高二物理下选修3-5 19.3—19.4 课件（人教版36张ppt）

(共36张PPT)
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1.基本考查点:探测射线的方法,放射性同位素,放射性的应用与防护；
2.常考点: 核反应方程及规律；
3.题型及难度:以选择题为主,难度中等偏易。
19.3—19.4
例1.
D
衰变和 衰变在磁场中的轨迹问题
变式1.（多选）静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核，当它放出一个α粒子后，其速度方向与磁场方向垂直，测得α粒子和反冲核的轨道半径之比为44：1，如图所示，则（　　 ）
A． 粒子与反冲核的动量大小相等、方向相反
B．衰变瞬间， 粒子与反冲核的动能相等
C．原来放射性元素的核电荷数为90
D．α 粒子和反冲核的速度之比为1：88
AC
衰变和 衰变在磁场中的轨迹问题
衰变和 衰变在磁场中的轨迹问题--解题通法
发生衰变时粒子轨迹问题分析
1.处于静止状态的原子核发生衰变时,产生的新核和放出的粒子动量大小相等,而新核的电荷量一般远大于粒子的电荷量,又在同一匀强磁场中,由洛伦兹力提供向心力时,轨道半径R= ,此式的分子是相等的,分母中电荷量大的半径小,电荷量小的半径大。 所以,一般情况下,半径小的是新核的轨迹,半径大的是粒子的轨迹。
衰变和 衰变在磁场中的轨迹问题--解题通法
2.静止的原子核发生衰变和衰变的规律以及它们在磁场中运动的轨迹特点：





衰变和 衰变在磁场中的轨迹问题--解题通法
3.解答此类问题应把握以下三点：
(1)原子核在释放或粒子的过程中系统的动量守恒、能量守恒、电荷数守恒、质 量数守恒。
(2)由左手定则和轨迹的内切或外切判断磁场方向和释放粒子的电性;
(3)根据洛伦兹力、牛顿第二定律以及动量守恒定律可知粒子轨迹半径和粒子电荷量的关系。
1.探测射线的方法
探测射线的存在、带电情况、动量和能量问题,方法多样,主要是利用放射性粒子与其他物质作用时产生的现象来显现射线的存在，其主要现象有：
(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)使照相乳胶感光.
(3)使荧光物质产生荧光.
一、探测射线的方法
2.探测放射性的三种装置
(1)威耳逊云室
①实验装置
如图所示,威耳逊云室的主要部分是一个圆筒状容器,
下部是一个可以上下移动的活塞,上盖是透明的,可以通过
它来拍摄和观察粒子运动的径迹。室内由光源通过旁边
的窗子照明，少量放射性物质(放射源)放在室内侧壁附近
(或放在室外,让射线从侧壁的窗口射入)

一、探测射线的方法
②实验过程
实验时,先往云室里加少量酒精,使室内充满酒精的饱和蒸气,
然后迅速向下拉动活塞,室内气体膨胀,温度降低,酒精蒸气达到过
饱和状态。这时如果有能量较高的粒子从室内气体中飞过,就会
使沿途的气体分子电离产生离子,过饱和酒精蒸气便以这些离子
为核心凝结成雾滴,于是显示出射线的径迹。这种云室是英国物
理学家威耳逊在1912年发明的,故叫做威耳逊云室。
一、探测射线的方法
威耳逊
③放射线在云室中的径迹





