1、3 探测射线的方法4 放射性的应用与防护考试要求探测射线的方法 a知识内容放射性的应用与防护 a课时要求1.了解探测射线的三种方法，知道探测射线的三种装置.2.了解核反应的概念，知道在核反应中质量数、电荷数守恒.3.知道放射性同位素的简单应用.一、探测射线的方法导学探究 由于 粒子和 粒子都很小，我们仅凭肉眼看不见，但是在威耳逊云室中，我们却能看到如图 1 所示的 粒子和 粒子的运动轨迹图 1(1)说出威耳逊云室显示 粒子和 粒子的运行轨迹的原理(2)在威耳逊云室中如何判断粒子所带电荷的正负？答案 (1) 射线的径迹：由于 粒子的质量比较大，在气体中飞行时不易改变方向，并且它的电离本领大，沿途
2、产生的离子多，所以它在云室中的径迹直而清晰 射线的径迹： 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 粒子的径迹又细又直，低速 粒子的径迹又短又粗而且是弯曲的(2)把云室放在磁场中，从带电粒子运动轨迹的弯曲方向，判断出粒子所带电荷的正负知识梳理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威耳逊云室中粒子的径迹 粒子的径迹直而清晰；高速 粒子的径迹又细又直，低速 粒子的径迹又短又粗而且是弯曲的； 粒子的电离本领
3、很小，一般看不到它的径迹3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4盖革米勒计数器射线粒子进入玻璃管内时，使管内产生脉冲放电，利用电子仪器可以把放电次数记录下来(1)优点：GM 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二、核反应和人工放射性同位素导学探究1核反应的实质是什么？它符合哪些规律？答案 (1)它的实质就是将一种原子核在粒子的轰击之下转变成一种新的原子核(2)在转变过程中符合质量数和电荷数守恒规律2如何实现原子核的人工转变？常见的人工转变的核反应有哪些？答案 (1)人为地用 粒子、质子、中子或光子去轰击
4、一些原子核，可以实现原子核的转变(2)常见的人工转变的核反应有：卢瑟福发现质子： N He O H147 42 178 1查德威克发现中子： Be He C n94 42 126 10约里奥居里夫妇人工制造同位素： He Al n P42 2713 10 3015P 具有放射性： P Si e.3015 3015 3014 0+13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 半衰期短的半衰期短的放射性废料容易处理知识梳理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：卢瑟福用 粒子轰击氮原子核，核反应方程 N He O H.147
5、 42 178 1(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1934 年，约里奥居里夫妇发现经过 粒子轰击的铝片中含有放射性磷 P.3015发现磷同位素的方程 He Al P n.42 2713 3015 103人工放射性同位素的优点(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4放射性同位素的应用(1)在工业上可以用 射线来探测工件内部裂痕，称为 探伤(2)农业上用 射线照射种子，会使种子的遗传基因发生变
6、异，从而培育出新品种；利用P 作为示踪原子来研究农作物对磷肥的吸收情况30155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、用具等的污染即学即用 判断下列说法的正误(1)威尔逊云室可以显示 粒子和 粒子的径迹( )(2)GM 计数器非常灵敏，不仅可以计数，还可以区分射线的种类( )(3)衰变和原子核的人工转变均满足质量数守恒和电荷数守恒( )(4)医学上利用射线进行放射治疗时，要控制好放射的剂量( )(5)发现质子、发现中子和发现放射性同位素 P 的核反应均属于原子核的人工转变( 3015 )(6)同一种元素的放射性同位素具有相同的半衰
7、期( )一、探测射线的方法例 1 在威尔逊云室中，关于放射源产生的射线径迹，下列说法中正确的是( )A由于 射线的能量大，容易显示其径迹B由于 粒子的速度大，其径迹粗而且长C由于 粒子的速度小，不易显示其径迹D由于 粒子的电离作用强，其径迹直而清晰答案 D解析 在云室中显示粒子的径迹是由于粒子引起气体电离，电离作用强的 粒子容易显示其径迹，因 粒子质量较大，飞行时不易改变方向，所以 粒子的径迹直而清晰，故 D 正确二、核反应及核反应方程1核反应的条件用 粒子、质子、中子，甚至用 光子轰击原子核使原子核发生转变2核反应的规律质量数守恒，电荷数守恒3原子核人工转变的三大发现(1)1919 年卢瑟福
