邢台市育才中学高中物理学案：探测射线的方法

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学案3探测射线的方法学案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。知道核反应及其遵从的规律，会正确书写核反应方程。3。知道什么是放射性同位素和人工放射性同位素.4.知道放射性同位素的常见应用．一、探测射线的方法[问题设计］肉眼看不见射线，但是射线中的粒子与其他物质作用时的现象,会显示射线的存在．你能举出一些例子吗？答案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．［要点提炼］1．威耳逊云室（1）原理:粒子在云室内的气体中飞过，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，于是显示出射线的径迹．(2）粒子的径迹：α粒子的径迹直而清晰;高速β粒子的径迹又细又直，低速β粒子径迹又短又粗而且是弯曲的；γ粒子的电离本领很小，一般看不到它的径迹．2．气泡室气泡室装的是过热液体（如液态氢），粒子经过液体时就有气泡形成，显示粒子的径迹．3．盖革-米勒计数器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加速．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，一个粒子进入管中可以产生大量电子，这些电子到达阳极，正离子到达阴极，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．二、核反应与核反应方程1．核反应定义：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程．2．核反应的实质：以基本粒子（α粒子、质子、中子等）为“炮弹”去轰击原子核（靶核X），从而促使原子核发生变化，生成了新原子核（Y），并放出某一粒子．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方程：eq\o\al（14，）7N＋eq\o\al（4，2）He→eq\o\al（17，)8O＋eq\o\al(1，1）H（2)1932年查德威克发现中子的核反应方程：eq\o\al(9，)4Be＋eq\o\al（4，2)He→eq\o\al（12，6）C＋eq\o\al(1,0）n(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方程：eq\o\al(27,13）Al＋eq\o\al（4,2）He→eq\o\al（30，15)P＋eq\o\al(1,0）n；eq\o\al（30,15)P→eq\o\al（30,14）Si＋eq\o\al（0,＋1)e。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,在发生的过程中质量数与电荷数都守恒；反应前后粒子总动量守恒．三、放射性同位素1．有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素．2．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．3．人工放射性同位素的优势：（1）种类多．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．(2)放射强度容易控制．(3)可制成各种所需的形状．(4)半衰期短，废料易处理．4．放射性同位素的应用(1)在工业上可以用γ射线来探测工件内部裂痕,称为γ探伤．也可以用γ射线照射种子，会使种子的遗传基因发生变异,从而培育出优良品种．(2）农业上利用eq\o\al（30，15)P作为示踪原子来研究农作物对磷肥的吸收情况．一、探测射线的方法例1利用威尔逊云室探测射线时能观察到细长而弯曲的径迹，则下列说法正确的是（）A．可知有α射线射入云室中B．可知是γ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运动路径上的酒精雾滴解析因为威尔逊云室中观察到的细而弯曲的径迹是β射线的径迹，A、B选项均错误；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,C选项错误，D选项正确．答案D二、核反应及核反应方程例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）eq\o\al(14,7）N＋eq\o\al（1，0)n→eq\o\al（14,6)C＋________（2)eq\o\al（14，7)N＋eq\o\al（4,2）He→eq\o\al（17,8）O＋________（3）eq\o\al(10，5)B＋eq\o\al（1，0）n→________＋eq\o\al（4,2）He(4）eq\o\al(9，4)Be＋eq\o\al（4,2）He→________＋eq\o\al(1,0)n（5）eq\o\al(56,26）Fe＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al（57,27)Co＋________解析（1)eq\o\al（14,7)N＋eq\o\al(1,0）n→eq\o\al(14,6)C＋eq\o\al（1，1)H(2）eq\o\al(14，7）N＋eq\o\al(4，2)He→eq\o\al（17,8)O＋eq\o\al(1，1）H（3)eq\o\al(10，5）B＋eq\o\al（1，0)n→eq\o\al（7，3)Li＋eq\o\al（4，2）He（4）eq\o\al（9,4)Be＋eq\o\al（4，2)He→eq\o\al(12，6）C＋eq\o\al(1，0）n(5)eq\o\al(56，26)Fe＋eq\o\al（2，1）H→eq\o\al（57,27）Co＋eq\o\al(1,0）n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)．