3　探测射线的方法教案评析

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学案3 探测射线的方法

学案4 放射性的应用与防护

[目标定位] 1.了解探测射线的几种方法，熟悉探测射线的几种仪器.2.知道核反应及其遵从的规律，会正确书写核反应方程.3.知道什么是放射性同位素和人工放射性同位素.4.知道放射性同位素的常见应用．

一、探测射线的方法

[问题设计] 肉眼看不见射线，但是射线中的粒子与其他物质作用时的现象，会显示射线的存在．你能举出一些例子吗？

答案

①放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放射线中的粒子会使照相乳胶感光．

③放射线中的粒子会使荧光物质产生荧光．

[要点提炼] 1．威耳逊云室

(1)原理：粒子在云室内的气体中飞过，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，于是显示出射线的径迹．

(2)粒子的径迹：α粒子的径迹直而清晰；高速β粒子的径迹又细又直，低速β粒子径迹又短又粗而且是弯曲的；γ粒子的电离本领很小，一般看不到它的径迹．

2．气泡室

气泡室装的是过热液体(如液态氢)，粒子经过液体时就有气泡形成，显示粒子的径迹．

3．盖革—米勒计数器

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加速．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，一个粒子进入管中可以产生大量电子，这些电子到达阳极，正离子到达阴极，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．

二、核反应与核反应方程

1．核反应定义：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程．

2．核反应的实质：以基本粒子(α粒子、质子、中子等)为“炮弹”去轰击原子核(靶核X)，从而促使原子核发生变化，生成了新原子核(Y)，并放出某一粒子．

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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＋2He→

8O＋1H 4171(2)1932年查德威克发现中子的核反应方程：

94Be＋2He→ 6C＋0n 4121(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：

2713Al＋2He→15P＋0n；15P→14Si＋＋1e. 43013030

04．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，在发生的过程中质量数与电荷数都守恒；反应前后粒子总动量守恒．

三、放射性同位素

1．有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素．

2．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．

3．人工放射性同位素的优势：

(1)种类多．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．

(2)放射强度容易控制．

(3)可制成各种所需的形状．

(4)半衰期短，废料易处理．

4．放射性同位素的应用

(1)在工业上可以用γ射线来探测工件内部裂痕，称为γ探伤．也可以用γ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．

(2)农业上利用15P作为示踪原子来研究农作物对磷肥的吸收情况．

一、探测射线的方法

例1

利用威尔逊云室探测射线时能观察到细长而弯曲的径迹，则下列说法正确的是(

) A．可知有α射线射入云室中

B．可知是γ射线射入云室中

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C．观察到的是射线粒子的运动

D．观察到的是射线粒子运动路径上的酒精雾滴

解析

因为威尔逊云室中观察到的细而弯曲的径迹是β射线的径迹，A、B选项均错误；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，C选项错误，D选项正确．

答案

D 二、核反应及核反应方程

例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) 7N＋0n―→ 6C＋________ (2) 7N＋2He―→ 8O＋________ (3) 5B＋0n―→________＋2He (4)4Be＋2He―→________＋0n (5)26Fe＋1H―→27Co＋________ 解析

(1) 7N＋0n―→ 6C＋1H (2) 7N＋2He―→ 8O＋1H (3) 5B＋0n―→3Li＋2He (4)4Be＋2He―→ 6C＋0n (5)26Fe＋1H―→27Co＋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)．

答案

见解析

例3

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素

78Pt，制取过程如下：(1)用质子轰击铍靶4Be产生快中子；(2)用快中子轰击汞

80Hg，反应过程可能有两种：①生成

78Pt，放出氦原子核；②生成

78Pt，同时放出质子、中子．(3)生成的铂

78Pt发生两次衰变，变成稳定的原子核汞

80Hg.写出上述核反应方程．

解析

根据电荷数守恒、质量数守恒，确定新生核的电荷数和质量数，然后写出核反应方程，如下：

(1)4Be＋1H→5B＋0n (2)①

80Hg＋0n→

78Pt＋2He ②

80Hg＋0n→

78Pt＋21H＋0n (3)

78Pt→

80Hg＋20－1e 答案

见解析

三、放射性同位素的应用

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204120211204120239191202202202202920420256257194121101741441711411415625794110141441714114

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例4

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，从而达到消除有害静电的目的

B．利用γ射线的穿透性可以为金属探伤，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，其结果一定是更优秀的品种

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

利用放射线消除有害静电是利用放射线的电离作用，使空气分子电离成为导体，将静电消除．γ射线对人体细胞伤害太大，不能用来进行人体透视．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良品种．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．

答案

D

1．(探测射线的方法)如图1是科学史上一张著名的实验照片，显示一个带电粒子在云室中穿过某种金属板运动的径迹．云室放置在匀强磁场中，磁场方向垂直照片向里．云室中横放的金属板对粒子的运动起阻碍作用．分析此径迹可知粒子(

