教科版物理選修3-5講義第3章2.放射性衰變3.放射性的應用危害與防護Word版含答案

2.放射性衰變3．放射性的應用、危害與防護[學習目標]1.知道什么是放射性及放射性元素．(重點)2.知道三種射線的本質(zhì)和特性．(重點、難點)3.知道原子核的衰變和衰變規(guī)律．(重點)4.知道什么是半衰期．(重點)5.知道三種射線的特性及應用，知道放射性同位素，在工、農(nóng)業(yè)及醫(yī)學領域的應用．(重點、難點)6.知道放射性對人類和自然產(chǎn)生的嚴重危害，了解防護放射性危害的措施．(重點)一、天然放射性和衰變1．天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)(1)天然放射現(xiàn)象：物質(zhì)能自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象．(2)放射性：物質(zhì)放出射線的性質(zhì)，叫作放射性．(3)放射性元素：具有放射性的元素，叫作放射性元素．(4)天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)：1896年，法國物理學家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象．2．三種射線如圖所示，讓放射線通過強磁場，在磁場的作用下，放射線能分成3束，這表明有3種射線，且它們電性不同．帶正電的射線向左偏轉(zhuǎn)，為α射線；帶負電的射線向右偏轉(zhuǎn)，為β射線；不發(fā)生偏轉(zhuǎn)的射線不帶電，為γ射線．3．放射性衰變(1)定義：放射性元素自發(fā)地蛻變?yōu)榱硪环N元素，同時放出射線，這種現(xiàn)象叫作放射性衰變．(2)衰變形式：常見的衰變有兩種，放出α粒子的衰變?yōu)棣了プ儯懦靓铝Ｗ拥乃プ優(yōu)棣滤プ?，而γ射線是伴隨α射線或β射線產(chǎn)生的．(3)衰變規(guī)律①α衰變：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(A－4,Z－2)Y.②β衰變：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(0,－1)e＋eq\o\al(A,Z＋1)Y.在衰變過程中，電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒．二、半衰期1．定義放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間．2．決定因素放射性元素衰變的快慢是由核內(nèi)部自身的因素決定的，跟原子所處的化學狀態(tài)和外部條件沒有關系．不同的放射性元素，半衰期不同．3．應用利用半衰期非常穩(wěn)定這一特點，可以測量其衰變程度、推斷時間．三、放射性的應用、危害與防護1．放射性的應用(1)利用射線的特性①利用α射線的電離作用很強，用以消除(中和)因摩擦積累的靜電．②利用β射線穿過薄物或經(jīng)過薄物反射時，由透射或反射的衰減程度來測定薄物的厚度和密度．③利用γ射線的穿透能力可以進行金屬探傷，還可利用γ射線進行培育優(yōu)良品種、放射治療等．(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性質(zhì)，通過探測放射性同位素的射線確定其位置．(3)利用衰變特性：利用天然放射性元素的半衰期可以估測文物、化石的年代，勘探礦藏等．2．放射性的危害與防護(1)放射線的主要來源①天然放射線的來源：來自地殼表面的天然放射性元素和空氣中的氡等產(chǎn)生的放射線；來自空間的宇宙射線．②人工放射線的來源：醫(yī)療放射，核動力和核武器試驗中的放射線．(2)放射線的危害放射線對人體組織造成傷害，導致細胞損傷，破壞人體DNA的分子結(jié)構(gòu)．大劑量的放射性射線導致畸形、腫瘤、生育功能損傷等．(3)防止的基本方法①距離防護②時間防護③屏蔽防護④儀器監(jiān)測1．正誤判斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)放射性元素的放射性都是自發(fā)的現(xiàn)象． (√)(2)α射線是由高速運動的氦核組成的，其運行速度接近光速． (×)(3)原子核發(fā)生α衰變時，核的質(zhì)子數(shù)減少2，而質(zhì)量數(shù)減少4. (√)(4)半衰期可以表示放射性元素衰變的快慢． (√)(5)用放射性同位素代替非放射性的同位素來制成各種化合物做“示蹤原子”． (√)(6)醫(yī)療照射是利用放射性，對人和環(huán)境沒有影響． (×)2．(多選)天然放射性物質(zhì)的放射線包括三種成分，下列說法正確的是()A．