2017-2018學(xué)年高中物理 第4章 從原子核到夸克 4.3 讓射線造福人類 4.4 粒子物理與宇宙的起源（略）學(xué)案 滬科版選修3-5

1、4.3讓射線造福人類44粒子物理與宇宙的起源(略)學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.知道什么是放射性同位素以及獲得放射性同位素的方法.2.了解探測(cè)射線的幾種儀器和方法.3.知道放射性同位素的常見(jiàn)應(yīng)用一、人工放射性同位素的發(fā)現(xiàn)導(dǎo)學(xué)探究第一種人工放射性同位素是如何發(fā)現(xiàn)的？常見(jiàn)的人工轉(zhuǎn)變的核反應(yīng)有哪些？答案(1)1934年，約里奧居里夫婦在用粒子轟擊鋁箔時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一種具有放射性的新元素P，這種新元素能不斷地放射出正電子，核反應(yīng)方程為：HeAlPnPSie(2)常見(jiàn)的人工轉(zhuǎn)變的核反應(yīng)有：a盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子：NHeOHb查德威克發(fā)現(xiàn)中子：BeHe6Cnc居里夫婦人工制造同位素：HeAlnPP具有放射性：PSi01e.知識(shí)梳理

2、1放射性同位素的分類(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發(fā)現(xiàn)(1)1934年，約里奧居里夫婦發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)粒子轟擊的鋁片中含有放射性磷P.(2)發(fā)現(xiàn)磷同位素的方程HeAlPn.3放射性同位素知多少天然放射性同位素只有幾十種，而人們利用原子反應(yīng)堆和加速器生產(chǎn)的放射性同位素已達(dá)2_000多種即學(xué)即用判斷下列說(shuō)法的正誤(1)在核反應(yīng)中，質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒()(2)放射性同位素P，既可以通過(guò)核反應(yīng)人工獲得，也可以從自然界中獲得()二、探測(cè)射線的儀器和方法導(dǎo)學(xué)探究肉眼看不見(jiàn)射線，但是射線中的粒子與其他物質(zhì)作用時(shí)的現(xiàn)象，會(huì)顯示射線的存在閱讀課本，舉出一些探測(cè)射線的方法答案(1)

3、射線使氣體發(fā)生電離，使計(jì)數(shù)管電路中出現(xiàn)脈沖電流(2)射線使氣體分子電離產(chǎn)生離子，過(guò)飽和汽以這些離子為核心凝結(jié)成一條霧跡(3)射線中的粒子使照相底片感光知識(shí)梳理1計(jì)數(shù)器(1)原理：計(jì)數(shù)器的主要部分是計(jì)數(shù)管射線進(jìn)入管內(nèi)，使管內(nèi)氣體發(fā)生一連串的電離，從而使計(jì)數(shù)管電路中出現(xiàn)一個(gè)相當(dāng)強(qiáng)的脈沖電流(2)作用：記錄粒子進(jìn)入管的次數(shù)2云室(1)原理：射線使氣體分子電離產(chǎn)生離子，過(guò)飽和汽以這些離子為核心凝結(jié)成一條霧跡(2)作用：顯示粒子的徑跡3乳膠照相(1)原理：高速運(yùn)動(dòng)的帶電粒子能使照相底片感光(2)作用：記錄粒子徑跡即學(xué)即用判斷下列說(shuō)法的正誤(1)計(jì)數(shù)器非常靈敏，不僅可以計(jì)數(shù)，還可以區(qū)分射線的種類()(2)

4、云室可以顯示粒子和粒子的徑跡()(3)高速粒子在云室中的徑跡又短又粗而且是彎曲的()三、射線的應(yīng)用及防護(hù)知識(shí)梳理1射線的應(yīng)用(1)作為射線源檢查物體內(nèi)部情況，檢查產(chǎn)品的密度和厚度利用射線的生物效應(yīng)，消滅害蟲(chóng)、殺菌消毒、治療癌癥等利用射線的化學(xué)效應(yīng)，促進(jìn)高分子化合物的聚合反應(yīng)，以制造各種塑料或改善塑料的性能等(2)作為示蹤原子一種元素的各種同位素具有相同的化學(xué)性質(zhì)，而用放射性同位素制成的化合物，經(jīng)歷各種過(guò)程時(shí)會(huì)不斷地放出射線，由此可以掌握它的蹤跡2放射性污染及其防護(hù)(1)危害：過(guò)強(qiáng)的射線(包括電磁輻射)會(huì)對(duì)生物體造成危害(2)防護(hù)使用放射性物質(zhì)時(shí)必須嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，不準(zhǔn)用手接觸；廢棄不用的放射

