第十九章 3、4
基础达标
1．(多选)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N＋He―→O＋H.下列说法中正确的是( )
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
【答案】AC 解析：1919年卢瑟福利用α粒子去轰击氮原子核发现了质子，此反应属于人工转变，在此过程中电荷数守恒，质量数也守恒，故正确答案为A、C．
2．(2018华南名校联考)用中子轰击Pu产生了m个某种粒子，核反应方程为n＋Pu→Sr＋Ba＋mX，方程中的粒子X是( )
A．β粒子
B．质子
C．α粒子
D．中子
【答案】D 解析：由质量数和电荷数守恒得1＋239－(90＋146)＝4，故粒子X的质量数为1，且m＝4，由0＋94－(38＋56)＝0，知粒子X的质子数为0，所以该粒子为中子．故D正确，A、B、C错误．
3．(2018天津卷)国家大科学工程——中国散裂中子源(CSNS)于2017年8月28日首次打靶成功，获得中子束流，可以为诸多领域的研究和工业应用提供先进的研究平台．下列核反应中放出的粒子为中子的是( )
A．N俘获一个α粒子，产生O并放出一个粒子
B．Al俘获一个α粒子，产生P并放出一个粒子
C．B俘获一个质子，产生Be并放出一个粒子
D．Li俘获一个质子，产生He并放出一个粒子
【答案】B 解析：N俘获一个α粒子，产生O后，新粒子的质量数为14＋4－17＝1，电荷数为7＋2－8＝1，所以粒子为质子，故A错误；Al俘获一个α粒子，产生P后，粒子的质量数为27＋4－30＝1，电荷数为13＋2－15＝0，所以粒子为中子，故B正确；B俘获一个质子，产生Be后，粒子的质量数为11＋1－8＝4，电荷数为5＋1－4＝2，所以粒子为α粒子，故C错误；Li俘获一个质子，产生He后，粒子的质量数为6＋1－3＝4，电荷数为3＋1－2＝2，所以粒子为α粒子，故D错误．
4．(多选)近几年，我国北京、上海、山东、洛阳、广州等地引进了十多台γ刀，治疗患者5
000余例，效果极好，成为治疗脑肿瘤的最佳仪器．令人感叹的是，用γ刀治疗时不用麻醉，病人清醒，时间短，半小时完成手术，无须住院，因而γ刀被誉为“神刀”．据报道，我国自己研制的旋式γ刀性能更好，已进入各大医院为患者服务．γ刀治疗脑瘤主要是利用了( )
A．γ射线具有很强的贯穿本领
B．γ射线具有很强的电离作用
C．γ射线具有很高的能量
D．γ射线能很容易绕过阻碍物
【答案】AC 解析：考查γ射线的作用．
5．正电子是电子的反物质，它跟普通电子电量相等，而电性相反，科学家设想在宇宙的某些部分可能存在完全由反粒子构成的物质——反物质.1997年底欧洲和美国的科学研究机构先后宣布，他们分别制造出9个和7个反氢原子，这是人类探索反物质的一大进步，你推测反氢原子的结构是( )
A．一个带正电荷的质子与一个带负电荷的电子构成
B．一个带负电荷的质子与一个带正电荷的电子构成
C．由一个不带电的中子和一个带负电的电子构成
D．由一个带负电荷的质子和一个带负电荷的电子构成
【答案】B
6．(多选)关于同位素的下列说法中，正确的是( )
A．一种元素的几种同位素在元素周期表中的位置相同
B．同位素都具有放射性
C．一种元素的几种同位素的化学性质、物理性质相同
D．互称同位素的原子含有相同的质子数
【答案】AD
7．(多选)威耳逊云室、气泡室、盖革—米勒计数器是探测放射线的三种装置．关于这三种装置，下列说法正确的是( )
A．三种装置都能显示射线粒子的径迹
B．三种装置都能记录射线粒子的数量
C．盖革—米勒计数器可用来记录射线粒子的数量，不能用来显示粒子的径迹
D．威耳逊云室和气泡室能显示和区分不同的射线粒子的径迹
【答案】CD
8．用α粒子照射充氮的云室，摄得如图所示的照片，下列说法中不正确的是( )
A．A是α粒子的径迹，B是质子的径迹，C是新核的径迹
B．B是α粒子的径迹，A是质子的径迹，C是新核的径迹
C．C是α粒子的径迹，A是质子的径迹，B是新核的径迹
D．B是α粒子的径迹，C是质子的径迹，A是新核的径迹
【答案】D 解析：α粒子轰击氮的核反应方程为He＋N→O＋H，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O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D．
能力提升
9．某单位丢失一人工制造的同位素放射源，现场指挥部用“人海战术”寻找放射源．每位工作人员穿防护服寻找2～3分钟，再换下一人接手，以避免受到长时间辐射．关于人工制造的放射性同位素，下列说法错误的是( )
A．人工制造的放射性同位素的半衰期比天然放射性物质的半衰期长很多
B．人工制造的放射性同位素的放射强度容易控制
C．人工制造的放射性同位素的γ射线能进行金属探伤
D．使用人工制造的放射性同位素也要遵守操作规程，防止对人体、空气、水源、用具的污染
