《（山东省专用）2018-2019学年高中物理 第十九章 原子核 第3、4节 探测射线的方法 放射性的应用与防护讲义（含解析）新人教版选修3-5》由会员分享，可在线阅读，更多相关《（山东省专用）2018-2019学年高中物理 第十九章 原子核 第3、4节 探测射线的方法 放射性的应用与防护讲义（含解析）新人教版选修3-5（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第3、4节探测射线的方法 放射性的应用与防护11912年英国物理学家威耳逊发明了威耳逊云室。2射线可使气体或液体电离，使照相乳胶感光，使荧光物质产生荧光。3原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应。4在核反应中，质量数守恒，电荷数守恒。51928年由德国物理学家盖革与米勒研制成功了用于探测射线的盖革米勒计数器。61934年，约里奥居里夫妇发现了人工放射性同位素。7放射性同位素有很多应用，如应用它的射线，或把它作为示踪原子；放射性同位素也有很多危害。过量的射线对人体组织有破坏作用，同时对水源、空气等也有污染。一、探测射线的方法1探测方法(1)组成射线的粒子会使气体或液体电离，以这些
2、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)射线能使照相乳胶感光。(3)射线能使荧光物质产生荧光。2探测仪器(1)威耳逊云室原理：粒子在云室内气体中飞过，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。粒子径迹形状：粒子的径迹直而粗粒子的径迹比较细，而且常常弯曲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，所不同的是气泡室里装的是液体，如液态氢。粒子通过过热液体时，在它的周围产生气泡而形成粒子的径迹。(3)盖革米勒计数器优点：GM计数器非常灵敏，使用方便。缺点：只能用来计数，不能区分射线的种
3、类。二、核反应和放射线的应用与防护1核反应(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)原子核的人工转变1919年卢瑟福用粒子轰击氮原子核，产生了氧的一种同位素，同时产生一个质子。卢瑟福发现质子的核反应方程：NHeOH。遵循规律：质量数守恒，电荷数守恒。2人工放射性同位素(1)放射性同位素的定义：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发现：1934年，约里奥居里夫妇发现经过粒子轰击的铝片中含有放射性磷P。(3)发现磷同位素的方程：HeAlPn。3放射性同位素的应用与防护(1)应用射线应用射线可以测厚度、医疗方面的放射治疗、照射种子培育优良品种等。(2)
4、示踪原子：有关生物大分子的结构及其功能的研究，要借助于示踪原子。(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。1自主思考判一判(1)云室和气泡室都是应用射线的穿透能力研究射线的轨迹。()(2)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。()(3)衰变和原子核的人工转变均满足质量数守恒和电荷数守恒。()(4)医学上利用射线进行放射治疗时，要控制好放射的剂量。()(5)发现质子、发现中子和发现放射性同位素P的核反应均属于原子核的人工转变。()(6)同一种元素的放射性同位素具有相同的半衰期。()2合作探究议一
5、议(1)如何利用云室区别射线的种类？提示：利用射线在云室中的径迹区别，直而粗的为射线，细而长的为射线。(2)衰变和原子核的人工转变有什么不同？提示：衰变是具有放射性的不稳定核自发进行的变化，原子核的人工转变是利用粒子、质子、中子或光子轰击靶核发生的变化。所有的原子核都可能发生人工转变。(3)医学上做射线治疗用的放射性元素，使用一段时间后当射线强度降低到一定程度时就需要更换放射材料，原来的材料成为核废料，这些放射治疗选用的放射性元素的半衰期应该很长还是较短？为什么？提示：应选用半衰期较短的。因为半衰期短的放射性废料容易处理。当然也不能选用太短的，否则就需要频繁更换放射原料了。探测射线的三种仪器1
6、威耳逊云室(1)原理：实验时先往云室里加入少量的酒精，使室内充满酒精的饱和蒸气，然后使活塞迅速向下运动，室内气体由于迅速膨胀，温度降低，酒精蒸气达到过饱和状态。这时让射线粒子从室内的气体中飞过，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，这些雾滴沿射线经过的路线排列，于是就显示出了射线的径迹，可用照相机拍摄下其运动的径迹进行观察分析。(2)三种射线在云室中的径迹比较：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。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
7、比较细，而且速度减小后的轨迹常常弯曲。粒子的电离本领更小，在云室中一般看不到它的径迹。2气泡室(1)原理：气泡室的原理同云室的原理类似，所不同的是气泡室里装的是液体，控制气泡室内液体的温度和压强，使室内温度略低于液体的沸点。当气泡室内压强突然降低时，液体的沸点变低，使液体过热，此时让射线粒子射入室内，粒子周围就有气泡形成。用照相机拍摄出径迹照片，根据照片上记录的情况，可以分析粒子的性质。(2)气泡室和云室的比较：气泡室的工作原理与云室相类似，云室内装有干净的空气，而气泡室内装的是液体。相同之处在于都可以形成射线粒子的运动径迹，通过研究径迹，研究射线的性质。3盖革米勒计数器(1)原理：在金属丝和
