《高中物理 第19章 第3、4節(jié) 探測射線的方法 放射性的應用與防護課件 新人教版選修3-5.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《高中物理 第19章 第3、4節(jié) 探測射線的方法 放射性的應用與防護課件 新人教版選修3-5.ppt（37頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

第十九章原子核 第3節(jié)探測射線的方法第4節(jié)放射性的應用與防護 欄目鏈接 學習目標 1 了解探測射線的方法 并知道使用的儀器名稱和實驗原理 2 了解放射性同位素的應用 知道射線的危害和防護 1 方法 探測放射線的方法主要是利用放射線粒子與其他物質(zhì)作用時產(chǎn)生的一些現(xiàn)象來探知放射線的存在 這些現(xiàn)象主要是 1 使氣體電離 這些離子可使過飽和汽產(chǎn)生云霧或使過熱液體產(chǎn)生氣泡 2 使照相底片感光 3 使熒光物質(zhì)產(chǎn)生熒光 欄目鏈接 2 儀器 威爾遜云室 1 構造 云室的主要結(jié)構如下圖所示 圓筒形容器的下底是一個可在小范圍活動的活塞 上蓋是透明的 通過它可觀察云室內(nèi)發(fā)生的現(xiàn)象或進行照相 放射源可放在室內(nèi)側(cè)壁附近 也可放在室外側(cè)壁的窗口 欄目鏈接 2 原理 實驗時 在云室內(nèi)加一些酒精 使室內(nèi)充滿飽和汽 然后使活塞迅速向下移動一段距離 室內(nèi)氣體由于突然膨脹而溫度降低 使酒精的飽和汽處于飽和狀態(tài) 這時如果有能量較高的粒子從室內(nèi)氣體中飛過 就會使沿途的氣體分子電離產(chǎn)生離子 過飽和汽便以這些離子為核心凝成一條霧跡 3 放射線在云室中的徑跡 粒子的質(zhì)量比較大 在氣體中飛行時不易改變方向 由于它的電離本領大 沿途產(chǎn)生的離子多 所以它在云室中的徑跡直而粗 粒子的質(zhì)量小 跟氣體碰撞時容易改變方向 并且電離本領小 沿途產(chǎn)生的離子少 所以它在云室中的徑跡比較細 而且常常彎曲 粒子的電離本領更小 在云室中一般看不到它的徑跡 根據(jù)徑跡的長短和粗細 可以知道粒子的性質(zhì) 把云室放在磁場中 從帶電粒子運動軌跡的彎曲方向 還可以知道粒子所帶電荷的正負 3 氣泡室 氣泡室的原理同云室的原理類似 所不同的是氣泡室里裝的是液體 如液態(tài)氫 控制氣泡室內(nèi)液體的溫度和壓強 使溫度略低于液體的沸點 當氣泡室內(nèi)壓強突然降低時 液體的沸點變低 因此液體過熱 粒子通過液體時在它的周圍就有氣泡形成 4 蓋革 米勒計數(shù)器 1 構造 計數(shù)器的主要部分是計數(shù)管 其結(jié)構如下圖所示 它是一支玻璃管 里面有一個銅圓筒 或在管壁上涂有一層導電薄膜 這是陰極 穿過圓筒軸心的鎢絲是陽極 管內(nèi)充有低壓的惰性氣體 工作時在兩極間加上的電壓通常略低于管內(nèi)氣體的電離電壓 2 原理 當某種射線粒子進入管內(nèi)時 它使管內(nèi)的氣體電離 產(chǎn)生的電子在電場中被加速 能量越來越大 電子跟管中的氣體分子碰撞時 又使氣體分子電離 產(chǎn)生電子 這樣 一個粒子進入管中后可以產(chǎn)生大量電子 這些電子到達陽極 陽離子到達陰極 在電路中就產(chǎn)生一次脈沖放電 利用電子儀器可以把放電次數(shù)記錄下來 3 優(yōu)缺點 優(yōu)點 放大倍數(shù)很大 非常靈敏 用它來檢測放射性是很方便的 缺點 它對于不同的射線產(chǎn)生的脈沖現(xiàn)象相同 因此只用來計數(shù) 而不能區(qū)分射線的種類 如果同時有大量粒子 或兩個粒子射來的時間間隔很短 小于200 s 時 也不能區(qū)分它們 嘗試應用1 多選 關于威爾遜云室探測射線 下述正確的是 AB A 威爾遜云室內(nèi)充滿過飽和蒸汽 射線經(jīng)過時可顯示出射線運動的徑跡 B 威爾遜云室中徑跡粗而短的是 射線 C 威爾遜云室中徑跡細而長的是 射線D 威爾遜云室中顯示粒子徑跡原因是電離 