新教材高中物理第5章原子與原子核第4節(jié)放射性同位素教師用書粵教版選擇性

第四節(jié)放射性同位素[核心素養(yǎng)·明目標(biāo)]核心素養(yǎng)學(xué)習(xí)目標(biāo)物理觀念知道放射性同位素的概念，了解放射性同位素的三種應(yīng)用和兩種防護(hù)，能解釋相關(guān)的自然現(xiàn)象科學(xué)思維掌握放射性同位素的特點(diǎn)，能具體了解三種應(yīng)用和兩種防護(hù)，能解決相關(guān)的問題科學(xué)探究與他人合作在老師的指導(dǎo)下探究相關(guān)的放射性問題，學(xué)會(huì)觀察和交流，提高科學(xué)探究的能力科學(xué)態(tài)度與責(zé)任基于放射性同位素在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用事實(shí)證據(jù)，培養(yǎng)提出創(chuàng)造性見解的能力，充分了解示蹤原子在生物大分子方面的應(yīng)用，激發(fā)探索科學(xué)的興趣知識(shí)點(diǎn)一放射性同位素的發(fā)現(xiàn)1．同位素：這些具有相同質(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．如氕(eq\o\al(1,1)H)、氘(eq\o\al(2,1)H)和氚(eq\o\al(3,1)H)就是氫的一組同位素．2．放射性同位素：具有放射性的同位素，叫作放射性同位素．如eq\o\al(30,15)P是磷的一種放射性同位素．放射性同位素分為天然放射性同位素和人工制造的放射性同位素兩類．知識(shí)點(diǎn)二放射性同位素的應(yīng)用1．放射性同位素的應(yīng)用主要分為三類：射線的應(yīng)用，示蹤原子的應(yīng)用和半衰期的應(yīng)用．2．射線的應(yīng)用：可以用γ射線的穿透性檢查金屬內(nèi)部的缺陷，利用α射線、β射線使空氣電離導(dǎo)走靜電，防治害蟲、培育良種，治療疾病、消毒滅菌等．3．示蹤原子的應(yīng)用(1)示蹤原子：由于放射性元素能放出某種射線，因此可用探測(cè)儀器對(duì)它們進(jìn)行蹤跡顯示，這種用途的放射性同位素叫作示蹤原子．(2)應(yīng)用：在農(nóng)業(yè)施肥、工業(yè)機(jī)件磨損檢測(cè)、無損傷的疾病診斷等方面應(yīng)用．4．半衰期主要應(yīng)用在地質(zhì)和考古工作中．人工放射性同位素的優(yōu)點(diǎn)：①放射強(qiáng)度容易控制②形狀容易控制③半衰期短，廢料容易處理．知識(shí)點(diǎn)三射線的危害及防護(hù)1．射線的危害：α射線、β射線、γ射線、X射線和中子射線具有不同的穿透能力和電離能力，對(duì)人體都有不同程度的危害．2．防護(hù)：放射性防護(hù)可分成內(nèi)照射防護(hù)和外照射防護(hù)．3．內(nèi)照射危害：指已經(jīng)進(jìn)入體內(nèi)的放射性同位素仍然在體內(nèi)產(chǎn)生有害影響．防護(hù)措施：盡可能地隔斷放射性物質(zhì)進(jìn)入人體的各種途徑．4．外照射的特點(diǎn)：是只有當(dāng)機(jī)體處于輻射場(chǎng)中，才會(huì)引起輻射損傷，當(dāng)機(jī)體離開輻射場(chǎng)合，就不再受照射．5．三種方式防護(hù)(1)縮短受照射時(shí)間．(2)增大與輻射源間的距離．(3)屏蔽射線．放射性防護(hù)最好的辦法是遠(yuǎn)離放射源和用鉛作為屏蔽裝置．1．思考判斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)利用放射性同位素放出的γ射線可以給金屬探傷．()(2)利用放射性同位素放出的射線消除有害的靜電積累．()(3)利用放射性同位素放出的射線保存食物．()(4)醫(yī)療照射是利用放射性，對(duì)人和環(huán)境沒有影響．()[答案](1)√(2)√(3)√(4)×2．(多選)下列關(guān)于放射性同位素的一些應(yīng)用的說法中正確的是()A．利用放射性消除靜電是利用射線的穿透作用B．利用射線探測(cè)機(jī)器部件內(nèi)部的砂眼或裂紋是利用射線的穿透作用C．利用射線改良品種是因?yàn)樯渚€可使DNA發(fā)生變異D．放射性同位素的半衰期是相同的BC[消除靜電是利用射線的電離作用使空氣導(dǎo)電，A錯(cuò)誤；探測(cè)機(jī)器部件內(nèi)部的砂眼或裂紋和改良品種分別是利用它的穿透作用和射線可使DNA發(fā)生變異，BC正確；不同的放射性同位素的半衰期是不同的，D錯(cuò)誤．]3．(多選)以色列對(duì)加沙地帶的哈馬斯組織發(fā)動(dòng)了代號(hào)為“鑄鉛”的軍事打擊行動(dòng)，轟炸了加沙的大型工程設(shè)施，據(jù)報(bào)道，以色列在為期20多天的以巴軍事戰(zhàn)爭(zhēng)中使用了白磷彈和貧鈾彈．