2017-2018學年高中物理第四章原子核第三節(jié)放射性同位素教學案粵教版選修3-5

1、第三節(jié)放射性同位素1.同位素梯度目標用匚了解射線的物理、化學和生物作川在I：農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人民生活 和阪療、衛(wèi)星等領(lǐng)城的應用乙會寫核反應方程理解k放射性同位素的應用2.同位素H有相同的化學性質(zhì),不|ii i的物理性質(zhì)1什么是同位素和放射性同位索2.放射件污染的來源及防電橫施門：對應學生用書頁碼 P5I1. 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，這個過程叫做核反應。在此過程中所放出或吸收的能量叫做反應能。2. 具有相同質(zhì)子數(shù)而中子數(shù)不同的原子，在元素周期表中處于同一位置，因而互稱同位素。具有放射性的同位素，叫做放射性同位素。3.工業(yè)上利用丫射線的穿透性來檢查金

2、屬內(nèi)部的傷痕，即所謂無損的丫探傷。4利用射線的電離本領(lǐng)使空氣電離而把空氣變成導電氣體，以消除化纖、紡織品上的靜電。5.由于放射性元素能放出某種射線，可用探測儀器對它們進行追蹤，因而可利用它們進行蹤跡顯示。人們把作這種用途的放射性同位素叫做示蹤原子。6.輻射防護的基本方法有時間防護， 距離防護，屏蔽防護。要防止放射性物質(zhì)對水源、- - - -空氣、用具、工作場所的污染，要防止射線過多地長時間地照射人體。對應學生用書頁碼 P5I同位素的概念及核反應2具有相同質(zhì)子數(shù)而中子數(shù)不同的原子，在元素周期表中處于同一位置， 因而互稱同位素。2.放射性同位素(1)定義：具有放射性的同位素，叫做放射性同位素.分類

3、：可分為天然放射性同位素和人工放射性同位素。(3)人工放射性同位素的優(yōu)點：1種類多：天然放射性同位素只有40 多種，而人工放射性同位素有1000 多種。32放射強度容易控制。3可制成各種所需的形狀。4半衰期短，廢料易處理。因而放射性同位素的應用，一般都用人工放射性同位素。放射性同位素與放射性元素的同位素區(qū)別某些非放射性元素比較穩(wěn)定，但在人工轉(zhuǎn)變的條件下， 會使有些原子核發(fā)生變化， 形成這種非放射性元素的同位素， 但這種同位素可能不穩(wěn)定，會發(fā)生衰變，因此稱這種同位素為放射性同位素。由此可以看出，放射性同位素并不表示放射性元素的同位素，而是指這種同位素具有放射性。如磷是穩(wěn)定的，不具有放射性。若用a

4、粒子轟擊鋁核，會生成10P,它是30磷的同位素，但它具有放射性，因此稱15P 為磷的放射性同位素。3.核反應核反應中遵循質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒，核反應過程中反應前后的總質(zhì)量一般會發(fā)生 變化（質(zhì)量虧損）而釋放出核能。（1）同位素的核外電子數(shù)相同，故化學性質(zhì)相同，由于它們的中子數(shù)不同，因而它們的 物理性質(zhì)不同。（2）人類第一次得到的人工放射性物質(zhì)是磷30,其原子核的數(shù)字符號為35P，其核反應方程為：13AI+；He15P+0n。:注試應用（雙選）氫有三種同位素，分別是氕（1H），氘（1H），氚（1H），則（A 它們的質(zhì)子數(shù)相等B. 它們的核外電子數(shù)相等入C. 它們的核子數(shù)相等D. 它們的中子數(shù)相

