2024-2025學年高中物理第十九章原子核第三節(jié)探測射線的方法第四節(jié)放射性的應用與防護學案新人教版選修3-5

PAGE10-第三節(jié)探測射線的方法第四節(jié)放射性的應用與防護【素養(yǎng)目標定位】※理解原子核的人工轉(zhuǎn)變及人工放射性同位素※了解探測射線的儀器和方法※了解放射性的應用和防護【素養(yǎng)思維脈絡(luò)】課前預習反饋教材梳理·夯基固本·落實新知學問點1探測射線的基本方法探測射線的原理利用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。(1)粒子使氣體或液體電離，以這些離子為核心，過飽和汽會產(chǎn)生__云霧__，過熱液體會產(chǎn)生__氣泡__。(2)使照相底片__感光__。(3)使熒光物質(zhì)產(chǎn)生__熒光__。學問點2幾種常用的探測器1．威爾遜云室(1)結(jié)構(gòu)見教材。(2)工作原理：粒子從室內(nèi)氣體中飛過，就會使沿途的氣體分子__電離__產(chǎn)生離子，過飽和汽便以這些離子為核心凝成__霧滴__，于是顯示出射線的徑跡。依據(jù)徑跡的長短和粗細，可以知道粒子的__性質(zhì)__；把云室放在磁場中，從帶電粒子運動軌跡的彎曲方向，還可以知道粒子所帶電荷的__正負__。2．氣泡室(1)原理：當高能粒子穿過室內(nèi)__過熱__液體時，形成一串__氣泡__而顯示粒子徑跡。(2)作用：可以分析粒子的帶電、動量、能量等狀況。3．蓋革—米勒計數(shù)器(1)結(jié)構(gòu)見課本(2)原理：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)生的電子在電場中被加速，能量越來越大，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，陽離子到達陰極，在外電路中就產(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。(3)特點：檢測射線特別便利，但只能用來__計數(shù)__，不能區(qū)分射線的種類。此外假如同時有大量粒子或兩個粒子射來的間隔時間小于200μs，G－M計數(shù)器也不能區(qū)分它們。學問點3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，稱為核反應。2．原子核的人工轉(zhuǎn)變(1)1919年，盧瑟福第一次實現(xiàn)了原子核的人工轉(zhuǎn)變并發(fā)覺了質(zhì)子，核反應方程是eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→__eq\o\al(17,8)O__＋eq\o\al(1,1)H。(2)查德威克發(fā)覺了中子，核反應方程是eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→__eq\o\al(12,6)C__＋eq\o\al(1,0)n。3．遵循規(guī)律__質(zhì)量數(shù)__守恒，__電荷數(shù)__守恒。學問點4人工放射性同位素的應用與防護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。2．人工放射性同位素的發(fā)覺(1)1934年，約里奧·居里夫婦發(fā)覺經(jīng)過α粒子轟擊的鋁片中含有放射性磷eq\o\al(30,15)P。(2)發(fā)覺磷同位素的方程：eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→__eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n__。3．放射性同位素的應用(1)利用射線：利用α射線具有很強的__電離__作用，消退有害__靜電__；利用γ射線很強的__貫穿__本事，工業(yè)用來__探傷__。(2)作示蹤原子：同位素具有相同的__化學__性質(zhì)，可用放射性同位素代替非放射性同位素做__示蹤__原子。4．放射性的污染和防護(1)放射性污染過量的放射會對__環(huán)境__造成污染，對人類和自然界產(chǎn)生__破壞__作用。(2)防護輻射防護的基本方法有__時間__防護、距離、__屏蔽__防護。要防止放射性物質(zhì)對__水源__、__空氣__、用具、__工作場所__的污染，要防止射線__過多__地__長時間__照耀人體。思索辨析『判一判』(1)威爾遜云室可以顯示α粒子和β粒子的徑跡。(√)(2)G－M計數(shù)器特別靈敏，不僅可以計數(shù)，還可以區(qū)分射線的種類。(×)(3)在核反應中，質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒。(√)(4)放射性同位素eq\o\al(30,15)P，即可以通過核反應人工獲得，也可以從自然界中獲得。(×)(5)利用γ射線照耀種子，可以培育出優(yōu)良品種。