一、探测射线的方法
粒
子
径
迹
形
状
粒子质量比较大,在气体中飞行时不易改变方向,且粒子电离本领大,故a粒子的径迹直而清晰
高速 粒子的径迹又细又直,低速 粒子的径迹又短又粗而且是弯曲的
粒子的电离本领很小,在云室中一般看不到它的径迹
要点解读
(1)在云室里看到的只是成串的小液滴,它描述的是射线粒子运动的径迹,而不是射线本身.
(2)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,可以知道粒子所带电荷的正负;根据径迹的曲率半径的大小,还可以知道粒子的动量大小.
一、探测射线的方法
(2)气泡室
气泡室的原理和云室的原理类似,所不同的是气泡室
内装的是液体,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时就
有气泡形成,图为粒子经过气泡室时的径迹照片,带电粒子
径迹呈曲线是由于粒子在磁场中受到洛伦兹力的作用.
根据照片上记录的情况,可以分析出粒子的带电情况、
动量、能量等。
一、探测射线的方法
气泡室中带电粒子的径迹
气泡室的优点及不足：
（1）它的空间和时间分辨率高。
（2）工作循环周期短，本底干净、 径迹清晰，可反复操作。
（3）扫描和测量时间太长。
（4）体积有限，而且甚为昂贵。
一、探测射线的方法
(3)盖革一米勒计数器
盖革一米勒计数管的原理是某种射线粒子进入管内时,它使管内的气体电离,产生的电子在电场中加速,能量越来越大,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,一个粒子进入管中后可以产生大量电子,这些电子到达阳极,正离子到达阴极,在外电路中就产生一次脉冲放电,利用电子仪器可以把放电次数记录下来。
特别提醒
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，
而盖革一米勒计数器只能计数,不能区分射线的种类。
一、探测射线的方法
德国物理学家盖革在1928年与米勒合作研制出的计数器用来检测放射性是非常方便的，盖革管的结构如图所示：





















窗口

阴极

阳极
接放大器
粒子
盖革——米勒计数器
1.构造
一、探测射线的方法
例1.
D
1.核反应的定义
原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程叫核反应。
2.核反应的条件
用 粒子、质子、中子,甚至用光子轰击原子核使原子核发生转变。
3.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。
二、人工转变核反应
4.人工转变核反应与衰变的区别
(1)衰变是原子核的自发变化,而人工转变核反应是原子核在其他粒子的轰击下的变化。
(2)人工转变核反应与衰变都遵循质量数守恒、电荷数守恒的规律。
5.典型的人工转变核反应方程
(1)英国物理学家卢瑟福在1919年做了用 粒子轰击氮核的实验,从氮核中打出了一种粒子,发现了质子,该人工转变核反应方程为 N+ He→ O+ H
(2)1932年英国物理学家查德威克用 粒子轰击铍原子核发现了中子,该人工转变核反应方程为 Be+ He→ C+ n
二、人工转变核反应
例2.用中子轰击铝Al ，产生钠 Na和 X 粒子，钠 Na具有放射性，它衰变后
变成镁g ，则X 粒子和钠Na的衰变过程分别是（　　）
A．质子　α衰变 B．α粒子　β衰变
C．电子　α衰变 D．正电子　β衰变
B
二、人工转变核反应
书写核反应方程的原则及方法
1.在核反应中,质量数守恒、电荷数守恒,有些核反应还需考虑能量守恒及动量守恒.
2.核反应方程中的箭头“→”表示核反应进行的方向,不能把箭头写成等号.
3.写核反应方程必须有实验依据.
4.在写核反应方程时,应先将已知原子核和已知粒子的符号填入核反应方程一般形式的适当位置上,然后根据质量数守恒和电荷数守恒计算出未知核(或未知粒子)的质量数和电荷数,最后根据未知核(或未知粒子)的电荷数确定是哪种元素(或哪种粒子),并在核反应方程一般形式中的适当位置填上它们的符号.
5.另外对于物理学史上著名的人工核反应方程式,还需要加识记,
如卢瑟福发现质子的核反应方程: N+ He→ O+ H;
查德威克发现中子的核反应方程Be + He → + n.
解题通法
1.人工放射性同位素
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种造两种,它们的化学性质相同。用质子、中子、 粒子轰击原子核可以得到放射性同位素。
2.典型的人工放射性同位素核反应方程
约里奥-居里夫妇在1934年发现经过 粒子轰击的铝片中含有放射性磷,
核反应方程为: He+ Al → P+ n , 其中反应生成物P 就是磷的放射性同位素,它像天然放射性元素一样发生衰变,它衰变时放出正电子. P发生衰变的核反应方程为:P → Si+
三、放射性同位素
说明：
这是人类第一次用人工方法获得放射性同位素,这是一个很重要的发现,天然的放射性同位素不过40多种,而今天人工制造的放射性同位素已达到1000多种,每种元素都有放射性同位素。
3.人工放射性同位素的优点
(1)放射强度容易控制；(2)形状容易控制；(3)半衰期短,废料容易处理。
说明：
人工放射性同位素可以通过核反应获得,虽然放射性元素衰变的快慢由核内部因素决定,但可以控制材料中放射性同位素的含量。
三、放射性同位素
三、放射性同位素
例3. 1934年，约里奥一居里夫妇用α粒子轰击铝核 Al ，产生了第一个人工放射性核素X： α+ Al → n + X， ，X的原子序数和质量数分别为（　　）
A．15和30 B．15和28 C．16和30 D．17和31
A
1.放射性同位素的应用
(1)利用它放射出的射线
①利用 射线的贯穿本领.利用钴 60放出的很强的 射线来检查金属内部有没有砂眼和裂纹,这叫 γ 射线探伤；
利用 射线可以检查30cm厚的钢铁部件；
利用射线的贯穿本领,可用来检查各种产品的厚度、密封容器中的液面高度等,从而自动控制生产过程。
四、放射性的应用与防护
γ射线探伤仪
钴60
利用钴60的γ射线治疗癌症（放疗）
②利用 射线的电离作用.放射线能使空气电离,从而可以消除静电积累,防止静电
产生的危害。
③利用 射线对生物组织的物理、化学效应使种子发生变异培育优良品种。
④利用 射线的能量,轰击原子核实现原子核的人工转变。
⑤在医疗上,常用来控制病变组织的扩大。
(2)作为示踪原子
把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,就可知道放射性原子通过了什么路径,运动到哪里了,是怎样分布的。我们把这种用途的放射性同位素叫做示踪原子，示踪原子有着极为广泛的应用。
四、放射性的应用与防护
2.放射性的污染与防护
放射线在我们的生活中无处不在,在合理应用放射性的同时,又要警惕它的危害,进行必要的防护。过量的放射性会对环境造成污染;对人类和自然产生破坏作用。下图是国际通用的放射性标志。


