2018-2019人教版物理选修3-5第19章第3、4节《探测射线的方法放射性的应用与防护》练习题
第十九章 第3节、第4节
第3节探测射线的方法第4节放射性的应用与防护1．了解探测射线的几种方法，熟悉探测射线的几种仪器。
2．知道核反应及其遵循的规律，会书写核反应方程。
3．知道什么是放射性同位素和人工放射性同位素。
4．了解放射性同位素在科学与生产领域的应用，了解辐射过量的危害。
一、探测射线的方法探测器材的设计思路：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□01雾滴，过热液体会产生气泡。
射线中的粒子会使照相乳胶感光。
射线中的粒子会使□02荧光物质产生荧光。
1．威耳逊云室其结构为一个圆筒状容器，上盖透明，底部可以上下移动，相当于□03活塞。
实验时先往容器内加入少量酒精，使容器内充满酒精的饱和蒸气，然后迅速下拉活塞，气体迅速膨胀，温度降低，酒精蒸气达到□04过饱和状态。
粒子穿过该空间时，沿途使气体分子□05电离，过饱和蒸气就会以这些离子为核心□06凝成雾滴，于是显示出射线的径迹。
2．气泡室与云室原理类似，只是容器里装的是液体，并控制里面液体的温度和压强，使温度略低于液体的沸点。
当气泡室内的□07压强突然降低时，液体的□08沸点变低，因此液体过热，粒子通过液体时在它周围就有□09气泡形成，显示出粒子的径迹。
3．盖革－米勒计数器它的主要部分是盖革－米勒计数管，外面是玻璃管，里面有一个接在电源负极上的□10导电圆筒，□11金属丝，里面充入□12惰性气体以及少量□13酒精或溴蒸气。
当射线进入管内时，会使管内气体□14电离，产生的□15电子在电场中加速，再与管内气体分子碰撞，又使气体电离，产生电子……一个粒子进入玻璃管内就会产生大量的电子，这些电子到达阳极，正离子到达阴极，电路中形成一次脉冲□16放电，电子仪器把脉冲次数记录下来。
二、核反应1．定义：原子核在其他粒子的轰击下产生□01新原子核的过程。
2．原子核的人工转变(1)1919年□02卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，产生了氧的一种同位素，同时产生一个质子。
2019-2020人教版物理选修3-5 第19章 3 探测射线的方法 4 放射性的应用与防护
3 探测射线的方法4 放射性的应用与防护[学习目标] 1.知道射线中的粒子与其他物质作用时产生的现象，了解几种仪器的简单构造和基本原理．(难点)2.知道什么是放射性同位素和人工放射性同位素.3.知道核反应及其遵从的规律，会正确书写核反应方程．(重点、难点)4.了解放射性在生产和科学领域的应用．知道射线的危害及防护．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径迹仪器(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．(2)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，同时产生一个质子．卢瑟福发现质子的核反应方程：147N＋42He→178O＋11H.遵循规律：质量数守恒，电荷数守恒．2．人工放射性同位素(1)放射性同位素的定义：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α粒子轰击的铝片中含有放射性磷3015P.发现磷同位素的方程：42He＋2713Al→3015P＋10n.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的化学性质，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．1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)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．(√)(2)卢瑟福发现质子的过程就是原子核的人工转变过程．(√)(3)衰变反应过程和原子核的人工转变过程都遵循质量守恒和电荷守恒规律．(×)(4)同一种元素的放射性同位素具有相同的半衰期．(×)(5)在用到射线时，利用人工放射性同位素和天然放射性物质都可以．(×)(6)用放射性同位素代替非放射性的同位素来制成各种化合物做“示踪原子”．(√) 2．(多选)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()A．由于γ射线的能量大，容易显示其径迹B．γ射线的电离本领很小，在云室中一般看不到它的径迹C．由于β粒子的速度大，其径迹细而且长D．由于α粒子的速度小，不易显示其径迹[解析]在云室中显示粒子径迹是由于引起气体电离，以这些离子为核心凝结成雾滴，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B、C正确．[答案]BC3．(多选)以下是物理学史上3个著名的核反应方程x＋73Li→2y y＋147N→x＋178O y＋94Be→z＋126Cx、y和z是3种不同的粒子，下列说法正确的是()A．x为α粒子B．x为质子C．y为α粒子D．z为中子[解析]根据质量数守恒和电荷数守恒可以确定x为质子11H，y为42He核即α粒子，z为中子10n.[答案]BCD1．(1)α粒子的质量比较大，在气体中飞行时不易改变方向．由于它的电离本领大，沿途产生的离子多，所以它在云室中的径迹直而粗．(2)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，所以它在云室中的径迹比较细，而且速度减小后的轨迹常常弯曲．(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．不同探测方法的对比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．【例1】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，则该放射性元素的半衰期是________天，放出的射线是________射线．[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；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．[答案]5α1．(多选)利用威耳逊云室探测射线时若观察到细长和弯曲的径迹，则下列说法正确的是()A．可知有α射线射入云室B．可知有β射线射入云室C．观察到的是射线粒子的运动D．观察到的是射线粒子运动路径上的酒精雾滴[解析]因为观察到威耳逊云室中存在细长和弯曲的径迹，可知是β射线的径迹，A错，B对；射线粒子的运动是观察不到的，观察到的是酒精过饱和蒸气在射线粒子运动路径上形成的雾滴，C错，D对．