1、3 3 探测射线的方法探测射线的方法 4 4 放射性的应用与防护放射性的应用与防护 学科素养与目标要求 物理观念：1.知道什么是放射性同位素和人工放射性同位素.2.知道核反应及其遵循的规律 科学思维：会书写核反应方程 科学探究：1.了解探测射线的几种方法，熟悉探测射线的几种仪器.2.了解放射性同位素在科 学与生产领域的应用 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 (2)射线中的粒子会使照相乳胶感光 (3)射线中的粒子会使荧光物质产生荧光 2探测射线的仪器 (1)威耳逊云室： 原理：当酒精蒸气
2、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 形成粒子的径迹 (3)盖革米勒计数器： 优点：GM 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新原子核的过程 (2)原子核的人工转变：卢瑟福用 粒子轰击氮原子核，核反应方程14 7N 4 2He 17 8O 1 1H. (3)遵循规律：质量数守恒，电荷数守恒 2人工放
3、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，约里奥居里夫妇发现经过 粒子轰击的铝片中含有放射性磷30 15P. 发现磷同位素的方程42He27 13Al 30 15P 1 0n. 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，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放射性同位素的应用 (1)在工业上可以用 射线来探测工件内部裂痕，称为 射线探伤 (2)农业上用 射线照射种子，会使种子的遗传基因发生变异，从而培育出优良品种利用30 15P 作
4、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 1判断下列说法的正误 (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，要控制好照射的剂量( ) (5)发现质子、发现中子和发现放射性同位素30 15P 的核反应均属于原子核的人工转变( ) 21956 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
5、雄用60 27Co 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学奖.60 27Co 的衰变方程是 60 27Co A ZNi 0 -1ee. 其中 e是反中微子，它的电荷量为零，静止质量可认为是零.60 27Co 的核外电子数为_，在 上述衰变方程中，衰变产物A ZNi 的质量数是_，核电荷数是_ 答案 27 60 28 解析 60 27Co 的核外电子数为 27.由质量数守恒， 知 A ZNi 的质量数为 A60.由电荷数守恒， 知 A ZNi 的核电荷数为 Z27128. 一、射线的探测 由于 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
6、的 粒子和电子的运动轨迹 (1)说出威耳逊云室显示 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？ 答案 (1) 粒子的径迹：由于 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 粒子的径迹： 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 粒子的径迹又细又直，低速 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 1三种射线在云室中的径迹比较 (1) 粒子的质量比较大，在气体中飞行时不易改变方向由于
7、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 (2) 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 粒子的径迹又细又直，低速 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不同探测方法的依据 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 3盖革米勒计数器 (1)优点：放大倍数很大，非常灵敏，用它检测十分方便 (2)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 例 1 (多选)关于威耳
8、逊云室探测射线，下列说法正确的是( ) 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粗的是 粒子 C威耳逊云室中径迹细而弯曲的是 粒子 D威耳逊云室中显示粒子径迹的原因是电离，所以无法由威耳逊云室判断射线所带电荷的 正负 答案 AB 解析 威耳逊云室内充满过饱和蒸气，射线经过时把气体分子电离，过饱和蒸气以离子为核 心凝结成雾滴，雾滴沿射线的路径排列，可以显示出射线的径迹，故 A 正确；由于 粒子的 质量大，在气体中飞行时不易改变方向，电离本领大，贯穿本领小，故 粒子在云室中的径 迹直而粗，故 B 正确； 粒子的电离本领很弱，所以在云室中一般看不到它的径
9、迹，而细而 弯曲的是 粒子，所以 C 错误；把云室放到磁场中，由射线径迹的弯曲方向就可以判断射线 所带电荷的正负，故 D 错误 针对训练 1 (多选)用盖革米勒计数器测定放射源的放射强度为每分钟 404 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 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 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 射线，选项
10、 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，C 正确，D 错误 二、核反应及核反应方程 1核反应的实质是什么？它符合哪些规律？ 答案 核反应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 符合质量数和电荷数守恒规律 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？ 答案 人为地用 粒子、 质子、 中子或光子去轰击一些原子核， 可以实现原子核的人工转变 常见的人工转变的
11、核反应有： 卢瑟福发现质子：14 7N 4 2He 17 8O 1 1H 查德威克发现中子：94Be42He12 6C 1 0n 约里奥居里夫妇人工制造同位素：42He27 13Al 1 0n 30 15P 30 15P 具有放射性： 30 15P 30 14Si 0 1e. 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？ 答案 半衰期短的因为半衰期短的放射性废料容易处理 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核反应的规律 质量数守恒，电荷数守恒 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： 14 7N
12、42He17 8O11H (2)1932 年查德威克发现中子的核反应方程： 9 4Be 4 2He 12 6C 1 0n (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方程： 27 13Al 4 2He 30 15P 1 0n； 30 15P 30 14Si 0 1e. 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 例 2 1993 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
13、素202 78Pt.制取过 程如下： (1)用质子轰击铍钯94Be 产生快中子； (2)用快中子轰击汞204 80Hg，反应过程可能有两种： 生成202 78Pt，放出氦原子核； 生成202 78Pt，同时放出质子、中子 (3)生成的202 78Pt 发生两次衰变，变成稳定的原子核汞 202 80Hg. 写出上述核反应方程 答案 见解析 解析 根据质量数守恒、 电荷数守恒， 确定新生核的电荷数和质量数， 然后写出核反应方程： (1)94Be11H95B10n (2)204 80Hg 1 0n 202 78Pt 3 2He. 204 80Hg 1 0n 202 78Pt2 1 1H 1 0n.
