3　探测射线的方法教学评价实录

学案3

探测射线的方法

[学习目标定位]

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

1．探测射线的理论依据

(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．

2．探测射线的仪器

(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；β粒子的径迹又细又直，而且常常弯曲；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．

1919年卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，产生了氧的一种同位素，同时产生了一个质子．核反应4171方程：14

7N＋2He→

8O＋1H. 2．人工放射性同位素

(1)有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素．

(2)人工放射性同位素的发现：

427301934年，约里奥—居里夫妇发现经过α粒子轰击的铝片中含有放射性磷3015P，即2He＋13Al→15P＋10n. 3．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3015P作为示踪原子来研究农作物对磷肥的吸收情况.

一、核反应与核反应方程

1．核反应的条件：用α粒子、质子、中子甚至用光子去轰击原子核．

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．

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：

144171

7N＋2He→

8O＋1H (2)1932年查德威克发现中子的核反应方程：

91214Be＋42He→

6C＋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：

0274301303013Al＋2He→15P＋0n；15P→14Si＋＋1e. 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．

二、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)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．

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

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

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

20278Pt，制取过204程如下：(1)用质子轰击铍靶94Be产生快中子；(2)用快中子轰击汞

80Hg，反应过程可能有两种：202202①生成202

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

20280Hg.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：

191(1)94Be＋1H→5B＋0n 12023(2)①204

80Hg＋0n→

78Pt＋2He 20211②

20480Hg＋10n→

78Pt＋21H＋0n 202202202(3)202

78Pt→

79Au＋0－1e；

79Au→

80Hg＋0－1e

答案

见解析

三、放射性同位素的应用

例3

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．本题正确选项为D. 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

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＝mv可知在同一匀强磁场qB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(

) 9x＋7→2y

y＋14→x＋17→z＋

123Li―

7N―

8O

y＋4Be―6C x、y和z是3种不同的粒子，其中z是(

)

A．α粒子

C．中子

答案

C

B．质子

D．电子

74解析

把前两个方程化简，消去x，即14→y＋17

7N＋3Li―

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10n.因此选项C正确．

2713．(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＋42He→X＋0n.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

答案

BD 1解析

由核反应过程中质量数守恒、电荷数守恒知，X是3015P，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 (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的结晶是同一种物质，为此曾采用放射性同位素14C做________．

答案

(1)B

(2)β

(3)示踪原子

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．

(3)把掺入14C的人工合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素混合在一起，经过多次重新结晶后，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完全融为一体，它们是同一种物质．这种把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，运动到哪里了，是怎样分布的，从而可以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．