[答案]BD1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：14N＋42He→178O＋11H7(2)1932年查德威克发现中子的核反应：9Be＋42He→126C＋10n4(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：2713Al＋42 He→3015P＋10n；3015P→3014Si＋0＋1e.4．人工转变核反应与衰变的比较(1)不同点：原子核的人工转变是一种核反应，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，它不受物理和化学条件的影响．(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)105B＋42He→137N＋()(2)94Be＋()→126C＋10n(3)2713Al＋()→2712Mg＋11H(4)147N＋42He→178O＋()(5)2311Na＋()→2411Na＋11H(6)2713Al＋42He→10n＋()；3015P→3014Si＋()[解析](1)105B＋42He→137N＋10n(2)94Be＋42He→126C＋10n由此核反应使查德威克首次发现了中子．(3)2713Al＋10n→2712Mg＋11H(4)147N＋42He→178O＋11H此核反应使卢瑟福首次发现了质子．(5)2311Na＋21H→2411Na＋11H(6)2713Al＋42He→10n＋3015P；30P→3014Si＋0＋1e(正电子)15此核反应使约里奥—居里夫妇首次发现了正电子．书写核反应方程的四条重要原则(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(中学阶段不作要求)；(4)核反应必须是实验中能够发生的．2．图为查德威克实验示意图，由于天然放射性元素钋(Po)放出的α射线轰击铍时会产生粒子流A，用粒子流A轰击石蜡时会打出粒子流B，经研究知道()A．A为中子，B为质子B．A为质子，B为中子C．A为γ射线，B为中子D．A为中子，B为γ射线[解析]α射线轰击铍时的核反应方程：94Be＋42He→(136C)→126C＋10n，得知A为中子，中子轰击石蜡时会打出质子流，所以A正确；其他选项错误．[答案] A1．可分为天然放射性同位素和人工放射性同位素两种，天然放射性同位素不过40多种，而人工放射性同位素已达1 000多种，每种元素都有自己的放射性同位素．2．人工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)半衰期比天然放射性物质短得多，放射性废料容易处理．因此，凡是用到射线时，用的都是人工放射性同位素．3．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——利用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．【例3】(多选)关于放射性同位素的应用下列说法中正确的有()A．放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，因此达到了消除有害静电的目的B．利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤C．用放射线照射作物种子能使其DNA发生变异，其结果一定是成为更优秀的品种D．用γ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[解析]利用放射线消除有害静电是利用α射线的电离性，使空气分子电离成导体，将静电泄出，A错误；利用γ射线的穿透性可以为金属探伤，γ射线对人体细胞伤害太大，因此不能用来人体透视，在用于治疗肿瘤时要严格控制剂量，B、D正确；DNA变异并不一定都是有益的，C错误．[答案]BD放射性同位素的两类应用(1)利用它的射线：α射线的电离作用，γ射线的贯穿本领和生物作用，β射线的贯穿本领．(2)作为示踪原子：多数情况下用β射线，因为γ射线难以探测到．3．(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]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．[答案]BD1．(多选)关于放射性的应用，下列说法正确的是()A．利用α射线使空气电离，把静电荷导走B．利用β射线照射植物的种子，使产量显著增加C．利用γ射线来治疗肺癌、食道癌等疾病D．利用放射性同位素跟它的非放射性同位素的化学性质相同，作为示踪原子[解析]α射线的电离作用很强，利用α射线的电离作用，A对；γ射线对生物具有物理化学作用，照射种子可使基因变异，可用于放射性治疗，β射线不具有生物作用，B错，C对；同位素的核外电子数相同，化学性质相同，放射性同位素带有“放射性标记”，可用探测器探测，D对．[答案]ACD2．(多选)用高能8636Kr(氪)离子轰击20882Pb(铅)，释放出一个中子后，生成了一个新核，关于新核的推断正确的是()A．其质子数为118B．其质量数为293C．其原子序数为118 D．其中子数为90[解析]核反应方程为20882Pb＋8636Kr→10n＋293118X，新核质量数为293，质子数为118，中子数为293－118＝175.故正确选项为A、B、C.[答案]ABC3．(多选)用α粒子照射充氮的云室，摄得如图所示的照片，下列说法中正确的是()A．A是α粒子的径迹B．B是α粒子的径迹C．C是α粒子的径迹D．C是质子的径迹[解析]α粒子轰击氮的核反应方程为42He＋147N→178O＋11H，入射的是α粒子．所以B是α粒子产生的径迹，质量大、电离作用强的新核178O，径迹粗而短，故A是新核径迹．质子电离作用弱一些，贯穿作用强，所以细而长的径迹是质子的径迹．所以正确选项为B、D.[答案]BD4．正电子发射计算机断层显像(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像．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”)[解析](1)由题意得158O→157N＋0＋1e，0＋1e＋0－1e→2γ.(2)将放射性同位素15O注入人体后，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，所以它的用途为作为示踪原子．B 正确．(3)根据同位素的用途，为了减小对人体的伤害，半衰期应该很短．[答案](1)158O→157N＋0＋1e，0＋1e＋0－1e→2γ(2)B(3)短。
高中物理 19.3 探测射线的方法 19.4 放射性的应用与防护课件 新人教版选修3-5
(3)优缺点 ①优点：放大倍数很大，非常灵敏，用它来检测放射性是很 方便的. ②缺点：它对于不同的射线产生的脉冲现象相同，因此只能 用来计数，而不能区分射线的种类.如果同时有大量粒子，或 两个粒子射来的时间间隔很短(小于200μs)时，也不能区分 它们.