5、等解析：它們的質(zhì)子數(shù)均為1，核外電子數(shù)與質(zhì)子數(shù)相同，也均為1,故 A、B 對。它們的核子數(shù)分別為 1,2,3，中子數(shù)分別為0,1,2，故 C D 錯。答案：AB放射性同位素的應用及放射線的危害1.放射性同位素的應用（1）射線的應用1利用放出的丫射線的穿透本領(lǐng)檢查金屬內(nèi)部是否存在砂眼裂痕等，即所謂無損的 丫探傷。1.42利用射線的穿透本領(lǐng)與物質(zhì)厚度的關(guān)系，來檢查各種產(chǎn)品的厚度和密封容器中液體的 高度等，從而實現(xiàn)自動控制。3利用射線的電離本領(lǐng)使空氣電離而把空氣變成導電氣體，以消除化纖、紡織品上的靜電。4利用射線的物理化學作用照射植物，引起植物變異而培育良種，也可以利用它殺菌、 治?。ㄈ绶暖煟┑取?

6、利用射線的化學效應可以促進高分子化合物的聚合反應，以制造各種塑料或改善塑料的性能。此外，還可以利用射線使石油裂解，增加汽油的產(chǎn)品。（2）示蹤原子的應用由于放射性元素能放出某種射線，可用探測儀器對它們進行跟蹤，因而可利用它們進行蹤跡顯示。人們把作這種用途的放射性同位素叫做示蹤原子。1農(nóng)業(yè)上探測農(nóng)作物對肥料的吸收情況。2工業(yè)上檢測機件的磨損情況。3醫(yī)學上提供生物機體內(nèi)生理生化過程的動態(tài)信息。（3）半衰期的應用1地質(zhì)和考古工作中，推斷地層或古代文物的年代。2利用生物殘骸推斷生物死亡年代。2 放射線的危害及防護危害核爆炸核爆炸的最初幾秒鐘放射出來的主要是強烈的丫射線和中子流，這些射線具有很強的穿透能力

7、，對人體和其他生物有很強的殺傷作用核泄漏核工業(yè)生產(chǎn)和核科學研究中使用的放射性原材料，一旦泄漏就會造成嚴重污染醫(yī)療照射醫(yī)療中如果放射線的劑量過大，也會導致病人受到損害，甚至造成病人 的死亡防護密封防護把放射源密封在特殊的包殼里，或用特殊方法覆蓋，以防止放射線泄漏距離防護距放射源越遠，人體吸收的劑量就越少，受到的危害就越輕時間防護盡量減少受輻射時間屏蔽防護1在放射源與人體之間加屏蔽物能起到防護作用:養(yǎng)試薩用2.（雙選）關(guān)于放射性同位素的應用，下列說法中正確的是（）A. 作為示蹤原子是利用了放射性同位素貫穿能力很強的性質(zhì)5B. 作為示蹤原子是利用了放射性同位素放出的射線可被儀器探測到的特點C.丫射線

8、探傷利用了 丫射線貫穿能力很強的性質(zhì)D.丫射線探傷利用了 丫射線電離能力很強的性質(zhì)解析：根據(jù)放射性同位素的性質(zhì)分析放射性同位素的應用。作為示蹤原子是利用放射性6同位素放出的射線可被儀器探測到的特點，利用丫射線探傷是利用了射線的貫穿能力強的性質(zhì)，故選項 B、C 正確。答案：BC|核反應與力學知識的綜合例 1 一個靜止的氮核(7N)俘獲一個速度為 2.3X10 m/s 的中子生成一個復核A,復核 A 又衰變成 B、C 兩個新核，已知 B、C 的速度方向與中子的速度方向相同，B 的速度是VB=1X10 m/s , B 的質(zhì)量是中子質(zhì)量的 11 倍，B、C 所帶電荷量之比qB：qc= 5 : 2。求：

