第19章原子核第3、4节探测射线的方法放射性的应用与防护导学案.pdf

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1、粒子径迹形状 a粒子的径迹直而渭晰 高速?粒子的径i亟乂细乂直 f 低速世堕耸迹乂拒乂粗而R是萱也的 丫粒子的电商第 19 章原子核第 3、4 节探测射线的方法放射性的应用与防护导学案 课前预习练 一、探测射线的方法 1.探测射线的理论依据(1)射线中的粒子会使气体或液体电离，以这些离子为核心，过饱和的蒸气会产生雾滴，过热液体会产生气 泡.射线中的粒子会使照相乳胶感(3)射线中的粒子会使荧光物质产生荧 2.探测射线的仪器(1)威耳逊云室：原理：当酒精蒸气达到过饱和状态，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.(2)气泡

2、室：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 (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：卢瑟福用 a粒子轰击氮原子核，核反应方程 彳 N+4He 尊 O+1H.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：具有放射性的同位素.(2)人工放射性同位素的发现 1934 年，约里奥一居里夫妇发现经过 a粒子轰击的铝片中含有放射性磷 35 P.发现磷同位素的方程 4 He+23 AI 翌 P 土而.3.人工放射性同位素的优点(1)资源丰富，应用广泛.(2)放射强度容易控制，可以制成各种所需的形状

3、，废料容易处理.(3)现在凡是用到射线时，用的都是人工放射性同位素,而不用天然放射性物质.4.人工放射性同位素的应用(1)在工业上可以用 展寸线来探测工件内部裂痕，称为 义射线探伤.(2)农业上用丫射线照射种子、会使种子的遗传基因发牛变异,从而培育出新品种.利用 35 P 作为示踪原子 来研究农作物对磷肥的吸收情况.5.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.知识点一探测射线的方法 迹.(3)盖革一米勒计数器：优点：G M 计数器非常灵敏，用它检测射线十分 方便.缺点：只能用来计数，不能区分射线的种类.二、核反应和

4、人工放射性同位素 规律探究：由于 a 粒子和电子都很小，我们仅凭肉眼看不见，但是在威耳逊云室中，我们却能看到如图所 示的 a 粒子和电子的运动轨迹.说出威耳逊云室显示 a 粒子和电子的运行轨迹的原理.在威耳逊云室中如何判断粒子所带电荷的正负？例 1.(多选)下列说法中正确的是 A.威耳逊云室和盖革一米勒计数器都是利用了放射线使气体电离的性质 B.盖革一米勒计数器除了用来计数，还能区分射线的种类 C.用威耳逊云室探测射线时，径迹比较细且常常弯曲的是 6 粒子的径迹 D.根据气泡室中粒子径迹的照片上记录的情况，可以分析粒子的动量、能量及带电情况等 练习 1.(多选)利用威耳逊云室可以研究放射性元素

5、衰变时放出的射线，下列说法正确的是()A.可以利用威耳逊云室研究所有的射线 B.a 粒子在威耳逊云室中的径迹直而粗，是因为 a 粒子的质量大，电离本领强 C.6 粒子在威耳逊云室中，几乎看不到它的径迹 D.利用威耳逊云室可判断射线所带电荷的正负【小结】：1.威尔逊云室(1)粒子显示的径迹 因为 a 粒子的电离本领强，沿途产生的离子多，过饱和酒精蒸气凝结在这些离子上，形成很清晰的径迹.且 由于 a 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.(2)粒子显示的径迹 6 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 6 粒子的 径迹又细又直，低速 6

6、 粒子的径迹又短又粗而且是弯曲的.(3)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 气泡室装的是过热液体，粒子通过液体时在它的周围有气泡形成，显示粒子的径迹.3.盖革一米勒计数器 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 中产生一次脉冲放电，利用电子仪器可以把放电次数记录下来.知识点二核反应及核反应方程 规律探究：1.核反应的实质是什么？它符合哪些规律？2.如何实现原子核的人工转变？常见的人工转变的核反应有哪些？3.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？例 2.完成下列核反应方程，并指出其中 是发现质