【答案】A 解析：人造放射性同位素的半衰期比天然放射性物质短，故A错误；人工制造的放射性同位素的放射强度容易控制，故B正确；人工制造的放射性同位素的γ射线能进行金属探伤，故C正确；使用人工制造的放射性同位素也要遵守操作规程，防止对人体、空气、水源、用具的污染，故D正确．故选A．
10．图甲所示是α、β、γ三种射线穿透能力的示意图，图乙所示是工业上利用射线的穿透性来检查金属内部的伤痕的示意图，则图乙中的检查是利用了( )
甲 乙
A．α射线
B．β射线
C．γ射线
D．三种射线都可以
【答案】C 解析：γ射线的穿透能力最强，能穿透钢板，所以金属探伤利用的是γ射线，选项C正确．
11．完成下列核反应方程，并指出其中哪个是发现质子的核反应方程，哪个是发现中子的核反应方程．
(1)N＋n→C＋____________；
(2)N＋He→O＋____________；
(3)B＋n→____________＋He；
(4)Be＋He→____________＋n；
(5)Fe＋H→Co＋____________.
【答案】(1)H (2)H (3)Li (4)C (5)n；
(2)是发现质子的方程，(4)是发现中子的方程
解析：根据质量数守恒和电荷数守恒，可以判定：(1)中应填H，(2)中应填H(发现质子的核反应方程)，(3)中应填Li，(4)中应填C(发现中子的核反应方程)，(5)中应填n.
12．某实验室工作人员，用初速度v0＝2.7×107
m/s的α粒子，轰击静止的氮原子核N，产生了质子H.若某次碰撞可看作对心正碰，碰后新核与质子同方向运动，垂直磁场方向，通过分析偏转半径可得出新核与质子的速度大小之比为1∶20，已知质子的质量为m.
(1)写出核反应方程；
(2)求出质子的速度．
【答案】(1)N＋He→O＋H
(2)5.84
×107
m/s
解析：(1)N＋He→O＋H.
(2)α粒子、新核的质量分别为4m、17m，质子的速度为v，由动量守恒定律得：4mv0＝17m·＋mv，
解得v＝5.84
×107
m/s.(共45张PPT)
3 探测射线的方法
4 放射性的应用与防护
通过本章的学习我们知道，放射性元素放出的三种射线中的β射线是高速电子流，而我们在前面学过的引导汤姆孙发现电子的阴极射线也是电子流，那么这两种电子流的来源相同吗？
答案：它们的来源不同，阴极射线来自于阴极原子的外层电子，而β射线是原子核内的中子在发生β衰变时，由一个中子变为一个质子和一个电子时形成的，即阴极射线的电子本来就存在的，它只是脱离原子核的束缚，而β射线中的电子原来在原子核内并不存在，而是一个中子转变为质子时生成的．
一、探测射线的方法
1．探测射线的理论依据
(1)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________，过热液体会产生________．
(2)放射线中的粒子会使照相乳胶________．
(3)放射线中的粒子会使荧光物质产生________．
【答案】(1)雾滴 气泡 (2)感光 (3)荧光
2．探测射线的仪器
(1)威耳逊云室
①原理：粒子在云室内的气体中飞过，使沿途的气体分子________，________的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粒子的径迹：α粒子的径迹________，β粒子的径迹________，而常常________，γ粒子电离本领________，在云室中一般看不到它的径迹．
(2)气泡室：气泡室原理同云室的原理类似，不同的是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．
(3)盖革－米勒计数器
①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________．当某种射线粒子进入管内时，它使管内的____________，产生电子……这样，一个粒子进入管中后可以产生大量电子，这些电子到达________，正离子到达________，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．
②优缺点
盖革－米勒计数器____________，方便，但只能用来________，不能区分________________．
【答案】(1)①电离 过饱和 ②直而粗 细 弯曲 弱 (3)①电离电压 气体分子电离 阳极 阴极 ②灵敏 计数 射线的种类
二、核反应
1．定义：原子核在__________的轰击下产生__________的过程．
【答案】其他粒子 新原子核
2．遵循规律：____________守恒，__________守恒，还遵循________________．
【答案】质量数 电荷数 动量守恒定律
3．原子核的人工转变
(1)卢瑟福发现质子的方程：__________________.
