2023年人教版高中物理选修35学案第十九章学案3、4.pdf

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1、学习文档 仅供参考 3 探测射线的方法 4 放射性的应用与防护 学习目标 1.了解探测射线的几种方法，熟悉探测射线的几种仪器.2.知道核反应及其遵从的规律，会正确书写核反应方程.3.知道什么是放射性同位素和人工放射性同位素.4.知道放射性同位素的常见应用 一、探测射线的方法 导学探究 肉眼看不见射线，但是射线中的粒子与其他物质作用时的现象，会显示射线的存在阅读课本，举出一些探测射线的方法 答案 放射线中的粒子会使气体或液体电离，以这些离子为核心，过饱和的蒸气会产生雾滴，过热液体会产生气泡 放射线中的粒子会使照相乳胶感光 放射线中的粒子会使荧光物质产生荧光 知识梳理(1)探测射线的理论依据 放射

2、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 放射线中的粒子会使照相乳胶感光 放射线中的粒子会使荧光物质产生荧光(2)探测射线的方法 威耳逊云室 a原理：粒子在云室内的气体中飞过，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 b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 粒子的径迹学习文档 仅供参考 又短又粗而且常常弯曲；粒子的电离本领很小，一般看不到它的径迹 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 盖革米勒计数器 当射线粒子进入管内时，它

3、使管内的气体电离，产生的电子在电场中加速电子跟管中的气体分子碰撞时，又使气体分子电离，产生电子这样，一个粒子进入管中可以产生大量电子，这些电子到达阳极，正离子到达阴极，在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 即学即用 利用威尔逊云室探测射线时能观察到细长而弯曲的径迹，则以下说法正确的选项是()A可知有 射线射入云室中 B可知是 射线射入云室中 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 答案 D 解析 因为威尔逊云室中观察到的细而弯曲的径迹是 射线的径迹，A、B 选项均错误；射线粒子的运动肉眼是观察不到的，观察到的是酒精的过饱和蒸气在射线粒子运动

4、路径上形成的雾滴，C 选项错误，D 选项正确 二、放射性的应用与防护 导学探究(1)如何实现原子核的人工转变？核反应的实质是什么？它符合哪些规律？常见的人工转变的核反应有哪些？答案 人为地用 粒子、质子、中子或光子去轰击一些原子核，可以实现原子核的转变 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，并产生新的粒子 在转变过程中符合质量数和电荷数守恒规律 常见的人工转变的核反应有：学习文档 仅供参考 a卢瑟福发现质子：14 7N42He17 8O11H b查德威克发现中子：94Be42He12 6C10n c居里夫妇人工制造同位素：42He2713Al10n3015P 3015P

5、 具有放射性：3015P3014Si 01e.(2)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 核反应及放射性的应用与防护(1)核反应 核反应的条件 用 粒子、质子、中子甚至用光子去轰击原子核 核反应的实质：以基本粒子(粒子、质子、中子等)为“炮弹”去轰击原子核(靶核 X)，从而促使原子核发生变化，生成新原子核(Y)，并放出某一粒子 原子核人工转变的三大发现 a1919 年卢瑟福发现质子的核反应方程：14 7N42He17 8O11H b1932 年查德威克发现中子的核反应方程：94Be42He12 6C10n c19

6、34 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：2713Al42He3015P10n；3015P3014Si 01e.(2)放射性同位素及应用 放射性同位素的分类：a天然放射性同位素；b人工放射性同位素 学习文档 仅供参考 人工放射性同位素的优势：a种类多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 b放射强度容易控制 c可制成各种所需的形状 d半衰期短，废料易处理 放射性同位素的应用 a利用它的射线：工业部门使用射线测厚度利用 射线的穿透特性；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；医疗上利用 射线的高

7、能量治疗癌症 b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 即学即用(多项选择)以下说法正确的选项是()A医学上利用射线进行放射治疗时，要控制好放射的剂量 B发现质子、发现中子和发现放射性同位素3015P 的核反应均属于原子核的人工转变 C衰变和原子核的人工转变没有什么不同 D放射性同位素作为示踪原子是利用了放射性同位素放出的射线可被仪器探测到的特点 E 射线探伤利用了 射线贯穿能力很强的性质 答案 ABDE 一、探测射线的方法 学习文档 仅供参考 例 1(多项选择)用盖革米勒计数器测定放射源的放射强度为每分钟 405 次，假设将一张厚纸板

8、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，则以下关于射线性质及它的半衰期的说法正确的选项是()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 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 答案 AC 二、核反应及核反应方程 例 2 完成以下核反应方

9、程，并指出其中_是发现质子的核反应方程，_是发现中子的核反应方程(1)14 7N10n14 6C_(2)14 7N42He17 8O_(3)10 5B10n_42He(4)94Be42He_10n(5)5626Fe21H5727Co_ 解析(1)14 7N10n14 6C11H(2)14 7N42He17 8O11H(3)10 5B10n73Li42He(4)94Be42He12 6C10n(5)5626Fe21H5727Co10n 学习文档 仅供参考 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)答案 见解析 例 3 1993 年，中国科学院上海原子核研究所制得了一种新的铂元

