高中物理 天然放射现象课件 新人教版 46页

课时51天然放射现象放射性的应用与防护\n考点一　原子核的组成►基础梳理◄1．原子核的组成(1)质子：质子带一个基本单位的正电荷，即带1.6×10－19C的正电．它的质量大约是电子质量的1836倍．(2)中子：中子的质量跟质子的质量几乎相同，约等于1.67×10－27kg，中子不带电．\n(3)原子核的组成：现代实验已经证实，原子核由质子和中子组成．质子和中子统称为核子．原子核的质量数(A)：等于质子与中子的个数之和即核子数．原子核内的质子数(Z)：等于原子核的电荷数，等于该元素的原子序数．原子核的符号表示：X2．同位素：具有相同的质子数和不同的中子数的原子互称为同位素．\n►疑难详析◄1．中子和质子的发现1919年卢瑟福用α粒子轰击氮核发现了质子，1932年查德威克用α粒轰击铍核发现了中子，从此，原子核是由质子和中子组成的观点得到了公认，并为以后核能的释放提供了可能．\n2．什么是放射性同位素同一种元素的多种同位素中，有稳定的，也有不稳定的．不稳定的同位素会自发地放出α粒子或正负电子，衰变为新的元素．这种不稳定的同位素就叫放射性同位素．放射性同位素天然的有40多种，人工转变的有1000多种，具有广泛的应用．\n►深化拓展◄质子带正电，质子间有库仑斥力，它们却能和中子一道组成稳固的原子核，为什么？核子间是通过核力的作用结合在一起的，核力是一种很强的超短程力，要比质子间的库仑斥力大得多，不仅质子与质子之间有核力，质子与中子，中子与中子间也存在核力，作用范围为2.0×15－15m；超过此范围，核力就迅速减小到零，故核力只存在于相邻的核子之间．\n考点二　天然放射现象►基础梳理◄1．不稳定的原子核自发放出α粒子和β粒子后，转变为新核的变化称为原子核的衰变．衰变规律：衰变中的电荷数和质量数都是守恒的．\n2．半衰期：放射性元素的原子核有一半发生衰变所用的时间叫半衰期，它是大量原子核衰变的统计结果．半衰期由原子核的内部因素所决定，跟元素的化学状态、温度、压强等因素无关．3．探测射线的方法：云室、气泡室、计数器、乳胶照相、荧光观察．\n4．对于三种射线的性质，可以列表对比：种类本质符号带电性质电量特征用途α射线氦原子核组成的粒子流正电两个基本电荷贯穿本领小，有很强的电离作用，对照相底片的感光作用也很强，速度约为光速的十分之一\n种类本质符号带电性质电量特征用途β射线高速运动的电子流负电一个基本电荷贯穿本领较强，但电离作用较弱，速度接近光速γ射线波长比X射线还要短的电磁波hν不带电穿透本领极强，电离作用却很小，速度等于光速探伤、测量厚度、医疗\n►疑难详析◄1．原子核衰变的实质(1)α衰变的实质是：某元素的原子核同时放出两个质子和两个中子组成新粒子．(2)β衰变的实质是：某元素的原子核的一个中子变成质子同时释放出一个电子．(3)γ辐射总是伴随着α或β衰变同时产生，不改变原子核的核电核数和质量数，其实质是产生的某些新核由于具有过多的能量而辐射出的光子．\n2．用什么方法可以区分三种射线三种射线可以用电场和磁场加以区分，如图1所示，在匀强磁场和匀强电场中都是β比α的偏转大，γ不偏转；区别是：在磁场中偏转轨迹是圆弧，在电场中偏转轨迹是抛物线．图1\n►深化拓展◄如何理解衰变前后的质量数守恒与质量守恒1．质量数守恒：反应后的质量数的总和等于反应前的质量数总和．参与核反应的最小单位就是核子，核反应既不能产生新的核子，也不能消灭已有的核子．虽然反应前后核子的平均质量会有极小的变化，但核子的总数不会改变．即反应后生成物的核子总数等于反应物的核子总数．\n2．