等 请思考下列问题 1 原子核的人工转变需要什么条件 2 人工放射性同位素的优点是什么 要点整合 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 147n 42he 178o 11h 2 1932年查德威克发现中子的核反应 94be 42he 126c 10n 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 2713al 42he 3015p 10n 3015p 3014si 01e 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 它不受物理和化学条件的影响 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 典例2 2012 杭州高二检测 完成下列核反应方程 并指出其中哪个是发现质子的核反应方程 哪个是发现中子的核反应方程 1 147n 10n 146c 2 147n 42he 178o 3 105b 10n 42he 4 94be 42he 10n 5 5626fe 21h 5727co 思路点拨 书写核反应方程要注意以下两点 关键点 1 分清反应的种类 是衰变还是人工核反应 2 根据电荷数守恒和质量数守恒确定出新原子核和放出的粒子 规范解答 1 147n 10n 146c 11h 2 147n 42he 178o 11h 3 105b 10n 73li 42he 4 94be 42he 126c 10n 5 5626fe 21h 5727co 10n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 总结提升 书写核反应方程四条重要原则 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 中学阶段不做要求 4 核反应必须是实验中能够发生的 变式训练 2012 重庆高考 以下是物理学史上3个著名的核反应方程x 73li 2yy 147n x 178oy 94be z 126cx 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 解析 选c 把前两个方程化简 消去x 即147n 73li y 178o 可见y是42he 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10n 因此选项c正确 变式备选 三个原子核x y z x核放出一个正电子后变为y核 y核与质子发生核反应后生成z核并放出一个氦核 42he 则下面说法正确的是 a x核比z核多一个质子b x核比z核少一个中子c x核的质量数比z核质量数大3d x核与z核的总电荷是y核电荷的2倍 解析 选c d 设原子核x的符号为abx 则原子核y为ab 1y abx 0 1e ab 1y 11h ab 1y 42he a 3b 2z 故原子核z为a 3b 2z 故a b错误 c d正确 温馨提示 放射性同位素在生产 科技和医疗等方面有广泛的应用 高考以放射性同位素为背景的命题不断出现 考查的知识点有射线的性质 放射性元素的半衰期等 典例 2012 南京高二检测 放射性同位素钴60能放出较强的 射线 其强度容易控制 这使得 射线得到广泛应用 下列选项中 属于 射线的应用的是 a 医学上制成 刀 无需开颅即可治疗脑肿瘤b 机器运转时常产生很多静电 用 射线照射机器可将电荷导入大地c 铝加工厂将接收到的 射线信号输入计算机 可对薄铝板的厚度进行自动控制d 用 射线照射草莓 荔枝等水果 可延长保存期 思路点拨 解答此题要知道 射线的特性 即电离作用很弱 穿透能力很强 对细胞有很强的杀伤力 且能量很大 可以杀菌 消毒等 规范解答 选a d 射线的电离作用很弱 不能使空气电离成为导体 b错误 射线的穿透能力很强 薄铝板的厚度变化时 接收到的信号强度变化很小 不能控制铝板厚度 c错误 射线能量很大 可以杀菌 延长水果的保存期 对肿瘤细胞有很强的杀伤作用 故a d正确 衰变和人工核反应辨析衰变方程和人工核反应方程既遵循相同的规律 又存在不同的特点 书写核反应方程应注意以下三点 1 衰变不需要条件 而人工核反应需要用 粒子 质子 中子等去轰击其他原子核才能发生 因此反应方程的左边有区别 2 不论是衰变还是人工核反应 书写方程时都依据电荷数 质量数守恒 3 牢记 粒子 质子 中子 电子 正电子等粒子的符号 对正确书写核反应方程很有帮助 案例展示 在中子 质子 电子 正电子 粒子中选出一个适当的粒子 分别填在下列核反应式的横线上 1 23892u 23490th 2 94be 42he 126c 3 23490th 23491pa 4 3015p 3014si 5 23592u 9038sr 13654xe 1010n 6 147n 42he 178