四、放射性的应用与防护
20世纪人们在毫无防备的情况下研究放射性

遭原子弹炸后的广岛

(1)放射性污染
过量的放射性会对环境造成污染,对人类和自然界产生破坏作用
四、放射性的应用与防护
(2)放射性的主要危害与防护






四、放射性的应用与防护
危

害 核爆炸 核爆炸的最初几秒钟放射出来的主要是强的射线和中子流,这些射线具有很强的穿透能力,对人体和其他生物有很强的杀伤作用。
核泄漏 核业生产和核科学研究中使用的放射性原材料,一旦泄漏就会造 成严重污染。
医疗照射 医疗中如果射线的剂量过大,也会导致病人受到伤害,甚至造成病人的死亡。
防

护 密封防护 把放射源密封在特殊的包壳里,或用特殊方法覆盖,以防止射线泄漏。
距离防护 距放射源越远,人体吸收的剂量就越少,受到的危害就越轻。
时间防护 尽量减少受辐射时间
屏蔽防护 在放射源与人体之间加屏蔽物能起到防护作用,铅的屏蔽作用最好。
核反应堆外层的厚厚的水泥建筑
防护
操作放射性物质的设备
在防护状态下操作放射性物质
例4.放射性在工农业生产和科学研究中有广泛的应用，下列关于放射性的应用与防护，说法不正确的是（　　）
A．利用γ射线照射食品，可以杀死使食物腐败的细菌，延长保质期
B．利用示踪原子可以研究生物大分子的结构和功能
C．利用放射线的贯穿作用，可以制成射线测厚装置
D．放射治疗利用了射线对病灶细胞的吸收作用
B
四、放射性的应用与防护

放射性的应用
射线应用
示踪原子
探伤仪
培育新种
保存食物
消除有害静电
消灭害虫
治疗恶性肿瘤
农作物检测
诊断器质性和功能性疾病
生物大分子结构及功能研究




云室、气泡室和计数器的简单构造和基本原理
放射线的粒子与其他物质作用时产生的一些现象
探
测
射
线
的
方
法
课堂小结
作业
1.先复习今天所讲基础内容完成本节大小本；
2.预习第五节，完成大本。