5、性物質(zhì)，應(yīng)交有關(guān)部門處理，或者在指定地點(diǎn)深埋于地下，并遠(yuǎn)離水源特別要注意防止放射性物質(zhì)對(duì)空氣、水源和食品的污染即學(xué)即用判斷下列說(shuō)法的正誤(1)現(xiàn)在用到射線時(shí)，既可以用人工放射性同位素，也可以用天然放射性物質(zhì)()(2)用射線照射食品可以殺死使食物腐敗的細(xì)菌，抑制蔬菜發(fā)芽，延長(zhǎng)保存期()一、對(duì)核反應(yīng)方程的再認(rèn)識(shí)例1完成下列核反應(yīng)方程，并說(shuō)明哪些屬于人工轉(zhuǎn)變核反應(yīng)，哪些屬于衰變，及人工轉(zhuǎn)變核反應(yīng)和衰變有什么不同(1)N()OH(2)BeHeC()(3)BHe()n(4)AlHeP()，PSi()(5)Lin()He(6)Co()Co(7)UTh()(8)ThPa()答案(1)N(He)OH，人工轉(zhuǎn)變

6、核反應(yīng)(2)BeHeC(n)，人工轉(zhuǎn)變核反應(yīng)(3)BHe(N)n，人工轉(zhuǎn)變核反應(yīng)(4)AlHeP(n)，人工轉(zhuǎn)變核反應(yīng)PSi(e)，衰變(5)Lin(H)He，人工轉(zhuǎn)變核反應(yīng)(6)Co(n)Co，人工轉(zhuǎn)變核反應(yīng)(7)UTh(He)，衰變(8)ThPa(e)，衰變?nèi)斯まD(zhuǎn)變核反應(yīng)和衰變的比較見(jiàn)總結(jié)提升人工轉(zhuǎn)變核反應(yīng)與衰變的比較1不同點(diǎn)：原子核的人工轉(zhuǎn)變，是一種核反應(yīng)，是其他粒子與原子核相碰撞的結(jié)果，需要一定的裝置和條件才能發(fā)生；而衰變是原子核的自發(fā)變化，它不受物理、化學(xué)條件的影響2相同點(diǎn)：人工轉(zhuǎn)變與衰變過(guò)程一樣，在發(fā)生的過(guò)程中質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)都守恒；反應(yīng)前后粒子總動(dòng)量守恒二、探測(cè)射線的儀器和方法1計(jì)

7、數(shù)器當(dāng)某種粒子經(jīng)過(guò)管中時(shí)，管內(nèi)氣體分子電離，產(chǎn)生電子，這些電子到達(dá)陽(yáng)極，正離子到達(dá)陰極，在外電路中產(chǎn)生一次脈沖放電，利用電子儀器可以把放電次數(shù)記錄下來(lái)2云室(1)粒子顯示的徑跡直而清晰因?yàn)榱Ｗ訋щ姾闪慷?，它的電離本領(lǐng)強(qiáng)，穿越云室時(shí)，在1 cm路程上能使104對(duì)氣體分子產(chǎn)生電離，過(guò)飽和酒精蒸氣凝結(jié)在這些離子上，形成很清晰的徑跡且由于粒子質(zhì)量大，穿越云室時(shí)不易改變方向，所以顯示的徑跡很直(2)粒子顯示的徑跡粒子的質(zhì)量小，跟氣體碰撞時(shí)容易改變方向，并且電離本領(lǐng)小，沿途產(chǎn)生的離子少，所以高速粒子的徑跡又細(xì)又直，低速粒子的徑跡又短又粗而且是彎曲的(3)射線的電離本領(lǐng)很小，在云室中一般看不到它的徑跡3乳膠

8、照相高速粒子從膠片的乳膠層中通過(guò)時(shí)，會(huì)使其中的溴化銀晶粒電離形成潛像，經(jīng)顯影和定影，便可顯出粒子的徑跡例2(多選)用計(jì)數(shù)器測(cè)定放射源的放射強(qiáng)度為每分鐘405次，若將一張厚紙板放在計(jì)數(shù)器與放射源之間，計(jì)數(shù)器幾乎測(cè)不到射線.10天后再次測(cè)量，測(cè)得該放射源的放射強(qiáng)度為每分鐘101次，則下列關(guān)于射線性質(zhì)及它的半衰期的說(shuō)法正確的是()A放射源射出的是射線B放射源射出的是射線C這種放射性元素的半衰期是5天D這種放射性元素的半衰期是2.5天答案AC解析因厚紙板能擋住這種射線，可知這種射線是穿透能力最差的射線，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；10天后測(cè)出放射強(qiáng)度為原來(lái)的四分之一，說(shuō)明10天后放射性元素的原子核個(gè)數(shù)只有原來(lái)