7、子的核反应方程，是发现中子的核反 应方程(均填序号).(1)17 N+0 n r 14 C+0和 (2)彳 N+4Her 17O+(3)如+2 He(4)4 Be+4 He+1n(5)56 Fe+1 H 27 Co+练习 2.用中子轰击氧原子核的核反应方程式为 曾 0+0nr沁+b x,对式中 X、a、b 的判断正确的是()A.X 代表中子，a=17,b=1 B.X 代表电子，a=17,b=1 C.X 代表正电子，a=17,b=1 D.X 代表质子，a=17,b=1【小结】：1.核反应的条件 用 a 粒子、质子、中子，甚至用 丫光子轰击原子核使原子核发生转变.2.核反应的规律 质量数守恒，电荷

8、数守恒.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方程：VN+4 He 18 o+1 H(2)1932 年查德威克发现中子的核反应方程：4 Be+4 He-162C+0 n(3)1934 年约里奥一居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程：23 Al+4 Her 30 P+0 n；30 P、10 Si+0 e.4.人工转变与衰变的比较(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.知识点三放射性同位素的

9、应用 例 3.正电子发射型计算机断层显像(PET)的基本原理是：将放射性同位素 15O 注入人体，参与人体的代谢 过程.15O 在人体内衰变放出正电子，与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子，被探测器探测到，经计 算机处理后产生清晰的图象.根据 PET 原理，回答下列问题：(1)写出15O 的衰变和正负电子湮灭的方程式.(2)将放射性同位素15O 注入人体，15O 的主要用途是()A.利用它的射线 B.作为示踪原子 C.参与人体的代谢过程 D.有氧呼吸(3)PET 中所选的放射性同位素的半衰期应.(填“长”“短”或“长短均可”)练习 3.(核反应方程的综合应用)1934年约里奥一居里夫妇用 a

10、粒子轰击静止的 23 Al，发现了放射性磷 10 P 和另一种粒子，并因这一伟大发现而获得诺贝尔物理学奖.（1）写出这个过程的核反应方程式；（2）若该种粒子以初速度 vo与一个静止的12C 核发生碰撞，但没有发生核反应，该粒子碰后的速度大小为 vi,运动方向与原运动方向相反，求碰撞后 12C 核的速度.【课堂巩固练习】1.（多选）关于威尔逊云室探测射线，下列说法中正确的是（）A.威尔逊云室内充满过饱和蒸气，射线经过时可显示射线运动的轨迹 B.威尔逊云室中径迹直而清晰的是 a射线 C.威尔逊云室中径迹细而长的是 丫射线 D.威尔逊云室中显示粒子径迹的原因是蒸气电离，即使放入磁场中也无法判断射线所

11、带电荷的正负 2.以下是物理学史上 3 个著名的核反应方程：x+3 Li 2y；y+VNx+18。；y+4 Bez+12 C x、y 和 z 是 3 种不同的粒子，其中 z 是（）A.a 粒子 B.质子 C.中子 D.电子 3.（多选）有关放射性同位素 35 P 的下列说法，正确的是（）A.35 P 与40X 互为同位素 B，30P 与其同位素有相同的化学性质 C.用 30 P 制成化合物后它的半衰期变长 D.15 P 能释放正电子，可用作示踪原子，观察磷肥对植物的影响 4.用人工方法得到放射性同位素，这是一个很重要的发现，天然的放射性同位素不过 40 多 种，而今天人工制造的放射性同位素已达

12、 1 000 多种，每种元素都有放射性同位素.放射性同位素在工业、农业、医疗卫生和科学研究的许多方面得到了广泛的应用.（1）带电的验电器在放射线照射下电荷会很快消失.其原因是（）A.射线的贯穿作用 B.射线的电离作用 C.射线的物理、化学作用 D.以上三个选项都不是（2）如图是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图.如果工厂生产的是厚度为 1 毫米的铝板，在 a、体丫三种射线中，你认为对铝板的厚度控制起主要作用的是 射线.（3）在我国首先用人工方法合成牛胰岛素时，需要证明人工合成的牛胰岛素结晶跟天然牛胰岛素的结晶是同 一种物质，为此曾采用放射性同位素 14C 做 I 第 3、4 节探测射线