)

图1 A．带正电，由下往上运动

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B．带正电，由上往下运动

C．带负电，由上往下运动

D．带负电，由下往上运动

答案

A 解析

由于金属板对粒子有阻碍作用，穿过金属板后速度减小，由r＝可知在同一匀强磁场中运动半径减小，由图片知板下面半径大于上面的半径，所以粒子从下向上穿过金属板，磁场方向垂直照片向里，由所受洛伦兹力方向指向圆心位置，根据左手定则判断该粒子应带正电荷．故A项正确．

2．(核反应和核反应方程)以下是物理学史上3个著名的核反应方程

1417912x＋7→2y

y＋ 7N―→x＋ 8O y＋4Be―→z＋ 6C 3Li―mvqBx、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

答案

C 解析

把前两个方程化简，消去x，即 7N＋3Li―→y＋ 8O，可见y是2He，结合第三个方程，根据电荷数守恒、质量数守恒可知z是中子0n.因此选项C正确．

3．(核反应和核反应方程)铝箔被α粒子轰击后发生了以下核反应：13Al＋2He→X＋0n.下列判断正确的是(

) A.0n是质子

B.0n是中子

C．X是14Si的同位素

D．X是15P的同位素

答案

BD 解析

由核反应过程中质量数守恒、电荷数守恒知，X是15P，故选项C错误，选项D正确；0n是中子，故选项A错误，选项B正确．

4．(放射性同位素的应用)用人工方法得到放射性同位素，这是一个很重要的发现，天然的放射性同位素只不过40多种，而今天人工制造的放射性同位素已达1 000多种，每种元素都有放射性同位素．放射性同位素在工业、农业、医疗卫生和科学研究的许多方面得到了广泛的应用．

(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)图2是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图．如果工厂生产的是厚度为1毫米www.ks5u.com 版权所有@高考资源网

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的铝板，在α、β、γ三种射线中，你认为对铝板的厚度控制起主要作用的是__________射线．

图2 答案

(1)B (2)β

解析

(1)因放射线的电离作用，空气中与验电器所带电荷电性相反的离子与之中和，从而使验电器所带电荷消失．

(2)α射线穿透物质的本领弱，不能穿透厚度为1毫米的铝板，因而探测器不能探测，γ射线穿透物质的本领极强，穿透1毫米厚的铝板和几毫米厚的铝板打在探测器上很难分辨．β射线也能够穿透1毫米甚至几毫米厚的铝板，但厚度不同，穿透后β射线中的电子运动状态不同，探测器容易分辨．

题组一

探测射线的方法

1．关于威耳逊云室探测射线，下列说法正确的是(

) ①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

②威耳逊云室中径迹粗而短的是α射线

③威耳逊云室中径迹细而长的是γ射线

④威耳逊云室中显示粒子径迹原因是电离，所以无法由径迹判断射线所带电荷的正负

A．①② B．②③

C．②④ D．③④

答案

A 解析

云室内充满过饱和蒸气，射线经过时把气体电离，过饱和蒸气以离子为核心凝结成雾滴，雾滴沿射线的路线排列，显示出射线的径迹，故①正确；由于α粒子的电离本领大，贯穿本领小，所以α射线在云室中的径迹粗而短，即②正确；由于γ射线的电离本领很弱，所以在云室中一般看不到它的径迹，而细长径迹是β射线的，所以③错误；把云室放在磁场中，由射线径迹的弯曲方向就可判断射线所带电荷的正负，④错．

2．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γ射线

B．放射源射出的是β射线

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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

C 解析

由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、B均错误；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．

3．用α粒子照射充氮的云室，摄得如图1所示的照片，下列说法中正确的是(

)

图1 A．A是α粒子的径迹，B是质子的径迹，C是新核的径迹

B．B是α粒子的径迹，A是质子的径迹，C是新核的径迹

C．C是α粒子的径迹，A是质子的径迹，B是新核的径迹

D．B是α粒子的径迹，C是质子的径迹，A是新核的径迹

答案

D 解析

α粒子轰击氮核产生一个新核并放出质子，入射的是α粒子，所以B是α粒子的径迹，产生的新核质量大，电离作用强，所以径迹粗而短，故A是新核的径迹，质子电离作用弱一些，贯穿能力强，所以细而长的径迹是质子的径迹，所以正确选项为D. 题组二

核反应和核反应方程

4．下列核反应或核衰变方程中，符号“X”表示中子的是(

) A.4Be＋2He→ 6C＋X B. 7N＋2He→ 8O＋X C. 80Hg＋0n→ 78Pt＋21H＋X D. 92U→ 93Np＋X 答案

AC 解析

根据核反应方程质量数和电荷数守恒可得A、C正确．

5．一个质子以1.0×10 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，则下列判断正确的是(

) A．核反应方程为13Al＋1H→14Si B．核反应方程为13Al＋0n→14Si C．硅原子核速度的数量级为10 m/s，方向跟质子的初速度方向一致

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D．硅原子核速度的数量级为10 m/s，方向跟质子的初速度方向相反

