高中物理第十九章原子核34探測射線的方法放射性的應用與防護新人教版選修35課件

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探測射線的方法

放射性的應用與防護一、探測射線的方法1.探測方法(1)組成射線的粒子會使氣體或液體電離,以這些離子為核心,過飽和的蒸氣會產(chǎn)生霧滴,過熱液體會產(chǎn)生氣泡。(2)射線能使照相乳膠感光。(3)射線能使熒光物質(zhì)產(chǎn)生熒光。2.探測儀器(1)威耳遜云室①原理:粒子在云室內(nèi)氣體中飛過,使沿途的氣體分子電離,過飽和酒精蒸氣就會以這些離子為核心凝結(jié)成霧滴,于是顯示出射線的徑跡。②粒子徑跡形狀:(2)氣泡室:氣泡室的原理同云室的原理類似,所不同的是氣泡室里裝的是液體,如液態(tài)氫。粒子通過過熱液體時,在它的周圍產(chǎn)生氣泡而形成粒子的徑跡。(3)蓋革-米勒計數(shù)器①原理:在金屬絲和圓筒間加上一定的電壓,這個電壓稍低于管內(nèi)氣體的電離電壓,當某種射線粒子進入管內(nèi)時,它使管內(nèi)的氣體電離,產(chǎn)生電子……這樣,一個射線粒子進入管中后可以產(chǎn)生大量電子,這些電子到達陽極,正離子到達陰極,在電路中產(chǎn)生一次脈沖放電,利用電子儀器可以把放電次數(shù)記錄下來。②優(yōu)點:G-M計數(shù)器非常靈敏,使用方便。③缺點:只能用來計數(shù),不能區(qū)分射線的種類。二、核反應和放射線的應用與防護1.核反應(1)定義:原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過程。(2)原子核的人工轉(zhuǎn)變1919年盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核,產(chǎn)生了氧的一種同位素,同時產(chǎn)生一個質(zhì)子。盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應方程遵循規(guī)律:質(zhì)量數(shù)守恒,電荷數(shù)守恒。2.人工放射性同位素(1)放射性同位素的定義:有些同位素具有放射性,叫做放射性同位素。3.放射性同位素的應用與防護(1)應用射線應用射線可以測厚度、醫(yī)療方面的放射治療、照射種子培育優(yōu)良品種等。(2)示蹤原子:有關(guān)生物大分子的結(jié)構(gòu)及其功能的研究,要借助于示蹤原子。(3)輻射與安全:人類一直生活在放射性的環(huán)境中,過量的射線對人體組織有破壞作用。要防止放射性物質(zhì)對水源、空氣、用具等的污染。4.人工放射性同位素的優(yōu)勢(1)種類多。天然放射性同位素不過40多種,而人工放射性同位素已達1000多種。(2)放射強度容易控制。(3)可制成各種所需的形狀。(4)半衰期短,廢料易處理。自我檢測

1.思考辨析。(1)威耳遜云室內(nèi)充滿過飽和蒸氣,射線經(jīng)過時可顯示出射線運動的徑跡,其中徑跡粗而短的是α射線。

(

)解析:云室內(nèi)充滿過飽和蒸氣,射線經(jīng)過時把氣體電離,過飽和蒸氣以離子為核心凝結(jié)成霧滴,霧滴沿射線的路線排列,顯示出射線的徑跡;由于α粒子的電離本領(lǐng)大,貫穿本領(lǐng)小,所以α射線在云室中的徑跡粗而短。答案:√(2)威耳遜云室中顯示粒子徑跡原因是電離,所以無法由徑跡判斷射線所帶電荷的正負。

(

)解析:如果把云室放在磁場中,由射線徑跡的彎曲方向便可以判斷射線所帶電荷的正負。答案:×解析:應該是查德威克發(fā)現(xiàn)中子。答案:×(4)人工轉(zhuǎn)變核反應與衰變在產(chǎn)生機制上是相同的。

(

)解析:原子核的人工轉(zhuǎn)變,是一種核反應,是其他粒子與原子核相碰撞的結(jié)果,需要一定的裝置和條件才能發(fā)生,而衰變是原子核的自發(fā)變化,它不受物理、化學條件的影響。答案:×(5)放射性同位素與放射性元素一樣,都具有一定的半衰期,衰變規(guī)律一樣。

