上课用高二物理课件 19.3探测射线的方法 19.4 放射性的应用与防护

①31H+X1
42He+10n
②147N+42He
178O+X2
③94Be+42He
126C+X3
④2412Mg+42He
2713Al+X4
以下判断中正确的是( )
A.X1是质子 C.X3是电子
B.X2是中子 D.X4是质子
【解析】选D.根据核反应的质量数和电荷数守恒知，X1为 21H，A错.X2为11H，B错.X3为10n，C错.X4为11H，D对.
(3)放射线在云室中的径迹 ①α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. ②β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比较细， 而且常常弯曲. ③γ粒子的电离本领更小，在云室中一般看不到它的径迹.
专题提高
威耳逊云室和盖革—米勒计数器
1.威耳逊云室 (1)构造 云室的主要结构如图所示.圆筒 形容器的下底是一个可在小范 围活动的活塞；上盖是透明的， 通过它可观察云室内发生的现 象或进行照相.放射源可放在室 内侧壁附近，也可放在室外侧壁的窗口.
(2)原理 实验时，在云室内加一些酒精，使室内充满饱和汽.然后使活 塞迅速向下移动一段距离，室内气体由于突然膨胀而温度降 低，使酒精的饱和汽处于过饱和状态.这时如果有能量较高的 粒子从室内气体中飞过，就会使沿途的气体分子电离产生离 子，过饱和汽便以这些离子为核心凝成一条雾迹.
【典例】1956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6027Co的衰变来验证，其核反应方程是
6027Co
AZNi+0-1e+ ve ,其中 ve 是反中微子，它的电量
为零，静止质量可认为是零.
(1)6027Co的核外电子数为______.在上述衰变方程中，衰变产 物AZNi的质量数A是______，核电荷数Z是______.
【解析】选C.氮原子核很小，所以α粒子接近氮原子核的机会 很少，使得发生反应后径迹分叉的机会很少，故正确选项为C.
2.关于同位素的下列说法中，正确的是( ) A.一种元素的几种同位素在元素周期表中的位置相同 B.一种元素的几种同位素的化学性质、物理性质都相同 C.同位素都具有放射性 D.互称同位素的原子含有相同的质子数
【典例1】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α射线 B.放射源射出的是β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
(2)在衰变前6027Co核静止，根据云室照片可以看出，衰变产 物Ni和0-1e的运动径迹不在一条直线上，如果认为衰变产物只 有Ni和0-1e，那么衰变过程将违背______守恒定律.
【解题指导】本题主要考查了衰变方程两侧满足质量数和电
荷数守恒及动量守恒定律适用条件.
【标准解答】(1)由602Leabharlann Co可知它的质子数为27，又因为核外
【解析】选A、B、C.放射性同位素用作示踪原子，主要是用 放射性同位素替代没有放射性的同位素参与正常的物理、化 学、生物的过程，既要利用化学性质相同，也要利用衰变规 律不受物理、化学变化的影响，同时还要考虑放射性废料容 易处理等，因此，选项A、B、C正确，D不正确.
4.在下列四个核反应方程中，X1、X2、X3和X4各代表某种粒子
【解析】选A、C.γ射线是一种波长很短的电磁波，具有较高的 能量，它的贯穿本领很高，甚至可以穿透几厘米的铅板，但它 的电离作用很小.γ刀治疗肿瘤时，通常是同时用多束γ射线， 使它们穿透脑颅和健康区域在病灶处会聚，利用γ射线的高能 量杀死肿瘤细胞，综上所述，本题正确选项为A、C.
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.
一、选择题 1.为了说明用α粒子轰击氮打出了质子是怎样的一个物理过 程，布拉凯特在充氮云室中，用α粒子轰击氮，在他拍摄的 二万多张照片中，终于从四十多万条α粒子径迹中发现了8条 产生分叉，这一实验数据说明了( ) A.α粒子的数目很少，与氮发生相互作用的机会很少 B.氮气的密度很小，α粒子与氮接触的机会很少 C.氮核很小，α粒子接近氮核的机会很少 D.氮气和α粒子的密度都很小，致使它们接近的机会很少
D.A=3，Z=2
【解题指导】解答本题时，可参照以下解题步骤：
【标准解答】选D.写出核反应方程：AZX+21H 42He+11H， 由质量数守恒和电荷数守恒，列方程A+2=4+1，Z+1=2+1， 解 得：A=3，Z=2，故答案为D.
【规律方法】 书写核反应方程的原则 (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)能量守恒(中学阶段不做要求)；(4)核反应必须是实验 中能够发生的.
2.盖革—米勒计数器 (1)构造 计数器的主要部分是计数管，其结构 如图所示.它是一支玻璃管，里面有 一个铜圆筒(或在管壁上涂有一层导 电薄膜)，这是阴极，穿过圆筒轴心 的钨丝是阳极.管内充有低压的惰性气体，工作时在两极间加 上的电压通常略低于管内气体的电离电压.
(2)原理 当某种射线粒子进入管内时，它使管内的气体电离，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 子碰撞时，又使气体分子电离，产生电子……这样，一个粒 子进入管中后可以产生大量电子.这些电子到达阳极，阳离子 到达阴极，在电路中就产生一次脉冲放电，利用电子仪器可 以把放电次数记录下来.