9、的四分之一，由半衰期公式知，經(jīng)過(guò)了兩個(gè)半衰期，故半衰期是5天針對(duì)訓(xùn)練在云室中，關(guān)于放射源產(chǎn)生的射線徑跡，下列說(shuō)法中正確的是()A由于射線的能量大，容易顯示其徑跡B由于粒子的速度大，其徑跡粗而且長(zhǎng)C由于粒子的速度小，不易顯示其徑跡D由于粒子的電離作用強(qiáng)，其徑跡直而清晰答案D解析在云室中顯示粒子的徑跡是由于粒子引起氣體電離，電離作用強(qiáng)的粒子容易顯示其徑跡，因粒子質(zhì)量較大，飛行時(shí)不易改變方向，所以粒子的徑跡直而清晰，故只有D正確三、放射性同位素的應(yīng)用1工業(yè)部門使用射線測(cè)厚度利用射線的穿透特性2農(nóng)業(yè)應(yīng)用射線使種子的遺傳基因發(fā)生變異，殺死使食物腐敗的細(xì)菌、抑制蔬菜發(fā)芽、延長(zhǎng)保存期等3做示蹤原子利用放射性

10、同位素與非放射性同位素有相同的化學(xué)性質(zhì)4醫(yī)學(xué)上利用射線的高能量治療癌癥例3正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層顯像(PET)的基本原理是：將放射性同位素15O注入人體，參與人體的代謝過(guò)程.15O在人體內(nèi)衰變放出正電子，正電子與人體內(nèi)負(fù)電子相遇而湮滅轉(zhuǎn)化為一對(duì)光子，被探測(cè)器探測(cè)到，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后產(chǎn)生清晰的圖像根據(jù)PET原理，回答下列問(wèn)題：(1)寫(xiě)出15O的衰變和正負(fù)電子湮滅的方程式(2)將放射性同位素15O注入人體，15O的主要用途是()A利用它的射線 B作為示蹤原子C參與人體的代謝過(guò)程 D有氧呼吸(3)PET中所選的放射性同位素的半衰期應(yīng)_(填“長(zhǎng)”“短”或“長(zhǎng)短均可”)答案(1)ON，2(2)B(3)短解析

11、(1)由題意得ON，2.(2)將放射性同位素15O注入人體后，由于它能放出正電子，并能與人體內(nèi)的負(fù)電子產(chǎn)生一對(duì)光子，從而被探測(cè)器探測(cè)到，所以它的用途是作為示蹤原子，B正確(3)根據(jù)同位素的用途，為了減小對(duì)人體的傷害，半衰期應(yīng)該短1用射線來(lái)測(cè)量厚度，一般不選取射線是因?yàn)槠浯┩改芰μ?，更多的是選取射線，也有部分是選取射線的2給病人治療癌癥、培育優(yōu)良品種、延長(zhǎng)食物保存期一般選取射線3使用射線時(shí)安全是第一位的1在工業(yè)生產(chǎn)中，某些金屬材料內(nèi)部出現(xiàn)的裂痕是無(wú)法直接觀察到的，如果不能夠發(fā)現(xiàn)它們，可能會(huì)給生產(chǎn)帶來(lái)極大的危害自從發(fā)現(xiàn)放射線后，則可以利用放射線進(jìn)行探測(cè)，這是利用了()A原子核在衰變中產(chǎn)生的HeB

12、射線的帶電性質(zhì)C射線的穿透本領(lǐng)D放射性元素的示蹤本領(lǐng)答案C解析射線的穿透本領(lǐng)較強(qiáng)，可以用來(lái)進(jìn)行金屬探傷，故正確答案為C.2(多選)下列應(yīng)用中把放射性同位素作為示蹤原子的是()A射線探傷儀B利用含有放射性I的油，檢測(cè)地下輸油管的漏油情況C利用Co治療腫瘤等疾病D把含有放射性元素的肥料施給農(nóng)作物，用以檢測(cè)確定農(nóng)作物吸收養(yǎng)分的規(guī)律答案BD解析射線探傷儀利用了射線的穿透能力，所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤利用含有放射性I的油，可以記錄油的運(yùn)動(dòng)蹤跡，可以檢查管道是否漏油，所以選項(xiàng)B正確利用Co治療腫瘤等疾病，利用了射線的穿透能力和高能量，所以選項(xiàng)C錯(cuò)誤把含有放射性元素的肥料施給農(nóng)作物，可以記錄放射性元素的蹤跡，用以檢測(cè)