14、(3)202 78Pt202 79Au 0 1e，202 79Au 202 80Hg 0 1e. 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 针对训练 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)14 7N 1 0n 14 6C_ (2)14 7N 4 2He 17 8O_ (3)10 5B 1 0n_ 4 2He (4)94Be42He_10n (5)56 26Fe 2 1H 57 27Co_ 答案 见解析 解
15、析 (1)14 7N 1 0n 14 6C 1 1H (2)14 7N 4 2He 17 8O 1 1H (3)10 5B 1 0n 7 3Li 4 2He (4)94Be42He12 6C10n (5)56 26Fe 2 1H 57 27Co 1 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) 三、放射性同位素及应用 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放射性同位素的主要作用 (1)工业部门使用射线测厚度利用 射线的穿透特性 (2)农业应用 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)做
16、示踪原子利用放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质 (4)医学上利用 射线的高能量治疗癌症 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
17、的半衰期应_(填“长”“短”或“长短均可”) 答案 (1)15 8O 15 7N 0 +1e 0 +1e 0 -1e2 (2)B (3)短 解析 (1)由题意得15 8O 15 7N 0 +1e， 0 +1e 0 -1e2.(2)将放射性同位素 15O 注入人体后，由于 它能放出正电子，并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，半衰期应该短些 1(探测射线的方法)(多选)关于放射线的探测，下列说法正确的是( ) A气泡室探测射线的原理与云室探测射线的原理类似 B由气泡室内射线的径迹可以分析粒子的带
18、电、动量、能量等情况 C盖革米勒计数器探测射线的原理也是利用射线的电离作用 D盖革米勒计数器不仅能计数，还能用来分析射线的性质 答案 ABC 解析 气泡室探测射线的原理与云室探测射线的原理类似，故 A 选项正确；由气泡室内射线 的径迹中气泡的多少及径迹在磁场中的弯曲方向等， 可分析粒子的带电、 动量、 能量等情况， 故 B 选项正确；盖革米勒计数器利用射线的电离作用，产生电脉冲进而计数，所以 C 选项 正确；盖革米勒计数器对于不同射线产生的脉冲现象相同，因此盖革米勒计数器只能用 来计数，不能分析射线的性质，所以 D 选项错误 2 (核反应方程的书写)用中子轰击氧原子核的核反应方程式为16 8O
19、 1 0n a 7N 0 bX， 对式中 X、 a、b 的判断正确的是( ) AX 代表中子，a17，b1 BX 代表电子，a17，b1 CX 代表正电子，a17，b1 DX 代表质子，a17，b1 答案 C 解析 根据质量数、电荷数守恒可知 a17，b1，因此 X 表示 0 1e，为正电子，故 C 正确， A、B、D 错误 3(放射性同位素)(多选)有关放射性同位素30 15P 的下列说法，正确的是( ) A.30 15P 与 40 14X 互为同位素 B.30 15P 与其同位素有相同的化学性质 C.用30 15P 制成化合物后它的半衰期变长 D.30 15P 能释放正电子，可用作示踪原子，观察磷肥对植物的影响 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；30 15P 为放射性同位素，可用作示踪原子，故 D 对 4(放射性同位素的应用)在放射性同位素的应用中，下列做法正确的是( ) A应该用 射线探测物体的厚度 B应该用 粒子放射源制成“烟雾报警器” C医院在利用放射线诊断疾病时，用半衰期较长的放射性同位素 D放射育种中利用 射线照射种子，使其遗传基因发生变异 答案 D