10、素的同位素202 78Pt，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：生成202 78Pt，放出氦原子核；生成202 78Pt，同时放出质子、中子(3)生成的铂202 78Pt 发生两次衰变，变成稳定的原子核汞202 80Hg.写出上述核反应方程 解析 根据电荷数守恒、质量数守恒，确定新生核的电荷数和质量数，然后写出核反应方程，如下：(1)94Be11H95B10n(2)20480Hg10n202 78Pt32He 20480Hg10n202 78Pt211H10n(3)202 78Pt202 80Hg2 0-1e 答案 见

11、解析 总结提升 1书写核反应方程时要注意：(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)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 2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、化学条件的影响 学习文档 仅供参考(2)相同点 人工转变与衰变过程一样，在发生的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 4 正电子发射电脑断层显像(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.1

12、5O 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，经电脑处理后产生清晰的图象根据 PET 原理，答复以下问题：(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15 8O15 7N0+1e，0+1e 0-1e2.(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，所以它的用途是作为

13、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)15 8O15 7N0+1e，0+1e0-1e2 (2)B(3)短 方法总结 (1)用射线来测量厚度，一般不选取 射线是因为其穿透能力太差，更多的是选取 射线，也有部分选取 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 射线(3)使用放射线时安全是第一位的 针对训练(多项选择)关于放射性同位素的应用，以下说法正确的选项是()学习文档 仅供参考 A利用 射线使空气电离，把静电荷导走 B利用 射线照射植物的种子，使产量显著增加 C利用 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

14、非放射性同位素的化学性质相同，作为示踪原子 答案 BD 1用 粒子照射充氮的云室，摄得如图 1 所示的照片，以下说法中正确的选项是()图 1 AA是 粒子的径迹，B 是质子的径迹，C 是新核的径迹 BB 是 粒子的径迹，A是质子的径迹，C 是新核的径迹 CC 是 粒子的径迹，A是质子的径迹，B 是新核的径迹 DB 是 粒子的径迹，C 是质子的径迹，A是新核的径迹 答案 D 解析 粒子的径迹是沿入射方向的生成的新核径迹的特点是粗而短，根据以上特点可判断 D 正确 2以下是物理学史上 3 个著名的核反应方程 x73Li2y y14 7Nx17 8O y94Bez12 6C x、y 和 z 是 3

15、种不同的粒子，其中 z 是()A 粒子 B质子 C中子 D电子 学习文档 仅供参考 答案 C 解析 把前两个方程化简，消去 x，即14 7N73Liy17 8O，可见 y 是42He，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10n.因此选项 C 正确 3(多项选择)铝箔被 粒子轰击后发生了以下核反应：2713Al42HeX10n.以下判断正确的选项是()A.10n 是质子 B.10n 是中子 CX 是2814Si 的同位素 DX 是3115P 的同位素 答案 BD 解析 由核反应过程中质量数守恒、电荷数守恒知，X 是3015P，故选项 C 错误，选项 D 正确；10n 是中子

16、，故选项 A 错误，选项 B 正确 4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只不过 40多种，而今天人工制造的放射性同位素已达 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 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 答案(1)B(2)学习文

17、档 仅供参考 解析(1)因放射线的电离作用，空气中与验电器所带电荷电性相反的离子与之中和，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 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 一、选择题(15 为单项选择题，610 为多项选择题)1 卢瑟福通过实验首次实现了原子核的人工转变，其核反应方程为：42He14 7N17 8O11H，以下说法错误的选项是()A卢瑟福通过该实验提出了原子核式结构模型

18、 B实验中是用 粒子轰击氮核 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 答案 A 解析 卢瑟福用 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 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 2用中子轰击氧原子核的核反应方程为16 8O10na7N0bX，对式中 X、a、b 的判断正确的选项是()AX 代表中子，a17，b1 BX 代表电子，a17，b1 CX 代表正电子，a17，b1 DX 代表质子，a17，b1 学习文档 仅供参考 答案 C 解析 根据质量数、电荷数守

19、恒可知 a17，b8071，因此 X 可表示为 01e，为正电子，故 C 项正确，A、B、D 错误 3在以下四个核反应方程中，X1、X2、X3和 X4各代表某种粒子 31HX142He10n 14 7N42He17 8OX2 94Be42He12 6CX3 2412Mg42He2713AlX4 则以下判断中正确的选项是()AX1是质子 BX2是中子 CX3是电子 DX4是质子 答案 D 解析 根据核反应的质量数和电荷数守恒知，X1为21H，A 错；X2为11H，B 错；X3为10n，C错；X4为11H，D 对 4用高能8636Kr 轰击208 82Pb，释放出一个中子后，生成了一个新核，关于新