(√)(6)任何放射性物質(zhì)都可以作為示蹤原子運用。(×)『選一選』以下是物理學史上3個聞名的核反應方程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種不同的粒子，其中z是(C)A．α粒子 B．質(zhì)子C．中子 D．電子解析：設(shè)x、y、z的電荷數(shù)分別為Zx、Zy、Zz，質(zhì)量數(shù)分別為Ax、Ay、Az。由前兩個核反應方程中的電荷數(shù)守恒，Zx＋3＝2Zy，Zy＋7＝Zx＋8，可得Zy＝2；質(zhì)量數(shù)守恒Ax＋7＝2Ay，Ay＋14＝Ax＋17，可得Ay＝4；由第三個核反應方程中的電荷數(shù)守恒2＋4＝Zz＋6，得Zz＝0，質(zhì)量數(shù)守恒4＋9＝Az＋12，Az＝1。即z是電荷數(shù)為零，質(zhì)量數(shù)為1的粒子，也就是中子，C正確?！合胍幌搿环派湫酝凰氐姆派鋸姸纫子谙拗?，它的半衰期比自然放射性物質(zhì)短得多，因此在生產(chǎn)和科學領(lǐng)域得以廣泛的應用。(1)能用α射線來測量金屬板的厚度嗎？(2)γ射線照耀食品延長保存期的原理是什么？提示：(1)不能(2)用γ射線照耀食品可以殺死使食物腐敗的細菌，抑制蔬菜發(fā)芽，延長保存期。課內(nèi)互動探究細研深究·破疑解難·萃取精華探究探測射線的方法和儀器┃┃思索探討1__■下圖為α粒子和β粒子在威爾遜云室中的徑跡示意圖。(1)如何依據(jù)徑跡的狀況，分析推斷粒子的性質(zhì)？(2)如何推斷粒子所帶電荷的正負？提示：(1)α粒子質(zhì)量比較大，在氣體中飛行時不易變更方向，軌跡為直線；β粒子質(zhì)量小，原氣體碰撞易變更方向，故軌跡經(jīng)常彎曲。(2)依據(jù)軌跡的彎曲方始終推斷帶電的性質(zhì)。┃┃歸納總結(jié)__■1．威爾遜云室原理：試驗時先往云室里加入少量的酒精，使室內(nèi)充溢酒精的飽和蒸汽，然后使活塞快速向下運動，室內(nèi)氣體由于快速膨脹，溫度降低，酒精蒸氣達到過飽和狀態(tài)。這時讓射線粒子從室內(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聚成霧滴，這些霧滴沿射線經(jīng)過的路途排列，于是就顯示出了射線的徑跡，可用照相機拍攝下其運動的徑跡進行視察分析。2．氣泡室(1)原理：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，限制氣泡室內(nèi)液體的溫度和壓強，使室內(nèi)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，使液體過熱，此時讓射線粒子射入室內(nèi)，粒子四周就有氣泡形成。用照相機拍攝出徑跡照片，依據(jù)照片上記錄的狀況，可以分析粒子的性質(zhì)。(2)氣泡室和云室的比較：氣泡室的工作原理與云室相類似，云室內(nèi)裝有氣體，而氣泡室內(nèi)裝的是液體。相同之處在于都可以形成射線粒子的運動徑跡，通過探討徑跡，探討射線的性質(zhì)。3．蓋革——米勒計數(shù)器(1)原理：在金屬絲和圓筒間加上肯定的電壓，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，在外電路中產(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)缺點優(yōu)點：放大倍數(shù)很大，特別靈敏，用它檢測射線特別便利。缺點：a.不同射線產(chǎn)生的脈沖現(xiàn)象相同，只能用來計數(shù)，不能區(qū)分射線種類。b.假如同時有大量粒子或兩個粒子射來的時間間隔小于200μs，則計數(shù)器不能區(qū)分它們。特殊提示(1)探測原理方面：探測原理都是利用射線中的粒子與其他物質(zhì)作用時產(chǎn)生的現(xiàn)象，來顯示射線的存在。(2)G－M計數(shù)器區(qū)分粒子方面：G－M計數(shù)器不能區(qū)分時間間隔小于200μs的兩個粒子。┃┃典例剖析__■典例1(多選)下列關(guān)于放射線的探測說法正確的是(AC)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)射線徑跡不能分析粒子的帶電、動量、能量等狀況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事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)解題指導：仔細閱讀教材，駕馭探測三種射線的方法與試驗原理。解析：氣泡室探測射線原理與云室類似，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、動量、能量等狀況，故B選項不正確；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)，所以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。