2015-2016高中物理-第19章-第3、4節(jié)-探測射線的方法-放射性的應(yīng)用與防護(hù)課件-新人教版選修3-5

1、第十九章 原子核,第3節(jié) 探測射線的方法 第4節(jié)放射性的應(yīng)用與防護(hù),欄目鏈接,學(xué) 習(xí)目 標(biāo),1．了解探測射線的方法，并知道使用的儀器名稱和實驗原理．2．了解放射性同位素的應(yīng)用，知道射線的危害和防護(hù)．,1．方法．探測放射線的方法主要是利用放射線粒子與其他物質(zhì)作用時產(chǎn)生的一些現(xiàn)象來探知放射線的存在，這些現(xiàn)象主要是：(1)使氣體電離，這些離子可使過飽和汽產(chǎn)生云霧或使過熱液體產(chǎn)生氣泡；(2)使照相底片感光；(3)使熒

2、光物質(zhì)產(chǎn)生熒光．,欄目鏈接,2．儀器．威爾遜云室．(1)構(gòu)造．云室的主要結(jié)構(gòu)如下圖所示．圓筒形容器的下底是一個可在小范圍活動的活塞；上蓋是透明的，通過它可觀察云室內(nèi)發(fā)生的現(xiàn)象或進(jìn)行照相．放射源可放在室內(nèi)側(cè)壁附近，也可放在室外側(cè)壁的窗口．,欄目鏈接,(2)原理．實驗時，在云室內(nèi)加一些酒精，使室內(nèi)充滿飽和汽．然后使活塞迅速向下移動一段距離，室內(nèi)氣體由于突然膨脹而溫度降低，使酒精的飽和汽處于飽和狀態(tài)．這時如果有能量較高的粒子從室內(nèi)氣體

3、中飛過，就會使沿途的氣體分子電離產(chǎn)生離子，過飽和汽便以這些離子為核心凝成一條霧跡．(3)放射線在云室中的徑跡．①α粒子的質(zhì)量比較大，在氣體中飛行時不易改變方向．由于它的電離本領(lǐng)大，沿途產(chǎn)生的離子多，所以它在云室中的徑跡直而粗．,②β粒子的質(zhì)量小，跟氣體碰撞時容易改變方向，并且電離本領(lǐng)小，沿途產(chǎn)生的離子少，所以它在云室中的徑跡比較細(xì)，而且常常彎曲．③γ粒子的電離本領(lǐng)更小，在云室中一般看不到它的徑跡．④根據(jù)徑跡的長短和粗細(xì)，可以知道

4、粒子的性質(zhì)．把云室放在磁場中，從帶電粒子運(yùn)動軌跡的彎曲方向，還可以知道粒子所帶電荷的正負(fù)．3．氣泡室．氣泡室的原理同云室的原理類似，所不同的是氣泡室里裝的是液體，如液態(tài)氫．控制氣泡室內(nèi)液體的溫度和壓強(qiáng)，使溫度略低于液體的沸點(diǎn)．,當(dāng)氣泡室內(nèi)壓強(qiáng)突然降低時，液體的沸點(diǎn)變低，因此液體過熱，粒子通過液體時在它的周圍就有氣泡形成．,4．蓋革—米勒計數(shù)器．(1)構(gòu)造．計數(shù)器的主要部分是計數(shù)管，其結(jié)構(gòu)如下圖所示．它是一支玻璃管，里面有一個銅圓

5、筒(或在管壁上涂有一層導(dǎo)電薄膜)，這是陰極，穿過圓筒軸心的鎢絲是陽極．管內(nèi)充有低壓的惰性氣體，工作時在兩極間加上的電壓通常略低于管內(nèi)氣體的電離電壓．,(2)原理．當(dāng)某種射線粒子進(jìn)入管內(nèi)時，它使管內(nèi)的氣體電離，產(chǎn)生的電子在電場中被加速，能量越來越大，電子跟管中的氣體分子碰撞時，又使氣體分子電離，產(chǎn)生電子……這樣，一個粒子進(jìn)入管中后可以產(chǎn)生大量電子．這些電子到達(dá)陽極，陽離子到達(dá)陰極，在電路中就產(chǎn)生一次脈沖放電，利用電子儀器可以把放電次數(shù)記

6、錄下來．(3)優(yōu)缺點(diǎn)．①優(yōu)點(diǎn)：放大倍數(shù)很大，非常靈敏，用它來檢測放射性是很方便的．,②缺點(diǎn)：它對于不同的射線產(chǎn)生的脈沖現(xiàn)象相同，因此只用來計數(shù)，而不能區(qū)分射線的種類．如果同時有大量粒子，或兩個粒子射來的時間間隔很短(小于200 μs)時，也不能區(qū)分它們．?嘗試應(yīng)用1．(多選)關(guān)于威爾遜云室探測射線，下述正確的是(AB)A．威爾遜云室內(nèi)充滿過飽和蒸汽，射線經(jīng)過時可顯示出射線運(yùn)動的徑跡,B．威爾遜云室中徑跡粗而短的是α射線,C．威