13、確定農(nóng)作物吸收養(yǎng)分的規(guī)律，所以選項(xiàng)D正確3用粒子照射充氮的云室，攝得如圖1所示的照片，下列說(shuō)法中正確的是()圖1AA是粒子的徑跡，B是質(zhì)子的徑跡，C是新核的徑跡BB是粒子的徑跡，A是質(zhì)子的徑跡，C是新核的徑跡CC是粒子的徑跡，A是質(zhì)子的徑跡，B是新核的徑跡DB是粒子的徑跡，C是質(zhì)子的徑跡，A是新核的徑跡答案D解析粒子的徑跡是沿入射方向的生成的新核徑跡的特點(diǎn)是粗而短，根據(jù)以上特點(diǎn)可判斷D正確4用人工方法得到放射性同位素，這是一個(gè)很重要的發(fā)現(xiàn)，天然的放射性同位素只不過(guò)40多種，而今天人工制造的放射性同位素已達(dá)2 000多種，每種元素都有放射性同位素放射性同位素在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生和科學(xué)研究等許多

14、方面得到了廣泛的應(yīng)用(1)帶電的驗(yàn)電器在放射線的照射下電荷會(huì)很快消失，其原因是()A射線的穿透作用B射線的電離作用C射線的物理、化學(xué)作用 D以上三個(gè)選項(xiàng)都不是(2)圖2圖2是工廠利用放射線自動(dòng)控制鋁板厚度的裝置示意圖如果工廠生產(chǎn)的是厚度為1毫米的鋁板，在、三種射線中，你認(rèn)為對(duì)鋁板的厚度控制起主要作用的是_射線(3)在我國(guó)首先用人工方法合成牛胰島素時(shí)，需要證明人工合成的牛胰島素的結(jié)晶跟天然牛胰島素的結(jié)晶是同一種物質(zhì)，為此曾采用放射性同位素14C做_答案(1)B(2)(3)示蹤原子解析(1)因放射線的電離作用，空氣中與驗(yàn)電器所帶電性相反的離子與之中和，從而使驗(yàn)電器所帶電荷消失(2)射線穿透物質(zhì)的本

15、領(lǐng)弱，不能穿透厚度為1毫米的鋁板，因而探測(cè)器不能探測(cè)，射線穿透物質(zhì)的本領(lǐng)極強(qiáng)，穿透1毫米厚的鋁板和幾毫米厚的鋁板打在探測(cè)器上很難分辨射線也能夠穿透1毫米甚至幾毫米厚的鋁板，但厚度不同，穿透后射線中的電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同，探測(cè)器容易分辨(3)把摻入14C的人工合成的牛胰島素與天然牛胰島素混合在一起，經(jīng)過(guò)多次重新結(jié)晶后，得到了放射性14C分布均勻的牛胰島素的結(jié)晶，這就證明了人工合成的牛胰島素與天然牛胰島素完全融為一體，它們是同一種物質(zhì)這種把放射性同位素的原子摻到其他物質(zhì)中去，讓它們一起運(yùn)動(dòng)、遷移，再用放射性探測(cè)儀器進(jìn)行追蹤，就可以知道放射性原子通過(guò)什么路徑，運(yùn)動(dòng)到哪里了，是怎樣分布的，從而可以了解某些

16、不容易查明的情況或規(guī)律人們把作這種用途的放射性同位素叫做示蹤原子一、選擇題(14題為單選題，57題為多選題)1利用威爾遜云室探測(cè)射線時(shí)能觀察到短粗而彎曲的徑跡，則下列說(shuō)法正確的是()A可知有射線射入云室中B可知是射線射入云室中C觀察到的是射線粒子的運(yùn)動(dòng)D觀察到的是射線粒子運(yùn)動(dòng)路徑上的酒精霧滴答案D解析因?yàn)橥栠d云室中觀察到的短粗而彎曲的徑跡是射線的徑跡，A、B選項(xiàng)均錯(cuò)誤；射線粒子的運(yùn)動(dòng)肉眼是觀察不到的，觀察到的是酒精的過(guò)飽和蒸氣在射線粒子運(yùn)動(dòng)路徑上形成的霧滴，C選項(xiàng)錯(cuò)誤，D選項(xiàng)正確2醫(yī)學(xué)界通過(guò)14C標(biāo)記的C60發(fā)現(xiàn)一種C60的羧酸衍生物，在特定條件下可以通過(guò)斷裂DNA抑制艾滋病病毒的繁殖，則1