一張厚的黑紙能擋住α射線，但不能擋住β射線和γ射線B．某原子核在放出γ射線后會變成另一種元素的原子核C．三種射線中γ射線的穿透能力最強D．β粒子是電子，但不是原來繞核旋轉(zhuǎn)的核外電子ACD[由三種射線的本質(zhì)和特點可知，α射線穿透本領最弱，一張黑紙都能擋住，而擋不住β射線和γ射線，故A正確；γ射線是一種波長很短的光子，不會使原核變成新核，三種射線中γ射線的穿透能力最強，故C正確，B錯誤；β粒子是電子，來源于原子核，故D正確．]3．(多選)原子核eq\o\al(238,92)U經(jīng)放射性衰變①變?yōu)樵雍薳q\o\al(234,90)Th，繼而經(jīng)放射性衰變②變?yōu)樵雍薳q\o\al(234,91)Pa，再經(jīng)放射性衰變③變?yōu)樵雍薳q\o\al(234,92)U.下列選項正確的是()ABC[eq\o\al(238,92)Ueq\o(\s\up10(①),—→)eq\o\al(234,90)Th，質(zhì)量數(shù)少4，電荷數(shù)少2，說明①為α衰變.eq\o\al(234,90)Theq\o(\s\up10(②),—→)eq\o\al(234,91)Pa，質(zhì)子數(shù)加1，質(zhì)量數(shù)不變，說明②為β衰變，中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子.eq\o\al(234,91)Paeq\o(\s\up10(③),—→)eq\o\al(234,91)U，質(zhì)子數(shù)加1，質(zhì)量數(shù)不變，說明③為β衰變，中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子．]4．(多選)對放射性的應用和防護，下列說法正確的是()A．放射線能殺傷癌細胞或阻止癌細胞分裂，對人體的正常細胞不會有傷害作用B．對放射性的廢料，要裝入特制的容器并埋入深地層進行處理C．γ射線探傷儀中的放射源必須存放在特制的容器里，而不能隨意放置D．對可能有放射性污染的場所或物品進行檢測是很有必要的BCD[放射線能殺傷癌細胞或阻止癌細胞分裂，但也會對人體的正常細胞有傷害，選項A錯誤；正因為放射線具有傷害作用，選項B、C、D均是正確的．]三種射線的性質(zhì)及衰變的規(guī)律1.α、β、γ射線性質(zhì)、特征比較射線種類組成速度貫穿本領電離作用α射線α粒子是氦原子核eq\o\al(4,2)He約eq\f(1,10)c很小，一張薄紙就能擋住很強β射線β粒子是高速電子流eq\o\al(0,－1)e接近c很大，能穿過幾毫米厚的鋁板較弱γ射線波長很短的電磁波等于c最大，能穿過幾厘米厚的鉛板很小2．三種射線在電場、磁場中偏轉(zhuǎn)情況的比較(1)在勻強磁場中，α射線偏轉(zhuǎn)半徑較大，β射線偏轉(zhuǎn)半徑較小，γ射線不偏轉(zhuǎn)，如圖所示．(2)在勻強電場中，α射線偏離較小，β射線偏離較大，γ射線不偏離，如圖所示．3．衰變(1)衰變方程①α衰變：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)He②β衰變：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A,Z＋1)Y＋eq\o\al(0,－1)e(2)α衰變和β衰變的實質(zhì)①α衰變：2eq\o\al(1,0)n＋2eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He②β衰變：eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(0,－1)e(3)衰變次數(shù)的計算方法設放射性元素eq\o\al(A,Z)X經(jīng)過n次α衰變和m次β衰變后，變成穩(wěn)定的新元素eq\o\al(A′,Z′)Y，則衰變方程為eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A′,Z′)Y＋neq\o\al(4,2)He＋meq\o\al(0,－1)e根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可列方程A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m.以上兩式聯(lián)立解得n＝eq\f(A－A′,4)，m＝eq\f(A－A′,2)＋Z′－Z.【例1】如圖所示，R是一種放射性物質(zhì)，虛線框內(nèi)是勻強磁場，LL′是厚紙板，MN是熒光屏，實驗時，發(fā)現(xiàn)在熒光屏的O、P兩點處有亮斑，由此可知磁場的方向、到達O點的射線種類、到達P點的射線種類應屬于下表中的()選項磁場方向到達O點的射線到達P點的射線A豎直向上βαB豎直向下αβC垂直紙面向里γβD垂直紙面向外γα[思路點撥]解答此題應注意以下兩點：(1)能夠穿過厚紙板的只有β和γ射線，α射線無法穿過．