13、的方法放射性的应用与防护课后练习 1.图中曲线 a、b、c、d 为气泡室中某放射物发生衰变放出的部分粒子的径迹，气泡室中磁感应强度方向 垂直于纸面向里.以下判断可能正确的是（）A.a、b 为 6 粒子的径迹 B.a、b 为丫粒子的径迹 C.c、d 为 a 粒子的径迹 D.c、d 为 6 粒子的径迹 2.关于放射性同位素的应用，下列说法中正确的有（）A.放射性改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，从而达到消除有害静电的目 的 B.利用丫射线的贯穿性可以为金属探伤，也能进行人体的透视 C.利用丫射线照射作物种子使其 DNA 发生变异，其结果一定是更优秀的品种 D.用丫射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂

14、量，以免对人体正常组织造成太大的伤害 3.（多选）用盖革一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 a 射线 B.放射源射出的是 6 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 4.某校学生在进行社会综合实践活动时，收集列出了一些放射性同位素的半衰期和可供利用的射线（见下 表），并总结出它们的几种用途.问位素 放射线 半衰期 问位素 放射线 半衰期

15、车卜 210 a 138天 车思 99 3 28 年 锯 241 3 433天 得 99 丫 6 小时 钻 60 丫 5 年 氛 a 3.8天 根据上表请你分析判断下面结论正确的是（）A.塑料公司生产聚乙烯薄膜，方法是让较厚的聚乙烯膜通过轧辗后变薄，利用 a 射线来测定通过轧辗后 的薄膜厚度是否均匀 B.钻 60 的半衰期为 5 年，若取 4 个钻 60 原子核，经 10 年后就一定剩下一个原子核 C.把放射性元素针 210 掺杂到其他稳定元素中，放射性元素的半衰期变短 D.用得 99 可以作示踪原子，用来诊断人体内的器官是否正常.方法是给被检查者注射或口服附有放射性 同位素的元素的某些物质，

16、当这些物质的一部分到达要检查的器官时，可根据放射性同位素的射线情况分 析器官正常与否 5.下面列出的是一些核反应方程：30Pr 30Si+X,4 Be+2 H 招+Y,2 He+4 He 7 Li+Z,其中（）A.X 是质子，Y 是中子，Z 是正电子 B.X 是正电子，Y 是质子，Z 是中子 C.X 是中子，Y 是正电子，Z 是质子 D.X 是正电子，Y 是中子，Z 是质子30P,放出一个正电子后变成原子 6.（多选）下列核反应或衰变方程中，符号“X”表示中子的是（）8.将威尔逊云室置于磁场中，一个静止在磁场中的放射性同位素原子核 核 34 Si，如图所示能近似地反映正电子和 Si 核轨迹的是

17、（）9.（多选）一个质子以 1.4x 107m/s 的速度撞一个孤立的静止铝原子核后被俘获，铝原子核变成硅原子核.已 知铝原子核的质量是质子的 27 倍，硅原子核的质量是质子的 28 倍，则下列说法正确的是（）A.核反应方程为 17 AI+1 H 24 Si B.核反应方程为 27 AI+1 H27 Si+8 n C.硅原子核速度的数量级为 107m/s D.硅原子核速度的数量级为 105m/s 10.一个静止的氮核 174 N 俘获一个速度为 1.1 x 107m/s 的氮核变成 8 C 两个新核.设 B 的速度方向与氮核 速度方向相同、大小为 4X106 A.9 Be+2 Her 120+

18、X B.174 N+4 Her 如+X C.204 Hg+8nr 制+21 H+X D.U 2fNp+X 7.在下列四个核反应方程中，3 H+Xir 2 He+A n 9Be+4 Her 晋 0+X3 则以下判断中正确的是（）Xi、X2、X3和 X4各代表某种粒子 174 N+4 He 18 o+X2 24 Mg+4 He 23 AI+X4 B.X2是中子 D.X4是质子 m/s,B 的质量数是 C 的 17 倍，B、C 两原子核的电荷数之比为 8:1.（1）写出核反应方程；（2）估算 C 核的速度大小.11.在中子、质子、电子、正电子、a 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

19、上.(1)238U r Th+.(2)4 Be+2 He 管 C+.资 Thr 234Pa+.(4)30Pr 14 Si+.(5)235U+?8 sr+翳 Xe+10(1 n.(6)/N+4 Her 18O+.第 3、4 节探测射线的方法放射性的应用与防护导学案答案 知识点一探测射线的方法 规律探究：(1)a 射线的径迹：由于 a 粒子的质量比较大，在气体中飞行时不易改变方向，并且它的电离 本领大，沿途产生的离子多，所以它在云室中的径迹直而粗.6 射线的径迹：6 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 6 粒子的径迹又细又直，低速 6 粒子的径迹又