所以無法由徑跡判斷射線所帶電荷的正負 解析 云室內(nèi)充滿過飽和蒸汽 射線經(jīng)過時把氣體電離 過飽和蒸汽以離子為核心凝結(jié)成霧滴 霧滴沿射線的路線排列 顯示出射線的徑跡 故A選項正確 由于 粒子的電離本領大 貫穿本領小 所以 射線在云室中的徑跡粗而短 即B選項正確 由于 射線的電離本領很弱 所以在云室中一般看不到它的徑跡 而細長徑跡是 射線的 所以C選項錯誤 把云室放在磁場中 由射線徑跡的彎曲方向就可以判斷射線所帶電荷的正負 所以D選項錯誤 欄目鏈接 1 定義 原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過程 稱為核反應 2 規(guī)律 質(zhì)量數(shù)守恒 電荷數(shù)守恒 3 人工核轉(zhuǎn)變反應方程 嘗試應用2 在 衰變中常伴有一種稱為 中微子 的粒子放出 中微子的性質(zhì)十分特別 因此在實驗中很難探測 1953年 萊尼斯和柯文建造了一個由大水槽和探測器組成的實驗系統(tǒng) 利用中微子與水中的核反應 間接地證實了中微子的存在 1 中微子與水中的發(fā)生核反應 產(chǎn)生中子 和正電子 即中微子可以判定 中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)分別是 A 0和0B 0和1C 1和0D 1和1 2 上述核反應產(chǎn)生的正電子與水中的電子相遇 與電子形成幾乎靜止的整體后 可以轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€光子 即已知正電子和電子的質(zhì)量都為9 1 kg 反應中產(chǎn)生的每個光子的能量約為 J 正電子與電子相遇不可能只轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€光子 原因是 解析 1 發(fā)生核反應前后 粒子的質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)均不變 據(jù)此可知中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)分別都是0 A項正確 2 產(chǎn)生的能量是由于質(zhì)量虧損 兩個電子轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€光子之后 質(zhì)量變?yōu)榱?由E 故一個光子的能量為 帶入數(shù)據(jù)得 8 2 J 正電子與水中的電子相遇 與電子形成幾乎靜止的整體 故系統(tǒng)總動量為零 故如果只產(chǎn)生一個光子是不可能的 因為此過程遵循動量守恒 答案 1 A 2 8 2 J遵循動量守恒 1 放射性同位素 有些元素的同位素具有放射性 叫作放射性同位素 注 天然存在的放射性元素只有四十多種 但人工方法得到的已達1000多種 由于人工放射性元素具有半衰期短 放射強度容易控制等特點 已廣泛應用于各個領域 2 放射性同位素的應用 1 工業(yè)上使用射線測厚度 2 煙霧報警器 3 醫(yī)學放療殺傷癌細胞 4 射線照射種子 培育優(yōu)良品種 殺死使食物腐敗的細菌 抑制蔬菜發(fā)芽 延長保存期 5 作示蹤原子 由于放射性同位素跟同種元素的非放射性同位素具有相同的化學性質(zhì) 如果把放射性同位素的原子摻到其他物質(zhì)中去 讓它們一起運動 遷移 再用放射性探測儀器進行追蹤 就可知道放射性原子通過什么路徑 運動到哪里去 是怎樣分布的了 我們把用作這種用途的放射性同位素叫作示蹤原子 例如 利用示蹤原子可以檢查輸油管道上的漏油位置 在生物學研究方面 同位素示蹤技術也起著十分重要的作用 在給農(nóng)作物施肥時 在肥料里放一些放射性同位素 這樣可以知道農(nóng)作物在各季節(jié)吸收含有哪種元素的肥料 3 放射性的污染和防護 1 放射性污染 過量的放射性會對環(huán)境造成污染 對人類和自然界產(chǎn)生破壞作用 幾件需要記住的放射性污染事件是 1945年美國向日本的廣島和長崎投了兩枚原子彈 當時炸死了十多萬人 