[目標定位]1.了解探測射線的幾種方法，熟悉探測射線的幾種儀器.2.知道什么是放射性同位素和人工放射性同位素.3.知道核反應及其遵從的規律，會正確書寫核反應方程.4.了解放射性在生產和科學領域的應用．一、探測射線的方法1．探測射線的理論依據(1)放射線中的粒子會使氣體或液體電離，以這些離子為核心，過飽和的蒸氣會產生霧滴，過熱液體會產生氣泡．(2)放射線中的粒子會使照相乳膠感光．(3)放射線中的粒子會使熒光物質產生熒光．2．探測射線的儀器(1)威耳遜云室：①原理：當酒精蒸氣達到過飽和狀態，粒子在云室內氣體中飛過，使沿途的氣體分子電離，過飽和酒精蒸氣就會以這些離子為核心凝結成霧滴，于是顯示出射線的徑跡．(2)氣泡室：氣泡室里裝的是液體，如液態氫．粒子通過過熱液體時，在它的周圍產生氣泡而形成粒子的徑跡．(3)蓋革－米勒計數器：①優點：G－M計數器非常靈敏，用它檢測射線十分方便．②缺點：只能用來計數，不能區分射線的種類．【深度思考】三種射線肉眼都看不見，結合上述三種儀器，說說探測射線的原理是什么？答案探測射線的原理都是利用射線中的粒子與其他物質作用時產生的現象，來顯示射線的存在．如威爾遜云室利用射線的電離性質使過飽和酒精蒸氣凝結成霧滴來顯示射線的徑跡；氣泡室是讓射線粒子周圍形成氣泡來顯示徑跡；蓋革－米勒計數器產生脈沖放電顯示徑跡．【例1】在威耳遜云室中，關于放射源產生的射線徑跡，下列說法中正確的是()A．由于γ射線的能量大，容易顯示其徑跡B．由于β粒子的速度大，其徑跡粗而且長C．由于α粒子的速度小，不易顯示其徑跡D．由于α粒子的電離作用強，其徑跡直而粗解析在云室中顯示粒子徑跡是由于引起氣體電離，電離作用強的α粒子容易顯示其徑跡，因質量較大，飛行時不易改變方向，所以徑跡直而粗，故只有D正確．答案D二、核反應1．定義原子核在其他粒子的轟擊下產生新原子核的過程．2．遵循規律質量數守恒，電荷數守恒．3．原子核的人工轉變盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核，產生了氧的一種同位素(氧17)和一個質子，核反應方程為eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(14,7)N→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H，第一次實現了原子核的人工轉變．【深度思考】核反應的實質是什么？答案用粒子轟擊原子核并不是粒子與核碰撞將原子核打開，而是粒子打入原子核內部使核發生了轉變．【例2】完成下列核反應方程，并指出其中________是發現質子的核反應方程，________是發現中子的核反應方程．(1)eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(14,6)C＋________(2)eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋________(3)eq\o\al(10,5)B＋eq\o\al(1,0)n→________＋eq\o\al(4,2)He(4)eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→________＋eq\o\al(1,0)n(5)eq\o\al(56,26)Fe＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(57,27)Co＋________解析(1)eq\o\al(14,)7N＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(14,6)C＋eq\o\al(1,1)H(2)eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H(3)eq\o\al(10,5)B＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(7,3)Li＋eq\o\al(4,2)He(4)eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,)6C＋eq\o\al(1,0)n(5)eq\o\al(56,26)Fe＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(57,27)Co＋eq\o\al(1,0)n其中發現質子的核反應方程是(2)，發現中子的核反應方程是(4)．答案見解析書寫核反應方程的四條重要原則(1)質量數守恒和電荷數守恒；(2)中間用箭頭，不能寫成等號；(3)能量守恒(中學階段不作要求)；(4)核反應必須是實驗中能夠發生的．三、人工放射性同位素1．有些同位素具有放射性，叫放射性同位素．2．1934年，約里奧—居里夫婦發現經過α粒子轟擊的鋁片中含有放射性磷eq\o\al(30,15)P，核反應方程為eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n.四、放射性同位素的應用1．在工業上可以用γ射線來探測工件內部裂痕，稱為γ探傷，也可以用γ射線照射種子，會使種子的遺傳基因發生變異，從而培育出新品種．2．農業上利用eq\o\al(30,15)P作為示蹤原子來研究農作物對磷肥的吸收情況．3．