其中貧鈾彈是從金屬鈾中提煉鈾235以后的副產(chǎn)品，其主要成分是鈾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可長(zhǎng)期危害環(huán)境，下列關(guān)于其殘留物長(zhǎng)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，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生長(zhǎng)期危害C．鈾238的衰變速度很快D．鈾的半衰期很長(zhǎng)AD[天然放射現(xiàn)象周期很長(zhǎng)，會(huì)對(duì)環(huán)境和生物造成長(zhǎng)期的影響，故AD正確，BC錯(cuò)誤．]考點(diǎn)1放射性同位素的應(yīng)用人工制造的放射性同位素的放射強(qiáng)度易于控制，它的半衰期比天然放射性物質(zhì)短得多，因此在生產(chǎn)和科學(xué)領(lǐng)域得以廣泛的應(yīng)用．(1)能用α射線來測(cè)量金屬板的厚度嗎？(2)γ射線照射食品延長(zhǎng)保存期的原理是什么？[提示](1)不能．(2)用γ射線照射食品可以殺死使食物腐敗的細(xì)菌，抑制蔬菜發(fā)芽，延長(zhǎng)保存期．1．同位素原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)決定了核外電子的數(shù)目，進(jìn)而也決定了元素的化學(xué)性質(zhì)，同種元素的質(zhì)子數(shù)相同，核外電子數(shù)也相同，所以有相同的化學(xué)性質(zhì)，但它們的中子數(shù)可以不同，所以它們的物理性質(zhì)不同．把具有相同質(zhì)子數(shù)、不同中子數(shù)的原子互稱為同位素．具有放射性的同位素有兩類：一類是天然放射性同位素，有六十幾種，二類是有一千多種人工制造的放射性同位素，在實(shí)際應(yīng)用中主要是人工制造的放射性同位素．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)半衰期比天然放射性物質(zhì)短得多，放射性廢料容易處理．因此，凡是用到射線時(shí)，用的都是人工放射性同位素．3．放射性同位素的主要應(yīng)用(1)利用它的射線：①工業(yè)部門使用射線測(cè)厚度——利用γ射線的穿透特性；②農(nóng)業(yè)應(yīng)用——γ射線使種子的遺傳基因發(fā)生變異，殺死使食物腐敗的細(xì)菌，抑制蔬菜發(fā)芽，延長(zhǎng)保存期等；③醫(yī)療上——利用γ射線的高能量治療癌癥．(2)作為示蹤原子：放射性同位素與非放射性同位素有相同的化學(xué)性質(zhì)，通過探測(cè)放射性同位素的射線確定其位置．【典例1】(多選)下列說法正確的是()A．給農(nóng)作物施肥時(shí)，在肥料里放一些放射性同位素，是因?yàn)檗r(nóng)作物吸收放射性同位素后生長(zhǎng)更好B．輸油管道漏油時(shí)，可以在輸?shù)挠椭蟹乓恍┓派湫酝凰靥綔y(cè)其射線，確定漏油位置C．天然放射元素也可以作為示蹤原子加以利用，只是含量較少，經(jīng)濟(jì)上不劃算D．放射性元素被植物吸收，其放射性不會(huì)發(fā)生改變[思路點(diǎn)撥](1)同位素的化學(xué)性質(zhì)相同，農(nóng)作物吸收生長(zhǎng)情況相同．(2)人工放射性同位素比天然放射性同位素更易控制．BD[放射性元素與它的同位素的化學(xué)性質(zhì)相同，但是利用放射性元素可以確定農(nóng)作物在各季節(jié)吸收含有哪種元素的肥料．無論植物吸收含放射性元素的肥料，還是無放射性肥料，植物生長(zhǎng)是相同的，A錯(cuò)誤；人工放射性同位素，含量易控制，衰變周期短，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成永久污染，而天然放射性元素，劑量不易控制、衰變周期長(zhǎng)、會(huì)污染環(huán)境，所以不用天然放射元素，C錯(cuò)誤；放射性是原子核的本身性質(zhì)，與元素的狀態(tài)、組成等無關(guān)，D正確；放射性同位素可作為示蹤原子，是因?yàn)樗桓淖冊(cè)氐幕瘜W(xué)性質(zhì)，B正確．]放射性同位素的應(yīng)用技巧(1)用射線來測(cè)量厚度，一般不選取α射線是因?yàn)槠浯┩改芰μ?，更多的是選取γ射線，也有部分選取β射線的．(2)給病人治療癌癥、培育優(yōu)良品種、延長(zhǎng)食物保質(zhì)期一般選取γ射線．(3)使用放射線時(shí)安全是第一位的．