20、核的推断正确的选项是()A其质子数为 122 B其质量数为 294 C其原子序数为 118 D其中子数为 90 答案 C 解析 核反应方程为208 82Pb8636Kr10n293118X，新核质量数为 293，质子数为 118，中子数为293118175.故正确选项为 C.5放射性在技术上有很多应用，不同的放射源可用于不同目的下表列出了一些放射性元素的半衰期和可供利用的射线.元素 射线 半衰期 学习文档 仅供参考 钋 210 138 天 氡 222 锶 90 28 年 铀 238 、109年 某塑料公司生产聚乙烯薄膜，方法是让厚的聚乙烯膜通过轧辊把聚乙烯膜轧薄，利用适当的放射线来测定通过轧辊

21、后的薄膜厚度是否均匀可利用的元素是()A钋 210 B氡 222 C锶 90 D铀 238 答案 C 解析 要测定聚乙烯薄膜的厚度，则要求射线可以穿透薄膜，因此 射线不合适；另外，射线穿透作用还要受薄膜厚度影响，射线穿透作用最强，薄膜厚度不会影响 射线穿透，所以只能选用 射线，而氡 222 半衰期太小，铀 238 半衰期太长，所以只有锶 90 较合适 6放射性同位素被用作示踪原子，主要是因为()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 答案 ABC 7以下说法正确的选项是()A通过核反应

22、可以人工制造放射性同位素 B现在用的射线都是利用的人工放射性同位素 C人工制造的放射性同位素发出的射线对人体无害 D人工制造的放射性同位素半衰期短，因此放射性废料容易处理 答案 AD 学习文档 仅供参考 解析 放射线有的是用天然放射性同位素，但大部分是用人工放射性同位素，因为人工放射性同位素品种多，并且半衰期短，废料容易处理 8对放射性的应用，以下说法中正确的选项是()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，要装入特制的容器中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对可能产生放射性污染的场所或物品进

23、行检测是很有必要的 答案 BCD 解析 放射线能杀伤癌细胞或阻止癌细胞分裂，但同时也会对人体的正常细胞造成伤害，A错正因为放射性具有伤害作用，选项 B、C、D 均是正确的 9有关放射性同位素3015P 的以下说法，正确的选项是()A.3015P 与3014X 互为同位素 B.3015P 与其同位素有相同的化学性质 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 答案 BD 解析 同位素有相同的质子数，所以选项 A 错误同位素有相同的化学性质，所以选项 B正确半衰期与元素属于化合物或单质没有关系，所以3015P 制成化合物后它

24、的半衰期不变，选项 C 错误含有3015P 的磷肥由于衰变，可记录磷的踪迹，所以选项 D 正确 10以下哪些应用是把放射性同位素作为示踪原子的()A利用钴 60 治疗肿瘤等疾病 B 射线探伤 C利用含有放射性碘 131 的油，检测地下输油管的漏油情况 D把含有放射性同位素的肥料施给农作物用以检测农作物吸收养分的规律 学习文档 仅供参考 答案 CD 解析 利用钴 60 治疗肿瘤和 射线探伤是利用射线能量高，贯穿本领大的特点，故 A、B错误；C、D 两项是利用放射性同位素作为示踪原子，故均正确 二、非选择题 111934 年，约里奥居里夫妇在用 粒子轰击铝箔时，除了测到预料中的中子外，还探测到了正

25、电子正电子的质量跟电子的质量相同，带一个单位的正电荷，跟电子的电性正好相反，是电子的反粒子更意外的是，拿走 放射源以后，铝箔虽不再发射中子，但仍然继续发射正电子，而且这种放射性也有一定的半衰期原来，铝箔被 粒子击中后发生了如下反应：2713Al42He3015P10n，这里的3015P 就是一种人工放射性同位素，正电子就是它衰变过程中放射出来的(1)写出放射性同位素3015P 放出正电子的核反应方程；(2)放射性同位素3015P 放出正电子的衰变称为正 衰变，我们知道原子核内只有中子和质子，那么正 衰变中的正电子从何而来？答案(1)3015P3014Si01e(2)正电子是原子核内的一个质子转

26、换成一个中子放出的 解析(1)核反应方程为3015P3014Si 01e.(2)原子核内只有质子和中子，没有电子，也没有正电子，正 衰变是原子核内的一个质子转换成一个中子，同时放出正电子，核反应方程为11H10n 01e.12静止的氮核14 7N 被速度为 v0的中子10n 击中生成碳核12 6C 和另一种原子核甲，已知12 6C 与甲核的速度方向与碰撞前中子的速度方向均一致，碰后12 6C 核与甲核的动量之比为 21.(1)写出核反应方程(2)求12 6C 与甲核的速度各是多大？答案(1)14 7N10n12 6C31H(2)v018 v09 解析(2)设中子质量为 m0，12 6C 核质量为 mC，甲核质量为 m甲，由动量守恒得 m0v0mCvCm甲v甲 即 m0v012m0vC3m0v甲 学习文档 仅供参考 又因为12 6C 与甲核动量比为 21，所以 mCvC2m甲v甲 即 12m0vC23m0v甲 联立求得：vCv018，v甲v09.学习文档 仅供参考 学习文档 仅供参考 学习文档 仅供参考