课时作业16 探测射线的方法 放射性的应用与防护
1．关于威耳逊云室的原理，下列说法正确的是( )
A．往云室加少量酒精，使其达到饱和状态，然后压缩活塞，使其达到过饱和状态
B．往云室加少量酒精，使其达到饱和状态，然后外拉活塞，使其达到过饱和状态
C．粒子经过时，使酒精蒸气电离，以这些粒子为核心凝结显示出其径迹
D．粒子经过时，使沿途的气体分子电离，酒精蒸气以离子为核心凝结，显示其粒子径迹
解析：威耳逊云室的原理是，先往云室里加少量酒精，使室内充满酒精的饱和蒸气，然后外拉活塞，气体膨胀、温度降低，酒精蒸气达到过饱和状态。这时如果有粒子飞过，使沿途的气体分子电离，过饱和酒精蒸气会以这些离子为核心凝结，显示粒子径迹，B、D正确。
答案：B、D
2．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
解析：α粒子贯穿能力很弱，一张纸就可挡住，放上纸板后，计数器几乎测不到射线，说明是α射线，故A对，B错误；衰变次数与原子核总数成正比，10天后衰变次数为原来的，说明原子核总数约为原来的，10天为2个半衰期，即T＝5天，故C对，D错误。
答案：A、C
3．下列说法中错误的是( )
A．威耳逊云室和盖革—米勒计数器都是利用了放射线使气体电离的性质
B．盖革—米勒计数器除了用来计数，还能区分射线的种类
C．用威耳逊云室探测射线时，径迹比较细且常常弯曲的是β粒子的径迹
D．根据气泡室中粒子径迹照片上的记录情况，可以分析粒子的动量、能量及带电情况
解析：盖革—米勒计数器只能用来计数，不能区分射线的种类，因为不同的射线在盖革—米勒计数器中产生的脉冲现象相同。
答案：B
4．盖革—米勒计数器可对下列哪种粒子计数( )
A．α粒子 B．β粒子
C．γ粒子 D．三种粒子均可
解析：盖革—米勒计数器灵敏度很高，可对α、β、γ三种射线计数，只是不能区分它们。
答案：D
5．对放射性的应用，下列说法正确的是( )
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，要装入特制的容器并埋入深地层进行处理
C．γ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。
答案：B、C、D
6．现代建筑使用的花岗岩石材和家庭装修使用的花岗岩板材中也存在不同程度的放射性，某同学要测定附近建筑材料厂生产的花岗岩板材的放射性辐射是否超标，他选用哪种仪器较好( )
A．威耳逊云室
B．气泡室
C．盖革—米勒计数器
D．以上三种效果都很好
解析：花岗岩板材的放射性都比较弱，用云室、气泡室很难测出，而计数器非常灵敏，用它检测射线十分方便。
答案：C
7．下列哪些应用是把放射性同位素作为示踪原子的( )
A．利用含有放射性碘131的油，检测地下输油管的漏油情况
B．把含有放射性元素的肥料施给农作物，利用探测器的测量，找出合理的施肥规律
C．利用射线探伤法检查金属中的砂眼和裂纹
D．给怀疑患有甲状腺病的病人注射碘131，论断甲状腺的器质性和功能性疾病
解析：利用射线探伤法检查金属中的砂眼和裂纹是利用γ射线穿透能力强的特点，因此选项C不属于示踪原子的应用。
答案：A、B、D
8．关于γ射线的产生和性质，下列说法中正确的是( )
A．γ射线是原子内层电子受激发后产生的，在磁场中它不偏转
B．γ射线是由处于激发状态的原子核放射出的光子，它在磁场中不发生偏转
C．γ射线的电离本领和穿透本领都很强
D．γ射线的电离本领最弱，穿透本领最强
解析：放射性原子核在发生α衰变和β衰变过程中，产生的某些新原子核由于具有过多的能量(此时新核处于激发态)，而辐射出的光子流即γ射线，它具有很强的穿透本领，但电离本领比α射线和β射线的电离本领都弱，因γ射线本身不带电荷，所以γ射线进入磁场中后不会发生偏转。
答案：B、D
9．如图16－1所示，为查德威克实验示意图，由天然放射性元素钋(Po)放射的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( )
图16－1