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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，而云室里装的是气体.
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二、核反应及核反应方程
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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.
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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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【典例1】用盖革—米勒计数器测定放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
A.A=2，Z=1
B.A=2，Z=2
C.A=3，Z=3
D.A=3，Z=2
【解题指导】解答本题时，可参照以下解题步骤：
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【标准解答】选D.写出核反应方程：AZX+21H 42He+11H， 由质量数守恒和电荷数守恒，列方程A+2=4+1，Z+1=2+1， 解 得：A=3，Z=2，故答案为D.
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(1)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. (2)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.
人教版高中物理选修3-5 第十九章第三节探测放射性的方法教学课件(共19张PPT) (1)
例1：被不同剂量γ 射线照射后的马铃薯8个月 后的情况，左上方的马铃薯没经过γ 射线照射， 右下方的被γ 射线照射的剂量最大，左下方保 存最好的马铃薯被γ 射线照射的剂量适中。
例2：“鲁棉一号”就是山东省棉花研究所的 科技人员应用放射性同位素钴-60放出的伽玛 射线处理棉花杂交的后代育成的。
一、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、规律：质量数和电荷数都守恒
3、反应方程： （1）发现质子（卢瑟福）
14 7
N
4 2
He
178
O11
H
（2）发现中子（查德威克）
9 4
Be
4 2
He
162
C
1 0
n
二、人工放射性同位素
1934年，约里奥·居里和伊丽芙·居里在用 粒子轰击铝箔时，除探测到预料中的中子外， 还探测到了正电子。
三、放射性同位素的应用
1、利用放射性同位素的射线
（1）用γ射线检查金属内部有没有砂眼或裂纹，所 用的设备叫γ射线探伤仪。
（2）利用射线的穿透本领与物质厚度密度的关系， 来检查各种产品的厚度和密封容器中液体的高度等， 从而实现自动控制。
（3）利用射线使空气电离而把空气变成导电气体， 以消除化纤、纺织品上的静电。
2、使照相底片感光。
3、使荧光物质产生荧光。
19.4 放射性的应用与防护
复习回顾：
1、什么是原子核的衰变？——原子核自发的 原子核放出粒子或粒子，由于核电荷
数变了，而变成另一种原子核。
2、原子核的衰变有什么样的规律？
(1）衰变时电荷数和质量数都守恒 (2）衰变过程不可逆，所以用箭头，不用等号 (3）由实验决定，不凭空编造
2018版高中物理选修3-5学业分层测评：第19章 3 探测射线的方法 4 放射性的应用与防护 含解析 精品
学业分层测评(十五)(建议用时：45分钟)[学业达标]1．(多选)关于放射性的应用，下列说法正确的是()A．利用α射线使空气电离，把静电荷导走B．利用β射线照射植物的种子，使产量显著增加C．利用γ射线来治疗肺癌、食道癌等疾病D．利用放射性同位素跟它的非放射性同位素的化学性质相同，作为示踪原子【解析】α射线的电离作用很强，应利用α射线的电离作用，A对；γ射线对生物具有物理化学作用，照射种子可使基因变异，可用于放射性治疗，β射线不具有生物作用，B错，C对；同位素的核外电子数相同，化学性质相同，放射性同位素带有“放射性标记”，可用探测器探测，D对．【答案】ACD2．(多选)用高能8636Kr(氪)离子轰击20882Pb(铅)，释放出一个中子后，生成了一个新核，关于新核的推断正确的是()A．其质子数为118B．其质量数为293C．