高中物理 第19章 第3、4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35.ppt

第十九章原子核 第3节探测射线的方法第4节放射性的应用与防护 栏目链接 学习目标 1 了解探测射线的方法 并知道使用的仪器名称和实验原理 2 了解放射性同位素的应用 知道射线的危害和防护 1 方法 探测放射线的方法主要是利用放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 这些现象主要是 1 使气体电离 这些离子可使过饱和汽产生云雾或使过热液体产生气泡 2 使照相底片感光 3 使荧光物质产生荧光 栏目链接 2 仪器 威尔逊云室 1 构造 云室的主要结构如下图所示 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 栏目链接 2 原理 实验时 在云室内加一些酒精 使室内充满饱和汽 然后使活塞迅速向下移动一段距离 室内气体由于突然膨胀而温度降低 使酒精的饱和汽处于饱和状态 这时如果有能量较高的粒子从室内气体中飞过 就会使沿途的气体分子电离产生离子 过饱和汽便以这些离子为核心凝成一条雾迹 3 放射线在云室中的径迹 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 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 粒子的电离本领更小 在云室中一般看不到它的径迹 根据径迹的长短和粗细 可以知道粒子的性质 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正负 3 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液体 如液态氢 控制气泡室内液体的温度和压强 使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 因此液体过热 粒子通过液体时在它的周围就有气泡形成 4 盖革 米勒计数器 1 构造 计数器的主要部分是计数管 其结构如下图所示 它是一支玻璃管 里面有一个铜圆筒 或在管壁上涂有一层导电薄膜 这是阴极 穿过圆筒轴心的钨丝是阳极 管内充有低压的惰性气体 工作时在两极间加上的电压通常略低于管内气体的电离电压 2 原理 当某种射线粒子进入管内时 它使管内的气体电离 产生的电子在电场中被加速 能量越来越大 电子跟管中的气体分子碰撞时 又使气体分子电离 产生电子 这样 一个粒子进入管中后可以产生大量电子 这些电子到达阳极 阳离子到达阴极 在电路中就产生一次脉冲放电 利用电子仪器可以把放电次数记录下来 3 优缺点 优点 放大倍数很大 非常灵敏 用它来检测放射性是很方便的 缺点 它对于不同的射线产生的脉冲现象相同 因此只用来计数 而不能区分射线的种类 如果同时有大量粒子 或两个粒子射来的时间间隔很短 小于200 s 时 也不能区分它们 尝试应用1 多选 关于威尔逊云室探测射线 下述正确的是 ab a 威尔逊云室内充满过饱和蒸汽 射线经过时可显示出射线运动的径迹 b 威尔逊云室中径迹粗而短的是 射线 c 威尔逊云室中径迹细而长的是 射线d 威尔逊云室中显示粒子径迹原因是电离 所以无法由径迹判断射线所带电荷的正负 解析 云室内充满过饱和蒸汽 射线经过时把气体电离 过饱和蒸汽以离子为核心凝结成雾滴 雾滴沿射线的路线排列 显示出射线的径迹 故a选项正确 由于 粒子的电离本领大 贯穿本领小 所以 射线在云室中的径迹粗而短 即b选项正确 由于 射线的电离本领很弱 所以在云室中一般看不到它的径迹 而细长径迹是 射线的 所以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以判断射线所带电荷的正负 所以d选项错误 栏目链接 1 定义 原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程 称为核反应 2 规律 质量数守恒 电荷数守恒 3 人工核转变反应方程 尝试应用2 在 衰变中常伴有一种称为 中微子 的粒子放出 中微子的性质十分特别 