高中物理 第十九章 原子核 3 探测射线的方法 4 放射性的应用与防护学案 新人教版选修3-5(2021年最新整理)

1、高中物理 第十九章 原子核 3 探测射线的方法 4 放射性的应用与防护学案 新人教版选修3-5高中物理 第十九章 原子核 3 探测射线的方法 4 放射性的应用与防护学案 新人教版选修3-5 编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（高中物理 第十九章 原子核 3 探测射线的方法 4 放射性的应用与防护学案 新人教版选修3-5）的内容能够给您的工作和学习带来便利。同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮

2、助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快 业绩进步，以下为高中物理 第十九章 原子核 3 探测射线的方法 4 放射性的应用与防护学案 新人教版选修3-5的全部内容。173探测射线的方法4放射性的应用与防护学 习 目 标知 识 脉 络1.知道放射线的粒子与其他物质作用时产生的现象，了解几种仪器的简单构造和基本原理2知道什么是放射性同位素和人工放射性同位素3知道核反应及其遵从的规律，会正确书写核反应方程4了解放射性在生产和科学领域的应用知道射线的危害及防护。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

3、线能使照相乳胶感光（3）射线能使荧光物质产生荧光2探测仪器（1)威耳逊云室：原理：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径迹特点(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，使用方便缺点：只能用来计数，不能区分射线的种类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、)如何利用云室区别射线的种类？【提示】利用射线在云室中的径迹区别，直而粗的为射线，细而长的为射线探讨1：过饱和气体为什么能显示出射线中粒子的径迹？【提示】射线粒子在云室中的过饱和气体中飞过，射线粒子具有电离作用,可以使沿途的过饱和气体分子电离,过饱和气体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探讨2：在威尔逊云室中如何判断放射线的性质和带电的正负?【提示】根据放射线在威尔逊云室中径迹的长短和粗细，可以知道粒子的性质,把云室放在磁场中，根据带电粒子运动径迹的弯曲方向,还可以知道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它的电离

5、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，所以它在云室中的径迹比较细,而且速度减小后的轨迹常常弯曲(3）粒子的电离本领更小，在云室中一般看不到它的径迹2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，而盖革米勒计数器只能计数，不能区分射线的种类1在威耳逊云室中,关于放射源产生的射线径迹，下列说法中正确的是（)a由于射线的能量大，容易显示其径迹b射线的电离本领很小，在云室中一般看不到它的径迹c由于粒子的速度大，其径迹细而且长d由于粒子的速度小，不易显示其径迹e由于粒子的电离作用强，其径

6、迹直而粗【解析】在云室中显示粒子径迹是由于引起气体电离，电离作用强的粒子容易显示其径迹，因质量较大,飞行时不易改变方向，所以径迹直而粗，故只有b、c、e正确【答案】bce2利用威尔逊云室探测射线时能观察到细长而弯曲的径迹,则可知是_射线射入云室中,观察到的是射线粒子在运动路径上的_【解析】射线质量较大，在气体中飞行时不易改变方向，在云室中的径迹直而粗，射线质量较小，在云室中的径迹细而弯曲,因此观察到威尔逊云室中细长而弯曲的径迹是射线的径迹,射线粒子的运动肉眼是观察不到的，观察到的是酒精的过饱和蒸气在射线粒子运动路径上形成的雾滴【答案】酒精雾滴3用盖革米勒计数器测定放射源的放射强度为每分钟405

7、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,则该放射性元素的半衰期是_天，放出的射线是_射线【解析】因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；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【答案】5三种射线肉眼都看不见,探测射线的方法都是利用它们和其他物质发生作用时产生的现象，来显示射线的存在。核 反 应 和 人 工 放 射 性 同 位 素1核反应（1）定

