2017-2018學(xué)年高中物理第四章原子核第三節(jié)放射性同位素教學(xué)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(biāo)用匚了解射線的物理、化學(xué)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(yīng)用乙會(huì)寫(xiě)核反應(yīng)方程理解k放射性同位素的應(yīng)用2.同位素H有相同的化學(xué)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(lái)源及防電橫施門(mén)：對(duì)應(yīng)學(xué)生用書(shū)頁(yè)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(gè)過(guò)程叫做核反應(yīng)。在此過(guò)程中所放出或吸收的能量叫做反應(yīng)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(chēng)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(lái)檢查金

2、屬內(nèi)部的傷痕，即所謂無(wú)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(dǎo)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(cè)儀器對(duì)它們進(jìn)行追蹤，因而可利用它們進(jìn)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(hù)的基本方法有時(shí)間防護(hù)， 距離防護(hù)，屏蔽防護(hù)。要防止放射性物質(zhì)對(duì)水源、- - - -空氣、用具、工作場(chǎng)所的污染，要防止射線過(guò)多地長(zhǎng)時(shí)間地照射人體。對(duì)應(yīng)學(xué)生用書(shū)頁(yè)碼 P5I同位素的概念及核反應(yīng)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(chēng)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(lèi)

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(diǎn)：1種類(lèi)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(qiáng)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(yīng)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(huì)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(huì)發(fā)生衰變，因此稱(chēng)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(huì)生成10P,它是30磷的同位素，但它具有放射性，因此稱(chēng)15P 為磷的放射性同位素。3.核反應(yīng)核反應(yīng)中遵循質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒，核反應(yīng)過(guò)程中反應(yīng)前后的總質(zhì)量一般會(huì)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(xué)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(lèi)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(hào)為35P，其核反應(yīng)方程為：13AI+；He15P+0n。:注試應(yīng)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(duì)。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(cuò)。答案：AB放射性同位素的應(yīng)用及放射線的危害1.放射性同位素的應(yīng)用（1）射線的應(yīng)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(wú)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(lái)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(dǎo)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(xué)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、 治病（如放療）等。5

6、利用射線的化學(xué)效應(yīng)可以促進(jìn)高分子化合物的聚合反應(yīng)，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(yīng)用由于放射性元素能放出某種射線，可用探測(cè)儀器對(duì)它們進(jìn)行跟蹤，因而可利用它們進(jìn)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(cè)農(nóng)作物對(duì)肥料的吸收情況。2工業(yè)上檢測(cè)機(jī)件的磨損情況。3醫(yī)學(xué)上提供生物機(jī)體內(nèi)生理生化過(guò)程的動(dòng)態(tài)信息。（3）半衰期的應(yīng)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(hù)危害核爆炸核爆炸的最初幾秒鐘放射出來(lái)的主要是強(qiáng)烈的丫射線和中子流，這些射線具有很強(qiáng)的穿透能力

7、，對(duì)人體和其他生物有很強(qiáng)的殺傷作用核泄漏核工業(yè)生產(chǎn)和核科學(xué)研究中使用的放射性原材料，一旦泄漏就會(huì)造成嚴(yán)重污染醫(yī)療照射醫(yī)療中如果放射線的劑量過(guò)大，也會(huì)導(dǎo)致病人受到損害，甚至造成病人 的死亡防護(hù)密封防護(hù)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(hù)距放射源越遠(yuǎn)，人體吸收的劑量就越少，受到的危害就越輕時(shí)間防護(hù)盡量減少受輻射時(shí)間屏蔽防護(hù)1在放射源與人體之間加屏蔽物能起到防護(hù)作用:養(yǎng)試薩用2.（雙選）關(guān)于放射性同位素的應(yīng)用，下列說(shuō)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(qiáng)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(cè)到的特點(diǎn)C.丫射線

