第5章 2.1 射线的性质 人工放射性同位素 （课件）-【步步高】2023-2024学年高二物理选择性必修第三册（教科版2019）

DIWUZHANG 第五章 第1课时　射线的性质　人工放射性 同位素 学习目标 1.知道什么是放射性、放射性元素及天然放射现象。 2.了解三种射线的本质，知道三种射线的特点(重难点)。 3.了解人工放射性同位素的特点及其应用。 2 内容索引 一、天然放射性 二、射线的性质 课时对点练 三、人工放射性同位素 3 一 天然放射性 4 1.天然放射现象的发现 1896年，法国物理学家 发现铀化合物能放出某种射线，使密封完好的照相底片感光。 2.物质发射 的性质称为放射性，具有 的元素称为放射性元素。放射性元素自发地发出 的现象叫作天然放射现象。 3.放射性元素并不是少数元素才有的，原子序号 的元素，都能自发地发出射线，原子序数 83的元素，有的也能发出射线。 亨利·贝克勒尔 射线 放射性 射线 大于或等于83 小于 二 射线的性质 6 如果α射线、β射线、γ射线在磁场中运动径迹如图，三种射线的带电情况如何？ 答案　α射线：在磁场中向左偏转，由左手定则可判断α粒子带正电。 β射线：在磁场中向右偏转，由左手定则可判断β粒子带负电。 γ射线：不偏转，说明γ射线不带电。 1.α射线 (1)是 (氦原子核)流，符号为 ，粒子带 电，带电荷量为2e，质量是4mp(mp为一个质子或中子质量，mp＝1.67×10－27 kg)。 (2)速度只有光速的 。 (3)电离作用强，穿透能力 ，容易被物质吸收。一张薄薄的铝箔，或一层包裹底片的黑纸，甚至人体皮肤的角质层，都能把它挡住。 梳理与总结 α粒子 正 10% 弱 2.β射线 (1)是带负电的 流，符号为 ，带电荷量为－e。 (2)速度很快，可达到光速的99%。 (3)电离作用较弱，穿透力 ，在空气中可以走 远，而碰到几毫米厚的铝片就不能通过了。 3.γ射线 (1)本质是一种波长极短的 。波长约是X射线波长的1%。 (2)不带电，静止质量为0。 (3)电离作用更弱，穿透力 ，能穿过厚的混凝土和铅板。 电子 强 几十米 电磁波 极强 　(多选)天然放射性物质的放射线包括三种成分，下列说法正确的是 A.一张厚的黑纸能挡住α射线，但不能挡住β射线和γ射线 B.γ射线在电场或磁场中均不偏转，是中子流 C.三种射线中对气体电离作用最强的是α射线 D.β射线是高速电子流，但不是原来绕核旋转的核外电子 例1 √ √ √ 由三种射线的本质和特点可知，α射线贯穿本领最弱，一张黑纸都能挡住，但β射线和γ射线不能被挡住，故A正确； γ射线是一种电磁波，不是中子流，故B错误； 三种射线中α射线电离作用最强，故C正确； β射线是高速电子流，来源于原子核，故D正确。 　(多选)如图所示，R是一种放射性物质，它能放出α、β、γ三种射线，虚线框内有竖直方向的匀强电场，LL′是纸板，MM′是荧光屏，实验时发现在荧光屏上只有O、P两点处有亮斑。下列说法正确的是 A.电场方向竖直向下，到达O点的是γ射线 B.电场方向竖直向上，到达O点的是γ射线 C.电场方向竖直向上，到达P点的是β射线 D.电场方向竖直向下，到达P点的是α射线 例2 √ √ α射线穿透能力最弱，所以穿不过LL′纸板，只 有β、γ两种射线穿过纸板到达MM′荧光屏，其 中γ射线不带电，不在电场中偏转，只有β射线偏 转，所以到达O点的是γ射线，到达P点的是β射 线，β射线带负电，在电场中向下偏转，说明受到向下的静电力，所以电场方向竖直向上，故选B、C。 例3 √ √ 已知α粒子带正电，β粒子带负电，γ射线不带电，根据正、负电荷在磁场中运动受洛伦兹力方向和正、负电荷在电场中受静电力方向不同，可知A、B、C、D四幅图中，α、β粒子的偏转方向都是正确的。 由此可见，A正确，B错误。 带电粒子垂直进入匀强电场，设初速度为v0，垂直电场线方向位移为y，α、β粒子沿电场偏转距离之比为： 由此可见，C错误，D正确。 总结提升 三种射线在磁场及电场中偏转情况的分析 1.γ射线不论在电场还是磁场中，总是做匀速直线运动，不发生偏转。 2.α射线和β射线在电场中偏转的特点：在匀强电场中，α和β粒子沿相反方向做类平抛运动，且在同样的条件下，β粒子的偏移量大，根据粒子在沿电场方向做初速度为零的匀加速直线运动，偏移量x可表示为： 总结提升 三 人工放射性同位素 19 放射性同位素 (1)定义：具有 的同位素。 (2)人工放射性同位素的发现 放射性 ②天然放射性同位素不过40多种，而今人工制造的放射性同位素已达 _______多种。 (3)优点：与天然放射性物质相比，人工放射性同位素的资源 ，放射强度容易 ，半衰期(后文会学到)比较 ，因此放射性废料容易 ，获得了广泛的应用。 3 000 丰富 控制 短 处理 拓展：人工放射性同位素的应用 (1)射线测厚仪：工业部门使用放射性同位素发出的射线来测厚度。 (2)放射治疗：利用放射性同位素发出的射线破坏癌细胞组织。 (3)培优、保鲜：利用放射性同位素放出的射线照射种子培养优良品种等。 (4)示踪原子：一种元素的各种同位素具有相同的化学性质，用放射性同位素替换非放射性的同位素后可以探测出原子到达的位置。 (多选)(2022·上海宝山高二期中)以下关于放射性元素产生的射线应用的说法，正确的是 A.经过射线照射的蔬菜可以保存更长时间 B.利用γ射线的穿透性强的特点，可以用它为人体探伤 C.α射线可以用来消除有害的静电 D.射线可以培育新的优良作物品种 例4 √ √ √ 射线可以有效杀灭蔬菜中的微生物，经过射线照射的蔬菜可以保存更长时间，故A正确； γ 射线会造成辐射，对人体有巨大伤害，不可以用它为人体探伤，故B错误； α射线有很强的电离作用，可以用来消除有害的静电，故C正确； 可以用γ射线处理种子，诱发其变异，培育出新品种，故D正确。 　(2022·上海奉贤高二期中)我国科学家在1965年9月首先用人工方法合成了牛胰岛素。为了证明人工合成的牛胰岛素与天然的是否为同一物质，在人工合成牛胰岛素过程中掺了放射性14C，然后将人工合成的牛胰岛素与天然的混合得到了放射性14C分布均匀的结晶物，从而证明了两者是同一物质，为我国在国际上首先合成具有生物活性牛胰岛素提供了有力证据。在人工合成过程中掺入放射性14C的用途是 A.催化剂 B.媒介质 C.组成元素 D.示踪原子 例5 √ 用放射性同位素代替非放射性同位素来制成各种化合物，再用仪器探测“放射性标记”，即用放射性同位素作为示踪原子。故选D。 四 课时对点练 考点一　天然放射性射线的性质 1.关于原子核内部的信息，最早来自天然放射现象。人们从破解天然放射现象入手，一步步揭开了原子核的秘密。下列说法正确的是 A.法国物理学家贝克勒尔发现了X射线 B.德国物理学家伦琴发现，铀和含铀的矿物能够发出α射线 C.卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，发现了质子 D.居里夫妇通过实验发现了中子 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 基础对点练 √ 法国物理学家贝克勒尔发现了铀和含铀的矿物能够发出射线，A错误； 德国物理学家伦琴发现了伦琴射线，又叫X射线，B错误； 卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，发现了质子，并预言了中子的存在，C正确； 查德威克通过实验发现了中子，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 2.(2022·哈尔滨市高二期末)在贝克勒尔发现天然放射现象后，人们对射线的性质进行了深入的研究，发现α、β、γ射线的穿透本领不同。如图为这三种射线穿透能力的比较，图中射线①、②、③分别是 A.γ、β、α B.β、γ、α C.α、β、γ D.α、γ、β √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 α射线穿透能力最弱，不能穿透黑纸，故①为α射线；γ射线穿透能力最强，能穿透厚铝板和铅板，故③为γ射线；β射线穿透能力较强，能穿透黑纸，但不能穿透厚铝板，故②是β射线，故C正确。 3.(2022·喀什市高二期末)放射性元素放出的射线，在电场中分成A、B、C三束，如图所示，其中 A.C为氦核组成的粒子流 B.B的穿透能力最弱 C.A的电离能力最强 D.B为比X射线波长更长的电磁波 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 从三束射线在电场中运动径迹可以看出，A为α射线，电离能力最强，B为γ射线，穿透能力最强，γ射线是波长比X射线波长更短的电磁波；C为β射线，由电子组成，故C正确。 考点二　人工放射性同位素 4.