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：不可见射线a轰击石蜡时打出的应该是质子，因为质子就是氢核，而石蜡中含有大量氢原子，轰击石蜡的不可见射线应该是中子。
答案：A
10．潮汐能属于无污染能源，但能量的转化率较低，相比之下，核能是一种高效的能源。
(1)在核电站中，为了防止放射性物质泄漏，核反应堆有三道防护屏障：燃料包壳、压力壳和安全壳(见图16－2a)。结合图16－2b可知，安全壳应当选用的材料是________。
图16－2
(2)核反应堆中的核废料具有很强的放射性，目前常用的处理方法是将其装入特制的容器中，然后( )
A．沉入海底 B．放至沙漠
C．运到月球 D．深埋地下
(3)图16－2c是用来监测工作人员受到辐射情况的胸章，通过照相底片被射线感光的区域，可以判断工作人员受到何种辐射。当胸章上1 mm铝片和3 mm铝片下的照相底片被感光，而铅片下的照相底片未被感光，结合图b分析可知工作人员受到了________射线的辐射；当所有照相底片都被感光时，工作人员受到了________射线的辐射。
解析：(1)从图b可以看出，β射线和γ射线穿透能力很强，可以穿透几毫米厚的铅板，但不能穿透混凝土。
(2)放射性元素的半衰期长，污染性强，应深埋地下。
(3)β射线能穿过铝片，γ射线能穿透铅片。
答案：(1)混凝土 (2)D (3)β，γ或β和γ
11．铝箔被α粒子轰击后发生了以下核反应：Al＋He
X＋n。下列判断正确的是( )
A.n是质子
B.n是中子
C．X是Si的同位素
D．X是P的同位素
解析：根据核反应方程质量数和电荷数守恒可知选项B、D正确。
答案：B、D
12．三个原子核X、Y、Z，X核放出一个正电子后变成Y核，Y核与质子发生核反应后生成Z核并放出一个个氦(He)，则下面说法正确的是( )
A．X核比Z核多一个原子
B．X核比Z核少一个中子
C．X核的质量数比Z核质量数大3
D．X核与Z核的总电荷是Y核电荷的2倍
解析：设原子核X的质量数为x，电荷数为y，依题意写出核反应方程，根据质量数守恒和电荷数守恒，可得原子核Y的质量数为x，电荷数为y－1，原子核Z的质量数为x－3，电荷数为y－2。由此可得X核的质子(y)比Z核的质子(y－2)多2个，A错；由此可得X核的中子(x－y)比Z核的中子(x－y－1)多1个，B错；X核的质量数(x)比Z核的质量数(x－3)多3个，C对；X核与Z核的总电荷(2y－2)是Y核电荷(y－1)的2倍，D对。
答案：C、D
13．2006年，美国和俄罗斯的科学家利用回旋加速器，通过Ca(钙48)轰击Cf(锎249)发生核反应，成功合成了第118号元素。这是迄今为止门捷列夫元素周期表中原子序数最大的元素。实验表明，该元素的原子核先放出3个相同的粒子x，再连续经过3次α衰变后，变成质量数为282的第112号元素的原子核，则粒子x是哪种元素？
解析：第118号元素的质量数是48＋249＝297，该元素经3次α衰变后，电荷数减少6，为第112号元素，故x不带电，3个x粒子的质量数为297－282－12＝3，即x粒子的质量数是1，故x粒子是中子。
答案：中子
14．带电粒子在“云室”中运动时，可呈现运动径迹，将“云室”放在匀强电场中，通过观察分析带电粒子的径迹，可以研究原子核发生衰变的规律。现将一静止的放射性14C放入上述装置中，当它发生衰变时，可能放出α粒子或β粒子。所放射的粒子与反冲核经过相等时间所形成的径迹如图16－3所示(发生衰变后的瞬间放射出的粒子和反冲核的速度方向与电场E垂直，a、b均表示长度)。则：
图16－3
(1)14C发生衰变时所放射出的粒子是________。
(2)14C发生衰变时所放射出粒子的运动轨迹是________(填“①”或“②”)。
(3)14C的衰变过程是：
________________________________________________________________________。
(4)简要推导发生衰变后的瞬间放射出的粒子与反冲核的动能之比。