┃┃對點訓練__■1．現(xiàn)代建筑運用的花崗巖石材和家庭裝修運用的花崗巖板材中也存在不同程度的放射性，某同學要測定旁邊建筑材料廠生產(chǎn)的花崗巖板材的放射性輻射是否超標，他選用哪種儀器較好(C)A．威耳遜云室B．氣泡室C．蓋革—米勒計數(shù)器D．以上三種效果都很好解析：花崗巖板材的放射性都比較弱，用云室、氣泡室很難測出，而計數(shù)器特別靈敏，用它檢測射線特別便利。探究原子核的人工轉(zhuǎn)變和核反應方程┃┃思索探討2__■如圖所示為α粒子轟擊氮原子核示意圖。(1)充入氮氣前熒光屏上看不到閃光，充入氮氣后熒光屏上看到了閃光，說明白什么問題？(2)原子核的人工轉(zhuǎn)變與原子核的衰變有什么相同規(guī)律？提示：(1)產(chǎn)生了新粒子(2)質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)都守恒，動量守恒┃┃歸納總結(jié)__■1．核反應的條件用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．核反應的實質(zhì)用粒子轟擊原子核并不是粒子與核碰撞將原子核打開，而是粒子打入原子核內(nèi)部使核發(fā)生了轉(zhuǎn)變。3．原子核人工轉(zhuǎn)變的三大發(fā)覺(1)1919年盧瑟福發(fā)覺質(zhì)子的核反應：eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H(2)1932年查德威克發(fā)覺中子的核反應：eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n(3)1934年約里奧—居里夫婦發(fā)覺放射性同位素和正電子的核反應：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)e4．人工轉(zhuǎn)變核反應與衰變的比較(1)不同點：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，須要肯定的裝置和條件才能發(fā)生，而衰變是原子核的自發(fā)變更，它不受物理化學條件的影響。(2)相同點：人工轉(zhuǎn)變與衰變過程一樣，在發(fā)生過程中質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)都守恒，反應前后粒子總動量守恒。特殊提示(1)核反應過程一般都是不行逆的，核反應方程不能用等號連接，只能用單向箭頭表示反應方向。(2)核反應方程應以試驗事實為基礎(chǔ)，不能憑空杜撰。┃┃典例剖析__■典例21993年，中國科學院上海原子核探討所制得了一種新的鉑元素的同位素eq\o\al(202,78)Pt，制取過程如下：(1)用質(zhì)子轟擊鈹靶eq\o\al(9,4)Be產(chǎn)生快中子；(2)用快中子轟擊汞eq\o\al(204,80)Hg，反應過程可能有三種：①生成eq\o\al(202,78)Pt，放出氦原子核；②生成eq\o\al(202,78)Pt，放出質(zhì)子和中子；③生成的eq\o\al(202,78)Pt發(fā)生兩次衰變，變成穩(wěn)定的原子核汞eq\o\al(202,80)Hg，寫出上述核反應方程。解題指導：此題只要嚴格依據(jù)寫核反應方程的原則進行，一般是不會出錯的，寫核反應方程的原則是：(1)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒；(2)中間用箭頭，不能寫成等號。因兩端僅僅是質(zhì)量數(shù)守恒，沒有體現(xiàn)質(zhì)量相等；也不能僅畫一橫線，因箭頭的方向還表示反應進行的方向；(3)能量守恒，但中學階段不作要求；(4)核反應必需是試驗能夠發(fā)生的，不能毫無依據(jù)地寫未經(jīng)試驗證明的核反應方程。解析：依據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，算出新生核的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)，然后寫出上述核反應方程如下：(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(204,80)Hg＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(202,78)Pt＋eq\o\al(3,2)He②eq\o\al(204,80)Hg＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(202,78)Pt＋2eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(1,0)n③eq\o\al(202,78)Pt→eq\o\al(202,79)Au＋eq\o\al(0,－1)eeq\o\al(202,79)Au→eq\o\al(202,80)Hg＋eq\o\al(0,－1)e┃┃對點訓練__■2．