7、爾遜云室中徑跡細(xì)而長的是γ射線D．威爾遜云室中顯示粒子徑跡原因是電離，所以無法由徑跡判斷射線所帶電荷的正負(fù),解析：云室內(nèi)充滿過飽和蒸汽，射線經(jīng)過時把氣體電離，過飽和蒸汽以離子為核心凝結(jié)成霧滴，霧滴沿射線的路線排列，顯示出射線的徑跡，故A選項正確；由于α粒子的電離本領(lǐng)大，貫穿本領(lǐng)小，所以α射線在云室中的徑跡粗而短，即B選項正確；由于γ射線的電離本領(lǐng)很弱，所以在云室中一般看不到它的徑跡，而細(xì)長徑跡是β射線的，所以C選項錯誤；把云室放在磁場

8、中，由射線徑跡的彎曲方向就可以判斷射線所帶電荷的正負(fù)，所以D選項錯誤．,欄目鏈接,1．定義．原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過程，稱為核反應(yīng)．2．規(guī)律．質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒．3．人工核轉(zhuǎn)變反應(yīng)方程．,?嘗試應(yīng)用2．在β衰變中常伴有一種稱為“中微子”的粒子放出．中微子的性質(zhì)十分特別，因此在實驗中很難探測.1953年，萊尼斯和柯文建造了一個由大水槽和探測器組成的實驗系統(tǒng)，利用中微子與水中 的核反應(yīng)，間接地證實了中微子

9、的存在．(1)中微子與水中 的發(fā)生核反應(yīng)，產(chǎn)生中子( )和正電子(　 )，即中微子 可以判定，中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)分別是(　　)A．0和0 B．0和1C．1和0 D．1和1,(2)上述核反應(yīng)產(chǎn)生的正電子與水中的電子相遇，與電子形成幾乎靜止的整體后，可以轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€光子(γ)，即已知　 正電子和電子的質(zhì)量都為9.1×

10、kg，反應(yīng)中產(chǎn)生的每個光子的能量約為____________J．正電子與電子相遇不可能只轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€光子，原因是__________________．解析：(1)發(fā)生核反應(yīng)前后，粒子的質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)均不變，據(jù)此可知中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)分別都是0，A項正確．,(2)產(chǎn)生的能量是由于質(zhì)量虧損．兩個電子轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€光子之后，質(zhì)量變?yōu)榱悖蒃＝ ，故一個光子的能量為，帶入數(shù)據(jù)得＝8.2× J．正電子

11、與水中的電子相遇，與電子形成幾乎靜止的整體，故系統(tǒng)總動量為零，故如果只產(chǎn)生一個光子是不可能的，因為此過程遵循動量守恒．答案：(1)A　(2)8.2× J　遵循動量守恒,1．放射性同位素．有些元素的同位素具有放射性，叫作放射性同位素．注：天然存在的放射性元素只有四十多種，但人工方法得到的已達(dá)1 000多種，由于人工放射性元素具有半衰期短、放射強(qiáng)度容易控制等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域．,2．放射性同位素的

12、應(yīng)用．(1)工業(yè)上使用射線測厚度．(2)煙霧報警器．(3)醫(yī)學(xué)放療殺傷癌細(xì)胞．(4)γ射線照射種子，培育優(yōu)良品種，殺死使食物腐敗的細(xì)菌，抑制蔬菜發(fā)芽，延長保存期．(5)作示蹤原子．由于放射性同位素跟同種元素的非放射性同位素具有相同的化學(xué)性質(zhì)，如果把放射性同位素的原子摻到其他物質(zhì)中去，讓它們一起運(yùn)動、遷移，再用放射性探測儀器進(jìn)行追蹤，就可知道放射性原子通過什么路徑，運(yùn)動到哪里去，是怎樣分布的了，我們把用作這種用途的放射性同位素叫作示蹤

13、原子．,例如：利用示蹤原子可以檢查輸油管道上的漏油位置．在生物學(xué)研究方面，同位素示蹤技術(shù)也起著十分重要的作用．在給農(nóng)作物施肥時，在肥料里放一些放射性同位素，這樣可以知道農(nóng)作物在各季節(jié)吸收含有哪種元素的肥料．3．放射性的污染和防護(hù)．(1)放射性污染．過量的放射性會對環(huán)境造成污染，對人類和自然界產(chǎn)生破壞作用．幾件需要記住的放射性污染事件是：①1945年美國向日本的廣島和長崎投了兩枚原子彈，當(dāng)時炸死了十多萬人，另有無數(shù)的平民受到輻射后