答案见解析例31993年，中国科学院上海原子核研究所制得了一种新的铂元素的同位素eq\o\al(202，)78Pt，制取过程如下：（1）用质子轰击铍靶eq\o\al（9，4）Be产生快中子；(2)用快中子轰击汞eq\o\al(204，)80Hg，反应过程可能有两种:①生成eq\o\al(202，)78Pt，放出氦原子核；②生成eq\o\al(202，）78Pt，同时放出质子、中子．（3）生成的铂eq\o\al(202,）78Pt发生两次衰变，变成稳定的原子核汞eq\o\al（202,）80Hg。写出上述核反应方程．解析根据电荷数守恒、质量数守恒，确定新生核的电荷数和质量数，然后写出核反应方程，如下：(1)eq\o\al（9,4）Be＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(9，5)B＋eq\o\al(1,0）n（2）①eq\o\al（204，)80Hg＋eq\o\al(1，0）n→eq\o\al(202，)78Pt＋eq\o\al（3，2）He②eq\o\al(204,)80Hg＋eq\o\al（1，0）n→eq\o\al(202,）78Pt＋2eq\o\al(1，1)H＋eq\o\al（1，0）n（3)eq\o\al（202,)78Pt→eq\o\al(202,）80Hg＋20－1e答案见解析三、放射性同位素的应用例4关于放射性同位素的应用，下列说法中正确的有()A．放射线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γ射线的穿透性可以为金属探伤,也能进行人体透视C．用放射线照射作物种子使其DNA发生变异，其结果一定是更优秀的品种D．用γ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．γ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γ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．答案D1．（探测射线的方法）如图1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(）图1A．带正电,由下往上运动B．带正电,由上往下运动C．带负电，由上往下运动D．带负电，由下往上运动答案A解析由于金属板对粒子有阻碍作用,穿过金属板后速度减小，由r＝eq\f（mv,qB）可知在同一匀强磁场中运动半径减小，由图片知板下面半径大于上面的半径，所以粒子从下向上穿过金属板，磁场方向垂直照片向里，由所受洛伦兹力方向指向圆心位置，根据左手定则判断该粒子应带正电荷．故A项正确．2．(核反应和核反应方程)以下是物理学史上3个著名的核反应方程x＋eq\o\al（7，3)Li→2yy＋eq\o\al(14,7)N→x＋eq\o\al(17,8)Oy＋eq\o\al(9，4）Be→z＋eq\o\al(12,6）Cx、y和z是3种不同的粒子，其中z是(）A．α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eq\o\al(14,7）N＋eq\o\al（7,3）Li→y＋eq\o\al（17,8）O，可见y是eq\o\al(4，2）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eq\o\al（1，0）n.因此选项C正确．3．(核反应和核反应方程)铝箔被α粒子轰击后发生了以下核反应：eq\o\al（27,13)Al＋eq\o\al(4，2）He→X＋eq\o\al(1，0）n。下列判断正确的是()A.eq\o\al（1，0）n是质子B.eq\o\al（1,0)n是中子C．X是eq\o\al(28,14）Si的同位素D．X是eq\o\al（31，15）P的同位素答案BD解析由核反应过程中质量数守恒、电荷数守恒知,X是eq\o\al(30,15）P，故选项C错误,选项D正确；eq\o\al(1,0）n是中子，故选项A错误,选项B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1000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（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α、β、γ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．图2答案(1)B（2)β解析(1）因放射线的电离作用，空气中与验电器所带电荷电性相反的离子与之中和，从而使验电器所带电荷消失．（2）α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,γ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．β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β射线中的电子运动状态不同,探测器容易分辨．题组一探测射线的方法1．关于威耳逊云室探测射线，下列说法正确的是（)①威耳逊云室内充满过饱和蒸气，射线经过时可显示出射线运动的径迹②威耳逊云室中径迹粗而短的是α射线③威耳逊云室中径迹细而长的是γ射线④威耳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A．①②B．②③C．②④D．③④答案A解析云室内充满过饱和蒸气,射线经过时把气体电离，过饱和蒸气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①正确；由于α粒子的电离本领大，贯穿本领小，所以α射线在云室中的径迹粗而短，即②正确；由于γ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β射线的，所以③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，④错．