解析：(1)由轨迹知，14C衰变时放出的粒子与反冲核受到的库仑力方向相同，带电性质相同，故放出的是α粒子。
(2)由动量守恒定律得，α粒子的动量与反冲核的动量大小相同，粒子质量小，速度必然大，在垂直于电场方向上的位移大，即②为α粒子轨迹。
(3)由电荷数守恒和质量数守恒可得6C→4Be＋He。
(4)由于衰变时动量守恒及Ek＝，得＝＝。
答案：(1)α粒子 (2)② (3)6C→4Be＋He
(4)5:2
15．云室处在磁感应强度为B的匀强磁场中，一静止的质量为m1的原子核在云室中发生一次α衰变，α粒子的质量为m2，电荷量为q，其运动轨迹在与磁场垂直的平面内，现测得α粒子运动的轨道半径为R，试求在衰变过程中的质量亏损。(注：涉及动量问题时，亏损的质量可忽略不计。)
解析：该衰变放出的α粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，其轨道半径R与运动速度v的关系，由洛伦兹力和牛顿定律可得qvB＝m2。动量守恒定律是自然界中的普遍规律，对微观粒子相互作用也适用。核衰变过程都遵守动量守恒，衰变过程亏损质量很小，亏损质量忽略不计时得：0＝m2v－(m1－m2)v。在衰变过程中α粒子剩余核的动能都来自于亏损质量即
Δm2c2＝(m1－m2)v2＋m2v2，
联立解得：Δm2＝。
答案：
课件42张PPT。知识与技能
1．知道什么是人工和天然放射性同位素。
2．了解放射性同位素的特点及应用。
3．知道如何防护放射线。
过程与方法
1．观察探测射线实验仪器。
2．经历威耳逊云室、盖革计数器观察射线的过程。
3．调查放射性同位素在生产生活中的应用。情感、态度与价值观
感受物理学知识在推动社会发展、人类文明中的重要作用。
1.可以通过下面这些现象来探知射线：
(1)粒子使气体或液体电离，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)使照相乳胶____________________________。
(3)使荧光物质____________________________。
2．利用威耳逊云室，可以根据径迹的________和________，可以知道粒子的性质；把云室放在磁场中，从带电粒子运动轨迹的________，还可以知道粒子所带电荷的正负。3．第一次实现原子核人工转变的方程为______________。
4．原子核在其他粒子的轰击下产生________的过程称为核反应。与衰变过程一样，在核反应中，________守恒，________守恒。
5．有些同位素具有________，叫做放射性同位素。第一次用人工的方式生成的放射性同位素是________，其生成方程式为________________________________________________________________________。6．放射性同位素的应用
(1)工业部门可以使用射线来测________；
(2)在医疗方面，患了癌症的病人可以接受________的放射治疗；
(3)利用γ射线照射种子，会使种子的遗传基因发生变异，从而培育出新的优良品种。
(4)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，这种化合物的原子跟通常的化合物一样参与所有化学反应，但却带有“放射性标记”，可以用仪器探测出来。这种原子就是________。
知识点1 探测射线的方法
(1)放射线的粒子与其他物质作用时产生的主要现象。
①粒子使气体或液体电离，以这些离子为核心，过饱和汽会产生雾滴，过热液体会产生气泡。
②使照相乳胶感光。
③使荧光物质产生荧光。(2)探测器
①威耳逊云室
a．构造：主要部分是一个塑料或玻璃制成的容器，它的下部是一个可以上下移动的活塞，上盖是透明的，可以通过它来观察和拍摄粒子运动的径迹，云室里面有干净的空气。如图19－3－1所示。