质量守恒：即生成物的总质量等于反应物的总质量．这里的生成物和反应物应包括所有的粒子，也包括光子．这和反应前后出现的质量亏损并不矛盾，因为依据质量亏损和质能方程计算出的核反应能是以γ光子的生成物形式出现的，而γ光子虽无静止质量，但它有动质量．考虑到这个动质量，则反应前后的总质量也是守恒的．\n1．对于放射性同位素放出的射线的利用：(1)利用放出的γ射线检查金属部件是否存在砂眼裂痕等，即利用γ射线探伤．(2)利用射线的穿透本领与物质厚度和密度的关系，来检查各种产品的厚度和密封容器中液体的高度等，从而实现自动控制．\n(3)利用射线使空气电离而把空气变成导电气体，以消除化纤、纺织品上的静电．(4)利用射线照射植物，引起植物变异而培育良种，也可以利用它杀菌、治病(如放疗)等．(5)示踪原子．(6)进行考古研究．利用放射性同位素碳14，判定出土木质文物的产生年代．\n2．放射性污染和防护：对生物体的危害主要表现在穿透力、基因突变；对环境的危害表现在废料污染，对生物体组织的破坏，对空气、水源的污染等方面．防护措施：封存、深埋等．\n►疑难详析◄为什么使用人工放射性同位素而不用天然的放射性元素？人工放射性同位素相对于天然的放射性元素有以下优点：种类齐全，半衰期短，可制成各种形状，强度容易控制．\n题型一　天然放射现象[例1]下列关于放射性元素衰变的描述，哪些是错误的()A．某核放出α粒子、β粒子、γ粒子中的任何一种粒子，都变成一种新元素的原子核．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\nC．半衰期表示放射性元素衰变的快慢，它和外界的温度、压强无关D．β射线和阴极射线都是电子流，因此β射线就是阴极射线[解析]放出γ粒子原子核不变；γ射线对人体伤害大，不能用来人体透视；阴极射线是由金属原子核外层电子在电场力作用下逃离金属表面形成的．[答案]ABD\n题后反思：1.自然界的物质分为两类：一类是实物粒子，还有一类为场类物质(如电场、磁场、电磁波等)．γ射线属于场类物质，α、β粒子是实物粒子．2．β射线和阴极射线的区别：β射线是原子核变化时，一个中子变成一个质子释放的电子，其速度接近光速；阴极射线是金属原子核外层电子获得足够的能量挣脱原子的束缚，在外电场的作用下形成的电子流，其速度由外加电场决定．\n(2009·北京高考)下列现象中，与原子核内部变化有关的是()A．α粒子散射现象B．天然放射现象C．光电效应现象D．原子发光现象解析：本题考查α粒子散射实验、光电效应、核反应和原子发光的基本原理，意在考查考生对基本物理现象的认识和理解．只有天然放射现象是原子核发生了变化．答案：B\n[例2](1)关于放射性元素的半衰期，下列说法正确的有()A．是原子核质量减少一半所需的时间B．是原子核有半数发生衰变所需的时间C．把放射性元素放在密封的容器中，可以减慢放射性元素的半衰期D．可以用来测定地质年代、生物年代等\n(2)设镭226的半衰期为1.6×103年，质量为100g的镭226经过4.8×103年后，有多少g镭发生衰变？若衰变后的镭变为铅206，则此时镭铅质量之比为多少？\n[解析](1)选B、D.(2)经过三个半衰期，剩余镭的质量为已衰变的镭的质量为(100－12.5)g＝87.5g.设生成铅的质量为m，则226∶206＝87.5∶m，得m＝79.8g.所以镭铅质量之比为125∶798.[答案](1)BD(2)125∶798\n题后反思：(1)半衰期是原子核有半数发生衰变，变成新核，并不是原子核的数量、质量减少一半．