2017-2018學(xué)年高中物理 第四章 原子核 . 放射性同位素教學(xué)案 -5

1、學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精第三節(jié)放射性同位素目標(biāo)定位1。知道什么是核反應(yīng)，能夠熟練寫出核反應(yīng)方程.2.知道什么是同位素、放射性同位素和人工放射性同位素.3。了解放射性同位素在生產(chǎn)和科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用.4。知道放射線的危害及防護(hù)一、核反應(yīng)1利用天然放射性的高速粒子或利用人工加速的粒子去轟擊原子核，以產(chǎn)生新的原子核,這個(gè)過程叫做核反應(yīng)2反應(yīng)能在核反應(yīng)過程中，原子核的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)會(huì)發(fā)生變化，同時(shí)伴隨著能量的釋放或吸收，所放出或吸收的能量叫做反應(yīng)能3遵循規(guī)律:質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)總是守恒的4發(fā)現(xiàn)質(zhì)子和中子的核反應(yīng)方程（1)盧瑟福用粒子轟擊氮核而發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程(2)查德威克用粒子轟擊鈹從而發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)

2、方程二、放射性同位素1同位素:具有相同質(zhì)子數(shù)而中子數(shù)不同的原子,互稱同位素2放射性同位素：具有放射性的同位素，叫做放射性同位素3約里奧居里夫婦在用粒子轟擊鋁箔時(shí)發(fā)現(xiàn)正電子的核反應(yīng)方程為：alhepn，psie，其中p是p的一種放射性同位素三、放射性同位素的應(yīng)用1利用放射性同位素放出的射線可進(jìn)行探傷、消除靜電、培育良種、治療癌癥2放射性同位素可以作為示蹤原子3利用元素的半衰期可推斷地層或古代文物的年代想一想醫(yī)學(xué)上做射線治療用的放射性元素，應(yīng)用半衰期長的還是短的？為什么？答案半衰期短的因?yàn)榘胨テ诙痰姆派湫詮U料容易處理4放射線的危害及防護(hù)（1）射線具有很強(qiáng)的電離作用，但穿透能力很弱；(2)射線有較強(qiáng)

3、的穿透能力,但電離作用較弱;(3）射線電離作用最小,穿透能力很強(qiáng)輻射防護(hù)的基本方法有：時(shí)間防護(hù)、距離防護(hù)和屏蔽防護(hù)預(yù)習(xí)完成后，請把你疑惑的問題記錄在下面的表格中問題1問題2問題3一、核反應(yīng)及核反應(yīng)方程1核反應(yīng)的條件用粒子、質(zhì)子、中子，甚至用光子轟擊原子核使原子核發(fā)生轉(zhuǎn)變2核反應(yīng)的實(shí)質(zhì)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(nèi)部使核發(fā)生了轉(zhuǎn)變3原子核人工轉(zhuǎn)變的三大發(fā)現(xiàn)（1)1919年盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)：（2)1932年查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng):(3）1934年約里奧居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素和正電子的核反應(yīng)：4人工轉(zhuǎn)變核反應(yīng)與衰變的比較（1)不同點(diǎn)：人工轉(zhuǎn)變是其他粒子

4、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)變與衰變過程一樣,在發(fā)生過程中質(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【例1】完成下列各核反應(yīng)方程，并指出哪個(gè)核反應(yīng)是首次發(fā)現(xiàn)質(zhì)子、中子和正電子的解析（1）bhenn(2）behecn此核反應(yīng)使查德威克首次發(fā)現(xiàn)了中子（3）alnmgh（4)nheoh此核反應(yīng)使盧瑟福首次發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子(5）nahnah(6)alhenp；psie（正電子)此核反應(yīng)使約里奧居里夫婦首次發(fā)現(xiàn)了正電子借題發(fā)揮書寫核反應(yīng)方程的四條重要原則(1）質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒;(2)中間用箭頭，不能寫成等號(hào)

5、;（3）能量守恒(中學(xué)階段不做要求)；（4)核反應(yīng)必須是實(shí)驗(yàn)中能夠發(fā)生的針對訓(xùn)練1以下是物理學(xué)史上3個(gè)著名的核反應(yīng)方程xli2yynxo(和其它核反應(yīng)方程的箭頭相同）ybezcx、y和z是3種不同的粒子,其中z是（）a粒子 b質(zhì)子 c中子 d電子答案c解析把前兩個(gè)方程化簡,消去x，即nliyo，可見y是he，結(jié)合第三個(gè)方程，根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可知z是中子n.因此選項(xiàng)c正確二、放射性同位素及其應(yīng)用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優(yōu)點(diǎn)(1)放射強(qiáng)度容易控制(2)可以制成各種所需的形狀(3）半衰期很短，廢料容易處理3放射性同位素的主要作用（