8、发现质子的核反应方程：N He O H147 42 178 1(2)1932 年查德威克发现中子的核反应方程：Be He C n94 42 126 10(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：Al He P n； P Si e.2713 42 3015 10 3015 3014 0 14人工转变与衰变的比较(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例 2 完成下列核反应方程，并指出其中 _是发现质子的核
9、反应方程， _是发现中子的核反应方程(1) N n C_147 10 146(2) N He O_147 42 178(3) B n_ He105 10 42(4) Be He_ n94 42 10(5) Fe H Co_562 21 572答案 见解析解析 (1) N n C H147 10 146 1(2) N He O H147 42 178 1(3) B n Li He105 10 73 42(4) Be He C n94 42 126 10(5) Fe H Co n562 21 572 10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)书写核反应方程时要注意：(1)
10、质量数守恒和电荷数守恒；(2)中间用箭头，不能写成等号；(3)核反应方程遵守质量数守恒而不是质量守恒，核反应过程中，一般会发生质量的变化针对训练 用中子轰击氧原子核的核反应方程式为 O n N X，对式中 X、a、b168 10 a7 0b的判断正确的是( )AX 代表中子，a17，b1BX 代表电子，a17，b1CX 代表正电子，a17，b1DX 代表质子，a17，b1答案 C解析 根据质量数、电荷数守恒可知 a17，b8071，因此 X 可表示为 e，为0 1正电子，故 C 正确，A、B、 D 错误三、放射性同位素的应用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放射
11、性同位素的主要作用(1)工业部门使用射线测厚度利用 射线的穿透特性(2)农业应用 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)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(4)医学上利用 射线的高能量治疗癌症例 3 正电子发射型计算机断层显像 (PET)的基本原理是：将放射性同位素 15O 注入人体，参与人体的代谢过程. 15O 在人体内衰变放出正电子，与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清晰的图象根据 PET 原理，回答下列问题：(1)写出 15O 的衰变和正负电子湮灭的方程式_._.(2)将放射性同
12、位素 15O 注入人体， 15O 的主要用途是( )A利用它的射线B作为示踪原子C参与人体的代谢过程D有氧呼吸(3)PET 中所选的放射性同位素的半衰期应_(填“长” “短”或“长短均可”)答案 (1) O N e e e2 (2)B (3) 短158 157 0+1 0+1 0-1解析 (1)由题意得 O N e， e e2.(2)将放射性同位素 15O 注入人体后，158 157 0+1 0+1 0-1由于它能放出正电子，并能与人体内的负电子产生一对光子，从而被探测器探测到，所以它的用途是作为示踪原子，B 正确(3)根据同位素的用途，为了减小对人体的伤害，半衰期应该短1(探测射线的方法)关
13、于威尔逊云室探测射线，下列说法中正确的是 ( )A威尔逊云室中低速 粒子的径迹又短又粗而且是弯曲的B威尔逊云室中径迹直而清晰的是 射线C威尔逊云室中径迹细而长的是 射线D威尔逊云室中显示粒子径迹的原因是蒸气电离，即使放入磁场中也无法判断射线所带电荷的正负答案 AB解析 威尔逊云室中低速 粒子的径迹又短又粗而且是弯曲的，选项 A 正确；由于 粒子的质量比较大，在气体中飞行时不易改变方向，电离本领大，产生的离子多，所以 射线在云室中的径迹直而清晰，选项 B 正确；由于 射线的电离本领很弱，所以在云室中一般看不到它的径迹，选项 C 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
14、负，选项 D 错误2(核反应方程)(2017宁波诺丁汉大学附中高二下学期期末)核反应方程Be He CX 中的 X 表示 ( )94 42 126A质子 B电子C光子 D中子答案 D解析 根据核反应过程中质量数守恒，电荷数守恒，X 的质量数是 1，电荷数是 0，所以X 表示中子，A、B、C 错误，D 正确3(放射性同位素)有关放射性同位素 P 的下列说法，正确的是 ( )3015A. P 与 X 互为同位素3015 4014B. P 与其同位素有相同的化学性质3015C用 P 制成化合物后它的半衰期变长3015D. P 能释放正电子，可用作示踪原子，观察磷肥对植物的影响3015答案 BD解析