(多选)关于人工放射性同位素，下列说法正确的是 A.人工放射性同位素的种类比天然放射性同位素的种类少 B.人工放射性同位素产生的放射强度容易控制 C.人工放射性同位素的γ射线能进行金属探伤 D.使用人工放射性同位素也要遵守操作规程，防止对空气、水源、用具 等的污染 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 人工放射性同位素已达3 000多种，天然放射性同位素不过40多种，比人工放射性同位素少，故选项A错误； 人工放射性同位素的放射强度容易控制，故选项B正确； 人工放射性同位素产生的γ射线能进行金属探伤，故选项C正确； 使用人工放射性同位素也要遵守操作规程，防止对空气、水源、用具等的污染，故选项D正确。 5.(2022·牡丹江市高二期末)放射性同位素发出的射线在科研、医疗、工业等诸多方面得到了广泛的应用，下列有关放射线应用的说法中正确的是 A.放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，因此达到消除有害 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能使其DNA发生变异，其结果一定是成为更优 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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 利用放射线消除有害静电是利用α射线的电离性，使空气分子电离成导体，将静电导出，故A错误； 利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤，γ射线对人体细胞伤害太大，因此不能用来人体透视，故B错误； DNA变异并不一定都是有益的，也有有害的一面，故C错误； 射线对人体细胞伤害太大，在用于治疗肿瘤时要严格控制剂量，故D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 6.医学界通过14C标记的C60发现一种C60的羧酸衍生物，在特定条件下可以通过断裂DNA抑制艾滋病病毒的繁殖，则14C的用途是 A.示踪原子 B.电离作用 C.催化作用 D.贯穿作用 √ 14C具有放射性，可以用它标记C60，通过其放射性发现一种C60的羧酸衍生物，14C的用途是示踪原子，故A正确，B、C、D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 7.α、β和γ射线穿透物质的能力是不同的，为把辐射强度减到一半所需铝板的厚度分别为0.005 cm、0.05 cm和8 cm，工业部门可以使用射线来测厚度，如图所示，轧钢厂的热轧机上可以安装射线测厚仪，仪器探测到的射线强度与钢板的厚度有关，轧出的钢板越厚，透过的射线越弱。因此，将射线测厚仪接收到的信号输入计算器，就可以对钢板的厚度进行自动控制。如果钢板的厚度需要控制为 5 cm，请推测测厚仪使用的射线是 A.α射线 B.β射线 C.γ射线 D.可见光 √ 8.如图所示，R是一种放射性物质，虚线框内是匀强磁场B，LL′是一厚纸板，MN是荧光屏，实验时，发现在荧光屏O、P两处有亮斑，则下列关于磁场方向、到达O点的射线、到达P点的射线的判断，与实验相符的是 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 能力综合练   磁场方向 到达O点射线 到达P点射线 A 竖直向上 β射线 α射线 B 竖直向下 α射线 β射线 C 垂直线面向里 γ射线 β射线 D 垂直线面向外 β射线 γ射线 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 由三种射线的本质知，γ射线在磁场中不偏转，O处亮斑为γ射线，能穿过厚纸板且在磁场中发生偏转的射线为β射线，再根据偏转方向，结合左手定则可知磁场方向垂直纸面向里，正确选项为C。 9.如图所示，天然放射性元素放出α、β、γ三种射线同时射入互相垂直的匀强电场和匀强磁场中，射入时速度方向和电场、磁场方向都垂直，进入场区后发现β射线和γ射线都沿直线前进，则α射线 A.向右偏 B.向左偏 C.直线前进 D.无法判断 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 10.