因此在实验中很难探测 1953年 莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统 利用中微子与水中的核反应 间接地证实了中微子的存在 1 中微子与水中的发生核反应 产生中子 和正电子 即中微子可以判定 中微子的质量数和电荷数分别是 a 0和0b 0和1c 1和0d 1和1 2 上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇 与电子形成几乎静止的整体后 可以转变为两个光子 即已知正电子和电子的质量都为9 1 kg 反应中产生的每个光子的能量约为 j 正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子 原因是 解析 1 发生核反应前后 粒子的质量数和核电荷数均不变 据此可知中微子的质量数和电荷数分别都是0 a项正确 2 产生的能量是由于质量亏损 两个电子转变为两个光子之后 质量变为零 由e 故一个光子的能量为 带入数据得 8 2 j 正电子与水中的电子相遇 与电子形成几乎静止的整体 故系统总动量为零 故如果只产生一个光子是不可能的 因为此过程遵循动量守恒 答案 1 a 2 8 2 j遵循动量守恒 1 放射性同位素 有些元素的同位素具有放射性 叫作放射性同位素 注 天然存在的放射性元素只有四十多种 但人工方法得到的已达1000多种 由于人工放射性元素具有半衰期短 放射强度容易控制等特点 已广泛应用于各个领域 2 放射性同位素的应用 1 工业上使用射线测厚度 2 烟雾报警器 3 医学放疗杀伤癌细胞 4 射线照射种子 培育优良品种 杀死使食物腐败的细菌 抑制蔬菜发芽 延长保存期 5 作示踪原子 由于放射性同位素跟同种元素的非放射性同位素具有相同的化学性质 如果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 就可知道放射性原子通过什么路径 运动到哪里去 是怎样分布的了 我们把用作这种用途的放射性同位素叫作示踪原子 例如 利用示踪原子可以检查输油管道上的漏油位置 在生物学研究方面 同位素示踪技术也起着十分重要的作用 在给农作物施肥时 在肥料里放一些放射性同位素 这样可以知道农作物在各季节吸收含有哪种元素的肥料 3 放射性的污染和防护 1 放射性污染 过量的放射性会对环境造成污染 对人类和自然界产生破坏作用 几件需要记住的放射性污染事件是 1945年美国向日本的广岛和长崎投了两枚原子弹 当时炸死了十多万人 另有无数的平民受到辐射后患有各种疾病 使无辜的平民痛不欲生 栏目链接 1987年苏联切尔诺贝利核电站的泄露造成了大量人员的伤亡 至今大片领土仍是生物活动的禁区 美国在近几年的两次地区冲突 海湾地区 科索沃地区 中大量使用了含有放射性的贫铀弹 使许多人患有莫名其妙的疾病 2 放射性的防护 为了防止有害的放射线对人类和自然的破坏 人们采取了有效的防范措施 例如在核电站的核反应堆外层用厚厚的水泥来防止放射线的外泄 用过的核废粒要放在很厚的重金属箱内 并深埋地下 在生活中对那些有可能有放射性的物质要有防范的意识 尽可能远离放射源 尝试应用3 关于放射性同位素的说法正确的是 b a 给农作物施肥时 在肥料里放一些放射性同位素 是因为农作物吸收放射性同位素后生长更好b 输油管道漏油时 可以在输的油中放一些放射性同位素探测其射线 确定漏油位置c 天然放射元素也可以作为示踪原子加以利用 只是较少 经济上不划算d 放射性元素被植物吸收 其放射性将发生改变 解析 放射性应用的是放射性同位素 因为其含量易控制 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 植物生长都是相同的 a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 输油管道漏油可以利用示踪原子确定漏油点 b正确 图为 粒子穿过充满氮气的云室时拍摄的照片 在许多 粒子的径迹中有一条发生了分叉 分叉后有一条细而长的径迹和一条粗而短的径迹 则 栏目链接 a 细而长的径迹是 粒子b 细而长的径迹是氧核c 粗而短的径迹是氧核d 粗而短的径迹是质子 审题指导 1 粒子穿过充满氮气的云室 