eq\o([跟進(jìn)訓(xùn)練])1．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γ射線的貫穿能力可以為金屬探傷，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γ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傷害D[利用射線消除有害靜電是利用射線的電離性，使空氣分子電離，將靜電中和，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；γ射線對(duì)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)過篩選才能培育出優(yōu)良品種，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；利用γ射線治療腫瘤對(duì)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．]考點(diǎn)2射線的危害及防護(hù)射線在人們心里是一個(gè)惡魔，談核色變，怎樣進(jìn)行有效的防護(hù)呢？放射性物質(zhì)危險(xiǎn)警告標(biāo)志[提示]其實(shí)射線并不可怕，可怕的是無知，只要熟知各種射線的特點(diǎn)，就可以避開射線對(duì)我們的危害，如圖所示，從圖中你可能有所體會(huì)．污染與防護(hù)舉例與措施說明污染核爆炸核爆炸的最初幾秒鐘輻射出來的主要是強(qiáng)烈的γ射線和中子流，長(zhǎng)期存在放射性污染核泄漏核工業(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大，也會(huì)導(dǎo)致病人受到損害，甚至造成病人死亡防護(hù)密封防護(hù)把放射源密封在特殊的包殼里，或者用特殊方法覆蓋，以防止射線泄漏距離防護(hù)距放射源越遠(yuǎn)，人體吸收放射線的劑量就越少，受到的危害就越輕時(shí)間防護(hù)盡量減少受輻射的時(shí)間屏蔽防護(hù)在放射源與人體之間加屏蔽物能起到防護(hù)作用，鉛的屏蔽作用最好【典例2】(多選)貧鈾炸彈是一種殺傷力很強(qiáng)的武器．貧鈾是提取鈾235以后的廢料，其主要成分為鈾238.貧鈾炸彈有很強(qiáng)的穿甲能力，而且鈾238具有放射性，殘留物可長(zhǎng)期對(duì)環(huán)境起破壞作用而造成污染．人長(zhǎng)期生活在該環(huán)境中會(huì)受到核輻射而易患上皮膚癌和白血?。铝薪Y(jié)論正確的是()A．鈾238的衰變方程式為eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(234,90)ThB．eq\o\al(238,92)U和eq\o\al(235,92)U互為同位素C．人患皮膚癌和白血病可能是因?yàn)楹溯椛鋵?dǎo)致了基因突變D．貧鈾炸彈的穿甲能力很強(qiáng)，也是因?yàn)樗姆派湫訹思路點(diǎn)撥](1)衰變方程等式兩邊質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)都守恒．(2)核輻射的危害主要是射線對(duì)人體的殺傷作用和誘引基因突變．ABC[鈾238具有放射性，放出一個(gè)α粒子，變成釷234，選項(xiàng)A正確；鈾238和鈾235質(zhì)子數(shù)相同，故互為同位素，選項(xiàng)B正確；核輻射能導(dǎo)致基因突變，是皮膚癌和白血病的誘因之一，選項(xiàng)C正確；貧鈾炸彈的穿甲能力很強(qiáng)，是因?yàn)樗膹椥臼怯筛呙芏?、高?qiáng)度、高韌性的鈾合金組成，襲擊目標(biāo)時(shí)產(chǎn)生高溫化學(xué)反應(yīng)，所以其爆炸力、穿透力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過一般炸彈，選項(xiàng)D錯(cuò)．]eq\o([跟進(jìn)訓(xùn)練])2．核能是一種高效的能源．(1)在核電站中，為了防止放射性物質(zhì)泄漏，核反應(yīng)堆有三道防護(hù)屏障：燃料包殼、壓力殼和安全殼．甲乙結(jié)合圖甲可知，安全殼應(yīng)當(dāng)選用的材料是________．(2)圖乙是用來監(jiān)測(cè)工作人員受到輻射情況的胸章，通過照相底片被射線感光的區(qū)域，可以判斷工作人員受到何種輻射．當(dāng)胸章上1mm鋁片和3mm鋁片下的照相底片被感光，而鉛片下的照相底片未被感光時(shí)，結(jié)合圖甲分析可知工作人員一定受到了________射線的輻射；當(dāng)所有照相底片被感光時(shí)，工作人員一定受到了________射線的輻射．