(

)解析:半衰期僅由原子核本身決定,對同位素,電荷數(shù)相同,半衰期一樣。答案:√2.探究討論。(1)威耳遜云室中粒子的徑跡有何不同特征?答案:α粒子的徑跡直而清晰;高速β粒子的徑跡又細又直,低速β粒子徑跡又短又粗而且是彎曲的;γ粒子的電離本領(lǐng)很小,一般看不到它的徑跡。(2)試分析蓋革—米勒計數(shù)器(又稱G-M計數(shù)器)工作原理是什么?它有何優(yōu)缺點?答案:當某種射線粒子進入管內(nèi)時,它使管內(nèi)的氣體電離,產(chǎn)生的電子在電場中加速。電子跟管中的氣體分子碰撞時,又使氣體分子電離,產(chǎn)生電子……這樣,一個粒子進入管中可以產(chǎn)生大量電子,這些電子到達陽極,正離子到達陰極,在電路中就產(chǎn)生一次脈沖放電,利用電子儀器可以把放電次數(shù)記錄下來。a.優(yōu)點:G-M計數(shù)器非常靈敏,使用方便。b.缺點:只能用來計數(shù),不能區(qū)分射線的種類。(3)舉例說明放射性同位素在生產(chǎn)生活中有哪些應用?答案:①在工業(yè)上可以用γ射線來探測工件內(nèi)部裂痕,稱為γ探傷。也可以用γ射線照射種子,會使種子的遺傳基因發(fā)生變異,從而培育出優(yōu)良品種。②農(nóng)業(yè)上利用

作為示蹤原子來研究農(nóng)作物對磷肥的吸收情況。探究一探究二探究三探測射線的方法問題探究

右圖為α粒子和β粒子在威爾遜云室中的徑跡示意圖。(1)如何根據(jù)徑跡的情況,分析判斷粒子的性質(zhì)?(2)如何判斷粒子所帶電荷的正負?要點提示:(1)α粒子質(zhì)量比較大,在氣體中飛行時不易改變方向,軌跡為直線;β粒子質(zhì)量小,跟氣體碰撞易改變方向,故軌跡常常彎曲。(2)根據(jù)軌跡的彎曲方向來判斷帶電的性質(zhì)。探究一探究二探究三知識歸納1.方法探測射線的方法主要是利用放射線粒子與其他物質(zhì)作用時產(chǎn)生的一些現(xiàn)象來探知放射線的存在,這些現(xiàn)象主要是:(1)使氣體電離,這些離子可使飽和蒸氣產(chǎn)生云霧或使過熱液體產(chǎn)生氣泡;(2)使照相底片感光;(3)使熒光物質(zhì)產(chǎn)生熒光。2.儀器(1)威耳遜云室構(gòu)造:主要部分是一個塑料或玻璃制成的容器,它的下部是一個可以上下移動的活塞,上蓋是透明的,可以通過它來觀察和拍攝粒子的運動徑跡,云室里面有干凈的空氣。探究一探究二探究三(2)氣泡室氣泡室的原理同云室的原理類似,所不同的是氣泡室里裝的是液體,如液態(tài)氫。控制氣泡室內(nèi)液體的溫度和壓強,使溫度略低于液體的沸點。當氣泡室內(nèi)壓強突然降低時,液體的沸點變低,因此液體過熱,粒子通過液體時在它的周圍就有氣泡形成,從而顯示粒子徑跡。(3)蓋革—米勒計數(shù)器構(gòu)造:主要部分是蓋革—米勒計數(shù)管,里面是一個接在電源負極的導電圓筒,筒的中間有一條接正極的金屬絲。管中裝有低壓的惰性氣體和少量的酒精蒸氣或溴蒸氣。

放射線中的粒子會使氣體或液體電離,以這些離子為核心,過飽和的蒸氣會產(chǎn)生霧滴,過熱液體會產(chǎn)生氣泡。探究一探究二探究三典例剖析【例題1】(多選)關(guān)于威耳遜云室探測射線,下列說法正確的是(

)A.威耳遜云室內(nèi)充滿過飽和蒸氣,射線經(jīng)過時可顯示出射線運動的徑跡B.威耳遜云室中徑跡直而粗的是α射線C.威耳遜云室中徑跡細而彎曲的是γ射線D.威耳遜云室中顯示粒子徑跡的原因是電離,所以無法由徑跡判斷射線所帶電荷的正負【思考問題】