与氮核发生核反应 写出核反应方程式可知产生氧核和质子 2 在云室中 径迹粗细反映粒子的电离本领的强弱 径迹长短反映粒子的贯穿本领的强弱 比较氧核和质子的质量以及带电量关系 所以粗而短的是新核的径迹 细而长的是质子的径迹 解析 根据电荷数守恒 质量数守恒 粒子与氮核发生核反应 产生氧核和质子 则粗而短的是氧核的径迹 细而长的是质子的径迹 故c正确 答案 c点评 本题考查云室探测射线的原理以及人工核反应的规律 变式训练1 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 则下列关于射线性质及它的半衰期的说法正确的是 ac 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 日本东部海域9 0级大地震所引发的福岛核电站泄漏事故 让全世界都陷入了恐慌 下面有关核辐射的相关知识 说法正确的是 a 核泄漏中放射性物质都是天然放射性元素b 放射性辐射对人类都是有害的c 可以通过改变放射性物质的外部环境来改变放射性衰变的快慢d 三种射线中只有 射线是不带电的 栏目链接 审题指导 1 核辐射是指放射性物质以波或微粒形式发射出的一种能量 也称为放射性 指的是 等放射线这一类辐射 只有过量的核辐射才会对人体造成伤害 而少量的核辐射不会危及人类的健康 合理使用还可以造福人类 2 正确解答本题需要掌握 放射性的应用和防护 正确理解半衰期的含义 三种射线性质和应用 解析 核泄漏中放射性物质有的是人工合成的放射性同位素 并非都是天然放射性元素 故a错误 合理应用放射性辐射可以造福人类 如示踪原子 人工育种等 并非都是有害的 故b错误 放射性衰变的快慢即半衰期是由元素本身决定的 与外部环境无关 故c错误 射线带正电 带负电 是高频电磁波不带电 故d正确 答案 d点评 本题考查放射性的应用和防护 半衰期的含义以及三种射线的性质 变式训练2 多选 2000年8月21日 俄罗斯 库尔斯克 号核潜艇在巴伦支海遇难 沉入深度约为100m的海底 库尔斯克 号核潜艇的沉没再次引起人们对核废料与环境问题的重视 几十年来人们向以巴伦支海海域倾倒了不少核废料 核废料对海洋环境有严重的污染作用 其原因有 abc a 铀 钚等核废料有放射性b 铀 钚等核废料的半衰期很长c 铀 钚等重金属有毒性d 铀 钚等核废料会造成爆炸 解析 核废料泛指在核燃料生产 加工和核反应堆用过的不再需要的并具有放射性的废料 也专指核反应堆用过的乏燃料 经过处理回收钚239等可利用的核材料后 余下的不再需要的并具有放射性的废料 铀 钚等核废料有放射性 射线有危害 故a正确 铀 钚等核废料的半衰期很长 短期内很难消失 故b正确 铀 钚等是重金属 重金属都有毒性 故c正确 铀 钚等核废料的体积小于链式反应的临界条件 不会造成爆炸 故d错误 1919年卢瑟福用 粒子撞击核发现了质子 1 写出这个核反应的方程 2 上述核反应可以用如下的模型来认识 运动的 粒子撞击一个静止的核 它们暂时形成一个整体 复合核 随即复合核迅速转化成一个质子和另一个原子核 已知复合核发生转化需要能量1 19mev 那么要想发生上述核反应 入射的 粒子的能量至少要多大 3 英国物理学家威尔逊在1911年发明了 云室 带电粒子在云室中运动时 可以显现出运动的径迹 把云室放在匀强电场中 分别将质子和 粒子垂直于电场方向打入同一匀强电场中 粒子初速度的方向跟电场线所在平面平行 观察到它们运动的径迹 如果质子和 粒子运动的径迹相同 求 质子和 粒子进入电场时的动能之比是多少 审题指导 1 根据质量数和电荷数守恒可以正确书写核反应方程 2 粒子撞击核形成复合核过程 遵循动量守恒定律和能量守恒定律 根据两大守恒列方程求解入射的 粒子的动能 3 带电粒子垂直于电场方向射入匀强电场中 在匀强电场中做类平抛运动 根据类平抛运动规律求解 解析 1 根据质量数和电荷数守恒可得 粒子轰击氮核方程为 2 粒子撞击核形成复合核过程 遵循动量守恒定律 则有 m1v m1 m2 v 由能量守恒得到m1 m1 m2 1 19mev 变式训练3 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 这是人类第一次实现的原子核的人工转变 下面说