另有無數(shù)的平民受到輻射后患有各種疾病 使無辜的平民痛不欲生 欄目鏈接 1987年蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站的泄露造成了大量人員的傷亡 至今大片領土仍是生物活動的禁區(qū) 美國在近幾年的兩次地區(qū)沖突 海灣地區(qū) 科索沃地區(qū) 中大量使用了含有放射性的貧鈾彈 使許多人患有莫名其妙的疾病 2 放射性的防護 為了防止有害的放射線對人類和自然的破壞 人們采取了有效的防范措施 例如在核電站的核反應堆外層用厚厚的水泥來防止放射線的外泄 用過的核廢粒要放在很厚的重金屬箱內(nèi) 并深埋地下 在生活中對那些有可能有放射性的物質(zhì)要有防范的意識 盡可能遠離放射源 嘗試應用3 關于放射性同位素的說法正確的是 B A 給農(nóng)作物施肥時 在肥料里放一些放射性同位素 是因為農(nóng)作物吸收放射性同位素后生長更好B 輸油管道漏油時 可以在輸?shù)挠椭蟹乓恍┓派湫酝凰靥綔y其射線 確定漏油位置C 天然放射元素也可以作為示蹤原子加以利用 只是較少 經(jīng)濟上不劃算D 放射性元素被植物吸收 其放射性將發(fā)生改變 解析 放射性應用的是放射性同位素 因為其含量易控制 衰變周期短 不會對環(huán)境造成永久污染 而天然放射性元素 劑量不易控制 衰變周期長 會污染環(huán)境 所以不用天然放射元素 C錯 放射性元素與它的同位素的化學性質(zhì)相同 但是利用放射性元素可以確定農(nóng)作物在各季節(jié)吸收含有哪種元素的肥料 無論植物吸收含放射性元素的肥料 還是無放射性肥料 植物生長都是相同的 A錯 放射性是原子核的本身性質(zhì) 與元素的狀態(tài) 組成等無關 D錯 輸油管道漏油可以利用示蹤原子確定漏油點 B正確 圖為 粒子穿過充滿氮氣的云室時拍攝的照片 在許多 粒子的徑跡中有一條發(fā)生了分叉 分叉后有一條細而長的徑跡和一條粗而短的徑跡 則 欄目鏈接 A 細而長的徑跡是 粒子B 細而長的徑跡是氧核C 粗而短的徑跡是氧核D 粗而短的徑跡是質(zhì)子 審題指導 1 粒子穿過充滿氮氣的云室 與氮核發(fā)生核反應 寫出核反應方程式可知產(chǎn)生氧核和質(zhì)子 2 在云室中 徑跡粗細反映粒子的電離本領的強弱 徑跡長短反映粒子的貫穿本領的強弱 比較氧核和質(zhì)子的質(zhì)量以及帶電量關系 所以粗而短的是新核的徑跡 細而長的是質(zhì)子的徑跡 解析 根據(jù)電荷數(shù)守恒 質(zhì)量數(shù)守恒 粒子與氮核發(fā)生核反應 產(chǎn)生氧核和質(zhì)子 則粗而短的是氧核的徑跡 細而長的是質(zhì)子的徑跡 故C正確 答案 C點評 本題考查云室探測射線的原理以及人工核反應的規(guī)律 變式訓練1 多選 用蓋革 米勒計數(shù)器測定放射源的放射強度為每分鐘405次 若將一張厚紙板放在計數(shù)器與放射源之間 計數(shù)器幾乎測不到射線 10天后再次測量 測得該放射源的放射強度為每分鐘101次 則下列關于射線性質(zhì)及它的半衰期的說法正確的是 AC A 放射源射出的是 射線B 放射源射出的是 射線C 這種放射性元素的半衰期是5天D 這種放射性元素的半衰期是2 5天 日本東部海域9 0級大地震所引發(fā)的福島核電站泄漏事故 讓全世界都陷入了恐慌 下面有關核輻射的相關知識 說法正確的是 A 核泄漏中放射性物質(zhì)都是天然放射性元素B 放射性輻射對人類都是有害的C 可以通過改變放射性物質(zhì)的外部環(huán)境來改變放射性衰變的快慢D 三種射線中只有 射線是不帶電的 欄目鏈接 審題指導 1 核輻射是指放射性物質(zhì)以波或微粒形式發(fā)射出的一種能量 也稱為放射性 指的是 等放射線這一類輻射 只有過量的核輻射才會對人體造成傷害 而少量的核輻射不會危及人類的健康 合理使用還可以造福人類 2 正確解答本題需要掌握 放射性的應用和防護 正確理解半衰期的含義 三種射線性質(zhì)和應用 解析 核泄漏中放射性物質(zhì)有的是人工合成的放射性同位素 并非都是天然放射性元素 故A錯誤 