15、同位素有相同的质子数，不同的质量数，故 A 错；同位素有相同的化学性质，故 B对；半衰期与原子所处的物理、化学状态无关，故 C 错； P 为放射性同位素，可用作示3015踪原子，故 D 对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不过 40 多种，而今天人工制造的放射性同位素已达 1000 多种，每种元素都有了自己的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
16、 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 、 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) (3)示踪原子解析 (1)因放射线的电离作用，空气中的与验电器所带电性相反的离子与之中和，从而使验电器所带电荷消失(2) 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， 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
17、 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 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一、选择题考点一 射线的探测及应用1图 1 中曲线 a、
18、b、c、d 为气泡室中某放射物发生衰变放出的部分粒子的径迹，气泡室中磁感应强度方向垂直于纸面向里以下判断可能正确的是( )图 1Aa、b 为 粒子的径迹 Ba、b 为 粒子的径迹Cc、 d 为 粒子的径迹 Dc、d 为 粒子的径迹答案 D解析 粒子是不带电的光子，在磁场中不偏转，选项 B 错误； 粒子为氦核带正电，由左手定则知向上偏转，选项 A、C 错误； 粒子是带负电的电子，应向下偏转，选项 D 正确2关于放射性同位素的应用，下列说法中正确的有( )A放射性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 射线的贯穿性可以为金属探伤，也能进行人体的透视C利用 射线照射作
19、物种子使其 DNA 发生变异，其结果一定是更优秀的品种D用 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答案 D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 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 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3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
20、及它的半衰期的说法正确的是( )A放射源射出的是 射线B放射源射出的是 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 由厚纸板能挡住这种射线，可知这种射线是穿透能力最差的 射线，选项 A 正确，B 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，C 正确，D 错误4医学界通过 14C 标记的 C60 发现一种 C60 的羧酸衍生物，在特定条件下可以通过断裂DNA 抑制艾滋病病毒的繁殖，则
21、14C 的用途是( )A示踪原子 B电离作用C催化作用 D贯穿作用答案 A解析 用 14C 标记 C60 来查明元素的行踪，发现可以通过断裂 DNA 抑制艾滋病病毒的繁殖，因此 14C 的作用是做示踪原子，故选项 A 正确5某校学生在进行社会综合实践活动时，收集列出了一些放射性同位素的半衰期和可供利用的射线(见下表)，并总结出它们的几种用途.同位素 放射线 半衰期 同位素 放射线 半衰期钋 210 138 天 锶 99 28 年镅 241 433 天 锝 99 6 小时钴 60 5 年 氡 3.8 天根据上表请你分析判断下面结论正确的是( )A塑料公司生产聚乙烯薄膜，方法是让较厚的聚乙烯膜通过
22、轧辊后变薄，利用 射线来测定通过轧辊后的薄膜厚度是否均匀B钴 60 的半衰期为 5 年，若取 4 个钴 60 原子核，经 10 年后就一定剩下一个原子核C把放射性元素钋 210 掺杂到其他稳定元素中，放射性元素的半衰期变短D用锝 99 可以作示踪原子，用来诊断人体内的器官是否正常方法是给被检查者注射或口服附有放射性同位素的元素的某些物质，当这些物质的一部分到达要检查的器官时，可根据放射性同位素的射线情况分析器官正常与否答案 D解析 因为 射线不能穿透薄膜，无法测量薄膜的厚度，所以 A 错误；半衰期是对大量原子核的统计规律，对少数原子核不适用，且与元素所处的物理、化学状态无关，B、C 错误；检查