6、1）工業(yè)部門使用射線測厚度-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，殺死腐敗細(xì)菌、抑制發(fā)芽、延長保質(zhì)期等（3)做示蹤原子-利用放射性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r射線的高能量治療癌癥【例2】（多選）下列哪些應(yīng)用是把放射性同位素作為示蹤原子的()a射線探傷儀b利用含有放射性碘131的油,檢測地下輸油管的漏油情況c利用鈷60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，用檢測放射性的辦法確定放射性元素在農(nóng)作物內(nèi)轉(zhuǎn)移和分布情況，找出合理施肥的規(guī)律答案bd解析a是利用了射線的穿透性；c是利用了射線的生物作用;b、d是利用示蹤原子借題發(fā)揮利用放射性

7、同位素作示蹤原子：一是利用了它的放射性，二是利用放射性同位素放出的射線針對訓(xùn)練2關(guān)于放射性同位素的應(yīng)用，下列說法中正確的是()a利用射線可以改變布料的性質(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利用射線的貫穿性可以為金屬探傷，也可以進(jìn)行人體的透視c利用射線照射作物種子可使其dna發(fā)生變異,其結(jié)果一定是更優(yōu)秀的品種d利用射線治療腫瘤時(shí)一定要嚴(yán)格控制劑量，以免對人體正常組織造成太大的傷害答案d解析利用射線消除有害靜電是利用射線的電離作用，使空氣分子電離，將靜電導(dǎo)走,選項(xiàng)a錯(cuò)誤；射線對人體細(xì)胞傷害太大，不能用來進(jìn)行人體透視，選項(xiàng)b錯(cuò)誤；作物種子發(fā)生的dna突變不一定都是有益的，還要經(jīng)過篩

8、選才能培育出優(yōu)良品種，選項(xiàng)c錯(cuò)誤；利用射線治療腫瘤對人體肯定有副作用，因此要科學(xué)地控制劑量，選項(xiàng)d正確。核反應(yīng)方程1(多選）下列核反應(yīng)或核衰變方程中，符號(hào)“x”表示中子的是（）a.behecxb。nheoxc.hgnpt2hxd。unpx答案ac2一質(zhì)子束射入到靜止靶核al上，產(chǎn)生如下核反應(yīng)：palxn式中p代表質(zhì)子,n代表中子，x代表核反應(yīng)產(chǎn)生的新核由反應(yīng)式可知，新核x的質(zhì)子數(shù)為_，中子數(shù)為_答案1413解析根據(jù)核反應(yīng)過程電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒，新核x的質(zhì)子數(shù)為113014，質(zhì)量數(shù)為127127，所以中子數(shù)271413。31993年，中國科學(xué)院上海原子核研究所制得了一種新的鉑元素的同位素pt

9、.制取過程如下：（1）用質(zhì)子轟擊鈹靶be產(chǎn)生快中子；(2)用快中子轟擊汞hg，反應(yīng)過程可能有兩種:生成pt，放出氦原子核；生成pt,同時(shí)放出質(zhì)子、中子(3)生成的鉑pt發(fā)生兩次衰變，變成穩(wěn)定的原子核汞 hg。寫出上述核反應(yīng)方程答案見解析解析根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒，確定新生核的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù),然后寫出核反應(yīng)方程，如下：（1）behbn。（2）hgnpthe；hgnpt2hn。(3）ptaue,auhge。(或202 78pt202 80hg2e)放射性同位素的應(yīng)用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40多種，而今天人工制造的放射性同位素已達(dá)1 000多

10、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)研究的許多方面得到了廣泛的應(yīng)用（1）帶電的驗(yàn)電器在放射線照射下電荷會(huì)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(xué)作用 d以上三個(gè)選項(xiàng)都不是（2）圖1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)為對鋁板的厚度控制起主要作用的是_射線圖1（3)在我國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，空氣中的與驗(yàn)電

11、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)的本領(lǐng)弱,不能穿透厚度為1毫米的鋁板，因而探測器不能探測,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)過多次重新結(jié)晶后,得到了放射性14c分布均勻的牛胰島素結(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，再用放射性探測儀器進(jìn)行追蹤,就可

12、以知道放射性原子通過什么路徑，運(yùn)動(dòng)到哪里了，是怎樣分布的，從而可以了解某些不容易查明的情況或規(guī)律人們把這種用途的放射性同位素叫做示蹤原子（時(shí)間：60分鐘）題組一放射性同位素的應(yīng)用1一放射源放射出某種或多種射線，當(dāng)用一張薄紙放在放射源的前面時(shí),強(qiáng)度減為原來的，而當(dāng)用1 cm厚的鋁片放在放射源前時(shí)，射線的強(qiáng)度減小為零由此可知,該放射源所射出的(）a僅是射線 b僅是射線c是射線和射線 d是射線和射線答案c解析三種射線中，射線穿透本領(lǐng)最強(qiáng)，能穿透幾厘米厚的鋁板，本題中用1 cm厚的鋁片即能擋住射線，說明射線中不含射線，用薄紙便可擋住部分射線，說明射線中含有貫穿本領(lǐng)較小的射線，同時(shí)有大部分射線穿過薄紙，

13、說明含有射線2醫(yī)學(xué)界通過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斷裂dna抑制艾滋病病毒的繁殖，則14c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來查明元素的行蹤，因此14c的作用是作示蹤原子，故選項(xiàng)a正確3（多選）有關(guān)放射性同位素p的下列說法中,正確的是（)a。p與x互為同位素b。p與其同位素有相同的化學(xué)性質(zhì)c用p制成化合物后它的半衰期變長d含有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(zhì)子數(shù)，所以選項(xiàng)a錯(cuò)誤；同位素有相同的化學(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)沒有關(guān)系