9、kJ(1)C核的速度大??；(2) 根據(jù)計算判斷 C 核是什么核；(3)寫出核反應方程。解析(1)設(shè)中子質(zhì)量為m則氮核的質(zhì)量為可得，c 核的質(zhì)量為 4m由系統(tǒng)動量守恒定律可得mv=RBVB+ncvc即mv= 11mB+ 4mcmv 11mv6可解得vc= 3X106m/s4m(2)反應過程中電荷數(shù)守恒，由于總電荷數(shù)為7,B、c 所帶電荷量之比qB：qc= 5 : 2,故 B 核的電荷數(shù)為 5, B 核為硼核(151B) ; c 核的電荷數(shù)為 2, c 核為氦核(4He)(3)由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得1414117N+nf2He+5Bo答案(1)3X106m/s (2)氦核1：N+in lHe+1

10、5B(1)人工轉(zhuǎn)變、核反應過程遵守三個守恒:質(zhì)量數(shù)守恒。2電荷數(shù)守恒。3粒子的總動量守恒。依據(jù)、可正確書寫核反應方程。依據(jù)可解決各粒子在磁場中的圓周運動問題，也14mB核的質(zhì)量為 11m由質(zhì)量數(shù)守恒對應學生用書頁碼 P527可結(jié)合牛頓定律解決在電場中的偏轉(zhuǎn)問題。(2)核反應的過程中，粒子的總動量守恒，可結(jié)合力學中的牛頓定律、動量守恒求解綜合習題。81. 1930 年發(fā)現(xiàn)，在真空條件下用a粒子(2He)轟擊鈹核(4Be)時，會產(chǎn)生一種看不見的、 貫穿能力極強且不帶電的粒子，查德威克認定這種粒子就是中子。(1) 寫出a粒子轟擊鈹核的核反應方程。(2) 若一個中子與一個靜止的碳核發(fā)生正碰，已知中子的

11、質(zhì)量為m、初速度為vo，與碳核碰后的速率為vi，運動方向與原來運動方向相反， 碳核質(zhì)量視為 12m，求碳核與中子碰撞 后的速率。(3) 若與中子碰撞后的碳核垂直于磁場方向射入勻強磁場，測得碳核做圓周運動的半徑為R已知元電荷的電荷量為e，求該磁場的磁感應強度的大小。94112解析：(1)4Be+2Heon+ 6C。(2)根據(jù)動量守恒定律，有mvo=mv1+ 12mv2,(3)根據(jù)牛頓第二定律和洛倫茲力公式有:12mv；6eBv?=94112答案：（1）4Be+2Heon +6CE77B|放射性的應用例 2天然放射性同位素只不過有六十多種，而今天人工制造的同位素已達一千多種，每種元素都有放射性同位

12、素，放射性同位素在農(nóng)業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生、科研等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. 放射線的貫穿作用B. 放射線的電離作用C. 放射線的物理、化學作用D. 以上三個選項都不是(2) 如圖 4 3 1 所示是工廠利用放射線自動控制鋁板厚度的裝置示意圖，如工廠生產(chǎn)的厚度 1 mm 的鋁板，在a、B、丫三種射線中，你認為對鋁板的厚度起主要作用的是 _射線。解得:V1+Vo12，口m解得B=V1+Vo6eRv1+vopV1+Vo6eR9圖 4 3- 1(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(jié)晶跟天然 牛胰島素的結(jié)晶是同一種

13、物質(zhì)，為此曾采用放射性同位素VC 作_。解析(1)放射線使空氣電離，空氣與驗電器所帶電荷中和。(2)a射線穿透物質(zhì)的本領(lǐng)弱，不能穿透厚度1 mm 的鋁板，因而探測器不能探測到，丫射線穿透本領(lǐng)最強，穿透 1 mm 的鋁板和幾毫米厚鋁板后打在探測器上很難分辨，3射線也能穿透幾厘米厚的鋁板，但厚度不同，穿透后3射線中的電子運動狀態(tài)不同，探測器容易分辨。(3) 把摻入16C 的人工合成牛胰島素與天然牛胰島素混合在一起，經(jīng)多次重新結(jié)晶后，得到了放射性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合為一體，它們是同一物質(zhì)。答案(1)B(2)3(3)示蹤原子A .放射性的應用主要有兩個方

