2019-2020学年高中物理 第十九章 原子核 3+4 放射性的应用与防护课件 新人教版选修3-5

3探测射线的方法4放射性的应用与防护学习目标素养提炼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.物理观念：威耳逊云室、气泡室、盖革—米勒计数器、人工放射性同位素．科学思维：放射性的应用与防护．科学探究：探测射线的方法.01课前自主梳理02课堂合作探究03随堂演练达标04课后达标检测一、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，以这些离子为核心，过饱和的蒸气会产生，过热液体会产生．(2)射线能使照相乳胶．(3)射线能使荧光物质产生．电离雾滴气泡感光荧光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，使沿途的气体分子，过饱和酒精蒸气就会以这些离子为核心凝结成，于是显示出射线的径迹．电离雾滴(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，如液态氢．粒子通过液体时，在它的周围产生而形成粒子的径迹．(3)盖革—米勒计数器：①优点：G­M计数器非常，使用方便．②缺点：只能用来，不能区分．液体过热气泡灵敏计数射线的种类[判断辨析](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径迹的．()(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．()√××二、核反应和人工放射性同位素1．核反应(1)定义：原子核在其他粒子的轰击下产生的过程．(2)原子核的人工转变①1919年用α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．②卢瑟福发现质子的核反应方程：147N＋42He→.(3)遵循规律：守恒，守恒．新原子核卢瑟福178O＋11H质量数电荷数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，叫作放射性同位素．(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.②发现磷同位素的方程：42He＋2713Al→.放射性3015P＋10n[思考]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与防护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，要借助于．3．辐射与安全：人类一直生活在放射性的环境中，的射线对人体组织有破坏作用．要防止对水源、空气、用具等的污染．放射治疗示踪原子过量放射性物质[思考]受大地震影响，日本福岛第一核电站发生放射性物质泄漏，引起人们的恐慌，怎么对各种放射性进行有效防护？提示：其实射线并不可怕，可怕的是无知，只要熟知各种射线的特点，就可以避开射线对我们的伤害，如图所示．从图中你可能有所体会．要点一探测射线的方法[探究导入]由于α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α粒子和电子的运动轨迹．(1)说出威耳逊云室显示α粒子和电子的运行轨迹的原理．(2)在威耳逊云室中如何判断粒子所带电荷的正负？提示：(1)①α射线的径迹：由于α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．②β射线的径迹：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，所以高速β粒子的径迹又细又直，低速β粒子的径迹又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．1．威尔逊云室(1)α粒子显示的径迹因为α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α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)β粒子显示的径迹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，所以高速β粒子的径迹又细又直，低速β粒子的径迹又短又粗而且是弯曲的．(3)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—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．4．不同探测方法的对比威耳逊云室和气泡室都是依据径迹探测射线的性质和种类的，而盖革—米勒计数器只能计数，不能区分射线的种类．[特别提醒](1)探测原理方面：探测原理都是利用射线中的粒子与其他物质作用时产生的现象，来显示射线的存在．(2)G­M计数器区分粒子方面：G­M计数器只能用来计数，不能区分时间间隔小于200μs的两个粒子，不能用来区分射线种类．[典例1](多选)下列关于放射线的探测的说法中正确的是()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不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]气泡室探测射线原理与云室类似，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，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，选项B错误；盖革—米勒计数器利用射线电离作用，产生电脉冲进而计数，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，不能区分射线的种类，选项D错误．[答案]AC1．(多选)关于威耳逊云室探测射线，下列说法中正确的是()A．威耳逊云室内充满过饱和蒸气，射线经过时可显示出射线运动的径迹B．威耳逊云室中径迹直而清晰的是α射线C．威耳逊云室中径迹细而长的是γ射线D．