輻射與安全：人類一直生活在放射性的環境中，過量的射線對人體組織有破壞作用．要防止放射性物質對水源、空氣、用具等的污染．【深度思考】原子核的人工轉變與放射性元素的衰變有何區別？答案原子核的人工轉變是指在其他粒子轟擊下變成新核的過程，放射性元素的衰變是指核自動轉化為新核的過程．【例3】關于放射性同位素的應用，下列說法中正確的是()A．利用γ射線使空氣電離，消除靜電B．利用α射線照射植物的種子，使產量顯著增加C．利用β射線來治肺癌、食道癌D．利用放射性同位素跟它的非放射性同位素的化學性質相同，可以作為示蹤原子解析β或α射線的電離本領較大，可以消除工業上有害的靜電積累，選項A錯誤；β射線或γ射線的穿透性強，可以用來輻射育種、輻射保鮮、消毒殺菌和醫治腫瘤等，選項B、C錯誤；放射性同位素跟它的非放射性同位素的化學性質相同，可以作為示蹤原子，選項D正確．答案D1．(探測射線的方法)用α粒子照射充氮的云室，攝得如圖1所示的照片，下列說法中正確的是()圖1A．A是α粒子的徑跡，B是質子的徑跡，C是新核的徑跡B．B是α粒子的徑跡，A是質子的徑跡，C是新核的徑跡C．C是α粒子的徑跡，A是質子的徑跡，B是新核的徑跡D．B是α粒子的徑跡，C是質子的徑跡，A是新核的徑跡答案D解析α粒子的徑跡是沿入射方向的．生成的新核徑跡的特點是粗而短，根據以上特點可判斷D正確．2．(核反應方程)用中子轟擊氧原子核的核反應方程為eq\o\al(16,)8O＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(a,7)N＋eq\o\al(0,b)X，對式中X、a、b的判斷正確的是()A．X代表中子，a＝17，b＝1B．X代表電子，a＝17，b＝－1C．X代表正電子，a＝17，b＝1D．X代表質子，a＝17，b＝1答案C解析根據質量數、電荷數守恒可知a＝17，b＝8＋0－7＝1，因此X可表示為eq\o\al(0,＋1)e，為正電子，故C項正確，A、B、D錯誤．3．(核反應方程)下面列出的是一些核反應方程：eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋X，eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(10,5)B＋Y，eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(7,3)Li＋Z，其中()A．X是質子，Y是中子，Z是正電子B．X是正電子，Y是質子，Z是中子C．X是中子，Y是正電子，Z是質子D．X是正電子，Y是中子，Z是質子答案D解析依據核反應方程的兩個基本規律：質量數守恒和電荷數守恒，即可得出選項D正確．4．(放射性同位素的應用)用人工方法得到放射性同位素，這是一個很重要的發現，天然的放射性同位素只不過40多種，而今天人工制造的放射性同位素已達1000多種，每種元素都有放射性同位素．放射性同位素在工業、農業、醫療衛生和科學研究的許多方面得到了廣泛的應用．(1)帶電的驗電器在放射線照射下電荷會很快消失．其原因是()A．射線的貫穿作用B．射線的電離作用C．射線的物理、化學作用D．以上三個選項都不是圖2(2)圖2是工廠利用放射線自動控制鋁板厚度的裝置示意圖．如果工廠生產的是厚度為1毫米的鋁板，在α、β、γ三種射線中，你認為對鋁板的厚度控制起主要作用的是________射線．(3)在我國首先用人工方法合成牛胰島素時，需要證明人工合成的牛胰島素結晶跟天然牛胰島素的結晶是同一種物質，為此曾采用放射性同位素14C答案(1)B(2)β(3)示蹤原子解析(1)因放射線的電離作用，空氣中的與驗電器所帶電性相反的離子與之中和，從而使驗電器所帶電荷消失．(2)α射線穿透物質的本領弱，不能穿透厚度為1毫米的鋁板，因而探測器不能探測，γ射線穿透物質的本領極強，穿透1毫米厚的鋁板和幾毫米厚的鋁板打在探測器上很難分辨．β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β射線中的電子運動狀態不同，探測器容易分辨．(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，經過多次重新結晶后，得到了放射性14題組一射線的探測及應用1．現代建筑使用的花崗巖石材和家庭裝修使用的花崗巖板材中也存在不同程度的放射性，某同學要測定附近建筑材料廠生產的花崗巖板材的放射性輻射是否超標，他選用哪種儀器較好()A．威爾遜云室 B．氣泡室C．蓋革－米勒計數器 D．以上三種效果都很好答案C解析花崗巖板材的放射性比較弱，用云室、氣泡室很難測出，而計數器非常靈敏，用它檢測射線十分方便．2．關于放射性同位素的應用，下列說法中正確的有()A．放射性改變了布料的性質使其不再因摩擦而生電，從而達到消除有害靜電的目的B．利用γ射線的貫穿性可以為金屬探傷，也能進行人體的透視C．用放射性照射作物種子使其DNA發生變異，其結果一定是更優秀的品種D．用γ射線治療腫瘤時一定要嚴格控制劑量，以免對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體，將靜電消除．γ射線對人體細胞傷害太大，不能用來進行人體透視．作物種子發生的DNA突變不一定都是有益的，還要經過篩選才能培育出優良品種．用γ射線治療腫瘤對人體肯定有副作用，因此要科學地控制劑量．3．