14、面，一方面是應用它的射線，另一方面是作示蹤原子.(1) 射線的應用主要是應用射線的穿透本領(lǐng)，電離本領(lǐng)及物理化學作用等，其中對穿透本領(lǐng)的應用較多。a射線穿透本領(lǐng)最弱，不能穿透1 mm 的鋁板，3射線穿透本領(lǐng)較強，能穿透幾 mm 的鋁板，丫射線能穿透幾厘米的鉛板。YA(2) 放射性同位素作為示蹤原子：一是利用了它的放射性，二是利用了它和同種元素的 1非放射性同位素具有相同的化學性質(zhì)。:跟跨演毒*才/2.(雙選)放射性同位素的應用主要有兩方面，下列實際應用中利用其射線的有()A. 進行金屬探傷B. 檢查輸油管是否漏油C. 消毒滅菌D. 證明人工合成的牛胰島素和天然牛胰島素是同一物質(zhì)解析：放射性同位素

15、的應用主要有兩方面：一方面利用它的射線進行金屬探傷、消除有10害靜電、改良品種、殺菌、消毒、醫(yī)療等；另一方面作為示蹤原子，在實際應用中利用其射 線的有 A、C,作為示蹤原子的是 B、D。答案：AC課堂屮結(jié)11射線的應用1.治療腫瘤的放射源必須滿足：放射線具有較強的穿透力，以輻射到體內(nèi)的腫瘤處；在較長時間內(nèi)具有相對穩(wěn)定的輻射強度，表中給出的四種放射性同位素，適合用于治療腫瘤的放射源是（）冋位素輻射線半衰期釙 210a138 天锝 99Y6 小時鈷 60Y5 年鍶 90328 年B.锝 99D.鍶 90解析：丫射線具有較強的穿透力，可以輻射到體內(nèi)的腫瘤處，a、3射線可排除，故A、D 錯，要滿足在較

16、長時間內(nèi)具有相對穩(wěn)定的輻射強度，故B 錯 D 對。答案：C2.人類探測月球發(fā)現(xiàn)， 在月球的土壤中含有較豐富的質(zhì)量數(shù)為3 的氦，它可以作為未來核聚變的重要原料之一，氦的這種同位素應表示為（）A.4HeB.2HeC.；HeD.；He解析：氦的同位素質(zhì)子數(shù)一定相同，質(zhì)量數(shù)為3,故寫作2He,選項 B 對。答案：B3.關(guān)于放射性同位素的應用， 下列說法正確的是（）A. 放射線改變了布料的性質(zhì)使其不再因摩擦而生電，因此達到了消除有害靜電的目的放射性同位素應用放射線的危害及防護示蹤原十應用半哀期應用時回防護魚離購護胖蔽防護十七一A.釙 210C.鈷 60對應課時跟蹤檢測12B. 利用丫射線的貫穿性可以為金

17、屬探傷，也能進行人體的透視C.用放射線照射作物種子能使其DNA 發(fā)生變異，其結(jié)果一定是成為更優(yōu)秀的品種D. 用丫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危害13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，將靜電導走，故 A 錯；丫射線對人體細胞傷害太大，不能用來進行人體透視，故B 錯；作物種子發(fā)生的 DNA 突變不一定都是有益的， 還要經(jīng)過篩選才能培育出優(yōu)秀品種， 故 C 錯；用 丫射線治療腫瘤對人體有副作用，因此要嚴格控制劑量。故D 正確。答案：D4.（雙選）聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署對科索沃地區(qū)的調(diào)查表明，北約對南聯(lián)盟的轟炸中，大量使用了貧鈾炸彈