17、4C的用途是()A示蹤原子 B電離作用C催化作用 D貫穿作用答案A解析用14C標(biāo)記C60來(lái)查明元素的行蹤，發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)斷裂DNA抑制艾滋病病毒的繁殖，因此14C的作用是做示蹤原子，故選項(xiàng)A正確3關(guān)于放射性同位素的應(yīng)用，下列說(shuō)法中正確的有()A放射線改變了布料的性質(zhì)使其不再因摩擦而生電，從而達(dá)到消除有害靜電的目的B利用射線的穿透性可以為金屬探傷，也能進(jìn)行人體的透視C用放射線照射作物種子使其DNA發(fā)生變異，其結(jié)果一定是更優(yōu)秀的品種D用射線治療腫瘤時(shí)一定要嚴(yán)格控制劑量，以免對(duì)人體正常組織造成太大的傷害答案D解析利用放射線消除有害靜電是利用放射線的電離作用，使空氣分子電離成為導(dǎo)體，將靜電消除射線對(duì)人體

18、細(xì)胞傷害太大，不能用來(lái)進(jìn)行人體透視作物種子發(fā)生的DNA突變不一定都是有益的，還要經(jīng)過(guò)篩選才能培育出優(yōu)良品種用射線治療腫瘤對(duì)人體肯定有副作用，因此要科學(xué)地控制劑量本題正確選項(xiàng)為D.4一個(gè)靜止在磁場(chǎng)中的放射性同位素原子核P，放出一個(gè)正電子后變成原子核Si，能近似反映正電子和Si核軌跡的是()答案B解析把放出的正電子和衰變生成物Si核看成一個(gè)系統(tǒng)，根據(jù)動(dòng)量守恒定律知正電子和Si核運(yùn)動(dòng)方向一定相反，C、D可排除由qvBm得，R，因?yàn)閯?dòng)量mv相等，故R，即，可見(jiàn)Si核的運(yùn)動(dòng)半徑較小，選B.5有關(guān)放射性同位素P的下列說(shuō)法，正確的是()A.P與X互為同位素B.P與其同位素具有相同的化學(xué)性質(zhì)C用P制成化合物后

19、它的半衰期變長(zhǎng)D含有P的磷肥釋放正電子，可用作示蹤原子，觀察磷肥對(duì)植物的影響答案BD解析同位素有相同的質(zhì)子數(shù)，所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤；同位素具有相同的化學(xué)性質(zhì)，所以選項(xiàng)B正確；半衰期與元素屬于化合物或單質(zhì)沒(méi)有關(guān)系，所以P制成化合物后它的半衰期不變，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；含有P的磷肥由于衰變，可記錄磷的蹤跡，所以選項(xiàng)D正確6下列說(shuō)法正確的是()A通過(guò)核反應(yīng)可以人工制造放射性同位素B現(xiàn)在用的射線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發(fā)出的射線對(duì)人體無(wú)害D人工制造的放射性同位素半衰期短，因此放射性廢料容易處理答案ABD7聯(lián)合國(guó)環(huán)境署對(duì)科索沃地區(qū)的調(diào)查表明，北約對(duì)南聯(lián)盟進(jìn)行的轟炸中，大量使用了貧鈾炸彈貧鈾是從天然鈾中提煉鈾235以后的副產(chǎn)品，其主要成分為鈾238，貧鈾炸彈穿透能力是常規(guī)炸彈的9倍，殺傷力極大，而且其殘留物長(zhǎng)期危害環(huán)境下列關(guān)于其殘留物長(zhǎng)期危害環(huán)境的理由正確的是()A由于爆炸后的彈片存在放射性，會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生長(zhǎng)期危害B鈾的半衰期很長(zhǎng)C鈾的半衰期很短D鈾是易溶于水的有毒物質(zhì)，人飲用溶有鈾的水會(huì)中毒而亡答案AB解析貧鈾炸彈爆炸后，彈片中仍含有半衰期很長(zhǎng)的鈾，故爆炸后的殘留物仍會(huì)長(zhǎng)時(shí)間對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生污染，故選A、B.