图19－3－1b．原理：把一小块放射性物质(放射源)放在室内侧壁附近(或放在室外，让放射线从窗口射入)，先往云室里加少量的酒精，使室内充满酒精的饱和蒸气，然后使活塞迅速向下运动，室内气体由于迅速膨胀，温度降低，酒精蒸气达到过饱和状态。这时如果有射线粒子从室内气体中飞过，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，这些雾滴沿射线经过的路线排列，于是就显示出了射线的径迹。这种云室是英国物理学家威耳逊于1912年发明的，故叫威耳逊云室。c．放射线在云室中的径迹
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。
β粒子的质量小，跟气体分子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。γ粒子的电离本领很小，在云室中一般看不到它的径迹。
根据径迹的长短和粗细，可以知道粒子的性质；把云室放在磁场中，从带电粒子运动轨迹的弯曲方向，还可以知道粒子所带电荷的正负。
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)。控制气泡室内液体的温度和压强，使室内温度略低于液体的沸点。当气泡室内压强突然降低时，液体的沸点变低，因此液体过热，在通过室内射线粒子周围就有气泡形成，从而显示射线径迹。③盖革·米勒计数器
a．构造：主要部分是盖革管，外面是一根玻璃管，里面是一个接在电源负极的导电圆筒，筒的中间有一条接正极的金属丝。管中装有低压的隋性气体和少量的酒精蒸气或溴蒸气，如图19－3－2所示。
图19－3－2b．原理：在金属丝和圆筒两极间加上一定的电压，这个电压稍低于管内气体的电离电压。当某种射线粒子进入管内时，它使管内的气体电离，产生电子……这样，一个射线粒子进入管中后可以产生大量电子，这些电子到达阳极，阳离子到达阴极，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】如图19－3－3所示为卢瑟福发现质子的实验装置，M是显微镜，S是闪光屏，窗口F处装铝箔，氮气从阀门T充入，A是放射源，在观察由质子引起的闪烁之前需进行必要调整的是 ( )
图19－3－3A．充入氮气后，调整铝箔厚度，使S上有α粒子引起的闪烁
B．充入氮气后，调整铝箔厚度，使S上见不到质子引起的闪烁
C．充入氮气前，调整铝箔厚度，使S上见到质子引起的闪烁
D．充入氮气前，调整铝箔厚度，使S上见不到α粒子引起的闪烁
【答案】D【解析】实验目的是观察α粒子轰击氮核产生新核并放出质子，所以实验前应调整铝箔厚度，恰使α粒子不能透过，但质子仍能透过，所以D选项正确。*对应训练*
1．关于用威耳逊云室探测射线，下列说法中正确的是
( )
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的原因是电离，所以无法由径迹判断射线所带电荷的正负解析：射线使气体电离，过饱和蒸气以离子为核心凝结，从而显示粒子径迹，故A正确；α粒子质量大，不易改变方向，电离本领大，产生的离子多，其径迹粗而短，故B正确；γ粒子电离本领极小，一般看不到其径迹，或只能看到一些细碎的雾滴，故C错误；云室放在磁场中，从轨迹的弯曲方向可判断粒子带电的正负，故D错误。
答案：A、B知识点2 放射性的应用与防护
(1)核反应
原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应。
①核反应遵循的规律
在核反应中，质量数守恒，电荷数守恒。①人工放射性同位素的优点
a．放射强度容易控制。
b．可以制成各种所需的形状。
c．半衰期很短，废料容易处理。
②应用
a．工业部门使用射线测厚度——利用γ射线的穿透特性。
b．烟雾报警器的作用——利用射线的电离作用，增加烟雾导电离子浓度。c．农业应用——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。
d．做示踪原子——利用了放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质。③放射性污染与防护【答案】D *对应训练*
