3　探测射线的方法ppt配套的教学设计方案

第3节

探测射线的方法

第4节

放射性的应用与防护

1.知道探测射线的几种方法，了解探测射线的几种仪器．

2.知道核反应及其遵循的规律，会正确书写核反应方程．

3．知道放射性同位素和人工放射性同位素，了解放射性的应用与防护．

一、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：①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．

②

(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

①优点：G-M计数器非常灵敏，使用方便．

②缺点：只能用来计数，不能区分射线的种类．

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．

4171(2)原子核的人工转变：卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，核反应方程14

7N＋2He→8O＋1H．(3)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：具有放射性的同位素．

(2)人工放射性同位素的发现：

①1934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. 27301②发现磷同位素的方程42He＋13Al→15P＋0n．

3．放射性同位素优点

(1)资源丰富，应用广泛．

(2)放射强度容易控制，可以制成各种所需的形状，废料容易处理．

(3)现在凡是用到射线时，用的都是人工放射性同位素，而不用天然放射性物质．

三、放射性同位素的应用与防护

1．应用射线：利用γ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化学性质，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．

知识点解读

知识点一

探测射线的方法和仪器

1．探测射线的方法：也是探测运动粒子的方法．可以根据射线粒子与其他物质作用时的表现进行判断，常利用射线的以下特性：

(1)粒子使气体或液体电离，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)使照相乳胶产生感光．

(3)使荧光物质产生荧光．

2．三种探测射线的仪器

(1)威耳逊云室

构造：主要部分是一个塑料或玻璃制成的容器，它的下部是一个可以上下移动的活塞，上盖是透明的，可以通过它来观察和拍摄粒子的运动径迹，云室里面有干净的空气．如图所示．

(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．控制气泡室内液体的温度和压强，使温度略低于液体的沸点．当气泡室内压强突然降低时，液体的沸点变低，因此液体过热，粒子通过液体时在它的周围就有气泡形成，从而显示粒子径迹．

(3)盖革—米勒计数器

①原理：在金属丝和圆筒两极间加上一定的电压，这个电压稍低于管内气体的电离电压，当某种射线粒子进入管内时，它使管内的气体电离，产生电子……这样，一个射线粒子进入管中后可以产生大量电子，这些电子到达阳极，阳离子到达阴极，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．

②优缺点

优点：放大倍数很大，非常灵敏，用它检测射线十分方便．

缺点：a不同射线产生的脉冲现象相同，只能用来计数，不能区分射线种类．

b如果同时有大量粒子或两个粒子射来的时间间隔小于200 μs，则计数器不能区分它们．

(多选)关于放射线的探测，下列说法正确的是(

) A．气泡室探测射线的原理与云室探测射线的原理类似

B．由气泡室内射线的径迹可以分析粒子的带电、动量、能量等情况

C．盖革－米勒计数器探测射线的原理中也利用射线的电离本领

D．盖革－米勒计数器不仅能计数，还能用来分析射线的性质

[思路点拨]

了解各种探测仪的工作原理，并能区别其不同点．

[解析]

气泡室探测射线的原理与云室类似，不同的是通过射线在气泡室中经过时产生气泡来显示射线径迹，故A选项正确；由气泡室内径迹中气泡的多少及径迹在磁场中的弯曲方向等，可分析射线的带电、动量、能量等情况，故B选项正确；盖革－米勒计数器利用射线的电离作用，产生电脉冲进而计数，所以C选项正确；对于不同射线产生的脉冲现象相同，因此计数器只能用来计数，不能区分射线的种类，所以D选项错误．

[答案]

ABC

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．

知识点二

原子核的人工转变与核反应方程

1.条件：用α粒子、质子、中子，甚至用γ光子轰击原子核使原子核发生转变．

2.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.规律

(1)质量数、电荷数守恒．

(2)动量守恒．

4.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

1441717N＋2He→8O＋1H. (2)1932年查德威克发现中子的核反应

941214Be＋2He→6C＋0n. 2743013030(3)1934年约里奥—居里夫妇发现放射性同位素的核反应：13Al＋2He→15P＋0n；15P→14Si＋01e. 5．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，只能用单向箭头表示反应方向．

(2016·杭州高二检测)完成下列核反应方程，并指出其中哪个是发现质子的核反应方程，哪个是发现中子的核反应方程．

114(1)14

7N＋0n→

6C＋________ 417(2)14

7N＋2He→

8O＋________ 14(3)10

5B＋0n→________＋2He 41(4)94Be＋2He→________＋0n 257(5)5626Fe＋1H→27Co＋________ [思路点拨]

书写核反应方程要点：

(1)分清反应的种类，是衰变还是人工核反应．

(2)根据电荷数守恒和质量数守恒确定出新原子核和放出的粒子．

112[答案]

(1)1发现质子的核反应方程

(3)7发现中子的核反应方程

1H

(2)1H，3Li

(4)

6C，(5)10n

(1)原子核的人工转变的发生方面：原子核的人工转变必须要有一定的装置和条件，不可以自发产生．

(2)原子核的人工转变的实质方面：粒子打入核内部使核发生了转变.