【解题指导】解答该题时要关注以下两点： (1)根据α射线、β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.
【标准解答】选A、C.因厚纸板能挡住这种射线，知这种射线 是穿透能力最差的α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.
5.铝箔被α粒子轰击后发生了以下核反应：2713Al+42He
X+10n.下列判断正确的是( )
A.10n是质子
B.10n是中子
C.X是2814Si的同位素
D.X是3115P的同位素
【解析】选B、D.10n是中子，11H才是质子，A错B对.由质量
数守恒和电荷数守恒得X的质量数为30，核电荷数为15，即
(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.
【典例2】原子核AZX与氘核21H反应生成一个α 粒子和一个质 子.由此可知( )
A.A=2，Z=1
B.A=2，Z=2
C.A=3，Z=3
(3)优缺点 ①优点：放大倍数很大，非常灵敏，用它来检测放射性是很 方便的. ②缺点：它对于不同的射线产生的脉冲现象相同，因此只能 用来计数，而不能区分射线的种类.如果同时有大量粒子，或 两个粒子射来的时间间隔很短(小于200μs)时，也不能区分 它们.
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，而云室里装的是气体.
总结
专题提高
核反应及核反应方程
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：
专题提高
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)放射出的射线的利用 ①利用γ射线的贯穿本领:利用60Co放出的很强的γ射线来检 查金属内部有没有砂眼和裂纹，这叫γ射线探伤.利用γ射线 可以检查30 cm厚的钢铁部件，利用放射线的贯穿本领，可用 来检查各种产品的厚度、密封容器中的液面高度等，从而自 动控制生产过程. ②利用射线的电离作用：放射线能使空气电离，从而可以消 除静电积累，防止静电产生的危害.
③利用γ射线对生物组织的物理、化学效应使种子发生变异， 培育优良品种. ④利用放射性产生的能量轰击原子核,实现原子核的人工转变. ⑤在医疗上，常用以控制病变组织的扩大.
(2)作为示踪原子 ①在工业上，可用示踪原子检查地下输油管道的漏油情况. ②在农业生产中，可用示踪原子确定植物在生长过程中所需的 肥料和合适的施肥时间. ③在医学上，可用示踪原子帮助确定肿瘤的部位和范围. ④在生物科学研究方面，放射性同位素示踪法在生物化学和分 子生物学领域应用极为广泛，它为揭示体内和细胞内理化过程 的秘密，阐明生命活动的物质基础，起了极其重要的作用，使 生物化学从静态进入动态，从细胞水平进入分子水平.
电子数与质子数相等，故6027Co的核外电子数为27，由
6027Co
ve
AZNi+0-1e+ 可推得AZNi中A为60，Z为28.
(2)衰变前6027Co核静止，动量为零，衰变后，Ni和0-1e运动
径迹不在一条直线上，此时它们两个动量之和不为零，如果
衰变产物只有Ni和0-1e，则动量不守恒，故还应有其他产物. 答案：(1)27 60 28 (2)动量
在利用放射性的同时，要注意保护生态环境，从而实 现可持续发展.
【典例3】关于放射性同位素应用的下列说法中正确的是( ) A.放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，从而达到 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，也能进行人体透视 C.用放射线照射作物种子使其DNA发生变异，其结果一定是更优 良的品种 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 组织造成太大的伤害
【解析】选A、D.质子数相同、中子数不同的原子互称同位 素，由于它们的原子序数相同，因此在元素周期表中的位置 相同.虽然核电荷数相同，但由于中子数不同，因此物理性质 不同.一种元素的同位素不都具有放射性，具有放射性的同位 素叫做放射性同位素，故正确答案为A、D.
3.放射性同位素被用作示踪原子，主要是因为( ) A.放射性同位素不改变其化学性质 B.放射性同位素的半衰期比天然放射性元素的半衰期短得多 C.半衰期与元素所处的物理、化学状态无关 D.放射性同位素容易制造
【解题指导】在深刻理解射线特性的基础上分析此题. 【标准解答】选D.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，将静电导出，A错误；γ 射线对人体细胞伤害太大，不能用来进行人体透视，B错误； 作物种子发生的DNA突变不一定都是有益的，还要经过筛选 才能培育出优秀品种，C错误；用γ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，D正确.
是3115P的同位素3015P，C错D对.
6.近几年，我国北京、上海、山东、洛阳、广州等地引进了 十多台γ刀，治疗患者5 000余例，效果极好，成为治疗脑肿 瘤的最佳仪器.令人感叹的是，用γ刀治疗时不用麻醉，病人 清醒，时间短，半个小时内完成手术，无须住院，因而γ刀 被誉为“神刀”.据报道，我国自己研究的旋式γ刀性能更好， 将进入各大医院为患者服务.γ刀治疗脑肿瘤主要是利 用( ) A.γ射线具有很强的贯穿本领 B.γ射线具有很强的电离作用 C.γ射线具有很高的能量 D.γ射线能很容易地绕过阻碍物到达目的地