8、探傷利用了 丫射線貫穿能力很強(qiáng)的性質(zhì)D.丫射線探傷利用了 丫射線電離能力很強(qiáng)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(yīng)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(cè)到的特點(diǎn)，利用丫射線探傷是利用了射線的貫穿能力強(qiáng)的性質(zhì)，故選項(xiàng) B、C 正確。答案：BC|核反應(yīng)與力學(xué)知識(shí)的綜合例 1 一個(gè)靜止的氮核(7N)俘獲一個(gè)速度為 2.3X10 m/s 的中子生成一個(gè)復(fù)核A,復(fù)核 A 又衰變成 B、C 兩個(gè)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(jì)算判斷 C 核是什么核；(3)寫(xiě)出核反應(yīng)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(dòng)量守恒定律可得mv=RBVB+ncvc即mv= 11mB+ 4mcmv 11mv6可解得vc= 3X106m/s4m(2)反應(yīng)過(guò)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(yīng)過(guò)程遵守三個(gè)守恒:質(zhì)量數(shù)守恒。2電荷數(shù)守恒。3粒子的總動(dòng)量守恒。依據(jù)、可正確書(shū)寫(xiě)核反應(yīng)方程。依據(jù)可解決各粒子在磁場(chǎng)中的圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，也14mB核的質(zhì)量為 11m由質(zhì)量數(shù)守恒對(duì)應(yīng)學(xué)生用書(shū)頁(yè)碼 P527可結(jié)合牛頓定律解決在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)問(wèn)題。(2)核反應(yīng)的過(guò)程中，粒子的總動(dòng)量守恒，可結(jié)合力學(xué)中的牛頓定律、動(dòng)量守恒求解綜合習(xí)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(shí)，會(huì)產(chǎn)生一種看不見(jiàn)的、 貫穿能力極強(qiáng)且不帶電的粒子，查德威克認(rèn)定這種粒子就是中子。(1) 寫(xiě)出a粒子轟擊鈹核的核反應(yīng)方程。(2) 若一個(gè)中子與一個(gè)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(yùn)動(dòng)方向與原來(lái)運(yùn)動(dòng)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(chǎng)方向射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，測(cè)得碳核做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為R已知元電荷的電荷量為e，求該磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。94112解析：(1)4Be+2Heon+ 6C。(2)根據(jù)動(dòng)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(yīng)用例 2天然放射性同位素只不過(guò)有六十多種，而今天人工制造的同位素已達(dá)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(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. 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(xué)作用D. 以上三個(gè)選項(xiàng)都不是(2) 如圖 4 3 1 所示是工廠利用放射線自動(dòng)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(rèn)為對(duì)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(guó)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

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(yàn)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(cè)器不能探測(cè)到，丫射線穿透本領(lǐng)最強(qiáng)，穿透 1 mm 的鋁板和幾毫米厚鋁板后打在探測(cè)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(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同，探測(cè)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(yīng)用主要有兩個(gè)方

14、面，一方面是應(yīng)用它的射線，另一方面是作示蹤原子.(1) 射線的應(yīng)用主要是應(yīng)用射線的穿透本領(lǐng)，電離本領(lǐng)及物理化學(xué)作用等，其中對(duì)穿透本領(lǐng)的應(yīng)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(qiáng)，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(xué)性質(zhì)。:跟跨演毒*才/2.(雙選)放射性同位素的應(yīng)用主要有兩方面，下列實(shí)際應(yīng)用中利用其射線的有()A. 進(jìn)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(yīng)用主要有兩方面：一方面利用它的射線進(jìn)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(shí)際應(yīng)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(yīng)用1.治療腫瘤的放射源必須滿(mǎn)足：放射線具有較強(qiáng)的穿透力，以輻射到體內(nèi)的腫瘤處；在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)具有相對(duì)穩(wěn)定的輻射強(qiáng)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(shí)鈷 60Y5 年鍶 90328 年B.锝 99D.鍶 90解析：丫射線具有較強(qiáng)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(cuò)，要滿(mǎn)足在較

