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2013版物理《学习方略》配套课件19.3、4探测射线的方法 放射性的应用与防护(人教版选修3-5)


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 电离 ,以这些离子为核 (1)组成射线的粒子会使气体或液体_____ 雾滴 过热液体会产生_____. 气泡 心,过饱和的蒸气会产生_____, 感光 (2)射线能使照相乳胶_____.

荧光 (3)射线能使荧光物质产生_____.

2.探测仪器 (1)威耳逊云室:①原理:粒子在云室内气体中飞过,使沿途 电离 ,过饱和酒精蒸气就会以这些离子为核心凝 的气体分子_____ 雾滴 ,于是显示出射线的径迹. 结成_____ ② 粒 子 径 迹 形 状 α 粒子的径迹直而粗. β 粒子的径迹比较细,而且常常弯曲.

γ 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 液体 ,如液态氢. 泡室里装的是_____ 过热 液体时,在它的周围产生_____ 气泡 而形成粒子的径 粒子通过_____ 迹. (3)盖革—米勒计数器 灵敏 ,使用方便. ①优点:G-M计数器非常_____

计数 ,不能区分___________. 射线的种类 ②缺点:只能用来_____

【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 新原子核 的过程. (1)定义:原子核在其他粒子的轰击下产生_________ (2)原子核的人工转变 卢瑟福 用α 粒子轰击氮原子核,产生了氧的一种同 ①1919年_______ 位素,同时产生一个质子. ②卢瑟福发现质子的核反应方程:
14 7 1 H O+ 8 1 _________. 17

N+4

2He



质量数 守恒,_______ 电荷数 守恒. (3)遵循规律:_______

2.人工放射性同位素 放射性 ,叫做放射 (1)放射性同位素的定义:有些同位素具有_______ 性同位素. (2)人工放射性同位素的发现:

①1934年,约里奥-居里夫妇发现经过α 粒子轰击的铝片中含
有放射性磷3015P.
30 P+1 n 15 0 ②发现磷同位素的方程:42He+2713Al→________.

【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 放射治疗 、 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 示踪原子 于_________. 过量 的射 3.辐射与安全:人类一直生活在放射性的环境中,_____ 放射性物质 对水源、空气、 线对人体组织有破坏作用.要防止___________ 用具等的污染.

【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】

拓展 提升

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)α 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)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,所以它在云室中的径迹比较细,而

且常常弯曲.
(3)γ 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α 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

【思路点拨】解答该题时要关注以下两点:
关键点 (1)根据α射线、β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α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.

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.

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 He → N+ 7 2 17 1 H O+ 8 1

(2)1932年查德威克发现中子的核反应:
9 4 4Be+ 2He



12

1 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 反应:2713Al+42He →
30 1 30 15P+ 0n; 15P



30

0 14Si+ 1e.

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 → (2)147N+42He →
14 6C+________ 8O+________

17

(3)105B+10n →________+42He
(4)94Be+42He →________+10n (5)5626Fe+21H →
57 27Co+________

【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 → (2)147N+42He → (3)105B+10n →
7 17 1 8O+ 1H 4 3Li+ 2He 12 1 6C+ 0n 1 27Co+ 0n

14

1 6C+ 1H

(4)94Be+42He →
(5)5626Fe+21H →

57

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.

【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.

考查内容

放射性同位素的应用

【典例】(2012·南京高二检测)放射性同位素钴60能放出较强的

γ 射线,其强度容易控制,这使得γ 射线得到广泛应用.下列选
项中,属于γ 射线的应用的是( ) A.医学上制成γ 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γ 射线照射机器可将电荷导入
大地 C.铝加工厂将接收到的γ 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γ 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γ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.γ射线的电离作用很弱,不能使空气电 离成为导体,B错误;γ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;γ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α 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α 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、α 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 → (3)23490Th → (4)3015P →
30 234 90Th+_______;

(2)94Be+42He →
234

12

6C+_______;

91Pa+_______;

14Si+_______; 90 38Sr+ 136 1 54Xe+10 0n;

(5)23592U+_______ → (6)147N+42He →
17

8O+_______.

【规范解答】在核反应过程中,遵循反应前后电荷数守恒、质 量数守恒规律.对参与反应的所有基本粒子来用左下角 (电荷数) 配平,左上角(质量数)配平.未知粒子可根据其电荷数和质量 数确定.如(1)电荷数为92-90=2,质量数为238-234=4,由此可 知为α粒子(42He),同理确定其他粒子分别为:中子(10n),电

子(0-1e),正电子(0+1e),中子(10n),质子(11H).
答案:(1)42He (2)10n (4)0+1e (5)10n (3)0-1e (6)11H

【易错分析】本题易错角度及错误原因分析如下:
易错选项 不能正确确定 粒子 错误原因 (1)不能根据核反应方程的质量数、电荷数 守恒确定出待求粒子;

(2)不会书写粒子的符号.

本题易发生的错误是不能根据电荷数、质量数守恒确定方程左、 右两边粒子的种类或粒子符号书写错误.


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