[解析](1)核反應(yīng)堆最外層是厚厚的水泥防護(hù)層，以防止射線外泄，所以安全殼應(yīng)選用的材料是混凝土．(2)β射線可穿透幾毫米厚的鋁片，而γ射線可穿透幾厘米厚的鉛板．[答案](1)混凝土(2)βγ1．物理觀念：同位素、放射性同位素及放射性同位素的應(yīng)用與防護(hù)．2．科學(xué)思維：放射性同位素的三類應(yīng)用和兩類防護(hù)．3．科學(xué)方法：實(shí)驗(yàn)法、觀察法、理論與實(shí)際相結(jié)合的方法等．1．(多選)以下說法正確的是()A．通過原子核的人工轉(zhuǎn)變可以發(fā)現(xiàn)和制造新元素B．在人工核反應(yīng)過程中，質(zhì)量守恒C．利用示蹤原子可以研究生物大分子的結(jié)構(gòu)D．人類一直生活在放射性的環(huán)境中ACD[通過原子核的人工轉(zhuǎn)變可以發(fā)現(xiàn)和制造新元素，A項(xiàng)正確；在人工核反應(yīng)過程中，質(zhì)量數(shù)守恒，B項(xiàng)錯(cuò)誤；利用示蹤原子可以研究生物大分子的結(jié)構(gòu)，C項(xiàng)正確；人類一直生活在放射性的環(huán)境中，地球上的每個(gè)角落都有射線，D項(xiàng)正確．]2．(多選)下列說法中正確的是()A．1896年，法國(guó)的瑪麗·居里首先發(fā)現(xiàn)了天然放射線B．查德威克通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了原子核內(nèi)有中子C．人類認(rèn)識(shí)原子核的復(fù)雜結(jié)構(gòu)并進(jìn)行研究是從發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象開始的D．氫有三種同位素[氕(eq\o\al(1,1)H)、氘(eq\o\al(2,1)H)、氚(eq\o\al(3,1)H)]化學(xué)性質(zhì)不同BC[貝可勒爾首先發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象，故A錯(cuò)誤；查德威克通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了原子核內(nèi)有中子，故B正確；人類認(rèn)識(shí)原子核的復(fù)雜結(jié)構(gòu)并進(jìn)行研究是從發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象開始的，故C正確；同位素最外層電子排布相同，化學(xué)性質(zhì)幾乎完全相同，故D錯(cuò)誤．]3．(多選)已知eq\o\al(228,88)Ra是eq\o\al(226,88)Ra的一種同位素，則下列說法正確的是()A．它們具有相同的質(zhì)子數(shù)和不同的質(zhì)量數(shù)B．它們具有相同的中子數(shù)和不同的原子序數(shù)C．它們具有相同的核電荷數(shù)和不同的中子數(shù)D．它們具有相同的核外電子數(shù)和不同的化學(xué)性質(zhì)AC[原子核的原子序數(shù)與核內(nèi)質(zhì)子數(shù)、核電荷數(shù)、核外電子數(shù)都是相等的，且原子核內(nèi)的質(zhì)量數(shù)(核子數(shù))等于核內(nèi)質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)之和．由此知這兩種鐳的同位素核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)均為88，核子數(shù)分別為228和226，中子數(shù)分別為140和138；原子的化學(xué)性質(zhì)由核外電子數(shù)決定，因?yàn)樗鼈兊暮送怆娮訑?shù)相同，所以它們的化學(xué)性質(zhì)也相同．故正確答案為AC．]4．關(guān)于放射性同位素的應(yīng)用，下列說法正確的是()A．利用γ射線使空氣電離，消除靜電B．利用β射線照射植物的種子，使產(chǎn)量顯著增加C．利用α射線來治療肺癌、食道癌等疾病D．利用放射性同位素跟它的非放射性同位素的化學(xué)性質(zhì)相同，作為示蹤原子D[γ射線的電離本領(lǐng)最弱，故消除靜電的效果最差，而用α射線消除靜電效果最好，故A錯(cuò)．人們利用γ射線照射種子，可以使種子內(nèi)的遺傳基因發(fā)生變異，培育出新的優(yōu)良品種，故B錯(cuò)．治療肺癌用的“γ刀”是利用了γ射線具有很高的能量，穿透能力很強(qiáng)的特性，故C錯(cuò)．放射性同位素與其非放射性同位素具有相同的化學(xué)性質(zhì)和不同的物理性質(zhì)，可作為示蹤原子，D正