16、長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)具有相對(duì)穩(wěn)定的輻射強(qiáng)度，故B 錯(cuò) D 對(duì)。答案：C2.人類(lèi)探測(cè)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(lái)核聚變的重要原料之一，氦的這種同位素應(yīng)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(xiě)作2He,選項(xiàng) B 對(duì)。答案：B3.關(guān)于放射性同位素的應(yīng)用， 下列說(shuō)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(dá)到了消除有害靜電的目的放射性同位素應(yīng)用放射線的危害及防護(hù)示蹤原十應(yīng)用半哀期應(yīng)用時(shí)回防護(hù)魚(yú)離購(gòu)護(hù)胖蔽防護(hù)十七一A.釙 210C.鈷 60對(duì)應(yīng)課時(shí)跟蹤檢測(cè)12B. 利用丫射線的貫穿性可以為金

17、屬探傷，也能進(jìn)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(shí)一定要嚴(yán)格控制劑量，以免對(duì)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(dǎo)體，將靜電導(dǎo)走，故 A 錯(cuò)；丫射線對(duì)人體細(xì)胞傷害太大，不能用來(lái)進(jìn)行人體透視，故B 錯(cuò)；作物種子發(fā)生的 DNA 突變不一定都是有益的， 還要經(jīng)過(guò)篩選才能培育出優(yōu)秀品種， 故 C 錯(cuò)；用 丫射線治療腫瘤對(duì)人體有副作用，因此要嚴(yán)格控制劑量。故D 正確。答案：D4.（雙選）聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署對(duì)科索沃地區(qū)的調(diào)查表明，北約對(duì)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(huì)長(zhǎng)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(duì)環(huán)境產(chǎn)生長(zhǎng)期危害B. 爆炸后的彈片不會(huì)對(duì)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(zhǎng)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(duì)人體都有傷害，故A D 對(duì)。答案：AD5放射性同位素可作為示蹤原子，例如在醫(yī)學(xué)上可以確定腫瘤的位置，對(duì)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(yīng)）B. QD. R解析：應(yīng)用放射性同位素作為示蹤原子時(shí)，應(yīng)選擇半衰期較短、衰變較快的同位素，這 樣可減輕對(duì)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(wú)法直接觀察到的，如果不能夠發(fā)現(xiàn)它們，可能會(huì)給生產(chǎn)帶來(lái)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(duì)其進(jìn)行探測(cè)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(zhǎng)-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(yīng)用是沿著利用它的射線和作為示蹤原子兩個(gè)方向開(kāi)展的, 貫穿本領(lǐng)最強(qiáng)，可以用

20、來(lái)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(shuō)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(xué)性質(zhì)C. 用30P 制成化合物后它的半衰期變長(zhǎng)D.10P能釋放正電子，可用其作示蹤原子，觀察磷肥對(duì)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(cuò)誤；同位素有相同的化學(xué)性質(zhì)，故 B 對(duì)；半衰期與物理、化學(xué)狀態(tài)無(wú)關(guān)，故 C 錯(cuò)；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(shuō)法錯(cuò)誤的是（）A 放射性同位素不改變其化學(xué)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(xué)狀態(tài)無(wú)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(méi)有放射性的同位素參與的正常的物理、化學(xué)、生物的過(guò)程，既要利用化學(xué)性質(zhì)相同， 也要利用衰變規(guī)律不受物理、化學(xué)變化的影響，同時(shí)還要考慮放射性的危害，因此，選項(xiàng)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(xiě)出這個(gè)核反應(yīng)的方程式。（2）英國(guó)物理學(xué)家威耳遜在 1911 年發(fā)明了“ 云室”，現(xiàn)出運(yùn)動(dòng)的徑跡。把云室放在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，分別將質(zhì)子和勻強(qiáng)電場(chǎng)中，觀察它們運(yùn)動(dòng)的徑跡，如果質(zhì)子和a粒子運(yùn)動(dòng)的徑跡相同（電場(chǎng)方向和質(zhì)子、a粒子運(yùn)動(dòng)徑跡所在平面平行）。求：質(zhì)子和a粒子進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)的動(dòng)能之比是多少？解析：（1）1；N+；He店（2）帶電粒子垂直于電場(chǎng)方向射入勻強(qiáng)電場(chǎng)中做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)，設(shè)沿電場(chǎng)方向的位移為y,垂直于電場(chǎng)方向的位移為x，則有y=1qE（X）2=qEx。2m v4Ek答案：（1