其原子序数为118 D．其中子数为90【解析】核反应方程为20882Pb＋8636Kr―→10n＋293118X，新核质量数为293，质子数为118，中子数为293－118＝175.故正确选项为ABC.【答案】ABC3．(多选)用α粒子照射充氮的云室，摄得如图19-3-2所示的照片，下列说法中正确的是()图19-3-2A．A是α粒子的径迹B．B是α粒子的径迹C．C是α粒子的径迹D．C是质子的径迹【解析】α粒子轰击氮的核反应方程为42He＋147N→178O＋11H，入射的是α粒子．所以B是α粒子产生的径迹，质量大、电离作用强的新核178O，径迹粗而短，故A是新核径迹．质子电离作用弱一些，贯穿作用强，所以细而长的径迹是质子的径迹．所以正确选项为B、D.【答案】BD4．有关放射性同位素3015P的下列说法，正确的是()A.3015P与3014X互为同位素B.3015P与3014X有相同的化学性质C．用3015P制成化合物后它的半衰期变长D．含有3015P的磷肥释放正电子，可用作示踪原子，观察磷肥对植物的影响【解析】同位素应具有相同的质子数，3015P和3014X不是同位素，不具有相同的化学性质，A、B均错误；元素的半衰期与其所处的状态无关，C错；放射性同位素可作为示踪原子，故D对．【答案】 D5．(多选)关于威耳逊云室探测射线，下列说法正确的是()【导学号：54472181】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．威耳逊云室中径迹直而粗的是α射线C．威耳逊云室中径迹细而弯曲的是γ射线D．威耳逊云室中显示粒子径迹的原因是电离，所以无法由威耳逊云室判断射线所带电荷的正负【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，雾滴沿射线的路径排列，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，故α粒子在云室中的径迹直而粗，即B正确；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，径迹细而弯曲的是β射线，所以C错误；把云室放到磁场中，由射线径迹的弯曲方向就可以判断射线所带电荷的正负，故D错误．【答案】AB6．(多选)在粒子物理的研究中，可以让粒子通过叫“云室”“气泡室”的装置，以显示它们的径迹，如图19-3-3所示的是在液氢气泡室中拍摄到的带电粒子的径迹，气泡室中加有匀强磁场．关于粒子的径迹是一对紧绕的螺旋线的说法正确的是()【导学号：54472182】图19-3-3A．进入气泡室的是一对带相反电荷的粒子，在同一个磁场中它们所受的洛伦兹力方向相反B．进入气泡室的粒子的比荷一定不同C．粒子的径迹是螺旋线，是因为粒子在运动过程中能量减少D．粒子的径迹是螺旋线，是因为粒子的带电荷量越来越少【解析】根据粒子进入气泡室后沿相反的方向运动，说明粒子所受的洛伦兹力方向相反，粒子带相反电性的电荷，A正确．由R＝m vqB知，R不同，因为速度v的大小关系不确定，mq的大小关系也不确定，即mq可能相同，B错．因为粒子在运动过程中电荷量不变，但要受到阻力作用，能量减少，速度减小，故半径减小，所以粒子的径迹是螺旋线，C对，D错．【答案】AC7．回旋加速器在核科学、核技术、核医学等高新技术领域得到了广泛应用，有力地推动了现代科学技术的发展．当今医学影像诊断设备PET/CT堪称“现代医学高科技之冠”，它在医疗诊断中，常利用能放射正电子的同位素碳11作示踪原子．碳11是由小型回旋加速器输出的高速质子轰击氮14获得，同时还产生另一粒子，试写出核反应方程．若碳11的半衰期τ为20 min, 经2.0 h剩余碳11的质量占原来的百分之几？(结果取2位有效数字)【导学号：54472183】【解析】核反应方程为147N＋11H→116C＋42He设碳11原有质量为m0，经过t1＝2.0 h剩余的质量为mτ，根据半衰期定义有：m τm 0＝⎝ ⎛⎭⎪⎫12t 1τ≈1.6% 【答案】 14 7N ＋11H →11 6C ＋42He 1.6%8．同位素这个概念是1913年英国科学家索迪(1877～1956)提出的．许多元素都存在同位素现象，在目前已发现的114种元素中，稳定同位素约300多种，而放射性同位素达1500种以上，而且大多数是人工制造的．(1)中国科学院近代物理研究所的科学家利用兰州重离子加速器在重质量半中子区首次制得镤元素的一种同位素(234Pa)．已知234 90Th(钍)→234Pa(镤)＋0－1e(电子)，则234Pa 原子核里的中子数应为________．(2)1934年，科学家在用α粒子轰击铝箔时，除探测到预料中的中子外，还探测到了正电子，更意外的是拿走α放射源后，铝箔虽不再发射中子，但仍继续发射正电子，而且这种放射性随时间衰减规律跟天然放射性一样，也有一定的半衰期．