答案

A 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．由动量守恒定律求得硅原子速度的数量级为10 m/s，方向和质子的初速度方向相同，故

C、D选项错误．

6．在下列四个核反应方程中，X1、X2、X3和X4各代表某种粒子

①1H＋X1→2He＋0n ② 7N＋2He→ 8O＋X2

③4Be＋2He→ 6C＋X3 ④12Mg＋2He→13Al＋X4

则以下判断中正确的是(

) A．X1是质子 B．X2是中子

C．X3是电子 D．X4是质子

答案

D 解析

根据核反应的质量数和电荷数守恒知，X1为1H，A错；X2为1H，B错；X3为0n，C错；X4为1H，D对．

7．一质子束入射到靶核13Al上，产生核反应：p＋13Al→X＋n，式中p代表质子，n代表中子，X代表核反应产生的新核．由反应式可知，新核X的质子数为________，中子数为________．

答案

14 13 解析

根据核反应过程电荷数守恒和质量数守恒，新核X的质子数为1＋13－0＝14，质量数为1＋27－1＝27，所以中子数＝27－14＝13. 题组三

放射性同位素及应用

8．有关放射性同位素15P的下列说法，正确的是(

) A.15P与14X互为同位素

B.15P与其同位素有相同的化学性质

C．用15P制成化合物后它的半衰期变长

D．含有15P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

答案

BD 解析

同位素有相同的质子数，所以选项A错误．同位素有相同的化学性质，所以选项B正确．半衰期与元素属于化合物或单质没有关系，所以15P制成化合物后它的半衰期不变，选项C错误．含有15P的磷肥由于衰变，可记录磷的踪迹，所以选项D正确．

9．下列应用中把放射性同位素作为示踪原子的是(

) A．射线探伤仪

B．利用含有放射性 53I的油，检测地下输油管的漏油情况

C．利用27Co治疗肿瘤等疾病

D．把含有放射性元素的肥料施给农作物，用以检测确定农作物吸收养分的规律

答案

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解析

射线探伤仪利用了射线的穿透能力，所以选项A错误．利用含有放射性 53I的油，可以记录油的运动踪迹，可以检查管道是否漏油，所以选项B正确．利用27Co治疗肿瘤等疾病，利用了射线的穿透能力和高能量，所以选项C错误．把含有放射性元素的肥料施给农作物，可以记录放射性元素的踪迹，用以检测确定农作物吸收养分的规律，所以选项D正确．

题组四

综合应用

10．1934年，约里奥—居里夫妇在用α粒子轰击铝箔时，除了测到预料中的中子外，还探测到了正电子．正电子的质量跟电子的质量相同，带一个单位的正电荷，跟电子的电性正好相反，是电子的反粒子．更意外的是，拿走α放射源以后，铝箔虽不再发射中子，但仍然继续发射正电子，而且这种放射性也有一定的半衰期．原来，铝箔被α粒子击中后发生了如下反应：13Al＋2He→15P＋0n，这里的15P就是一种人工放射性同位素，正电子就是它衰变过程中放射出来的．

(1)写出放射性同位素15P放出正电子的核反应方程；

(2)放射性同位素15P放出正电子的衰变称为正β衰变，我们知道原子核内只有中子和质子，那么正β衰变中的正电子从何而来？

答案

(1)15P→14Si＋＋1e (2)正电子是原子核内的一个质子转换成一个中子放出的

解析

(1)核反应方程为15P→14Si＋0＋1e. (2)原子核内只有质子和中子，没有电子，也没有正电子，正β衰变是原子核内的一个质子转换成一个中子，同时放出正电子，核反应方程为1H→0n＋0＋1e. 11．静止的氮核 7N被速度为v0的中子0n击中生成碳核 6C和另一种原子核甲，已知

6C与甲核的速度方向与碰撞前中子的速度方向均一致，碰后 6C核与甲核的动量之比为2∶1. (1)写出核反应方程．

(2)求 6C与甲核的速度各是多大？

答案

(1) 7N＋0n―→ 6C＋1H (2)

189解析

(2)设中子质量为m0， 6C核质量mC，甲核质量为m甲，由动量守恒得

121411231212141121211

3030

3030030302743013060131v0v0m0v0＝mCvC＋m甲v甲

即m0v0＝12m0vC＋3m0v甲

又因为 6C与甲核动量比为2∶1，所以

12mCvC＝2m甲v甲

即12m0vC＝2×3m0v甲

联立求得：vC＝，v甲＝

189

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