【新步步高】2015-2016学年高中物理 19.3、4探测射线的方法 放射

3 探测射线的方法

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.知道什么是放射性同位素和人工放射性同位素.3.了解放射性在生产和科学领域的应用.4.知道核反应及其遵从的规律，会正确书写核反应方程．

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 (2)气泡室 (3)盖革－米勒计数器 二、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．遵循规律：质量数守恒，电荷数守恒． 3．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，核反应方程：

42He＋ 7N―→ 8O＋1H，第一次实现了原子核的人工转变．

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三、人工放射性同位素

1．有些同位素具有放射性，叫放射性同位素．

2．1934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15P.方程2He＋13Al―→15P＋0n.

想一想 医学上做射线治疗用的放射性元素，应用半衰期长的还是短的？为什么？ 答案 半衰期短的．因为半衰期短的放射性废料容易处理．

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四、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，从而培育出新品种．

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．

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．

想一想 原子核的人工转变与放射性元素的衰变有何区别？

答案 原子核的人工转变是指在其他粒子轰击下变成新核的过程，放射性元素的衰变是指核自动转化为新核的过程．

一、探测射线的方法

1．利用威尔逊云室 (1)α粒子显示的径迹直而粗

因为α粒子带电荷量多，它的电离本领强，穿越云室时，在1 cm路程上能使气体分子产生10对离子，过饱和酒精蒸气凝结在这些离子上，形成很粗的径迹．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粒子的电离本领更小，在云室中一般看不到它的径迹． 2．利用气泡室

气泡室装的是过热液体，粒子经过液体时有气泡形成，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，在外电路中产生了一次脉冲放电，利用电子仪器可以把放电次数记录下来．

例1 在威耳逊云室中，关于放射源产生的射线径迹，下列说法中正确的是( )

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A．由于γ射线的能量大，容易显示其径迹 B．由于β粒子的速度大，其径迹粗而且长 C．由于α粒子的速度小，不易显示其径迹 D．由于α粒子的电离作用强，其径迹直而粗 答案 D

解析 在云室中显示粒子径迹是由于引起气体电离，电离作用强的α粒子容易显示其径迹，因质量较大，飞行时不易改变方向，所以径迹直而粗，故只有D正确．

借题发挥 三种射线粒子肉眼都看不见，探测射线粒子的方法都是利用它们和其他物质发生作用时产生的现象，来显示射线粒子的存在． 二、核反应及核反应方程

1．核反应的条件：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．核反应的实质：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．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：

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N＋2He―→ 8O＋1H

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(2)1932年查德威克发现中子的核反应：

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Be＋2He―→ 6C＋0n

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(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：13Al＋2He―→15P＋0n；15P―→14Si＋0＋1e.

4．人工转变核反应与衰变的比较

(1)不同点：人工转变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，在发生过程中质量数与电荷数都守恒，反应前后粒子总动量守恒．

例2 完成下列各核反应方程，并指出哪个核反应是首次发现质子、中子和正电子的． (1) 5B＋2He―→ 7N＋( ) (2)4Be＋( )―→ 6C＋0n (3)13Al＋( )―→12Mg＋1H

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(4) 7N＋2He―→ 8O＋( ) (5)11Na＋( )―→11Na＋1H

(6)13Al＋2He―→0n＋( )；15P―→14Si＋( ) 答案 (1)0n (2)2He (3)0n (4)1H (5)1H (6)15P，＋1e 解析 (1) 5B＋2He―→ 7N＋0n (2)4Be＋2He―→ 6C＋0n

此核反应使查德威克首次发现了中子． (3)13Al＋0n―→12Mg＋1H (4) 7N＋2He―→ 8O＋1H

此核反应使卢瑟福首次发现了质子． (5)11Na＋1H―→11Na＋1H (6)13Al＋2He―→0n＋15P；

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P―→14Si＋＋1e(正电子)

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此核反应使约里奥—居里夫妇首次发现了正电子． 借题发挥 书写核反应方程四条重要原则 (1)质量数守恒和电荷数守恒； (2)中间用箭头，不能写成等号； (3)能量守恒(中学阶段不做要求)； (4)核反应必须是实验中能够发生的．

针对训练 以下是物理学史上3个著名的核反应方程

1417x＋7→2y y＋ 7N―→x＋ 8O 3Li―12y＋9→z＋ 6C 4Be―

x、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． 三、放射性同位素及其应用 1．放射性同位素的分类

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(1)天然放射性同位素．(2)人工放射性同位素． 2．人造放射性同位素的优点

(1)放射强度容易控制．(2)可以制成各种所需的形状．(3)半衰期很短，废料容易处理． 3．放射性同位素的主要作用

(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，杀死腐败细菌、抑制发芽等． (3)做示踪原子——利用放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质． 例3 下列哪些应用是把放射性同位素作为示踪原子的( ) 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 答案 BD

解析 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． 借题发挥 利用放射性同位素作示踪原子一是利用了它的放射性，二是利用放射性同位素放出的射线．

探测射线的方法

1．关于威耳逊云室探测射线，下述说法正确的是( )

A．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 B．威耳逊云室中径迹粗而短且直的是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原因是电离，所以无法由径迹判断射线所带电荷的正负 答案 AB

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短且直，即B选项正确；由于γ射线的电离本领很弱，所以在云室中

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