①写出α粒子轰击铝箔(2713A1)产生中子的核反应方程式，并请写出核反应和一般化学反应的不同点(请答3点)．②上述产生的具有放射性的同位素叫放射性同位素，写出其产生正电子的核反应方程式．【导学号：54472184】【解析】 (1)由方程两边的质量数和电荷数相同，可知234Pa 中质子数为91，则中子数为234－91＝143.(2)①铝核被α粒子击中后产生中子的反应为2713A1＋42He →3015P ＋10n.核反应和一般化学反应的不同点：a.核反应是原子层次上的变化，而化学反应是分子层次上的变化(或核反应前后元素发生变化，化学反应前后元素的种类不变)；b.化学反应释放的能量与核反应相比是微不足道的；c.核反应涉及的力是强相互作用，而化学反应涉及的力是弱相互作用．②3015P 是磷的一种同位素，也有放射性，像天然放射性元素一样发生衰变，衰变时放出正电子，该反应为3015P →3014Si ＋ 0＋1e.【答案】 (1)143 (2)①2713A1＋42He →3015P ＋10n 不同点见解析 ②3015P →3014Si＋0＋1e[能力提升]9．(多选)一个质子以1.0×118 m/s 的速度撞一个静止的铝原子核后被俘获，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2713Al＋11H→2814SiB．核反应方程为2713Al＋10n→2814SiC．质子撞铝原子核的过程动量守恒D．硅原子核速度的数量级为118 m/s，方向跟质子的初速度方向一致【解析】由核反应中电荷数和质量数守恒可知A选项正确，B选项错误；由动量守恒定律求得硅原子速度的数量级为118 m/s，即D选项错误，C选项正确．【答案】AC10．(多选)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．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轧辊后变薄，利用α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不变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到检查的器官时，可根据放射性同位素的射线情况分析器官正常与否【解析】因为α射线不能穿透薄膜，无法测量薄膜的厚度，所以A不正确；钴60的半衰期为5年是指大量钴60原子核因衰变而减少到它原来数目的一半所需要的时间，因此B错误，C正确；检查时，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．【答案】CD11．中国科学院上海原子核研究所制得了一种新的铂元素的同位素20278Pt.制取过程如下：(1)用质子轰击铍靶94Be产生快中子；(2)用快中子轰击汞20480Hg，反应过程可能有两种：①生成20278Pt，放出氦原子核；②生成20278Pt，放出质子、中子；(3)生成的20278Pt发生两次β衰变，变成稳定的原子核汞20280Hg.写出上述核反应方程式.【导学号：54472250】【解析】根据质量数守恒和电荷数守恒，算出新核的电荷数和质量数，然后写出核反应方程．(1)94Be＋11H→95B＋10n.(2)①20480Hg＋10n→20278Pt＋32He；②20480Hg＋10n→20278Pt＋211H＋10n.(3)20278Pt→20279Au＋0－1e；202Au→20280Hg＋0－1e.79【答案】见解析12．1956年李政道和杨振宁提出在弱相互作用中宇称不守恒，并由吴健雄用6027Co的衰变来验证，其核反应方程是6027Co→A Z Ni＋0－1e＋νe.其中νe是反中微子，它的电荷量为零，静止质量可认为是零．(1)在上述衰变方程中，衰变产物A Z Ni的质量数A是________，核电荷数Z是________．(2)在衰变前6027Co核静止，根据云室照片可以看出，衰变产物Ni和0－1e的运e，那么衰变过程将违背动径迹不在一条直线上，如果认为衰变产物只有Ni和0－1________守恒定律．(3)6027Co是典型的γ放射源，可用于作物诱变育种．我国应用该方法培育出了许多农作物新品种，如棉花高产品种“鲁棉1号”，年种植面积曾达到3 000多万亩，在我国自己培育的棉花品种中栽培面积最大．γ射线处理作物后主要引起________，从而产生可遗传的变异.【导学号：54472251】【解析】(1)根据质量数和电荷数守恒，核反应方程为：6027Co→6028Ni＋0－1e ＋νe，由此得出两空分别为60和28.(2)衰变过程遵循动量守恒定律．原来静止的核动量为零，分裂成两个粒子后，这两个粒子的动量和应还是零，则两粒子径迹必在同一直线上．现在发现Ni和0－1e的运动径迹不在同一直线上，如果认为衰变产物只有Ni和0－1e，就一定会违背动量守恒定律．(3)用γ射线照射种子，会使种子的遗传基因发生突变，从而培育出优良品种．【答案】(1)6028(2)动量(3)基因突变。