8、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1919年卢瑟福用粒子轰击氮原子核，产生了氧的一种同位素，同时产生一个质子卢瑟福发现质子的核反应方程：nheoh.遵循规律：质量数守恒，电荷数守恒2人工放射性同位素（1）放射性同位素的定义：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p。发现磷同位素的方程:healpn.1卢瑟福发现质子的过程就是原子核的人工转变过程(）2衰变反应过程和原子核的人工转变过程都遵循质量守恒和电荷守恒规律（）3同位素都具有放射性()衰变和原子核的人工转变有什么不同?【提示】衰变是具有

9、放射性的不稳定核自发进行的变化，原子核的人工转变是利用粒子、质子、中子或光子轰击靶核发生的变化所有的原子核都可能发生人工转变探讨1：书写核反应方程时为什么不能用等号连接?【提示】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，只能用单箭头表示反应方向探讨2：原子核的衰变方程和原子核的人工转变方程有何区别？【提示】衰变方程的箭头左边只有一个放射性原子核，原子核的人工转变方程的箭头左边有靶核和轰击靶核的粒子各一个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

10、变的三大发现(1)1919年卢瑟福发现质子的核反应：nheoh（2）1932年查德威克发现中子的核反应:behecn（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:alhepn；psie.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4以下是物理学史上3个著名的核反应方程xli2yynxoybezcx、y和z是3种不同的粒子，下列说法正确的是（

11、)ax为粒子bx为质子cy为粒子dy为电子ez为中子【解析】根据质量数守恒和电荷数守恒可以确定x为质子h,y为he即粒子，z为中子n。【答案】bce5用中子轰击al，产生na和x粒子，na具有放射性，它衰变后变成mg，则x为_粒子，钠的衰变过程为_衰变【解析】无论原子核的衰变,还是原子核的人工转变，都满足质量数守恒和电荷数守恒,根据以上守恒可得如下方程：nalnahe，namge.显然，x粒子是粒子，钠发生了衰变【答案】6完成下列各核反应方程，并指出哪个核反应是首次发现质子、中子和正电子的(1）bhen()(2)be（）cn（3）al(）mgh(4)nheo(）(5)na(）nah（6）alh

12、en();psi(）【解析】(1)bhenn（2）behecn由此核反应使查德威克首次发现了中子（3）alnmgh(4）nheoh此核反应使卢瑟福首次发现了质子(5)nahnah（6)alhenp;psie(正电子）此核反应使约里奥居里夫妇首次发现了正电子书写核反应方程的四条重要原则(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(中学阶段不作要求)；(4）核反应必须是实验中能够发生的放 射 性 同 位 素 的 应 用 与 防 护1应用射线：利用射线的穿透本领可以测厚度等，还可以用于放射治疗、照射种子培育优良品种等2示踪原子：一种元素的各种同位素具有相同的化学性质,

13、用放射性同位素替换非放射性的同位素后可以探测出原子到达的位置3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同一种元素的放射性同位素具有相同的半衰期（）2在用到射线时,利用人工放射性同位素和天然放射性物质都可以（）3用放射性同位素代替非放射性的同位素来制成各种化合物做“示踪原子”（）医学上做射线治疗用的放射性元素，使用一段时间后当射线强度降低到一定程度时就需要更换放射材料，原来的材料成为核废料，这些放射治疗选用的放射性元素的半衰期应该很长还是较短？为什么?【提示】应选用半衰期较短的因为半衰期短的放射性废料容易处理当然也不能选

14、用太短的，否则就需要频繁更换放射原料了探讨1:放射性同位素可以怎样获得?【提示】放射性同位素可以由天然放射性元素获得，也可以用人工方法获得探讨2：人工放射性同位素有哪些优点？【提示】(1)放射强度容易控制；(2)可以制成各种所需的形状；(3)半衰期很短，废料容易处理1分类可分为天然放射性同位素和人工放射性同位素两种，天然放射性同位素不过40多种，而人工放射性同位素已达1 000多种，每种元素都有自己的放射性同位素2人工放射性同位素的优点(1)放射强度容易控制；（2)可以制成各种所需的形状；（3)半衰期比天然放射性物质短得多，放射性废料容易处理因此，凡是用到射线时，用的都是人工放射性同位素3放射