(2)查德威克发现中子的方程：________________.
三、放射性同位素的应用与防护
1．放射性同位素定义：有些同位素具有________，叫做放射性同位素．
【答案】放射性
2．放射性同位素特点：放射强度____________，半衰期________，废料容易处理等优点．
【答案】容易控制 短
3．放射性同位素分类：放射性同位素有________放射性同位素和________放射性同位素两类．
【答案】天然 人工
4．放射性同位素的应用
(1)利用射线
①工业部门利用射线测厚度、探伤——利用γ射线的________________的特性．
②消除静电、烟雾报警器——利用α射线具有很强的________作用．
③放射治疗——利用γ射线高能量．
④农业应用——利用________照射种子，可使种子基因突变，培育新品种，还可杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期．
(2)作示踪原子——同位素具有相同的________性质，可用放射性同位素代替非放射性同位素作________原子．
【答案】(1)①穿透能力强 ②电离 ④γ射线 (2)化学 示踪
5．辐射与安全
为防止有害的放射性对人类和自然的破坏，人们采用了有效的防范措施，在生活中对那些可能有放射性的物质要有________意识，即尽可能________放射源．
【答案】防护 远离
1．核反应的条件：用α粒子、质子、中子、光子等轰击原子核使原子核发生转变．
2．核反应的实质：粒子打入原子核内使核发生转变．
核反应和核反应方程
3．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．
(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．
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．人工放射性同位素的优势
(1)种类多，天然放射性同位素只有40多种，而人工放射性同位素有1
000多种．
(2)放射强度容易控制．
放射性同位素及其应用
(3)可制成各种所需的形状．
(4)半衰期短，废料易处理，因而放射性同位素的应用，一般都用人工放射性同位素．
3．人造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)半衰期很短，废料容易处理．
2．(多选)放射性同位素被用做示踪原子，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、化学状态有关
D．放射性同位素容易制造
【答案】AB
【解析】放射性同位素用做示踪原子，主要是用放射性同位素代替没有放射性的同位素参与正常的物理、化学、生物过程，既要利用化学性质相同，也要利用衰变规律不受物理、化学变化的影响，同时还要考虑放射性废料容易处理，因此选项A、B项正确，选项C、D不正确．
1．对一些主要放射线的防护机理
(1)对α粒子的防护：由于α粒子较大，穿透能力很弱，一层纸都不能穿透，所以对α粒子主要是防止不要进入人体(口中或伤口作为进入处)．
(2)对β射线的防护：β射线是高速电子流，穿透本领强，能穿透几毫米厚的铝板．对它的防护主要是防止它引起的次级效应，特别是与重粒子结合导致辐射造成危害．一般在接触β射线时要注意保护眼睛．
(3)对γ射线的防护：γ射线对人身的危害最大，主要是防止它的照射．
放射性的污染和防护
2．放射性防护
为了防止有害的放射性对人类和自然的破坏，人们采取了有效的防范措施，如在核电站的核反应堆外用厚厚的水泥来防止放射线外泄；用过的核废料要放在很厚的重金属箱内，并埋在深海里．在生活中对那些可能具有放射性的物质要有防范意识，即尽可能远离放射源．
防止放射性危害的主要途径是：对放射源进行处理以减少对人的危害；远离放射源．
3．(2017武汉名校一模)2017年2月12日消息，福岛第一核电站2号机组安全壳内辐射量达到高值，对此中国驻日本大使馆在其官方网站发布安全提醒，建议在日侨胞及赴日中国公民妥善安排出行计划．关于核电站，下列说法正确的是( )
A．核电站是使核能转化为内能，通过汽轮机带动发电机来发电的
B．发电的能量来自于天然放射性元素衰变放出的能量
C．核泄漏中放射性物质都是天然放射性元素
D．核电站的核废料可以直接堆放在露天垃圾场
【答案】A
解析：核电站是使重核裂变过程中产生质量亏损，伴随着巨大能量放出，同时将核能转化为内能，通过汽轮机带动发电机来发电的，故A正确；核电站发电的能量来自于重核裂变过程中释放的巨大能量，故B错误；核泄漏中放射性物质一部分是天然放射性元素，更多的放射性物质是核裂变的产物，故C错误；核电站的核废料中具有很多的放射性物质，不可以直接堆放在露天垃圾场，故D错误．
例1 关于威耳逊云室探测射线，下述正确的是( )
