3　探测射线的方法教案3

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探测射线的方法

[学习目标]

了解探测射线的几种方法，熟悉探测射线的几种仪器

一、探测射线的方法

[知识梳理]

1．探测射线的理论依据

(1)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)射线中的粒子会使照相乳胶感光．

(3)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：当酒精蒸气达到过饱和状态，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．

②

(2)气泡室：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：

①优点：G－M计数器非常灵敏，用它检测射线十分方便．

②缺点：只能用来计数，不能区分射线的种类．

*一、探测射线的方法

1．威尔逊云室

(1)α粒子显示的径迹直而清晰

因为α粒子的电离本领强，沿途产生的离子多，过饱和酒精蒸气凝结在这些离子上，形成很清晰的径迹．且由于α粒子质量大，穿越云室时不易改变方向，所以显示的径迹很直．

(2)β粒子显示的径迹

β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，所以高速β粒子的径迹又细又直，低速β粒子的径迹又短又粗而且是弯曲的．

(3)γ射线的电离本领很小，在云室中一般看不到它的径迹．

2．气泡室

气泡室装的是过热液体，粒子通过液体时在它的周围有气泡形成，显示粒子的径迹．

3．盖革—米勒计数器

当某种粒子经过管中时，管内气体分子电离，产生电子，这些电子到达阳极，正离子到达阴极，在外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．

例1

(多选)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

答案

AC 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α射线，选项A正确，B错误；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，经过了两个半衰期，故半衰期是5天．

*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 mv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qB场中运动半径减小，由题图知板下面半径大于板上面的半径，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．

*考点一

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威耳逊云室中径迹直而清晰的是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

C．②④

答案

A B．②③

D．③④

2．用α粒子照射充满氮气的云室，拍摄得到如图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. 303．将威尔逊云室置于匀强磁场中，一个静止在磁场中的放射性同位素原子核15P，放出一个正电子后变成原子核3014Si，如图所示能近似地反映正电子和Si核轨迹的是(

)

答案

B 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迹，C、D可排除．

v2因为洛伦兹力提供向心力，即qvB＝m，

rmv所以做匀速圆周运动的半径为r＝. qB衰变时，放出的正电子与反冲核Si核的动量大小相等，因此在同一个匀强磁场中做圆周运动reqSi14的半径与它们的电荷量成反比，即＝＝. rSiqe1可见正电子运动轨迹的半径较大．

考点二

核反应和核反应方程

4．在下列四个核反应方程中，X1、X2、X3和X4各代表某种粒子

4114417①31H＋X1→2He＋0n

②7N＋2He→8O＋X2

41224427③94Be＋2He→6C＋X3④12Mg＋2He→13Al＋X4

则以下判断中正确的是(

) A．X1是质子

C．X3是电子

答案

D 21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1B错；X3为0n，C错；1H，1X4为1H，D对．

B．X2是中子

D．X4是质子

5．(多选)下列核反应或核衰变方程中，符号“X”表示中子的是(

) 412A.94Be＋2He→6C＋X 1417B.7N＋42He→8O＋X 2042021C.80Hg＋10n→78Pt＋21H＋X 239239D.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．

6．(多选)(2017·南京一模)146C能自发地进行β衰变，下列判断正确的是(

) 12A.146C经β衰变后变成6C 14B.6C经β衰变后变成147N 14C.6C发生β衰变时，原子核内一个质子转化成中子

D.146C发生β衰变时，原子核内一个中子转化成质子

答案

BD 7．在中子、质子、电子、正电子、α粒子中选出一个适当的粒子，分别填在下列核反应式的横线上．

238234(1)92U→90Th＋. 412(2)94Be＋2He→6C＋. 234234(3)90Th→91Pa＋. 30(4)3015P→14Si＋. 2351361(5)92U＋→9038Sr＋54Xe＋100n. 417(6)147N＋2He→8O＋. 10011答案

(1)42He

(2)0n

(3)－1e

(4)＋1e

(5)0n

(6)1H

解析

在核反应过程中，遵循反应前后电荷数守恒、质量数守恒规律．对参与反应的所有基本粒子采用左下角(电荷数)配平，左上角(质量数)配平．未知粒子可根据其电荷数和质量数确

定．如(1)中电荷数为92－90＝2，质量数为238－234＝4，由此可知为α粒子(42He)，同理确0011定其他粒子分别为：中子(10n)，电子(－1e)，正电子(＋1e)，中子(0n)，质子(1H)．

考点三

放射性同位素及应用

8．(多选)放射性同位素被广泛应用，下列说法正确的是(

) A．人工放射性同位素的半衰期都比较短，放射性废料容易处理

B．放射性同位素能够消除静电是因为其发出的γ射线

C．用放射性同位素参与化学反应可以起到示踪的作用

D．放射性同位素可以作为核燃料进行发电

答案

AC 解析

人工放射性同位素的半衰期都比较短，放射性废料容易处理，A正确；α射线能使空气分子电离，能够消除静电，而γ射线的电离本领较小，B错误；根据放射性同位素的应用可知，用放射性同位素参与化学反应可以起到示踪的作用，C正确；放射性同位素大多是人工合成的同位素，成本高，存在量较少，不能作为核燃料进行发电，D错误．

9．(多选)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

131B．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6027Co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

BD 131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6027Co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．

考点四

综合应用

10．1934年，约里奥—居里夫妇在用α粒子轰击铝箔时，除了探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430130反应：2713Al＋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3015P放出正电子的核反应方程；

(2)放射性同位素3015P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？

30答案

(1)30 015P→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

30解析

(1)核反应方程为30 015P→14Si＋＋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10换成一个中子，同时放出正电子，核反应方程为1＋1e. 1H→0n＋ 14121211．静止的氮核7N被速度为v0的中子10n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126C核与甲核的动量之比为2∶1. (1)写出核反应方程．

(2)求126C与甲核的速度各是多大？

v0v01123答案

(1)14N＋n→C＋H

(2)

7061189解析

(2)设中子质量为m0，

126C核质量为mC，甲核质量为m甲，由动量守恒定律得

m0v0＝mCvC＋m甲v甲

即m0v0＝12m0vC＋3m0v甲

又因为12

6C与甲核动量之比为2∶1，所以

mCvC＝2m甲v甲

即12m0vC＝2×3m0v甲

v0v0联立求得：vC＝，v甲＝

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