23、时，要在人体外探测到体内辐射出来的射线，而又不能让放射性物质长期留在体内，所以应选取锝 99 作为放射源，D 正确考点二 核反应方程6下列核反应或衰变方程中，符号“X ”表示中子的是( )A. Be He CX94 42 126B. N He OX147 42 178C. Hg n Pt2 HX2048 10 20278 1D. U NpX23992 2399答案 AC7在下列四个核反应方程中，X 1、X 2、X 3 和 X4 各代表某种粒子 HX 1 He n N He OX 231 42 10 147 42 178 Be He CX 3 Mg He AlX 494 42 126 2412
24、42 2713则以下判断中正确的是( )AX 1 是质子 BX 2 是中子CX 3 是电子 DX 4 是质子答案 D解析 根据核反应的质量数和电荷数守恒知，X 1 为 H， A 错；X 2 为 H，B 错；X 3 为21 1n，C 错；X 4 为 H，D 对10 18下面列出的是一些核反应方程：P SiX， Be H BY， He He LiZ，其中( )3015 3014 94 21 105 42 42 73AX 是质子，Y 是中子，Z 是正电子BX 是正电子，Y 是质子，Z 是中子CX 是中子，Y 是正电子，Z 是质子DX 是正电子，Y 是中子，Z 是质子答案 D考点三 综合应用9将威尔逊
25、云室置于磁场中，一个静止在磁场中的放射性同位素原子核 P，放出一个正3015电子后变成原子核 Si，如图所示能近似地反映正电子和 Si 核轨迹的是( )3014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道，C、D 错误因为洛伦兹力提供向心力，即 qvBm ，v2r所以做匀速圆周运动的半径为 r .mvqB衰变时，放出的正电子与反冲核 Si 核的动量大小相等，因此在同一个磁场中做圆周运动的半径与它们的电荷量成反比，即 .可见正电子运动的轨迹的
26、半径较大，B 正确，rerSi qSiqe 141A 错误10一个质子以 1.4107m/s 的速度撞一个孤立的静止铝原子核后被俘获，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，则下列说法正确的是( )A核反应方程为 Al H Si2713 1 2814B核反应方程为 Al H Si n2713 1 2714 10C硅原子核速度的数量级为 107m/sD硅原子核速度的数量级为 105m/s答案 AD解析 核反应方程为 Al H Si，由动量守恒定律得 m1.4107 m/s28mv，2713 1 2814解得 v510 5 m/s，因此选项 A、
27、D 正确二、非选择题11(核反应方程的书写)在中子、质子、电子、正电子、 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(1) U Th_.23892 23490(2) Be He C_.94 42 126(3) Th Pa_.23490 23491(4) P Si_.3015 3014(5) U_ Sr Xe10 n.23592 9038 13654 10(6) N He O_.147 42 178答案 (1) He (2) n (3) e (4) e (5) n (6) H42 10 0 1 0 1 10 1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
28、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 92902，质量数为 238234 4，由此可知为 粒子( He)，42同理确定其他粒子分别为：中子( n)，电子( e)，正电子( e)，中子( n)，质子( H)10 0 1 0 1 10 112(核反应方程的综合应用)1934 年约里奥居里夫妇用 粒子轰击静止的 Al，发现了2713放射性磷 P 和另一种粒子，并因这一伟大发现而获得诺贝尔物理学奖3015(1)写出这个过程的核反应方程式；(2)若该种粒子以初速度 v0 与一个静止的 12C 核发生碰撞，但没有发生核反应，该粒子碰后的速度大小为 v1，运动方向与原运动方向相反，求碰撞后 12C 核的速度答案 (1) Al He P n (2) ，方向与该粒子原运动方向相同2713 42 3015 10v0 v112解析 (1)核反应方程式为 Al He P n.2713 42 3015 10(2)由(1)知，该种粒子为中子，设该种粒子的质量为 m，则 12C 核的质量为 12m，设碰撞后12C 核的速度为 v2，由动量守恒定律可得 mv0m(v 1)12mv 2，解得 v2 ，碰撞后v0 v11212C 核的运动方向与该粒子原运动方向相同