合理應用放射性輻射可以造福人類 如示蹤原子 人工育種等 并非都是有害的 故B錯誤 放射性衰變的快慢即半衰期是由元素本身決定的 與外部環(huán)境無關 故C錯誤 射線帶正電 帶負電 是高頻電磁波不帶電 故D正確 答案 D點評 本題考查放射性的應用和防護 半衰期的含義以及三種射線的性質(zhì) 變式訓練2 多選 2000年8月21日 俄羅斯 庫爾斯克 號核潛艇在巴倫支海遇難 沉入深度約為100m的海底 庫爾斯克 號核潛艇的沉沒再次引起人們對核廢料與環(huán)境問題的重視 幾十年來人們向以巴倫支海海域傾倒了不少核廢料 核廢料對海洋環(huán)境有嚴重的污染作用 其原因有 ABC A 鈾 钚等核廢料有放射性B 鈾 钚等核廢料的半衰期很長C 鈾 钚等重金屬有毒性D 鈾 钚等核廢料會造成爆炸 解析 核廢料泛指在核燃料生產(chǎn) 加工和核反應堆用過的不再需要的并具有放射性的廢料 也專指核反應堆用過的乏燃料 經(jīng)過處理回收钚239等可利用的核材料后 余下的不再需要的并具有放射性的廢料 鈾 钚等核廢料有放射性 射線有危害 故A正確 鈾 钚等核廢料的半衰期很長 短期內(nèi)很難消失 故B正確 鈾 钚等是重金屬 重金屬都有毒性 故C正確 鈾 钚等核廢料的體積小于鏈式反應的臨界條件 不會造成爆炸 故D錯誤 1919年盧瑟福用 粒子撞擊核發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子 1 寫出這個核反應的方程 2 上述核反應可以用如下的模型來認識 運動的 粒子撞擊一個靜止的核 它們暫時形成一個整體 復合核 隨即復合核迅速轉(zhuǎn)化成一個質(zhì)子和另一個原子核 已知復合核發(fā)生轉(zhuǎn)化需要能量1 19MeV 那么要想發(fā)生上述核反應 入射的 粒子的能量至少要多大 3 英國物理學家威爾遜在1911年發(fā)明了 云室 帶電粒子在云室中運動時 可以顯現(xiàn)出運動的徑跡 把云室放在勻強電場中 分別將質(zhì)子和 粒子垂直于電場方向打入同一勻強電場中 粒子初速度的方向跟電場線所在平面平行 觀察到它們運動的徑跡 如果質(zhì)子和 粒子運動的徑跡相同 求 質(zhì)子和 粒子進入電場時的動能之比是多少 審題指導 1 根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可以正確書寫核反應方程 2 粒子撞擊核形成復合核過程 遵循動量守恒定律和能量守恒定律 根據(jù)兩大守恒列方程求解入射的 粒子的動能 3 帶電粒子垂直于電場方向射入勻強電場中 在勻強電場中做類平拋運動 根據(jù)類平拋運動規(guī)律求解 解析 1 根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得 粒子轟擊氮核方程為 2 粒子撞擊核形成復合核過程 遵循動量守恒定律 則有 m1v m1 m2 v 由能量守恒得到m1 m1 m2 1 19MeV 變式訓練3 盧瑟福用 粒子轟擊氮原子核 產(chǎn)生了氧的一種同位素 氧17和一個質(zhì)子 這是人類第一次實現(xiàn)的原子核的人工轉(zhuǎn)變 下面說法不正確的有 C A 在核反應中 質(zhì)量數(shù)守恒 電荷數(shù)守恒B 發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應方程是C 在核反應中 系統(tǒng)動量守恒 能量不守恒D 假設 粒子以很小的初速度v與靜止氮原子核碰撞是彈性正碰 將不能產(chǎn)生質(zhì)子 且 粒子的碰后速度大小為v 反向彈回 解析 在核反應中 質(zhì)量數(shù)守恒 電荷數(shù)守恒 故A正確 根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得核反應方程是 故B正確 在核反應中 系統(tǒng)動量守恒 能量守恒 故C錯誤 粒子以很小的初速度v與靜止氮原子核碰撞是彈性正碰 規(guī)定 粒子初速度v方向是正方向 設碰后 粒子速度是v1 氮原子核速度是v2 根據(jù)動量守恒得 mv mv1 Mv2