(多選)有關放射性同位素eq\o\al(30,15)P的下列說法，正確的是()A.eq\o\al(30,15)P與eq\o\al(30,14)X互為同位素B.eq\o\al(30,15)P與其同位素有相同的化學性質C．用eq\o\al(30,15)P制成化合物后它的半衰期變長D．含有eq\o\al(30,15)P的磷肥釋放正電子，可用作示蹤原子，觀察磷肥對植物的影響答案BD解析同位素有相同的質子數，所以選項A錯誤；同位素有相同的化學性質，所以選項B正確；半衰期與元素屬于化合物或單質沒有關系，所以eq\o\al(30,15)P制成化合物后它的半衰期不變，選項C錯誤；含有eq\o\al(30,15)P的磷肥由于衰變，可記錄磷的蹤跡，所以選項D正確．4．(多選)用蓋革—米勒計數器測定放射源的放射強度為每分鐘405次，若將一張厚紙板放在計數器與放射源之間，計數器幾乎測不到射線.10天后再次測量，測得該放射源的放射強度為每分鐘101次，則下列關于射線性以及它的半衰期的說法正確的是()A．放射源射出的是α射線B．放射源射出的是β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解析由厚紙板能擋住這種射線，可知這種射線是穿透能力最差的α射線，選項A正確，B錯誤；因放射性元素原子核個數與單位時間內衰變的次數成正比，10天后測出放射強度為原來的四分之一，說明10天后放射性元素還剩余原來的四分之一，即半衰期為5天，選項C正確，D錯誤．題組二核反應方程5．以下是物理學史上3個著名的核反應方程x＋eq\o\al(7,3)Li→2y；y＋eq\o\al(14,7)N→x＋eq\o\al(17,8)O；y＋eq\o\al(9,4)Be→z＋eq\o\al(12,6)Cx、y和z是3種不同的粒子，其中z是()A．α粒子B．質子C．中子D．電子答案C解析把前兩個方程化簡，消去x，即eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(7,3)Li→y＋eq\o\al(17,8)O，可見y是eq\o\al(4,2)He，結合第三個方程，根據電荷數守恒、質量數守恒可知z是中子eq\o\al(1,0)n.因此選項C正確．6．用中子轟擊鋁27，產生鈉24和X粒子，鈉24具有放射性，它衰變后變成鎂24，則X粒子和鈉的衰變過程分別是()A．質子、α衰變 B．電子、α衰變C．α粒子、β衰變 D．正電子、β衰變答案C解析中子轟擊鋁27的核反應方程為eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(24,11)Na＋eq\o\al(4,2)He，鈉24衰變后變成鎂24的核反應方程為eq\o\al(24,11)Na→eq\o\al(24,12)Mg＋eq\o\al(0,－1)e，所以X粒子是α粒子，鈉的衰變為β衰變，選項C正確．7．如圖1所示，1928年，德國物理學家玻特用α(eq\o\al(4,2)He)轟擊輕金屬鈹(eq\o\al(9,4)Be)時，發現有一種貫穿能力很強的中性射線．查德威克對該粒子進行研究，進而發現了新的粒子．用粒子流A轟擊石蠟時，會打出粒子流B.下述正確的是()圖1A．該實驗核反應方程：eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(13,6)C＋eq\o\al(1,0)nB．該實驗是查德威克發現質子的實驗C．粒子A為中子，粒子B為質子D．粒子A為質子，粒子B為中子答案C解析由質量數和電荷數守恒可知，核反應方程為：eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n，A錯誤；該實驗生成的是中子，不是發現質子的實驗，B錯誤；由核反應方程可知，A為中子，中子轟擊石蠟，將氫中的質子打出，即形成質子流，故B為質子，C正確，D錯誤．8．(多選)一個質子以1.0×107A．核反應方程為eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(28,14)SiB．核反應方程為eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(28,14)SiC．硅原子核速度的數量級為107D．硅原子核速度的數量級為105答案AD解析由核反應中電荷數和質量數守恒可知A選項正確，B選項錯誤；由動量守恒定律求得硅原子速度的數量級為105題組三綜合應用9．將威耳遜云室置于磁場中，一個靜止在磁場中的放射性同位素原子核eq\o\al(30,15)P，放出一個正電子后變成原子核eq\o\al(30,14)Si，如圖所示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核看成一個系統，衰變過程中系統的動量守恒，放出的正電子的方向跟Si核運動方向一定相反．由于它們都帶正電荷，在洛倫茲力作用下一定形成兩個外切圓的軌道，C、D可排除．因為洛倫茲力提供向心力，即qvB＝meq\f(v2,r).所以做勻速圓周運動的半徑為r＝eq\f(mv,qB).衰變時，放出的正電子與反沖核Si的動量大小相等，因此在同一個磁場中做圓周運動的半徑與它們的電荷量成反比，即eq\f(re,rSi)＝eq\f(qSi,qe)＝eq\f(14,1).可見正電子運動的圓半徑較大．10．靜止的氮核eq\o\al(14,)7N被速度為v0的中子eq\o\al(1,0)n擊中生成碳核eq\o\a