15、性同位素的主要应用(1)利用它的射线工业部门使用射线测厚度-利用射线的穿透特性；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；医疗上-利用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7下列哪些应用是把放射性同位素作为示踪原子 ()a射线探伤仪b利用含有放射性碘131的油，检测地下输油管的漏油情况c利用钴60治疗肿瘤等疾病d把含有放射性元素的肥料施给农作物，用检测放射性的办法确定放射性元素在农作物内转移和分布情况，找出合理施肥的规律e给人注射碘的放射性同位素碘131，然后定时用

16、探测器测量甲状腺及邻近组织的放射强度,帮助诊断甲状腺的疾病【解析】a是利用了射线的穿透性;c利用了射线的生物作用；b、d、e是利用示踪原子【答案】bde8关于放射性同位素的应用下列说法中正确的有（）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利用射线的贯穿性可以为金属探伤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e不能利用射进行人体透视【解析】利用放射线消除有害静电是利用射线的电离性,使空气分子电离成导体，将静电泄出，a错误；射线对人体细胞伤害太大,因此不能用来人

17、体透视，在用于治疗肿瘤时要严格控制剂量,b、d、e正确；dna变异并不一定都是有益的，c错误【答案】bde9正电子发射计算机断层显像（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像根据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”）【解析】（1

18、）由题意得one，ee2.（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,所以它的用途为作为示踪原子b正确(3）根据同位素的用途，为了减小对人体的伤害，半衰期应该很短【答案】（1)one，ee2（2）b(3)短放射性同位素的两类应用(1)利用它的射线：射线的电离作用，射线的贯穿本领和生物作用,射线的贯穿本领(2）作为示踪原子：多数情况下用射线，因为射线难以探测到学业分层测评(十五）（建议用时:45分钟） 学业达标1关于放射性的应用,下列说法正确的是（)a利用射线使空气电离，把静电荷导走b利用射线照射植物的种子，使产量显著增加c利用

19、射线来治疗肺癌、食道癌等疾病d利用放射性同位素跟它的非放射性同位素的化学性质相同，作为示踪原子e利用射线进行金属探伤【解析】射线的电离作用很强，应利用射线的电离作用，a对；射线对生物具有物理化学作用，照射种子可使基因变异，可用于放射性治疗，射线不具有生物作用，b错，c对；同位素的核外电子数相同,化学性质相同，放射性同位素带有“放射性标记，可用探测器探测,d对；利用射线进行金属探伤，e错【答案】acd2用高能kr（氪）离子轰击82pb(铅）,释放出一个中子后，生成了一个新核,关于新核的推断正确的是()a其质子数为118b其质量数为293c其原子序数为118 d其中子数为90e其质子数为122【解

20、析】核反应方程为82pbkrnx,新核质量数为293，质子数为118，中子数为293118175。故正确选项为abc。【答案】abc3用粒子照射充氮的云室，摄得如图18.3。1所示的照片，下列说法中正确的是（)图18。3.1aa是粒子的径迹bb是粒子的径迹cc是粒子的径迹da是新核的径迹ec是质子的径迹【解析】粒子轰击氮的核反应方程为henoh，入射的是粒子所以b是粒子产生的径迹，质量大、电离作用强的新核o，径迹粗而短，故a是新核径迹质子电离作用弱一些，贯穿作用强，所以细而长的径迹是质子的径迹所以正确选项为b、d、e.【答案】bde4有关放射性同位素p的下列说法,正确的是()a。p与x互为同位

21、素b。p与其同位素有相同的化学性质c用p制成化合物后它的半衰期变长d含有p的磷肥释放正电子，可用作示踪原子，观察磷肥对植物的影响e.p的半衰期与所处的状态无关【解析】同位素应具有相同的质子数，故a错；同位素具有相同的化学性质，b对；元素的半衰期与其所处的状态无关，c错e对；放射性同位素可作为示踪原子，故d对【答案】bde5医学界通过14c标记的c60发现一种c60的羧酸衍生物,在特定条件下可以通过断裂dna抑制艾滋病病毒的繁殖,则14c的用途是_【解析】用14c标记c60来查明元素的行踪，发现可以通过断裂dna抑制艾滋病病毒的繁殖,因此14c的作用是做示踪原子【答案】示踪原子6放射性在技术上有