(多选)如图所示，铅盒A中装有天然放射性物质，放射线从其右端小孔中水平向右射出，在小孔和荧光屏之间有垂直于纸面向里的匀强磁场，则下列说法中正确的有 A.打在图中a、b、c三点的依次是α射线、γ射线、 β射线 B.α射线和β射线的轨迹都是抛物线 C.α射线和β射线的轨迹都是圆弧 D.如果在铅盒和荧光屏间再加一竖直向下的匀强电场，则屏上的亮斑可 能只剩下b 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ √ 由于γ射线不带电，故不偏转，打在b点；由左手定则可知，粒子向右射出后，在匀强磁场中α粒子受的洛伦兹力向上，β粒子受的洛伦兹力向下，轨迹都是圆弧，A、C正确，B错误； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 11.(2022·西安市高二期末)一天然放射性物质发出三种射线，经过方向如图所示的匀强磁场、匀强电场共存的区域后射到足够大的荧光屏上，荧光屏上只有a、b两处出现亮斑，下列判断中正确的是 A.射到b处的一定是α射线 B.射到b处的一定是β射线 C.射到b处的可能是γ射线 D.射到b处的可能是α射线 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 α射线带正电，β射线带负电，γ射线不带电，γ射 线不受静电力和洛伦兹力，故射到b处的一定不 是γ射线，C错误； α射线和β射线在电场、磁场中受到静电力和 洛伦兹力，若α射线打在a点，则有Eqα＝Bqαvα，对β射线vβ>vα，则Bqβvβ>Eqβ，此时β射线打到b点，若β射线打在a点，则Bqβvβ＝Eqβ，对α射线有Bqαvα<Eqα，此时α射线打到b点，故射到b处的可能是α射线，也可能是β射线。A、B错误，D正确。 12.(2022·玉溪市高二期中)如图所示，x为未知放射源，它向右方放出射线，p为一张厚度为0.5 mm左右的薄铝箔，铝箔右侧是一真空区域，内有较强磁场，q为荧光屏，h是观察装置。实验时，若将磁场撤去，每分钟观察到荧光屏上的亮点数基本没有变化，再将铝箔移开，则每分钟观察到荧光屏上的亮点数明显增加，则可知放射源x可能为 A.α射线和β射线的混合放射源 B.α射线和γ射线的混合放射源 C.β射线和γ射线的混合放射源 D.α射线、β射线和γ射线的混合放射源 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 将强磁场撤去，每分钟观察到荧光屏上的亮点数 基本没有变化，说明磁场对穿过p的射线没有影响， 可知射到屏上的是不带电的γ射线；再将厚0.5 mm 左右的薄铝箔移开，则每分钟观察到荧光屏上的 亮点数明显增加，说明除接收到γ射线外，又收到了原来被薄铝箔p挡住的射线，而厚度为0.5 mm左右的铝箔能挡住的只有α射线，所以此放射源是α射线和γ射线的混合放射源，故选项B正确，A、C、D错误。 He e (多选)将α、β、γ三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场，(已知α粒子质量为4mp，β粒子质量为)下图表示射线偏转情况中正确的是 带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，其半径r＝，将其数据代入， 则α粒子与β粒子的半径之比为：＝··＝××≈。 ＝··＝××≈。  x＝at2＝·2∝ 所以，在同样条件下β与α粒子偏移量之比为＝××≈37。 3.α射线和β射线在磁场中偏转的特点：在匀强磁场中，α和β粒子沿相反方向做匀速圆周运动，且在同样条件下，β粒子的轨迹半径小，根 据qvB＝得R＝∝。 所以，在同样条件下β与α粒子的轨迹半径之比为＝× ×≈。 ①1934年，约里奥·居里夫妇用α粒子轰击铝，发现了含有放射性的磷P， 即He＋Al―→P＋n。P是通过核反应生成的人工放射性同位素。 γ射线不带电，故在电磁场中不偏转，β粒子带负电，且不偏转，说明所受静电力与洛伦兹力平衡，故Eq＝ Bqv，即v＝，α粒子的速度远小于β粒子的速度，因 此α粒子受向右的静电力大于向左的洛伦兹力，故α射线向右偏，A正确，B、C、D错误。 由于α粒子的速度约是光速的，而β粒子的速度接近光速，所以在同 样的复合场中α粒子和β粒子不可能都做直线运动，D错误。 $$