2019-2020学年高中物理 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课件

第十九章原子核第三节探测射线的方法第四节放射性的应用与防护素养目标定位※理解原子核的人工转变及人工放射性同位素※了解探测射线的仪器和方法※了解放射性的应用和防护素养思维脉络1课前预习反馈2课内互动探究3核心素养提升4课内课堂达标5课后课时作业课前预习反馈探测射线的原理利用射线粒子与其他物质作用时产生的一些现象来探知放射线的存在。(1)粒子使气体或液体电离，以这些离子为核心，过饱和汽会产生________，过热液体会产生________。(2)使照相底片________。(3)使荧光物质产生________。知识点1探测射线的基本方法云雾气泡感光荧光1．威尔逊云室(1)结构见教材。(2)工作原理：粒子从室内气体中飞过，就会使沿途的气体分子________产生离子，过饱和汽便以这些离子为核心凝成________，于是显示出射线的径迹。根据径迹的长短和粗细，可以知道粒子的________；把云室放在磁场中，从带电粒子运动轨迹的弯曲方向，还可以知道粒子所带电荷的________。知识点2几种常用的探测器电离雾滴性质正负2．气泡室(1)原理：当高能粒子穿过室内________液体时，形成一串________而显示粒子行迹。(2)作用：可以分析粒子的带电、动量、能量等情况。过热气泡3．盖革—米勒计数器(1)结构见课本(2)原理：当某种射线粒子进入管内时，它使管内的气体________，产生的电子在电场中被加速，能量越来越大，电子跟管中的气体分子________时，又使气体分子电离，产生________……这样，一个射线粒子进入管中后可以产生大量________。这些电子到达阳极，阳离子到达阴极，在外电路中就产生一次脉冲放电，利用电子仪器可以把放电________记录下来。(3)特点：检测射线十分方便，但只能用来________，不能区分射线的种类。此外如果同时有大量粒子或两个粒子射来的间隔时间小于200μs，G－M计数器也不能区分它们。电离碰撞电子电子次数计数知识点3核反应1．定义原子核在其他粒子的__________产生新原子核的过程，称为核反应。2．原子核的人工转变(1)1919年，卢瑟福第一次实现了原子核的人工转变并发现了质子，核反应方程是147N＋42He―→_______＋11H。(2)查德威克发现了中子，核反应方程是94Be＋42He―→_______＋10n。3．遵循规律__________守恒，__________守恒。轰击下质量数电荷数178O126C知识点4人工放射性同位素的应用与防护1．放射性同位素的定义有些同位素具有__________，叫做放射性同位素。2．人工放射性同位素的发现(1)1934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＋10n3．放射性同位素的应用(1)利用射线：利用α射线具有很强的________作用，消除有害________；利用γ射线很强的________本领，工业用来________。(2)作示踪原子：同位素具有相同的________性质，可用放射性同位素代替非放射性同位素做________原子。电离静电贯穿探伤化学示踪4．放射性的污染和防护(1)放射性污染过量的放射会对________造成污染，对人类和自然界产生________作用。(2)防护辐射防护的基本方法有________防护、距离、________防护。要防止放射性物质对________、________、用具、____________的污染，要防止射线________地__________照射人体。环境破坏时间屏蔽水源空气工作场所过多长时间『判一判』(1)威尔逊云室可以显示α粒子和β粒子的径迹。()(2)GM计数器非常灵敏，不仅可以计数，还可以区分射线的种类。()(3)在核反应中，质量数守恒，电荷数守恒。()(4)放射性同位素P，即可以通过核反应人工获得，也可以从自然界中获得。()(5)利用γ射线照射种子，可以培育出优良品种。()(6)任何放射性物质都可以作为示踪原子使用。()思考辨析√×√×√×『选一选』以下是物理学史上3个著名的核反应方程x＋73Li→2yy＋147N→x＋178Oy＋94Be→z＋126Cx、y和z是3种不同的粒子，其中z是()A．α粒子B．质子C．中子D．电子解析：设x、y、z的电荷数分别为Zx、Zy、Zz，质量数分别为Ax、Ay、Az。由前两个核反应方程中的电荷数守恒，Zx＋3＝2Zy，Zy＋7＝Zx＋8，可得Zy＝2；质量数守恒Ax＋7＝2Ay，Ay＋14＝Ax＋17，可得Ay＝4；由第三个核反应方程中的电荷数守恒2＋4＝Zz＋6，得Zz＝0，质量数守恒4＋9＝Az＋12，Az＝1。即z是电荷数为零，质量数为1的粒子，也就是中子，C正确。C『想一想』放射性同位素的放射强度易于控制，它的半衰期比天然放射性物质短得多，因此在生产和科学领域得以广泛的应用。(1)能用α射线来测量金属板的厚度吗？(2)γ射线照射食品延长保存期的原理是什么？提示：(1)不能(2)用γ射线照射食品可以杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期。