14、患有各種疾病，使無辜的平民痛不欲生．,欄目鏈接,②1987年蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站的泄露造成了大量人員的傷亡，至今大片領(lǐng)土仍是生物活動的禁區(qū)．③美國在近幾年的兩次地區(qū)沖突(海灣地區(qū)、科索沃地區(qū))中大量使用了含有放射性的貧鈾彈，使許多人患有莫名其妙的疾?。?2)放射性的防護(hù)．為了防止有害的放射線對人類和自然的破壞，人們采取了有效的防范措施，例如在核電站的核反應(yīng)堆外層用厚厚的水泥來防止放射線的外泄；用過的核廢粒要放在很厚的重金屬箱內(nèi)，并

15、深埋地下，在生活中對那些有可能有放射性的物質(zhì)要有防范的意識，盡可能遠(yuǎn)離放射源．,?嘗試應(yīng)用3．關(guān)于放射性同位素的說法正確的是(B)A．給農(nóng)作物施肥時，在肥料里放一些放射性同位素，是因為農(nóng)作物吸收放射性同位素后生長更好B．輸油管道漏油時，可以在輸?shù)挠椭蟹乓恍┓派湫酝凰靥綔y其射線，確定漏油位置C．天然放射元素也可以作為示蹤原子加以利用，只是較少，經(jīng)濟(jì)上不劃算D．放射性元素被植物吸收，其放射性將發(fā)生改變,解析：放射性應(yīng)用的是放射性

16、同位素，因為其含量易控制，衰變周期短，不會對環(huán)境造成永久污染，而天然放射性元素，劑量不易控制、衰變周期長、會污染環(huán)境，所以不用天然放射元素，C錯．放射性元素與它的同位素的化學(xué)性質(zhì)相同，但是利用放射性元素可以確定農(nóng)作物在各季節(jié)吸收含有哪種元素的肥料．無論植物吸收含放射性元素的肥料，還是無放射性肥料，植物生長都是相同的，A錯．放射性是原子核的本身性質(zhì)，與元素的狀態(tài)、組成等無關(guān)，D錯．輸油管道漏油可以利用示蹤原子確定漏油點(diǎn)，B正確．,圖為α粒

17、子穿過充滿氮?dú)獾脑剖視r拍攝的照片，在許多α粒子的徑跡中有一條發(fā)生了分叉，分叉后有一條細(xì)而長的徑跡和一條粗而短的徑跡，則(　　),欄目鏈接,A．細(xì)而長的徑跡是α粒子B．細(xì)而長的徑跡是氧核C．粗而短的徑跡是氧核D．粗而短的徑跡是質(zhì)子【審題指導(dǎo)】(1)α粒子穿過充滿氮?dú)獾脑剖遥c氮核發(fā)生核反應(yīng)，寫出核反應(yīng)方程式可知產(chǎn)生氧核和質(zhì)子．(2)在云室中，徑跡粗細(xì)反映粒子的電離本領(lǐng)的強(qiáng)弱，徑跡長短反映粒子的貫穿本領(lǐng)的強(qiáng)弱，比較氧核和質(zhì)子的質(zhì)量

18、以及帶電量關(guān)系，所以粗而短的是新核的徑跡，細(xì)而長的是質(zhì)子的徑跡．,解析：根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒，α粒子與氮核發(fā)生核反應(yīng)，產(chǎn)生氧核和質(zhì)子，則粗而短的是氧核的徑跡，細(xì)而長的是質(zhì)子的徑跡．故C正確．答案：C點(diǎn)評：本題考查云室探測射線的原理以及人工核反應(yīng)的規(guī)律．,?變式訓(xùn)練1．(多選)用蓋革—米勒計數(shù)器測定放射源的放射強(qiáng)度為每分鐘405次，若將一張厚紙板放在計數(shù)器與放射源之間，計數(shù)器幾乎測不到射線.10天后再次測量，測得該放射源的放射

19、強(qiáng)度為每分鐘101次，則下列關(guān)于射線性質(zhì)及它的半衰期的說法正確的是(AC)A．放射源射出的是α射線B．放射源射出的是β射線C．這種放射性元素的半衰期是5天D．這種放射性元素的半衰期是2.5天,日本東部海域9.0級大地震所引發(fā)的福島核電站泄漏事故，讓全世界都陷入了恐慌．下面有關(guān)核輻射的相關(guān)知識，說法正確的是(　　)A．核泄漏中放射性物質(zhì)都是天然放射性元素B．放射性輻射對人類都是有害的C．可以通過改變放射性物質(zhì)的外部環(huán)境來改變