14、，所以p制成化合物后它的半衰期不變,所以選項(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4（多選）近幾年,我國北京、上海、山東、洛陽、廣州等地引進(jìn)了十多臺(tái)刀,治療患者5 000余例,效果極好，成為治療腦腫瘤的最佳儀器令人感嘆的是,用刀治療時(shí)不用麻醉，病人清醒，時(shí)間短，半個(gè)小時(shí)內(nèi)完成手術(shù),無須住院，因而刀被譽(yù)為“神刀據(jù)報(bào)道,我國自己研究的旋式刀性能更好，將進(jìn)入各大醫(yī)院為患者服務(wù)刀治療腦腫瘤主要是利用（)a射線具有很強(qiáng)的貫穿本領(lǐng)b射線具有很強(qiáng)的電離作用c射線具有很高的能量d射線能很容易地繞過障礙物到達(dá)目的地答案ac5放射性在技術(shù)上有很多應(yīng)用，不同的放射源可用于不同目的下表列出了一些

15、放射性元素的半衰期和可供利用的射線。元素射線半衰期釙210138天氡2223.8天鍶9028年鈾238、4.5109年某塑料公司生產(chǎn)聚乙烯薄膜，方法是讓厚的聚乙烯膜通過軋輥把聚乙烯膜軋薄,利用適當(dāng)?shù)姆派渚€來測定通過軋輥后的薄膜厚度是否均勻可利用的元素是()a釙210 b氡222c鍶90 d鈾238答案c解析要測定聚乙烯薄膜的厚度，則要求射線可以穿透薄膜,因此射線不合適;另外，射線穿透作用還要受薄膜厚度影響，射線穿透作用最強(qiáng)，薄膜厚度不會(huì)影響射線穿透，所以只能選用射線,而氡222半衰期太短,鈾238半衰期太長，所以只有鍶90較合適題組二核反應(yīng)方程6在下列四個(gè)核反應(yīng)方程中，x1、x2、x3和x4各

16、代表某種粒子hx1hennheox2behecx3 mghealx4則以下判斷中正確的是(）ax1是質(zhì)子 bx2是中子cx3是電子 dx4是質(zhì)子答案d解析根據(jù)核反應(yīng)的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒知，x1為h，a錯(cuò)；x2為h,b錯(cuò)；x3為n，c錯(cuò)；x4為h，d對7用中子轟擊氧原子核的核反應(yīng)方程式為onnx，對式中x、a、b的判斷正確的是(）ax代表中子,a17，b1bx代表電子，a17，b1cx代表正電子，a17,b1dx代表質(zhì)子，a17，b1答案c解析根據(jù)質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒可知a17，b1，因此x可表示為01e，為正電子，故c項(xiàng)正確8貝可勒爾在120年前首先發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象，如今原子核的放射性在眾多領(lǐng)

17、域中有著廣泛應(yīng)用下列屬于放射性衰變的是（）a。cneb235 92un131 53i103 39y2nc.hhhend.healpn答案a解析原子核自發(fā)地放出某種粒子而轉(zhuǎn)變?yōu)樾潞说淖兓凶髟雍说乃プ儯挥羞x項(xiàng)a符合;選項(xiàng)b是核裂變反應(yīng)選項(xiàng)d是人工核轉(zhuǎn)變反應(yīng),選項(xiàng)c是核聚變反應(yīng)9放射性元素po衰變?yōu)閜b,此衰變過程的核反應(yīng)方程是_；用此衰變過程中發(fā)出的射線轟擊f，可得到質(zhì)量數(shù)為22的氖（ne）元素和另一種粒子，此核反應(yīng)過程的方程是_答案popbhehefneh解析根據(jù)衰變規(guī)律，此衰變過程的核反應(yīng)方程是popbhe。用射線轟擊f,可得到質(zhì)量數(shù)為22的氖(ne）元素和另一種粒子，此核反應(yīng)過程的方程

18、是:hefneh。題組三綜合應(yīng)用10在磁場中，一個(gè)靜止在磁場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，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(gè)系統(tǒng)，衰變過程中系統(tǒng)的動(dòng)量守恒，放出的正電子的方向跟si核運(yùn)動(dòng)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(gè)外切圓的軌道，c、d可排除因?yàn)槁鍌惼澚μ峁┫蛐牧Γ磓vbm.所以做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為r。衰變時(shí)，放出的正電子與反沖核si的動(dòng)量大小相等，因此在同一個(gè)磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑與它們的電荷量成反比,即。可見正電子運(yùn)動(dòng)的圓半徑較大111934年,約里奧居里夫婦在用粒子轟擊鋁箔時(shí)，除了測到預(yù)料中的中子外，還探測到了正電子正電子的質(zhì)量跟電子的質(zhì)量相同,帶一個(gè)單位的正電荷，跟電子的電性正好相反，是電子的反粒子更意外的是，拿走放射源