课内互动探究探究一探测射线的方法和仪器右图为α粒子和β粒子在威尔逊云室中的径迹示意图。(1)如何根据径迹的情况，分析判断粒子的性质？(2)如何判断粒子所带电荷的正负？1提示：(1)α粒子质量比较大，在气体中飞行时不易改变方向，轨迹为直线；β粒子质量小，原气体碰撞易改变方向，故轨迹常常弯曲。(2)根据轨迹的弯曲方向来判断带电的性质。1．威尔逊云室原理：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．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，云室内装有气体，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：a.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。b.如果同时有大量粒子或两个粒子射来的时间间隔小于200μs，则计数器不能区分它们。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)G－M计数器区分粒子方面：G－M计数器不能区分时间间隔小于200μs的两个粒子。(多选)下列关于放射线的探测说法正确的是()A．气泡室探测射线的原理与云室探测射线的原理类似B．由气泡室内射线径迹不能分析粒子的带电、动量、能量等情况C．盖革—米勒计数器探测射线的原理中也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题指导：认真阅读教材，掌握探测三种射线的方法与实验原理。AC典例1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的，故A选项正确；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B选项不正确；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C选项正确；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，所以D选项错误。〔对点训练1〕现代建筑使用的花岗岩石材和家庭装修使用的花岗岩板材中也存在不同程度的放射性，某同学要测定附近建筑材料厂生产的花岗岩板材的放射性辐射是否超标，他选用哪种仪器较好()A．威耳逊云室B．气泡室C．盖革—米勒计数器D．以上三种效果都很好解析：花岗岩板材的放射性都比较弱，用云室、气泡室很难测出，而计数器非常灵敏，用它检测射线十分方便。C探究二原子核的人工转变和核反应方程如图所示为α粒子轰击氮原子核示意图。2(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)产生了新粒子(2)质量数与电荷数都守恒，动量守恒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＋01e4．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。特别提醒：(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。典例21993年，中国科学院上海原子核研究所制得了一种新的铂元素的同位素20278Pt，制取过程如下：(1)用质子轰击铍靶94Be产生快中子；(2)用快中子轰击汞20480Hg，反应过程可能有三种：①生成20278Pt，放出氦原子核；②生成20278Pt，放出质子和中子；③生成的20278Pt发生两次衰变，变成稳定的原子核汞20280Hg，写出上述核反应方程。解题指导：此题只要严格按照写核反应方程的原则进行，一般是不会出错的，写核反应方程的原则是：(1)质量数守恒和电荷数守恒；(2)中间用箭头，不能写成等号。因两端仅仅是质量数守恒，没有体现质量相等；也不能仅画一横线，因箭头的方向还表示反应进行的方向；(3)能量守恒，但中学阶段不作要求；(4)核反应必须是实验能够发生的，不能毫无根据地写未经实验证实的核反应方程。解析：根据质量数守恒和电荷数守恒，算出新生核的电荷数和质量数，然后写出上述核反应方程如下：(1)94Be＋11H―→95B＋10n(2)①20480Hg＋10n―→20278Pt＋32He②20480Hg＋10n―→20278Pt＋211H＋10n③20278Pt―→20279Au＋0－1e20279Au―→20280Hg＋0－1e〔对点训练2〕(2019·重庆一中髙二下期期中)下列关于核反应的说法正确的是()A．23490Th衰变为22286Rn，经过3次α衰变，2次β衰变B．21H＋31H→42He＋10n是发现中子的核反应方程C．23490Th→23491Pa＋0－1e是β衰变方程，其中β粒子来自原子的内层电子D．查德威克用高速运动的α粒子轰击氮核发现了质子，其反应方程为42He＋147N→178O＋11HA解析：23490Th衰变为22286Rn，经过(234－222)÷4＝3次α衰