20、放射性衰變的快慢D．α、β、γ三種射線中只有γ射線是不帶電的,欄目鏈接,【審題指導(dǎo)】(1)核輻射是指放射性物質(zhì)以波或微粒形式發(fā)射出的一種能量，也稱為放射性 ，指的是α、β、γ、Х等放射線這一類輻射. 只有過量的核輻射才會對人體造成傷害，而少量的核輻射不會危及人類的健康，合理使用還可以造福人類．(2)正確解答本題需要掌握：放射性的應(yīng)用和防護(hù)；正確理解半衰期的含義；α、β、γ三種射線性質(zhì)和應(yīng)用．,解析：核泄漏中放射性物質(zhì)有的是人工合成的

21、放射性同位素，并非都是天然放射性元素，故A錯誤；合理應(yīng)用放射性輻射可以造福人類，如示蹤原子、人工育種等，并非都是有害的，故B錯誤；放射性衰變的快慢即半衰期是由元素本身決定的，與外部環(huán)境無關(guān)，故C錯誤；α射線帶正電，β帶負(fù)電，γ是高頻電磁波不帶電，故D正確．答案：D點(diǎn)評：本題考查放射性的應(yīng)用和防護(hù)，半衰期的含義以及三種射線的性質(zhì)．,?變式訓(xùn)練2．(多選)2000年8月21日，俄羅斯“庫爾斯克”號核潛艇在巴倫支海遇難，沉入深度約為10

22、0 m的海底．“庫爾斯克”號核潛艇的沉沒再次引起人們對核廢料與環(huán)境問題的重視．幾十年來人們向以巴倫支海海域傾倒了不少核廢料，核廢料對海洋環(huán)境有嚴(yán)重的污染作用．其原因有(ABC)A．鈾、钚等核廢料有放射性B．鈾、钚等核廢料的半衰期很長C．鈾、钚等重金屬有毒性D．鈾、钚等核廢料會造成爆炸,解析：核廢料泛指在核燃料生產(chǎn)、加工和核反應(yīng)堆用過的不再需要的并具有放射性的廢料．也專指核反應(yīng)堆用過的乏燃料，經(jīng)過處理回收钚239等可利用的核材料后

23、，余下的不再需要的并具有放射性的廢料．鈾、钚等核廢料有放射性，射線有危害，故A正確；鈾、钚等核廢料的半衰期很長，短期內(nèi)很難消失，故B正確；鈾、钚等是重金屬，重金屬都有毒性，故C正確；鈾、钚等核廢料的體積小于鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的臨界條件，不會造成爆炸，故D錯誤．,1919年盧瑟福用α粒子撞擊 核發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子．(1)寫出這個核反應(yīng)的方程．(2)上述核反應(yīng)可以用如下的模型來認(rèn)識，運(yùn)動的α粒子撞擊一個靜止的 核，它們暫時形成

24、一個整體(復(fù)合核)，隨即復(fù)合核迅速轉(zhuǎn)化成一個質(zhì)子和另一個原子核．已知復(fù)合核發(fā)生轉(zhuǎn)化需要能量1.19 MeV.那么要想發(fā)生上述核反應(yīng)，入射的α粒子的能量至少要多大？,(3)英國物理學(xué)家威爾遜在1911年發(fā)明了“云室”，帶電粒子在云室中運(yùn)動時，可以顯現(xiàn)出運(yùn)動的徑跡．把云室放在勻強(qiáng)電場中，分別將質(zhì)子和α粒子垂直于電場方向打入同一勻強(qiáng)電場中，粒子初速度的方向跟電場線所在平面平行，觀察到它們運(yùn)動的徑跡，如果質(zhì)子和α粒子運(yùn)動的徑跡相同．求：質(zhì)子和α

25、粒子進(jìn)入電場時的動能之比是多少？【審題指導(dǎo)】(1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可以正確書寫核反應(yīng)方程．(2)α粒子撞擊 核形成復(fù)合核過程，遵循動量守恒定律和能量守恒定律，根據(jù)兩大守恒列方程求解入射的α粒子的動能.,(3)帶電粒子垂直于電場方向射入勻強(qiáng)電場中，在勻強(qiáng)電場中做類平拋運(yùn)動，根據(jù)類平拋運(yùn)動規(guī)律求解．解析：(1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得α粒子轟擊氮核方程為：(2)α粒子撞擊 核形成復(fù)合核過程，

26、遵循動量守恒定律，則有： m1v＝(m1＋m2)v，①由能量守恒得到 m1 － (m1＋m2) ＝1.19 MeV②,?變式訓(xùn)練3．盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核，產(chǎn)生了氧的一種同位素——氧17和一個質(zhì)子，這是人類第一次實現(xiàn)的原子核的人工轉(zhuǎn)變．下面說法不正確的有(C)A．在核反應(yīng)中，質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒B．發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程是C．在核反應(yīng)中，系統(tǒng)動量守恒，能量不守恒D．假設(shè)α粒子以很小的初速度v與靜止氮原子核