威耳遜云室的原理是什么?提示:粒子在云室內(nèi)的氣體中飛過,使沿途的氣體分子電離,過飽和酒精蒸氣就會以這些離子為核心凝結(jié)成霧滴,于是顯示出射線的徑跡。探究一探究二探究三解析:云室內(nèi)充滿過飽和蒸汽,射線經(jīng)過時把氣體電離,過飽和蒸汽以離子為核心凝結(jié)成霧滴,霧滴沿射線的路徑排列,顯示出射線的徑跡,故A正確;由于α粒子質(zhì)量大、電離本領(lǐng)大、貫穿本領(lǐng)小,故α粒子在云室中的徑跡直而粗,即B正確;γ射線的電離本領(lǐng)很弱,所以在云室中一般看不到它的徑跡,細而彎曲的是β射線,所以C錯誤;把云室放到磁場中,由射線徑跡的彎曲方向就可以判斷射線所帶電荷的正負,故D錯誤。答案:AB規(guī)律總結(jié)探測射線的方法三種射線肉眼都看不見,探測射線的方法都是利用它們和其他物質(zhì)發(fā)生作用時產(chǎn)生的現(xiàn)象,來顯示射線的存在。探究一探究二探究三變式訓練1(多選)關(guān)于射線的探測,下列說法正確的是(

)A.氣泡室探測射線的原理與云室探測射線的原理類似B.由氣泡室內(nèi)射線徑跡可以分析粒子的帶電情況、動量、能量等C.蓋革—米勒計數(shù)器探測射線的原理中也利用射線的電離本領(lǐng)D.蓋革—米勒計數(shù)器不僅能計數(shù),還能用來分析射線的性質(zhì)解析:氣泡室探測射線的原理與云室的類似,不同的是氣泡室中是在射線經(jīng)過時產(chǎn)生氣泡來顯示射線徑跡的,故A選項正確;由氣泡室內(nèi)徑跡中氣泡的多少及徑跡在磁場中的彎曲方向等,可分析射線的帶電情況、動量、能量等,故B選項正確;蓋革—米勒計數(shù)器利用射線電離作用,產(chǎn)生電脈沖進而計數(shù),故C選項正確;由于對于不同射線產(chǎn)生的脈沖現(xiàn)象相同,因此計數(shù)器只能用來計數(shù),不能區(qū)分射線的種類,所以D選項錯誤。答案:ABC探究一探究二探究三人工放射性同位素問題探究生產(chǎn)和生活中所用的射線為什么都是人造放射性同位素?要點提示:這是因為人造放射性同位素的放射強度容易控制,放射源形狀可隨意制作,更重要的是其半衰期比天然放射性物質(zhì)短得多,放射性核廢料容易處理。探究一探究二探究三知識歸納1.原子核的人工轉(zhuǎn)變(1)條件:用α粒子、質(zhì)子、中子,甚至用γ光子轟擊原子核使原子核發(fā)生轉(zhuǎn)變。(2)實質(zhì):用粒子轟擊原子核并不是粒子與原子核碰撞,將原子核打開,而是粒子打入原子核內(nèi)部使原子核發(fā)生了轉(zhuǎn)變。(3)規(guī)律:反應前、后電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒。探究一探究二探究三探究一探究二探究三【思考問題】如何確定新生核的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)?提示:根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒來確定。探究一探究二探究三規(guī)律總結(jié)核反應過程一般是不可逆的,所以核反應方程只能用箭頭而不能用等號。探究一探究二探究三變式訓練2完成下列核反應方程,并指出其中

是發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應方程,

是發(fā)現(xiàn)中子的核反應方程。

探究一探究二探究三其中發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應方程是(2)。發(fā)現(xiàn)中子的核反應方程是(4)。答案:見解析探究一探究二探究三放射性同位素的應用問題探究射線在人們心里是一個惡魔,談核色變,怎樣進行有效的防護呢?

放射性物質(zhì)危險警告標志要點提示:其實射線并不可怕,可怕的是無知,只要熟知各種射線的特點,就可以避開射線對我們的危害,如圖所示,從圖中你可能有所體會。探究一探究二探究三知識歸納1.放射性同位素具有放射性的同位素,叫作放射性同位素。天然存在的放射性元素只有四十多種,但用人工方法得到的放射性同位素有一千多種。與天然放射性物質(zhì)相比,人造放射性同位素的放射強度容易控制,還可以制成各種所需的形狀。探究一探究二探究三2.放射性同位素的應用(1)利用放射性同位素放出的射線:①探傷:射線穿透金屬部件時,如果遇到砂眼、裂痕等傷痕,接收到的射線將與正常處不同,因此可利用放射性同位素放出射線探傷。②測厚:射線穿透某些物質(zhì)的本領(lǐng)與物質(zhì)的厚度、密度有關(guān),因此可用射線來檢查某些產(chǎn)品的厚度,技術(shù)上可用作自動控制。③利用射線電離能力,可以使空氣電離,除去紡織車間的靜電,或制成報警器。輻照:利用射線照射,可以殺死癌細胞,用以治病;用射線照射植物,引起植物變異,用以育種等。探究一探究二探究三(2)做示蹤原子:由于放射性同位素跟同種元素的非放射性同位素具有相同的化學性質(zhì),如果在某種元素里摻進一些放射性同位素,那么元素無論走到哪里,它的放射性同位素也經(jīng)過同樣的過程。而放射性元素不斷地放出射線,再用儀器探測這些射線,即可知道元素的行蹤,這種用途的放射性同位素叫示蹤原子。探究一探究二探究三3.人工放射性同位素的優(yōu)點(1)資源豐富,天然放射性元素不過40多種,但人工放射性同位素已達1000多種,目前每種元素都有了自己的放射性同位素。(2)和天然放射性物質(zhì)相比,人工放射性同位素的放射強度容易控制,還可以制成各種所需的不同形狀,特別是,它的半衰期比天然放射性物質(zhì)短得多,因此放射性廢料容易處理。由于這些優(yōu)點,所以在生產(chǎn)和科研中凡是用到射線時,用的都是人工放射性同位素,而不用天然放射性物質(zhì)。探究一探究二探究三典例剖析【例題3】