2．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γ射线B．放射源射出的是β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C解析由厚纸板能挡住这种射线，知这种射线是穿透能力最差的α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．3．用α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1A．A是α粒子的径迹,B是质子的径迹，C是新核的径迹B．B是α粒子的径迹,A是质子的径迹，C是新核的径迹C．C是α粒子的径迹,A是质子的径迹，B是新核的径迹D．B是α粒子的径迹，C是质子的径迹，A是新核的径迹答案D解析α粒子轰击氮核产生一个新核并放出质子，入射的是α粒子,所以B是α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是新核的径迹，质子电离作用弱一些，贯穿能力强，所以细而长的径迹是质子的径迹,所以正确选项为D。题组二核反应和核反应方程4．下列核反应或核衰变方程中，符号“X”表示中子的是()A.eq\o\al(9，4）Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al（12,6）C＋XB。eq\o\al(14，7)N＋eq\o\al(4，2）He→eq\o\al(17,8)O＋XC.eq\o\al（204，80）Hg＋eq\o\al（1，0)n→eq\o\al(202，78）Pt＋2eq\o\al(1，1)H＋XD.eq\o\al(239,92）U→eq\o\al(239,93)Np＋X答案AC解析根据核反应方程质量数和电荷数守恒可得A、C正确．5．一个质子以1.0×107m/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，则下列判断正确的是（A．核反应方程为eq\o\al(27,13）Al＋eq\o\al（1，1)H→eq\o\al(28，14）SiB．核反应方程为eq\o\al(27，13）Al＋eq\o\al(1，0）n→eq\o\al(28,14）SiC．硅原子核速度的数量级为107mD．硅原子核速度的数量级为105m答案A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105m/s，方向和质子的初速度方向相同，故 C、6．在下列四个核反应方程中,X1、X2、X3和X4各代表某种粒子①eq\o\al(3，1)H＋X1→eq\o\al（4，2）He＋eq\o\al(1,0）n②eq\o\al（14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al（17，8)O＋X2③eq\o\al（9,4）Be＋eq\o\al(4，2)He→eq\o\al(12，6）C＋X3④eq\o\al(24，12）Mg＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al（27,13)Al＋X4则以下判断中正确的是（)A．X1是质子B．X2是中子C．X3是电子D．X4是质子答案D解析根据核反应的质量数和电荷数守恒知，X1为eq\o\al（2,1)H，A错；X2为eq\o\al(1,1)H，B错;X3为eq\o\al(1，0）n，C错;X4为eq\o\al（1，1）H，D对．7．一质子束入射到靶核eq\o\al(27，13)Al上,产生核反应：p＋eq\o\al（27,13)Al→X＋n，式中p代表质子，n代表中子，X代表核反应产生的新核．由反应式可知，新核X的质子数为________，中子数为________．答案1413解析根据核反应过程电荷数守恒和质量数守恒,新核X的质子数为1＋13－0＝14，质量数为1＋27－1＝27，所以中子数＝27－14＝13。题组三放射性同位素及应用8．有关放射性同位素eq\o\al（30,15）P的下列说法，正确的是（)A。eq\o\al(30,15)P与eq\o\al（30，14）X互为同位素B.eq\o\al（30，15)P与其同位素有相同的化学性质C．用eq\o\al（30，15）P制成化合物后它的半衰期变长D．含有eq\o\al(30，15）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eq\o\al（30,15)P制成化合物后它的半衰期不变，选项C错误．含有eq\o\al(30,15)P的磷肥由于衰变，可记录磷的踪迹,所以选项D正确．9．下列应用中把放射性同位素作为示踪原子的是()A．射线探伤仪B．利用含有放射性eq\o\al（131，53)I的油,检测地下输油管的漏油情况C．利用eq\o\al(60,27)Co治疗肿瘤等疾病D．把含有放射性元素的肥料施给农作物，用以检测确定农作物吸收养分的规律答案BD解析射线探伤仪利用了射线的穿透能力，所以选项A错误．利用含有放射性eq\o\al(131,53）I的油,可以记录油的运动踪迹,可以检查管道是否漏油，所以选项B正确．利用eq\o\al(60，27)Co治疗肿瘤等疾病,利用了射线的穿透能力和高能量，所以选项C错误．把含有放射性元素的肥料施给农作物，可以记录放射性元素的踪迹，用以检测确定农作物吸收养分的规律，所以选项D正确．题组四综合应用10．1934年，约里奥—居里夫妇在用α粒子轰击铝箔时,除了测到预料中的中子外，还探测到了正电子．正电子的质量跟电子的质量相同，带一个单位的正电荷,跟电子的电性正好相反,是电子的反粒子．更意外的是,拿走α放射源以后，铝箔虽不再发射中子，但仍然继续发射正电子，而且这种放射性也有一定的半衰期．原来，铝箔被α粒子击中后发生了如下反应：eq\o\al（27，13）Al＋eq\o\al（4,2）He→eq\o\al(30,15)P＋e