20、短又粗而且是弯曲的.(2)把云室放在磁场中，从带电粒子运动轨迹的弯曲方向，判断出粒子所带电荷的正负.例 1.答案 ACD 解析 盖革一米勒计数器只能用来计数，不能区分射线的种类，因为不同的射线在盖革 一米勒计数器中产 生的脉冲现象相同，B 错误.练习 1.答案 BD 解析 a 粒子的质量大，在气体中飞行时不易改变方向，电离本领大，其径迹直而粗，6 粒子的质量小，跟 气体碰撞时容易改变方向，电离本领很小，其径迹比较细，且常常发生弯曲，丫射线电离本领小，一般看 不到其径迹，不能用威耳逊云室来研究，故 B 选项正确，A、C 选项错误；把云室放在磁场中，由射线径 迹的弯曲方向就可判断射线所带电荷的正负

21、，D 选项正确.知识点二核反应及核反应方程 规律探究：1.(1)它的实质就是将一种原子核在粒子的轰击之下转变成一种新的原子核，并产生新的粒子.(2)在转变过程中符合质量数和电荷数守恒规律.2.(1)人为地用 a 粒子、质子、中子或光子去轰击一些原子核，可以实现原子核的转变.(2)常见的人工转变的核反应有：卢瑟福发现质子：VN+4 He 17O+1H 查德威克发现中子：9 Be+2 He 16C+on 约里奥一居里夫妇人工制造同位素：2 He+23 AI0 n+35 P,35P 具有放射性：35 PT4 Si+0 e.3.半衰期短的.半衰期短的放射性废料容易处理.例 2.解析(1)74N+0nr

22、 1(4C+1H(2)N+2 He go+1H(3)驼+0nr 7Li+2 He(4)9 Be+4 He 管 C+0n(5)56 Fe+2 H r 27 Co+0n 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).练习 2.答案 C 解析 根据质量数、电荷数守恒可知 a=17,b=8+0 7=1,因此 X 可表示为+0e,为正电子，故 C 正确，A、B、D 错误.例 3.答案(1)05 O 平 N+0 e +0 e+0e 2 丫(2)B(3)短 解析(1)由题意得 1!or 175N+0e,+0 e+0 e 2 丫.(2)将放射性同位素15O 注入人体后，由于它能放出正电子，并

23、能与人体内的负电子产生一对光子，从而被 探测器探测到，所以它的用途是作为示踪原子，B 正确.(3)根据同位素的用途，为了减小对人体的伤害，半衰期应该短 练习 3.答案(1)27 Al+2 Her 15P+0n(2)号宰，方向与该粒子原运动方向相同 解析(1)核反应方程式为 27 AI+2 He30P+0 n.(2)由(1)知，该种粒子为中子，设该种粒子的质量为 m,则12C 核的质量为 12m，设碰撞后12C 核的速度为 V2,由动量守恒定律可得 mv0=m(V1)+12mv2，解得 V2=12 一，碰撞后12C 核的运动方向与该粒子原运 动方向相同.【课后巩固练习】1.答案 AB 解析 威尔

24、逊云室内充满过饱和蒸气，射线经过时使气体电离，凝结成雾滴，雾滴沿射线的路线排列，显 示出射线的径迹，故选项 A 正确；由于 a 粒子的质量比较大，在气体中飞行时不易改变方向，电离本领大，产生的离子多，所以 a 射线在云室中的径迹直而清晰，贝 U 选项 B 正确；由于丫射线的电离本领很弱，所以 在云室中一般看不到它的径迹，而径迹细长的是 6 射线，选项 C 错误；把云室放在磁场中，由射线径迹的 弯曲方向就可判断射线所带电荷的正负，选项 D 错误.2.答案 C 解析 把前两个方程化简，消去 x,可知 y 是 4 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 0 n.因此选项 C