關(guān)于放射性同位素的應用,下列說法正確的是(

)A.放射線改變了布料的性質(zhì)使其不再因摩擦而生電,從而達到消除有害靜電的目的B.利用γ射線的貫穿性可以為金屬探傷,也能進行人體透視C.用放射線照射作物種子使其DNA發(fā)生變異,其結(jié)果一定是更優(yōu)良的品種D.用γ射線治療腫瘤時一定要嚴格控制劑量,以免對人體正常組織造成太大的傷害探究一探究二探究三解析:利用放射線消除有害靜電是利用放射線的電離性,使空氣分子電離成為導體,將靜電導出,A錯誤;γ射線對人體細胞傷害太大,不能用來進行人體透視,B錯誤;作物種子發(fā)生的DNA突變不一定都是有益的,還要經(jīng)過篩選才能培育出優(yōu)良品種,C錯誤;用γ射線治療腫瘤對人體肯定有副作用,因此要科學地控制劑量,D正確。答案:D規(guī)律總結(jié)放射性同位素的應用(1)用射線來測量厚度,一般不選取α射線是因為其穿透能力太差,更多的是選取γ射線,也有部分選取β射線的。(2)給病人治療癌癥、培育優(yōu)良品種、延長食物保質(zhì)期一般選取γ射線。(3)使用放射線時安全是第一位的。探究一探究二探究三變式訓練3(多選)放射性同位素鈷60能放出較強的γ射線,其強度容易控制,這使得γ射線得到廣泛應用。下列選項中,屬于γ射線的應用的是(

)A.醫(yī)學上制成γ刀,無需開顱即可治療腦腫瘤B.機器運轉(zhuǎn)時常產(chǎn)生很多靜電,用γ射線照射機器可將電荷導入大地C.鋁加工廠將接收到的γ射線信號輸入計算機,可對薄鋁板的厚度進行自動控制D.用γ射線照射草莓、荔枝等水果,可延長保存期解析:γ射線的電離作用很弱,不能使空氣電離成為導體,B錯誤;γ射線的穿透能力很強,薄鋁板的厚度變化時,接收到的信號強度變化很小,不能控制鋁板厚度,C錯誤;γ射線能量很大,可以殺菌,延長水果的保存期,對腫瘤細胞有很強的殺傷作用,故A、D正確。答案:AD12341.右圖是科學史上一張著名的實驗照片,顯示一個帶電粒子在云室中穿過某種金屬板運動的徑跡。云室放置在勻強磁場中,磁場方向垂直照片向里。云室中橫放的金屬板對粒子的運動起阻礙作用。分析此徑跡可知粒子(

)A.帶正電,由下往上運動B.帶正電,由上往下運動C.帶負電,由上往下運動D.帶負電,由下往上運動解析:由于金屬板對粒子有阻礙作用,穿過金屬板后速度減小,由可知在同一勻強磁場中運動半徑減小,由圖片知板下面半徑大于上面的半徑,所以粒子從下向上穿過金屬板,磁場方向垂直照片向里,由所受洛倫茲力方向指向圓心位置,根據(jù)左手定則判斷該粒子應帶正電荷。故A項正確。答案:A12342.以下幾個核反應方程,粒子X代表中子的方程是(

)解析:由核反應過程中質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可以判斷出選項B正確。答案:B12343.用中子轟擊鋁27,產(chǎn)生鈉24和X粒子,鈉24具有放射性,它衰變后生成鎂24,則X粒子和鈉的衰變過程分別是(

)A.質(zhì)子