22、很多应用，不同的放射源可用于不同目的下表列出了一些放射性元素的半衰期和可供利用的射线元素射线半衰期钋210138天氡2223。8天锶9028年铀238、4.5109年某塑料公司生产聚乙烯薄膜，方法是让厚的聚乙烯膜通过轧辊把聚乙烯膜轧薄,利用适当的放射线来测定通过轧辊后的薄膜厚度是否均匀可利用的元素是_【解析】要测定聚乙烯薄膜的厚度，则要求射线可以穿透薄膜，因此射线不合适；另外，射线穿透作用还要受薄膜厚度影响,射线穿透作用最强，薄膜厚度不会影响射线穿透，所以只能选用射线，而氡222半衰期太小，铀238半衰期太长，所以只有锶90较合适【答案】锶907将威耳逊云室置于磁场中，一个静止在磁场中的放射性

23、同位素原子核p，放出一个正电子后变成原子核si,画出反映正电子和si核的轨迹示意图【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，放出的正电子的运动方向跟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因为有洛伦兹力作为向心力，即qvbm。所以做匀速圆周运动的半径为r。衰变时,放出的正电子与反冲核si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荷量成反比,即.可见正电子运动的圆半径较大故其示意图应为.【答案】见解析图8用人工方法得到放射性同位素，这是一个很重要的发现，天然放射性同位素只不过40几种,而今天人工制造

24、的同位素已达1 000多种，每种元素都有放射性同位素，放射性同位素在农业、医疗卫生、科研等许多方面得到广泛应用(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19。41是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图，如工厂生产的是厚度1 mm铝板，在、三种射线中，你认为对铝板的厚度起主要作用的是_射线图19。4.1(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结晶是同一物质,为此曾采用放射性同位素14c做_【解析】（1)因放射性的电离作用,空气中与验电器所带电荷电性

25、相反的离子与之中和，所以使验电器所带电荷消失（2)射线穿透物质的本领弱,不能穿透厚度1 mm的铝板，因而探测器不能探到，射线穿透本领最强,穿透1 mm的铝板和几毫米厚铝板打在探测器上很难分辨,射线也能穿透几毫米厚的铝板，但厚度不同，穿透后射线中的电子运动状态不同，探测器容易分辨（3）把掺入14c的人工合成牛胰岛素与天然牛胰岛素混合在一起，经多次重新结晶后,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合为一体，它们是同一物质,把这种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

26、里了，是怎样分布的，从而可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【答案】(1)b(2）（3）示踪原子 能力提升9一个质子以1。0107 m/s的速度撞一个静止的铝原子核后被俘获，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alhsib核反应方程为alnsic质子撞铝原子核的过程动量守恒d硅原子核速度的数量级为107 m/s,方向跟质子的初速度方向一致e硅原子核速度的数量级为105 m/s,方向跟质子的初速度方向一致【解析】由核反应中电荷数和质量数守恒可知a选项正确，b选项错误；由动量守

27、恒定律求得硅原子速度的数量级为105 m/s，即d选项错误，c、e选项正确【答案】ace10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同位素放射线半衰期同位素放射线半衰期同位素放射线半衰期钋210138天锶9028年钴605年镅241433天锝996小时氡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辊后变薄，利用射线来测定通过轧辊后的薄膜厚度是否均匀b钴60的半衰期为5年，若取4个钴60原子核，经10年后就一定剩下一个原子核c把放射性元素钋210掺杂到其他稳定元素中，放射性元素的半衰期不变d用锝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，当这些物质的一部分到达到检查的器官时，可根据放射性同位素的射线情况分析器官正常与否e半衰期是一个统计概念，对大量的原子核的衰变才有意义【解析】因为射线不能穿透薄膜，无法