威耳逊云室中径迹细而长的是β射线解析：云室内充满过饱和蒸气，射线经过时把气体电离，而凝结成雾滴，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α粒子的质量比较大，飞行时不易改变方向，电离本领大，产生的离子多，所以α射线在云室中的径迹直而清晰，则选项B正确；由于γ射线的电离本领很弱，所以在云室中一般看不到它的径迹，而细长径迹是β射线的，所以选项C错误，D正确．答案：ABD2．(多选)下列说法中正确的是()A．威耳逊云室和盖革—米勒计数器都是利用了放射线使气体电离的性质B．盖革—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β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、能量及带电情况等解析：盖革—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—米勒计数器中产生的脉冲现象相同，B错误．答案：ACD要点二原子核的人工转变和核反应方程[探究导入]如图所示为α粒子轰击氮原子核示意图．(1)充入氮气前荧光屏上看不到闪光，充入氮气后荧光屏上看到了闪光，说明了什么问题？(2)原子核的人工转变与原子核的衰变有什么相同规律？提示：(1)α粒子不能穿过铝箔，所以充入氮气前看不到闪光，充入氮气后看到闪光，说明α粒子击中氮核后产生了新粒子，新粒子透过铝箔使荧光屏闪光．(2)反应前后电荷数、质量数都守恒．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：147N＋42He→178O＋11H(2)1932年查德威克发现中子的核反应：94Be＋42He→126C＋10n(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→3015P＋10n；3015P→3014Si＋01e.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．[典例2]完成下列核反应方程，并指出其中________是发现质子的核反应方程，________是发现中子的核反应方程．(1)147N＋10n→146C＋________.(2)147N＋42He→178O＋________.(3)105B＋10n→________＋42He.(4)94Be＋42He→________＋10n.(5)5626Fe＋21H→5727Co＋________.[解析](1)147N＋10n→146C＋11H(2)147N＋42He→178O＋11H(3)105B＋10n→73Li＋42He(4)94Be＋42He→126C＋10n(5)5626Fe＋21H→5727Co＋10n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)．[答案]见解析[总结提升]书写核反应方程时要注意：(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)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．3．1934年，约里奥—居里夫妇用α粒子轰击铝核2713Al，产生了第一个人工放射性核素X：α＋2713Al→n＋X.X的原子序数和质量数分别为()A．15和28B．15和30C．16和30D．17和31解析：因为α粒子是42He、中子是10n，所以根据反应方程式前后质量数、质子数相等得出42He＋2713Al→10n＋3015X.故选B.答案：B4．α粒子轰击硼10后，生成氮13，放出X粒子，而氮13是不稳定的，它放出Y粒子后变成碳13，那么X粒子和Y粒子分别是()A．质子和中子B．质子和正电子C．中子和负电子D．中子和正电子解析：根据题意可以写出核反应方程为105B＋42He→137N＋10n，137N→136C＋01e，所以选项D正确．答案：D放射性同位素及其应用1．放射性同位素(1)放射性同位素的分类①天然放射性同位素．②人工放射性同位素．(2)人工放射性同位素的优势①放射强度容易控制．②可制成各种所需的形状．③半衰期短，废料易处理．2．放射性的应用(1)利用它的射线．①工业部门使用射线测厚度——利用γ射线的穿透特性；②农业应用——γ射线使种子的遗传基因发生变异，杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期等；③医疗上——利用γ射线的高能量治疗癌症．(2)作为示踪原子：放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质，通过探测放射性同位素的射线确定其位置．5．下列关于放射性同位素应用的说法，正确的是()A．放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，因此达到了消除有害静电的目的B．利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤，也能进行人体的透视C．用放射线照射作物种子能使其DNA发生变异，其结果一定是成为更优秀的品种D．用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体正常组织造成太大的危害解析：消除静电是利用了放射线的电离作用，A错误；γ射线贯穿本领很强，对人体细胞伤害太大，不能用于透视，B错误；作物种子发生DNA突变不一定都是优秀的，还需要经过筛选才能培育优秀品种，C错误；γ射线治疗肿瘤对人体有副作用，一定要严格控制剂量，D正确．答案：D1．(探测射线的方法)用α粒子照射充氮的云室，摄得如图所示的照片，下列说法正确的是()A．A是α粒子的径迹，B是质子的径迹，C是新核的径迹B．B是α粒子的径迹，A是质子的径迹，C是新核的径迹C．C是α粒子的径迹，A是质子的径迹，B是新核的径迹D．B是α粒子的径迹，C是质子的径迹，A是新核的径迹解析：α粒子的径迹是沿入射方向的，生成的新核质量大，电离本领强，径迹的特点是粗而短，根据以上特点可判断选项D正确