2．目前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素，比如，有些含有铀、钍的花岗岩等岩石会释放出放射性惰性气体氡，而氡会发生放射性衰变，放射出α、β、γ射线，这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道等方面的疾病，根据有关放射性知识可知，下列说法正确的是
( )A．氡的半衰期为3.8天，若取4个氡原子核，经7.6天后就一定剩下一个原子核了
B．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的
C．γ射线一般伴随着α或β射线产生，在这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱
D．发生α衰变时，生成核与原来的核相比，中子减少了4个答案：B、C
核反应规律
(1)在核反应中，满足质量数守恒和电荷数守恒。质量数守恒并不是质量守恒，在核反应中伴随着质量亏损现象发生。
(2)写核反应方程的三条原则
①质量数、电荷数守恒
②中间用箭头，不能写成等号
③核反应方程应以实验事实为基础，不能凭空杜撰。(3)几个重要的核反应【答案】B、C
【解析】由核反应过程中质量数和电荷数守恒的规律可知，B、C正确。
放射线的危害
对于放射线的危害，人们既熟悉又陌生。在常人的印象里，它是与威力无比的原子弹、氢弹的爆炸联系在一起的，随着全世界和平利用核能呼声的高涨，核武器的禁止使用，核试验的大大减少，人们似乎已经远离放射线危害。然而，近年来，随着放射性同位素及射线装置在工农业、医疗、科研等各个领域的广泛应用，放射线危害的可能性却在增大。前些年，日本刺成县JCO公司的铀浓缩加工厂发生了一起严重的核泄漏事故，有三名工人遭受严重核辐射，当救援人员把他们送到当地医院时，他们已经昏迷不醒。同时这次事故致使工厂周围临近地区遭受不同程度的核污染，辐射量是正常值的一万倍，放射线的危害再一次向人类敲响警钟。什么是放射性同位素，它是怎样造成危害的呢？在周期表中，占据同一个位置，核电荷数相同，但是质量数不同的，称为同位素，铀有好几种同位素，比如说铀235、铀238、铀233、铀234、铀236都属于铀的同位素。什么是放射性同位素？就是能够自发地放出射线的同位素，叫放射性同位素。
放射性同位素都能放出哪些射线呢？把装有放射性同位素的铅室打开，会立即从铅室中射出一束射线，加入磁场射线分成了三束，其中偏转角度较小的一束叫α射线，另一束偏转角度较大的叫β射线，中间一束叫γ射线。α射线穿透能力最弱，用一张厚纸就可以把它挡住；β射线穿透能力强一些，一定厚度的有机玻璃也可以把它挡住；γ射线有着极强的穿透力，通常用铅板可以挡住。除这三种放射线外，常用的射线还有X射线和中子射线，这些射线各具特定能量，对物质具有不同的穿透能力和间离能力，从而使物质或机体发生一些物理、化学、生化变化。如果人体受到长时间大剂量的射线照射，就会使细胞器官组织受到损伤，破坏人体DNA分子结构，有时甚至会导致癌症，或者造成下一代遗传上的缺陷，受照射的人常常会出现头痛、四肢无力、贫血等多种症状，重者甚至死亡。
放射性同位素放出的射线是一种特殊的、既看不见也摸不着的物质，因此有人把它比喻为“魔线”。如何对它进行防护，以减少射线的危害呢？使用电离辐射源的一切实践活动，都必须遵从放射防护的三原则，也就是：第一，实践正当化；第二，防护最优化；第三，个人剂量限制。辐射防护的基本方法有三条：第一，时间防护；第二，距离防护；第三，屏蔽防护。值得注意的是，医生使用射线装置给病人诊治病症时，要根据病人的实际需要，权衡利弊，做到安全合理地使用射线装置。并耐心劝导那些主动要求但不需要使用射线装置诊治的病人，引导他们走出误区，并非一定要使用先进的医疗设备，才可以治疗百病。另外，随着人们对居室美化装修的升温，居室污染也在加剧。其原因之一就是某些建筑材料放出的污气作祟，但是只要我们的居室经常通风化气，污染就可以减少，兴利避害，让放射性同位素及射线装置造福人类。