2018年春人教版高中物理选修3-5教案：19.4放射性的应用与防护Word版
第四节放射性的应用与防护教学目标：（一）知识与技能1、知道什么是核反应，会写人工转变方程。
2、知道什么是放射性同位素，人造和天然放射性物质的主要不同点。
3、了解放射性在生产和科学领域的应用。
4、知道放射性污染及其对人类和自然产生的严重危害，了解防范放射线的措施，建立防范意识。
（二）过程与方法渗透和安全地开发利用自然资源的教育。
（三）情感、态度与价值观培养学生收集信息、应用已有知识、处理加工信息、探求新知识的能力。
教学重点：人工转变的两个核反应方程及反应过程中遵循的规律。
教学难点：人工转变的两个核反应方程及反应过程中遵循的规律。
教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。
教学用具：挂图，实验器材模型，课件，多媒体教学设备。
教学过程：（一）引入新课教师：前面已经学习了核反应的一种形式：衰变。
本节课我们要学习核反应的另一种形式：人工转变以及人工转变产生的放射性同位素的应用和核辐射的防护。
（二）新课教学1、核反应定义：原子核在其它粒子的轰击下产生新原子核的过程叫核反应。
在核反应中质量数守恒、电荷数守恒。
人工转变核反应方程：H O He N 1117842147+→+ n C He Be 101264294+→+例：写出下列原子核人工转变的核反应方程。
（1）1123Na 俘获1个α粒子后放出1个质子（2）1327Al 俘获1个α粒子后放出1个中子（3）816O 俘获1个中子后放出1个质子（4）1430Si 俘获1个质子后放出1个中子学生活动：理解并记住核反应方程，通过方程理解核反应中遵循的规律。
2、人工放射性同位素（1）放射性同位素：有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素。
放射性同位素有天然和人造两种，它们的化学性质相同。
（2）人工放射性同位素Al He P （3）人工放射性同位素的优点：放射强度容易控制，形状容易控制，半衰期短，废料容易处理。
（4）凡是用到射线时，都用人造放射性同位素学生活动：从这部分开始主要为学生自习和上网查找资料，一方面要掌握书本的知识，另一方面要扩展自己的知识面，同时有问题的地方及时向老师提问，3、放射性同位素的应用（1）利用射线①射线测厚装置②烟雾报警器③放射治疗④培育新品种，延长保质期（2）作为示踪原子①棉花对磷肥的吸收②甲状腺疾病的诊断4、辐射与安全学生通过看书与上网查找资料，了解放射性辐射的用处以及危害，知道只要控制好辐射量，我们就可以利用它的射线，知道身边的一些放射性物质，以及如何防护一些有害的放射性物质。
人教版物理选修3-5作业课件：19-3、4 探测射线的方法 放射性的应用与防护
方向，根据动量守恒定律mv0＝－mv1＋12mv2，
得v2＝v1＋ 12v0.
知识影响格局，格局决定命运！
路漫漫其修远兮，吾将上下而求索！ 快乐分享，知识无限！
二、多项选择题 3．关于放射性的应用与防护，下列说法正确的是( ABC ) A．通过原子核的人工转变可以发现和制造新元素 B．在人工核反应过程中，质量数守恒 C．人类一直生活在放射性的环境中 D．射线对人体没有破坏作用
解析：通过原子核的人工转变可以发现和制造新元素，A项正 确；在人工核反应过程中，质量数守恒，B项正确；人类一直生活 在放射性的环境中，地球上的每个角落都有射线，C项正确；只有 在安全剂量之内的射线才对人体没有破坏作用，D项错误．
解析：放射性同位素也具有放射性，半衰期也不受物理和化学因 素的影响，衰变后形成新的原子核，选项A、B正确．大部分放射性同 位素都是人工转变后获得的，选项C、D错误．
4．(多选)放射性同位素被用做示踪原子，主要是因为(ABC ) A．放射性同位素不改变其化学性质 B．放射性同位素的半衰期比天然放射性元素的半衰期短得多 C．半衰期与元素所处的物理、化学状态无关 D．放射性同位素容易制造
(3)根据电荷数与质量数守恒可得146C→42He＋140Be.
5．某实验室工作人员，用初速度为v0＝0.09c(c为真空中的光速) 的α粒子轰击静止在匀强磁场中的2113Na，产生了质子．若某次碰撞可看 作对心正碰，碰后新核的运动方向与α粒子的初速度方向相同，质子 的运动方向与新核运动方向相反，它们在垂直于磁场的平面内分别做 匀速圆周运动．通过分析轨迹半径，可得出新核与质子的速度大小之 比为1∶10，已知质子质量为m.