8、圆筒间加上一定的电压，这个电压稍低于管内气体的电离电压，当某种射线粒子进入管内时，它使管内的气体电离，产生电子这样，一个射线粒子进入管中后可以产生大量电子，这些电子到达阳极，正离子到达阴极，在外电路中产生一次脉冲放电，利用电子仪器可以把放电次数记录下来。(2)优缺点：优点：放大倍数很大，非常灵敏，用它检测射线十分方便。缺点：不同射线产生的脉冲现象相同，只能用来计数，不能区分射线种类；如果同时有大量粒子或两个粒子射来的时间间隔小于200 s，则计数器不能区分它们。典例多选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
9、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放射源射出的是射线B放射源射出的是射线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天思路点拨解答本题时应注意以下两点：(1)根据射线、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。解析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。答案
10、AC1多选下列关于放射线的探测说法中正确的是()A气泡室探测射线的原理与云室探测射线原理类似B由气泡室内射线径迹可以分析粒子的带电、动量、能量等情况C盖革米勒计数器探测射线也是利用射线的电离本领D盖革米勒计数器不仅能计数，还能用来分析射线的性质解析：选ABC气泡室探测射线原理与云室探测射线原理类似，不同的是气泡室中是在射线经过时产生气泡来显示射线径迹的，故选项A正确；由气泡室内径迹中气泡的多少及径迹在磁场中的弯曲方向等，可分析射线的带电、动量、能量等情况，故选项B正确；盖革米勒计数器利用射线电离作用，产生电脉冲进而计数，所以选项C正确；由于对于不同射线产生的脉冲现象相同，因此计数器只能用来计数
11、，不能分析射线的性质，所以选项D错误。2如图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()A带正电，由下向上运动B带正电，由上向下运动C带负电，由上向下运动D带负电，由下向上运动解析：选A由题图可以看出粒子在金属板上方的轨道半径比在金属板下方时小，由带电粒子在匀强磁场中运动的半径公式R可知粒子在金属板上方运动的速率小，所以粒子由下往上运动，B、C错误；磁场方向垂直照片向里，结合粒子运动方向，根据左手定则可知粒子带正电，A正确，D错误。原子核的人工转变和核
12、反应方程1核反应的条件：用粒子、质子、中子，甚至用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个典型核反应(1)1919年卢瑟福发现质子的核反应：NHeOH；(2)1932年查德威克发现中子的核反应：BeHeCn；(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：AlHePn；PSie。4人工转变核反应与衰变的比较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。相同点人
13、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。典例某实验室工作人员，用初速度为v00.09c(c为真空中的光速)的粒子轰击静止在匀强磁场中的Na，产生了质子。若某次碰撞可看作对心正碰，碰后新核的运动方向与粒子的初速度方向相同，质子的运动方向与新核运动方向相反，它们在垂直于磁场的平面内分别做匀速圆周运动。通过分析轨迹半径，可得出新核与质子的速度大小之比为110，已知质子质量为m。(1)写出核反应方程。(2)求出质子的速度v(结果保留两位有效数字)。解析(1)核反应方程为HeNaMgH。(2)粒子、新核的质量分别为4m、26m，质子的速率为v，因为是对心正碰，由动
14、量守恒定律得4mv026mmv解得v0.23c。答案(1)HeNaMgH(2)0.23c写核反应方程时应注意以下三点(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)核反应方程应以实验事实为基础，不能凭空杜撰。(3)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。1多选用粒子轰击铍核(Be)，生成一个碳核(C)和一个粒子，则该粒子()A带正电，能在磁场中发生偏转B在任意方向的磁场中都不会发生偏转C电离本领特别强，是原子核的组成部分之一D卢瑟福预言，查德威克发现解析：选BD核反应方程为HeBeCn，这种粒子是中子，故B、D正确。2以下是物理学史上3个著名的核反应方程xLi2yyNxOyBezCx、y和z是3种不同的粒子，其中z是()A粒子B质子C中子 D电子解析：选C把前两个方程化简，消去x，即NLiyO，可见y是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n。因此选项C正确。31956年李政道和杨振宁提出在弱相互作用中宇称不守恒，并由吴健雄用Co放射源进行了实验验证。次年李、杨两人为此获得诺贝尔物理奖。Co的衰变方程是CoNiee，其中e是反中微子，它的电荷量为零，静止质量可以认为是零。Co的核外电子数为_，在上述衰变方程中，衰变产物Ni的质量数是_