(2024·重慶一中髙二下期期中)下列關(guān)于核反應的說法正確的是(A)A．eq\o\al(234,90)Th衰變?yōu)閑q\o\al(222,86)Rn，經(jīng)過3次α衰變，2次β衰變B．eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n是發(fā)覺中子的核反應方程C．eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e是β衰變方程，其中β粒子來自原子的內(nèi)層電子D．查德威克用高速運動的α粒子轟擊氮核發(fā)覺了質(zhì)子，其反應方程為eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(14,7)N→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H解析：eq\o\al(234,90)Th衰變?yōu)閑q\o\al(222,86)Rn，經(jīng)過(234－222)÷4＝3次α衰變，86－(90－3×2)＝2次β衰變，選項A正確；發(fā)覺中子的核反應方程是eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n，選項B錯誤；eq\o\al(234,91)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e是β衰變方程，其中β粒子來自原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時放出的電子，選項C錯誤；盧瑟福用高速運動的α粒子轟擊氮核發(fā)覺了質(zhì)子，其反應方程為eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(14,7)N→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H，選項D錯誤。探究放射性的應用及防護┃┃思索探討3__■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？提示：其實射線并不行怕，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。┃┃歸納總結(jié)__■1．放射性同位素及其應用(1)放射性同位素的分類①自然放射性同位素②人工放射性同位素(2)人工放射性同位素的優(yōu)勢①放射強度簡單限制②可制成各種所需的形態(tài)③半衰期短，廢料易處理(3)放射性同位素的主要應用①利用它的射線a．利用放出的γ射線檢查金屬部件是否存在砂眼、裂痕等，即利用γ射線進行探傷。b．利用放射線的貫穿本事與物質(zhì)的厚度和密度的關(guān)系，可用它來檢查各種產(chǎn)品的厚度和密封容器中的液體的高度等，從而實現(xiàn)自動限制。c．利用放射線使空氣電離而把空氣變成導電氣體，以除去化纖、紡織品上的靜電。d．用射線照耀植物，引起植物的變異，也可以利用它殺菌、治病等。②做示蹤原子把放射性同位素原子通過物理或化學反應的方式摻到其他物質(zhì)中，然后用探測儀進行追蹤，這種使物質(zhì)帶有“放射性標記”的放射性同位素原子就是示蹤原子。例如：a．在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，探測農(nóng)作物在不同的季節(jié)對元素的需求。b．在工業(yè)上，檢查輸油管道上的漏油位置。c．在生物醫(yī)療上，可以檢查人體對某元素的汲取狀況，也可以幫助確定腫瘤的部位和范圍。2．放射性的污染與防護污染與防護舉例與措施說明污染核爆炸核爆炸的最初幾秒鐘輻射出來的主要是劇烈的γ射線與中子流核泄漏核工業(yè)生產(chǎn)和核科學探討中運用放射性原材料，一旦泄漏就會造成嚴峻污染醫(yī)療照耀醫(yī)療中假如放射線的劑量過大，也會導致病人受到損害，甚至造成病人的死亡防護密封防護把放射源密封在特殊的包殼里，或者用特殊的方法覆蓋，以防止射線泄漏距離防護距放射源越遠，人體汲取的劑量就越少，受到的危害就越輕時間防護盡量削減受輻射的時間屏蔽防護在放射源與人體之間加屏蔽物能起到防護作用。鉛的屏蔽作用最好┃┃典例剖析__■典例3下列說法正確的是(B)A．給農(nóng)作物施肥時，在肥料里放一些放射性同位素，是因為農(nóng)作物汲取放射性同位素后生長更好B．輸油管道漏油時，可以在輸?shù)挠椭蟹乓恍┓派湫酝凰靥綔y其射線，確定漏油位置C．自然放射元素也可以作為示蹤原子加以利用，只是較少，經(jīng)濟上不劃算D．放射性元素被植物汲取，其放射性將發(fā)生變更解題指導：駕馭放射性同位素在我們?nèi)粘Ｉa(chǎn)、生活中的應用是解題關(guān)鍵。解析：放射性元素與它的同位素的化學性質(zhì)相同，但是利