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
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单元试卷 第3节 探测射线的方法 第4节放射性的应用与防护
一、探测射线的方法 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，饱和酒精蒸气就会以这些离子为核心凝结成雾滴，于是显示出射线和径迹． (2)粒子径迹：①α粒子的质量比较大，在气体中飞行时不易改变方向．由于它的电离本领大，沿途产生的离子多，所以它在云室中的径迹直而粗． ②β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，所以它在云室中的径迹比较细，而且常常弯曲． ③γ粒子的电离本领更小，在云室中一般看不到它的径迹． (3)气泡室：气泡室原理同云室的原理类似，所不同的是气泡室里装的是过热液体，如液态氢． (4)盖革—米勒计数器：G—M计数器非常灵敏，用它推测射线十分方便．但不同的射线产生的脉冲现象相同，因此只能用来计数，不能区分射线的种类． 2．核反应． 原子核在其他粒子的轰击下生成新原子核的过程，人类第一次实现原子核的人工转变，是卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，产生了氧的一种同位素，该核反应方程为
_，这也使人们发现了质子． 3．人工放射性同位素． 放射性同位素有天然放射性同位素和人造放射性同位素两种，它们的化学性质相同．居里夫人发现的放射性磷3015P是人造放射性同位素，其核反应方程为
__．人造放射性同位素的优点是：放射强度容易控制，放射性废料容易处理，可以制成各种所需的形状． 二、放射性同位素的应用 1．利用射线． 利用α射线具有很强的电离作用，可以消除有害静电；利用γ射线很强的穿透本领，工业用来探伤；另外在医疗、生物育种、保鲜方面也有广泛应用． 2．作示踪原子． 同位素具有相同的化学性质，可用放射性同位素代替非放射性同位素做示踪原子． 3．放射性防护． 放射性对人体组织是有伤害作用的，要防止放射物质对水源、空气、用具、工作场所的污染． 单元试卷 基础巩固 1．(多选)下列事件中属于核辐射给人类带来环境灾难的是(ABD) A．日本福岛大地震引起的第一核电站1至4号机组核废料池泄漏 B．以美国为首的北约军队在科索沃、伊拉克和利比亚大量使用贫铀弹 C．汶川大地震 D．前苏联切尔诺贝利核电站爆炸 解析：核辐射，或通常称之为放射性，存在于所有的物质之中，是正常现象．核辐射主要发生在核电站，核能外泄所发出的核辐射虽远比核子武器威力与范围小，但是剂量积累到一定程度，也能造成生物伤亡．核废料池泄漏出高浓度的放射性物质可伤害人体细胞，故A正确；贫铀弹是一种新武器，其爆炸后所弥散的贫铀将长时间影响人类的生存环境，对人体产生慢性伤害，故B正确；地震不像核辐射给人类带来环境灾难，故C错误；前苏联切尔诺贝利核电站4号机组发生爆炸，泄露的能量相当于200颗广岛原子弹．这是人类历史上迄今最严重的核事故，造成了极严重的后果.20多年过去了，切尔诺贝利依然是一座死城，故D正确． 2．在核反应堆外修建很厚的水泥层，是为了防止(B) A．核爆炸 B．放射线外泄 C．快中子外泄 D．慢中子外泄 解析：在核反应堆外修建很厚的水泥层，是为了屏蔽放射线．核爆炸用水泥层是防不住的，反应堆内部是用镉棒控制中子数目，修建很厚的水泥层，是为了屏蔽放射线，B正确． 3．(多选)卢瑟福通过实验首次实现了原子核的人工转变，核反应方程为
，下列说法中正确的是(AC) A．通过此实验发现了质子 B．实验中利用了放射源放出的γ射线 C．实验中利用了放射源放出的α射线 D．原子核在人工转变过程中，电荷数可能不守恒
解析：由物理学史知A项对；本实验用α粒子轰击而非γ射线，B错；核反应方程两边电荷数必守恒，D错． 4．对放射性的应用，下列说法不正确的是(A) A．放射线能杀伤癌细胞或阻止癌细胞分裂，对人体的正常细胞不会有伤害作用 B．对放射性的废料，要装入特制的容器并埋入深地层进行处理 C．射线探伤仪中的放射源必须存放在特制的容器里，而不能随意放置 D．对可能有放射性污染的场所或物品进行检测是很有必要的 解析：放射线能杀伤癌细胞或阻止癌细胞分裂，但也会对人体的正常细胞有伤害，选项A错；正因为放射线具有伤害作用，选项B、C、D均是正确的． 单元试卷 5．下述关于放射性的探测说法错误的是(D) A．气泡室探测射线的原理与云室探测射线原理类似 B．由气泡室内射线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 解析：气泡室探测射线原理与云室类似，不同的是气泡室中是在射线经过时产生气泡来显示射线径迹的，故A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正确；盖革—米勒计数器利用射线电离作用，产生电脉冲进而计数，所以C正确；由于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错误． 6．用于治疗肿瘤的放射源必须满足：①放射线具有较强的穿透力，以辐射到体内的肿瘤处；②要在较长时间内具有相对稳定的辐射强度．表中给出的四种放射性同位素，适合用于治疗肿瘤的放射源是(C)
同位素 辐射线 半衰期 钋210 α 138天 锝99 γ 6小时 钴60 γ 5年 锶90 β 28年 A.钋210 B．锝99 C．钴60 D．锶90 解析：由要求要有较强的穿透能力，应该选用γ射线作为辐射线，且时间不宜过短或像锶90一样过长，应选用钴60.