(2)要理解半衰期公式中各物理量的含义，在公式n＝中，n、m是指剩余的原子核的量，而不是衰变的量．\n宇宙射线中的中子被空气中的氮核俘获会生成具有放射性的碳14，碳14又可衰变为氮14，由于这两个过程的进行，地表处碳14是恒定的，因此在活的动植物体内碳14的含量有一定的比例，动植物死亡后不再吸收碳，碳14的含量随着时间减少．测定一被伐后的古树，它所含的碳14为活着的树木的，若碳14的半衰期为5600年，试求该古树已经被伐多少年．\n答案：2800年\n[例3]如图2是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图．图2(1)请你简述自动控制的原理；(2)如果工厂生产的是厚度为1毫米的铝板，那么在α、β和γ三种射线中，你认为哪一种射线在铝板的厚度控制中起主要作用？为什么？\n[解析](1)放射线具有贯穿本领，如果向前运动的铝板的厚度有变化，则探测器接收到的放射线的强度就会随之变化，这种变化被转变为电信号输入到相应的装置，进而自动控制上图中右侧的两个轮间的距离，使铝板的厚度恢复正常．\n(2)β射线起主要作用．因为α射线的贯穿本领很小，一张薄纸就能把它挡住，更穿不过1毫米的铝板；γ射线的贯穿本领非常强，能穿过几厘米的铅板，1毫米左右的铝板厚度发生变化时，透过铝板的射线强度变化不大；β射线的贯穿本邻较强，能穿过几毫米的铝板，当铝板的厚度发生变化时，透过铝板的射线强度变化较大，探测器可明显地反映出这种变化，使自动化系统作出相应的反应．[答案]见解析\n题后反思：解答该题时要认真读懂题意，还要很好地理解实验装置及其作用，更要对α、β、γ三种射线的贯穿本领、带电情况有清晰的了解．\n如图3所示，a为未知天然放射源，b为薄铝片，c为两平行板之间存在着较大电场强度的匀强电场，d为荧光屏，e为固定不动的显微镜筒．实验时，如果将强电场c撤去，从显微镜内观察到荧光屏上每分钟闪烁亮点数没有变化；如果再将薄铝片b移开，则从显微镜筒内观察到的每分钟闪烁亮点数大为增加．由此可判定放射源所发出的射线可能为()\nA．β射线和x射线B．α射线和β射线C．β射线和γ射线D．α射线和γ射线图3\n[解析]α粒子的贯穿本领很小，一张薄铝片就可把它挡住，β射线能穿透几毫米厚的铝板，γ射线能贯穿几厘米厚的铝板．撤去电场后，荧光屏上闪烁亮点数没有变化，说明原先能到达荧光屏的射线不带电，放射源放出的射线中有γ射线，撤去薄铝片，闪烁亮点数大为增加，说明放射源发出的射线中有α射线，故选D正确．[答案]D\n1．下列说法正确的是()A．质子和中子的质量不等，但质量数相等B．质子和中子构成原子核，原子核的质量数等于质子和中子的质量总和C．同一种元素的原子核有相同的质量数，但中子数可以不同D．中子不带电，所以原子核的总电量等于质子和电子的总电量之和\n解析：质子和中子的质量不同，但质量数相同，A对．质子和中子构成原子核，原子核的质量数等于质子和中子的质量数总和，B错．同一种元素的原子核有相同的质子数，但中子数可以不同，C错．中子不带电，所以原子核的总电量等于质子总电量之和，D错．选A.答案：A\n2．(2008·上海高考)放射性元素的原子核在α衰变或β衰变生成新原子核时，往往会同时伴随________辐射．已知A、B两种放射性元素的半衰期分别为T1和T2，经过t＝T1·T2时间后测得这两种放射性元素的质量相等，那么它们原来的质量之比mA∶mB＝________.\n\n\n\n\n图4\n答案：正电子t＝56天(54～58天都算对)\n答案：1.1×104(11460或1.0×104～1.2×104均可)\n