2

1.原子核AZX与氘核1H反应生成一个α粒子和一个质子．由此可知(

) A．A＝2，Z＝1 B．A＝2，Z＝2 C．A＝3，Z＝3 D．A＝3，Z＝2 解析：选D.由质量数守恒列式：A＋2＝4＋1，得A＝3，由电荷数守恒列式：Z＋1＝2＋1，得Z＝2，故选项D正确．

知识点三

放射性同位素的应用

放射性同位素的主要应用

(1)利用它的射线．

①工业部门使用射线测厚度——利用γ射线的穿透特性；

②农业应用——γ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；

③医疗上——利用γ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．

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α、β、γ三种射线中，你认为对铝板的厚度起主要作用的是________射线．

(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相反的离子与之中和，所以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1 mm的铝板，因而探测器不能探到，γ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，β射线也能穿透几毫米厚的铝板，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)β

(3)示踪原子

(1)用射线来测量厚度，一般不选取α射线是因为其穿透能力太差，更多的是选取γ射线，也有部分选取β射线的．

(2)给病人治疗癌症、培育优良品种、延长食物保质期一般选取γ射线．

(3)使用放射线时安全是第一位的.

2.(多选)下列哪些应用是把放射性同位素作为示踪原子(

) A．γ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

解析：选BD.A是利用了γ射线的穿透性；C利用了γ射线的生物作用；B、D是利用示踪原子．

典型问题——原子核的人工转变与衰变的比较

发生反应的原子核

反应条件

反应本质

典型反应

核反应方程的特点

核反应的规律

书写方程的原则

原子核的衰变

具有放射性的不稳定核

自发进行，无条件

核子数变化，形成新核

238234492U→90Th＋2He

原子核的人工转变

所有的原子核

利用α粒子、质子、中子或γ光子作为“炮弹”轰击靶核

核子的重组，形成新核

144171 7N＋2He→ 8O＋1H

箭头左边只有一个放射性原子核

箭头左边有靶核和“炮弹”各一个

质量数守恒(注意质量并不守恒)，电荷数守恒

尊重实验事实，不能仅仅依据守恒定律主观臆造

下列方程中属于衰变的是(

)，属于人工转变的是(

)，生成原来元素的同位素的是(

)，放出β粒子的是(

) 1124①12353I＋0n→53I 2344②23892U→90Th＋2He 2140③21482Bb→83Bi＋－1e 4121④94Be＋2He→

6C＋0n [解析]

首先从方程左端去判断哪种是衰变、哪种是人工转变，当方程左端只有一种元

素的原子核时，只能是衰变，故②③为衰变，①④为人工转变；而同位素的产生，是根据原子序数相同而质量数不同来判断，所以①会生成该元素的同位素；判断β衰变，只需要看清衰变方程右端是否产生电子即可，应选③.

[答案]

②③

①④

①

③

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，并指出哪些是核的人工转变．

234(1)

23892U→

90Th＋________；

412(2)94Be＋2He→

6C＋________；

234(3)

23490Th→

91Pa＋________；

30(4)3015P→14Si＋________；

417(5)14

7N＋2He→

8O＋________．

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来用左下角(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)电荷数为92－90＝2，质量数为238－234＝4，由此可知为α粒子(42He)，同001理确定其他粒子分别为：中子(10n)，电子(－1e)，正电子(＋1e)，质子(1H)．其中(2)、(5)是核的人工转变．

100答案：(1)4－1e

(4) ＋1e 2He

(2)0n，核的人工转变

(3) (5)11H，核的人工转变

[随堂达标]

1．(多选)关于威耳逊云室探测射线，下述正确的是(

) A．威耳逊云室充满过饱和蒸气，射线经过时可显示出射线运动的径迹

B．威耳逊云室中径迹粗而直的是α射线

C．威耳逊云室中径迹细而长的是γ射线

D．威耳逊云室中显示粒子径迹的原因是电离，所以无法由径迹判断射线所带电荷的正负

解析：选AB.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A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直，即B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C错误；把云室放在磁场中，由射线径迹的弯曲方向就可以判断射线所带电荷的正负，所以D错误．

2．(多选)下列哪些应用是利用了放射性同位素的射线(

) A．利用α射线照射可消除机器运转中产生的有害静电

B．用射线照射种子可以使种子变异，培育出新品种

C．用伦琴射线透视人体

D．肿瘤病人在医院进行放疗

答案：ABD 3．(2016·宁夏银川九中高二检测)卢瑟福通过实验首次实现了原子核的人工转变，其核14171反应方程为：42He＋

7N→

8O＋1H，下列说法错误的是(

) A．卢瑟福通过该实验提出了原子的核式结构模型

B．实验中是用α粒子轰击氮核的

C．卢瑟福通过该实验发现了质子

D．原子核在人工转变的过程中，电荷数一定守恒

解析：选A.卢瑟福用α粒子轰击金箔散射的实验，提出原子的核式结构模型，故A错误；用α粒子轰击氮核首次实现了原子核的人工转变，并发现了质子，故B、C正确；核反应方程质量数和电荷数是守恒的，故D正确．

4．以下是物理学史上3个著名的核反应方程

717912x＋3Li→2y

y＋

147N→x＋

8O

y＋4Be→z＋

6C x、y和z是3种不同的粒子，其中z是(

) A．α粒子

C．中子

B．质子

D．电子

4解析：选C.根据质量数守恒和电荷数守恒可以确定x为质子11H，y为2He即α粒子，z为中子10n.