7．(多选)α粒子击中氮14核后放出一个质子，转变为氧17核()．在这个氧原子核中有(CD) A．8个正电子 B．17个电子 C．9个中子 D．8个质子 解析：原子核是由质子和中子构成，质子数＋中子数＝质量数．氧原子核的质子数为8，所以有9个中子，CD正确． 8．如图所示为卢瑟福发现质子的实验装置．M是显微镜，S荧光屏，窗口F处装有银箔，氮气从阀门T充入，A是放射源．下列说法中正确的是(D)
A．该实验的核反应方程为： B．充入氮气后，调整银箔厚度，使S上见不到质子引起的闪烁 C．充入氮气前，调整银箔厚度，使S上能见到α粒子引起的闪烁 D．充入氮气前，调整银箔厚度，使S上见不到α粒子引起的闪烁 单元试卷 解析：明确卢瑟福发现质子的实验装置以及各部分的作用，注意F处装的银箔刚好能阻止α粒子穿过，而不能阻止其他粒子如质子穿过．卢瑟福通过用α粒子轰击氮核发现了质子，根据质量数和电荷数守恒可知A错误；充入氮气后，α粒子轰击氮核产生质子，质子穿过银箔，引起荧光屏S的闪烁，故B错误；装置中A为放射源，放出的为α粒子，由于F处装的银箔刚好能阻止α粒子穿过，因此没有充入氮气之前无质子产生，不可能在S上
见到质子引起的闪烁，故C错误，D正确．
能力提升
9．放射性元素衰变为，此衰变过程的核反应方程是；用此衰变过程中发出的射线轰击，可得到质量数为22的氖(Ne)元素和另一种粒子，此核反应过程的方程是
． 10．一质子束入射到能止靶核上，产生如下核反应： ，式中P代表质子，n代表中子，X代表核反应产生的新核．由反应式可知，新核X的质子数为__________，中子数为____________． 解析：根据核反应过程电荷数守恒和质量数守恒，新核X的质子数为1＋13－0＝14，质量数为1＋27－1＝27，所以中子数＝27－14＝13. 答案：14 13 11．(多选)用α粒子轰击铍－9核，生成一个碳－12核和一个粒子，则该粒子(BD) A．带正电，能在磁场中发生偏转 B．在任何方向的磁场中都不会发生偏转 C．电离本领特别强，是原子的组成部分之一 D．用来轰击铀－235可引起铀核裂变 解析：根据电荷数守恒、质量数守恒知，2＋4＝6＋0，该粒子的电荷数为0；4＋9＝12＋1，该粒子的质量数为1，为中子不带电，在磁场中不偏转．故BD正确，AC错误． 12．(多选)放射性同位素电池是一种新型电池，它是利用放射性同位素衰变放出的高速带电粒子(α射线、β射线)与物质相互作用，射线的动能被吸收后转变为热能，在通过换能器转化为电能的一种装置．其构造大致是：最外层是由合金制成的保护层，次外层是防止射线泄漏的辐射屏蔽层，第三层是把热能转化成电能的换能器，最里层是放射性同位素． 电池使用的三种放射性同位素的半衰期和发出的射线如下表：
同位素 射线 β α α 半衰期 28年 138天 89.6年 若选择上述某一种同位素作为放射源，使用相同材料制成的辐射屏蔽层，制造用于执行单元试卷 长期航天任务的核电池，则下列论述正确的是(CD) A．的半衰期较长，使用寿命较长，放出的β射线比α射线的贯穿本领弱，所需的屏蔽材料较薄
B．的半衰期最短，使用寿命最长，放出的α射线比β射线的贯穿本领弱，所需的屏蔽材料较薄
C．的半衰期最长，使用寿命最长，放出的α射线比β射线的贯穿本领弱，所需的屏蔽材料较薄 D．放射性同位素在发生衰变时，出现质量亏损，但衰变前后的总质量数不变 解析：原子核衰变时，释放出高速运动的射线，这些射线的能量来自原子核的质量亏损，即质量减小，但质量数不变，D对；从表格中显示Sr的半衰期为28年、Po的半衰期为138天、Pu的半衰期为89.6年，故Pu的半衰期最长，其使用寿命也最长，α射线的穿透能力没有β射线强，故较薄的屏蔽材料即可挡住α射线的泄漏，C对．