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原因是电离，所以无法由径迹判断射线所带电荷的正负
探测射线的方法
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，雾滴沿射线的路线排列，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，所以α射线在云室中的径迹粗而短，即B选项正确；由于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，而细长径迹是β射线的，所以C选项错误；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负，D错．
答案：AB
反思领悟：明确云室的工作原理及三种射线在云室中径迹的特点是解题的关键．
1．下述关于放射线的探测说法不正确的是( )
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也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
【答案】D
【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选项正确；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选项正确；盖革—米勒计数器利用射线的电离作用，产生电脉冲进而计数，所以C选项正确；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选项错误．
核反应方程的书写
反思领悟：写核反应方程的原则是：(1)质量数守恒和电荷数守恒；(2)中间用箭头，不能写成等号，因两端仅仅是质量数守恒，没有体现质量相等；也不能仅画一横线，因箭头的方向还表示反应进行的方向；(3)能量守恒，但中学阶段不作要求；(4)核反应必须是实验能够发生的，不能毫无根据地随意乱写未经实验证实的核反应方程．
例3 用人工方法得到放射性同位素，这是一个很重要的发现，天然放射性同位素只不过40多种，而今天人工制造的同位素已达1
000多种，每种元素都有放射性同位素，放射性同位素在农业、医疗卫生、科研等许多方面得到了广泛应用．
放射性同位素的应用
(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)如图所示是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图．如工厂生产的是厚度1
mm铝板，在α、β、γ三种射线中，你认为对铝板的厚度起主要作用的是________射线．
(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结晶是同一物质，为此曾采用放射性同位素14C
做__________．
解析：(1)因放射性的电离作用，空气中与验电器所带电荷电性相反的离子与之中和，所以使验电器所带电荷消失．
(2)α射线穿透物质的本领弱，不能穿透厚度1
mm的铝板，因而探测器不能探到；γ射线穿透本领最强，穿透1
mm的铝板和几毫米厚铝板打在探测器上很难分辨；β射线也能穿透几毫米厚的铝板，但厚度不同，穿透后β射线中的电子运动状态不同，探测器容易分辨．
(3)把掺入14C的人工合成牛胰岛素与天然牛胰岛素混合在一起，经多次重新结晶后，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合为一体，它们是同一物质，把这种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，从而可了解某些不容易察明的情况或规律，人们把这种用途的放射性同位素叫做示踪原子．
答案：(1)B (2)β (3)示踪原子
反思领悟：这是一道运用放射线的特性解决实际问题的考题，要求同学们对三种射线的特性要熟悉，熟记放射性同位素应用是解题的关键．
3．关于放射性同位素的应用，下列说法中正确的是( )
A．放射线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γ射线的贯穿性可以为金属探伤，也能进行人体的透视
C．用放射线照射作物种子使其DNA发生变异，其结果一定是更优秀的品种
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
【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性，使空气分子电离成为导体，将静电泄出．γ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γ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．本题正确选项为D.