18、，貧鈾是從金屬中提煉鈾235 以后的副產(chǎn)品，其主要成分為鈾 238，貧鈾炸彈貫穿力是常規(guī)炸彈的 9 倍，殺傷力極大，而且殘留物會長期危害環(huán)境, 期危害環(huán)境的理由，正確的是（）A 爆炸后的彈片存在放射性，對環(huán)境產(chǎn)生長期危害B. 爆炸后的彈片不會對人體產(chǎn)生危害C. 鈾 235 的衰變速度很快D. 鈾 238 的半衰期很長解析：能發(fā)生衰變，其衰變方程為238LR234Th+；He,其半衰期為XI 發(fā)生衰變，衰變產(chǎn)生的射線對人體都有傷害，故A D 對。答案：AD5放射性同位素可作為示蹤原子，例如在醫(yī)學上可以確定腫瘤的位置，對此，若今有R, P, Q S,它們的半衰期分別為半年、 38 天、15 天和

19、2 天，則應）B. QD. R解析：應用放射性同位素作為示蹤原子時，應選擇半衰期較短、衰變較快的同位素，這 樣可減輕對人體的損害。I r6在工業(yè)生產(chǎn)中，某些金屬材料內(nèi)部出現(xiàn)的裂痕是無法直接觀察到的，如果不能夠發(fā)現(xiàn)它們，可能會給生產(chǎn)帶來極大的危害。自從發(fā)現(xiàn)放射線以后， 就可以利用放射線對其進行探測了，這是利用了（）A.a射線的電離本領(lǐng)B.3射線的帶電性質(zhì)C. 丫射線的貫穿本領(lǐng)D. 放射性元素的示蹤本領(lǐng)F 列關(guān)于殘留物長-14.5 億年，Th 也能四種不同的放射同位素選用的同位素是（A. SC. P答案：A14解析：放射性的應用是沿著利用它的射線和作為示蹤原子兩個方向開展的, 貫穿本領(lǐng)最強，可以用

20、來金屬探傷。答案：C丫射線的7.（雙選）有關(guān)放射性同位素30P 的下列說法，正確的是（）A.15P與14x 互為同位素B.30P 與其同位素有相同的化學性質(zhì)C. 用30P 制成化合物后它的半衰期變長D.10P能釋放正電子，可用其作示蹤原子，觀察磷肥對植物的影響解析：同位素有相同質(zhì)子數(shù)，不同質(zhì)量數(shù)，故 A 錯誤；同位素有相同的化學性質(zhì)，故 B 對；半衰期與物理、化學狀態(tài)無關(guān)，故 C 錯；15P 為放射性同位素，可用作示蹤原子，故 D 正確。答案：BD&放射性同位素能被用做示蹤原子，以下說法錯誤的是（）A 放射性同位素不改變其化學性質(zhì)B. 放射性同位素的半衰期比天然放射性元素的半衰期短得多

21、C. 半衰期與元素所處的物理、化學狀態(tài)無關(guān)D. 放射性同位素容易制造解析：放射性同位素用做示蹤原子，主要是用放射性同位素替代沒有放射性的同位素參與的正常的物理、化學、生物的過程，既要利用化學性質(zhì)相同， 也要利用衰變規(guī)律不受物理、化學變化的影響，同時還要考慮放射性的危害，因此，選項答案：D9. 1919 年盧瑟福用a粒子撞擊1：N 核發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子。（1）寫出這個核反應的方程式。（2）英國物理學家威耳遜在 1911 年發(fā)明了“ 云室”，現(xiàn)出運動的徑跡。把云室放在勻強電場中，分別將質(zhì)子和勻強電場中，觀察它們運動的徑跡，如果質(zhì)子和a粒子運動的徑跡相同（電場方向和質(zhì)子、a粒子運動徑跡所在平面平行）。求：質(zhì)子和a粒子進入電場時的動能之比是多少？解析：（1）1；N+；He店（2）帶電粒子垂直于電場方向射入勻強電場中做類平拋運動，設(shè)沿電場方向的位移為y,垂直于電場方向的位移為x，則有y=1qE（X）2=qEx。2m v4Ek答案：（1