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【创新设计】2014-2015学年高二物理人教版选修3-5课件:19-319-4 探测射线的方法 放射性的应用与防护


预习导学 高中物理 · 选修3-5· 人教版

第十九章

原子核

3 探测射线的方法 4 放射性的应用与防护

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第十九章

原子核

[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.

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第十九章

原子核

一、探测射线的方法 1.探测射线的理论依据

(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 . 2.探测射线的仪器

(1)威耳逊云室
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(2)气泡室

(3)盖革-米勒计数器

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二、核反应

第十九章

原子核

1.定义:原子核在 其他粒子的轰击下产生 新原子核 的过
程. 2.遵循规律: 质量数 守恒,电荷数 守恒.
3.原子核的人工转变 1919 年卢瑟福用 α 粒子轰击氮原子核,产生了氧的一种同 位素,同时产生了一个质子,核反应方程:
4 14 17 1 2He+ 7N→ 8O+1H,第一次实现了原子核的人工转变.

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第十九章

原子核

三、人工放射性同位素 1.有些同位素具有 放射性 ,叫放射性同位素. 2.1934 年,约里奥· 居里夫妇发现经过 α 粒子轰击的铝片中含
4 27 30 1 有放射性磷30 P. 方程 He + Al → P + 15 2 13 15 0n .

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第十九章

原子核

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? 答案 半衰期短的.因为半衰期短的放射性废料容易处理.

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四、放射性同位素的应用

第十九章

原子核

1.在工业上可以用γ射线来探测工件内部裂痕,称为 γ,也可 以用γ 照射种子,会使种子的 遗传基因 发生变异,从而 培育出新品种. 2.农业上利用30 来研究农作物对磷肥的吸收情 15P 作为 示踪原子 况. 3.辐射与安全:人类一直生活在放射性的环境中, 过量 的射 线对人体组织有破坏作用. 要防止 放射性物质 对水源、 空 气、用具等的污染.
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第十九章

原子核

想一想

原子核的人工转变与放射性元素的衰变有何区别?

答案

原子核的人工转变是指在其他粒子轰击下变成新核的

过程,放射性元素的衰变是指核自动转化为新核的过程.

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第十九章

原子核

一、探测射线的方法

1.利用威尔逊云室
(1)α粒子显示的径迹直而粗 因为α粒子带电荷量多,它的电离本领强,穿越云室时, 在1 cm路程上能使气体分子产生104对离子,过饱和酒精 蒸气凝结在这些离子上,形成很粗的径迹.且由于α粒子

质量大,穿越云室时不易改变方向,所以显示的径迹很
直.
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第十九章

原子核

(2)β粒子显示的径迹 β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,所以高速 β粒子的径迹又细又直, 低速β粒子的径迹又短又粗而且是弯曲的.

(3)γ粒子的电离本领更小,在云室中一般看不到它的径迹.

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第十九章

原子核

2.利用气泡室

气泡室装的是过热液体,粒子经过液体时有气泡形成,
显示粒子的径迹. 3.盖革·米勒计数器 当某种粒子经过管中时,管内气体分子电离,产生电子, 这些电子到达阳极,正离子到达阴极,在外电路中产生

了一次脉冲放电,利用电子仪器可以把放电次数记录下
来.
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【例 1】

第十九章

原子核

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γ射线的能量大,容易显示其径迹 B.由于β粒子的速度大,其径迹粗而且长 C.由于α粒子的速度小,不易显示其径迹 D.由于α粒子的电离作用强,其径迹直而粗

(

)

答案
解析

D
在云室中显示粒子径迹是由于引起气体电离,电

离作用强的 α 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.
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第十九章

原子核

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.

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第十九章

原子核

二、核反应及核反应方程
1.核反应的条件: 用 α 粒子、质子、中子,甚至用 γ 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.

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第十九章

原子核

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:
14 4 17 1 7N+2He→ 8O+1H

(2)1932 年查德威克发现中子的核反应:
9 4 12 1 4Be+2He→ 6C+0n

(3)1934 年约里奥—居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核
4 30 1 30 30 反应:27 13Al+2He→15P+0n;15P→14Si+
+1

0

e.

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第十九章

原子核

4.人工转变核反应与衰变的比较

(1)不同点:人工转变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.

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【例 2】

第十九章

原子核

完成下列各核反应方程,并指出哪个核反应是首次

发现质子、中子和正电子的.
4 13 (1)10 B + He → 5 2 7N+( 9 (2)4 Be+( 1 )→12 C + 6 0n 1 )→27 Mg + 12 1H

)

(3)27 13Al+(

4 17 (4)14 7N+2He→ 8O+(

)

(5)23 11 Na+(

1 )→24 Na + 11 1H 30 );30 P → 15 14Si+(

4 1 (6)27 Al + He → 13 2 0n+(

)

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答案 (4)1 1H 解析 (1)1 0n (5)2 1H (2)4 2He (3)1 0n

第十九章

原子核

0 (6)30 P , + 15 1e

4 13 1 (1)10 5B+2He→ 7N+0n

4 12 1 (2)9 Be + He → C + 4 2 6 0n

此核反应使查德威克首次发现了中子.
1 27 1 (3)27 Al + n → Mg + 13 0 12 1H 4 17 1 (4)14 N + He → O + 7 2 8 1H

此核反应使卢瑟福首次发现了质子.

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第十九章

原子核

2 24 1 (5)23 Na + H → Na + 11 1 11 1H 4 1 30 (6)27 13Al+2He→0n+15P; 30 30 0 P → Si + + 15 14 1e(正电子)

此核反应使约里奥—居里夫妇首次发现了正电子.

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原子核

借题发挥

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.

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第十九章

原子核

针对训练

以下是物理学史上 3 个著名的核反应方程
17 y+14 N → x + 7 8O

x+7 3Li→2y

9 y+4 Be→z+12 6C

x、y 和 z 是 3 种不同的粒子,其中 z 是 ( A.α 粒子
答案 C

)

B.质子

C.中子

D.电子

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原子核

解析

7 17 把前两个方程化简,消去 x,即14 N + Li → y + 7 3 8O,可见

y 是4 2He,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1 0n.因此选项 C 正确.

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第十九章

原子核

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.人造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) 半衰期很短,废料容易处理.

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第十九章

原子核

3.放射性同位素的主要作用 (1)工业部门使用射线测厚度——利用γ射线的穿透特性. (2)农业应用——γ射线使种子的遗传基因发生变异,杀死腐 败细菌、抑制发芽等. (3) 做示踪原子 —— 利用放射性同位素与非放射性同位素有

相同的化学性质.

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【例3】

第十九章

原子核

下列哪些应用是把放射性同位素作为示踪原子的 ( )

A.γ射线探伤仪 B.利用含有放射性碘131的油,检测地下输油管的漏油

情况
C.利用钴60治疗肿瘤等疾病 D.把含有放射性元素的肥料施给农作物,用检测放射 性的办法确定放射性元素在农作物内转移和分布情况, 找出合理施肥的规律

答案

BD
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第十九章

原子核

解析

A 是利用了 γ 射线的穿透性; C 利用了 γ 射线的生物作

用;B、D是利用示踪原子. 借题发挥 利用放射性同位素作示踪原子一是利用了它的放

射性,二是利用放射性同位素放出的射线.

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第十九章

原子核

再见
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