25、 正确.3.答案 BD 解析 同位素有相同的质子数，不同的质量数，故 A 错；同位素有相同的化学性质，故 B 对；半衰期与物 理、化学状态无关，故 C 错；15 P 为放射性同位素，可用作示踪原子，故 D 对.4.答案(1)B(2)3(3)示踪原子 解析(1)因放射线的电离作用，空气中的与验电器所带电性相反的离子与之中和，从而使验电器所带电荷 消失.(2)遍寸线穿透物质的本领弱，不能穿透厚度为 1 毫米的铝板，因而探测器不能探测，丫射线穿透物质的本 领极强，穿透 1 毫米厚的铝板和几毫米厚的铝板打在探测器上很难分辨.6射线也能够穿透 1 毫米甚至几 毫米厚的铝板，但厚度不同，穿透后 6射线中的

26、电子运动状态不同，探测器容易分辨.(3)把掺入14C 的人工合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素混合在一起，经过多次重新结晶后，得到了放射性14C 分布均匀的牛胰岛素结晶，这就证明了人工合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素完全融为一体，它们是同一种 物质.这种把放射性同位素的原子掺到其他物质中去，让它们一起运动、迁移，再用放射性探测仪器进行 追踪，就可以知道放射性原子通过什么路径，运动到哪里了，是怎样分布的，从而可以了解某些不容易查 明的情况或规律.人们把这种用途的放射性同位素叫做示踪原子.第 3、4 节探测射线的方法放射性的应用与防护课后练习 1.答案 D 解析 丫粒子是不带电的光子，在磁场中不偏转，选项

27、B 错误；a粒子为氮核带正电，由左手定则知向上 偏转，选项 A、C 错误；6粒子是带负电的电子，应向下偏转，选项 D 正确.2.答案 D 解析 利用放射线消除有害静电是利用放射线的电离性，使空气分子电离成为导体，将静电消除.丫射线 对人体细胞伤害太大，不能用来进行人体透视.作物种子发生的 DNA 突变不一定都是有益的，还要经过 筛选才能培育出优良品种.用 丫射线治疗肿瘤对人体肯定有副作用，因此要科学地控制剂量.3.答案 AC 解析 由厚纸板能挡住这种射线，可知这种射线是穿透能力最差的 a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

28、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，C 正确，D 错误.4.答案 D 解析 因为 a射线不能穿透薄膜，无法测量薄膜的厚度，所以 A 错误；半衰期是对大量原子核的统计规 律，对少数原子核不适用，且与元素所处的物理、化学状态无关，B、C 错误；检查时，要在人体外探测到 体内辐射出来的射线，而又不能让放射性物质长期留在体内，所以应选取得 99 作为放射源，D 正确.5.答案 D 解析 依据核反应方程的两个基本规律：质量数守恒和电荷数守恒，即可得出选项 D 正确.6.答案 AC 解析 根据核反应方程质量数和

29、电荷数守恒可得 A、C 选项正确.7.答案 D 解析 根据核反应的质量数和电荷数守恒知，X1为 2 H,A 错；X2为 1 H,B 错；X3为 0 n,C 错；X4为 1 H,D 对.8.答案 B 解析 把放出的正电子和衰变生成物 Si 核看成一个系统，衰变过程中系统的动量守恒，放出的正电子的方 向跟 Si 核运动方向一定相反.由于它们都带正电荷，在洛伦兹力作用下一定形成两个外切圆的轨道，C、D 错误.2 因为洛伦兹力提供向心力，即 qvB=m,所以做匀速圆周运动的半径为=.qB 衰变时，放出的正电子与反冲核 Si 核的动量大小相等，因此在同一个磁场中做圆周运动的半径与它们的电 re qsi

30、14 何重成反比，即 一=一=罕.可见正电子运动的圆的半径较大；B 正确，A 错误.rsi qe 1 9.答案 AD 解析 核反应方程为 27 A1+1 H24 Si，由动量守恒定律得 mx 1.4x 107m/s=28mv,解得 v=5x 10 m/s,因 此选项 A、D 正确.10.答案(1)174 N+4 Her O+1 H(2)2.4 x 107 m/s 解析(2)由动量守恒定律：mHe vHe=mo vo+mH vH VH=2.4 x 107 m/s 即 C 核的速度大小为 2.4 x 107 m/s 11.答案(1)4 He(2)o n(3)1 e(4)+0 e(5)J n(6)1 H 解析 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采用左 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)中电荷数为 92 一 90=2,质量数为 238 234=4,由此可知为 a粒子(4 He),同理确定其他粒子分别为：中子(o n),电子(1 e),正电子(+0 e),中子(0 n)，质子(1 H).