(2)γ射線不偏轉(zhuǎn)，β射線在磁場中的偏轉(zhuǎn)情況符合左手定則．C[R放射出來的射線共有α、β、γ三種，其中α、β射線垂直于磁場方向進入磁場區(qū)域時將受到洛倫茲力作用，γ射線不偏轉(zhuǎn)，故打在O點的應為γ射線；由于α射線貫穿本領弱，不能射穿厚紙板，故到達P點的應是β射線；依據(jù)β射線的偏轉(zhuǎn)方向及左手定則可知磁場方向垂直紙面向里．]三種射線的比較方法(1)知道三種射線帶電的性質(zhì)，α射線帶正電、β射線帶負電、γ射線不帶電．α、β是實物粒子，而γ射線是光子流，屬于電磁波的一種．(2)在電場或磁場中，通過其受力及運動軌跡半徑的大小來判斷α和β射線，由于γ射線不帶電，故運動軌跡仍為直線．(3)α射線穿透能力較弱，β射線穿透能力較強，γ射線穿透能力最強．1．如圖所示，放射性元素鐳釋放出α、β、γ三種射線，分別進入勻強電場和勻強磁場中，其中________是α射線，________是β射線，________是γ射線．[解析]由放射現(xiàn)象中α射線帶正電，β射線帶負電，γ射線不帶電，結(jié)合在電場與磁場中的偏轉(zhuǎn)可知②⑤是γ射線，③④是α射線．[答案]③④、①⑥、②⑤【例2】eq\o\al(238,92)U核經(jīng)一系列的衰變后變?yōu)閑q\o\al(206,82)Pb核，問：(1)一共經(jīng)過幾次α衰變和幾次β衰變？(2)eq\o\al(206,82)Pb與eq\o\al(238,92)U相比，質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)各少了多少？(3)綜合寫出這一衰變過程的方程．[解析](1)設eq\o\al(238,92)U衰變?yōu)閑q\o\al(206,82)Pb經(jīng)過x次α衰變和y次β衰變．由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可得238＝206＋4x ①92＝82＋2x－y ②聯(lián)立①②解得x＝8，y＝6即一共經(jīng)過8次α衰變和6次β衰變．(2)由于每發(fā)生一次α衰變質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)均減少2，每發(fā)生一次β衰變中子數(shù)減少1，而質(zhì)子數(shù)增加1，故eq\o\al(206,82)Pb較eq\o\al(238,92)U質(zhì)子數(shù)少10，中子數(shù)少22.(3)衰變方程為eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(206,82)Pb＋8eq\o\al(4,2)He＋6eq\o\al(0,－1)e[答案](1)8次α衰變和6次β衰變(2)1022(3)eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(206,82)Pb＋8eq\o\al(4,2)He＋6eq\o\al(0,－1)e衰變次數(shù)的判斷方法(1)衰變過程遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒．(2)每發(fā)生一次α衰變質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)均減少2.(3)每發(fā)生一次β衰變中子數(shù)減少1，質(zhì)子數(shù)增加1.2．原子序數(shù)大于或等于83的所有元素，都能自發(fā)地放出射線．這些射線共有三種：α射線、β射線和γ射線．下列說法中正確的是()A．原子核每放出一個α粒子，原子序數(shù)減少4B．原子核每放出一個α粒子，原子序數(shù)增加4C．原子核每放出一個β粒子，原子序數(shù)減少1D．原子核放出γ射線時，原子序數(shù)不變D[發(fā)生一次α衰變，核電荷數(shù)減少2，質(zhì)量數(shù)減少4，原子序數(shù)減少2；發(fā)生一次β衰變，核電荷數(shù)、原子序數(shù)增加1，γ射線是光子．]對半衰期的理解及有關計算1.對半衰期的理解：半衰期表示放射性元素衰變的快慢．2．半衰期公式：N余＝N原eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(eq\f(t,τ))，m余＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(eq\f(t,τ))式中N原、m0表示衰變前的原子數(shù)和質(zhì)量，N余、m余表示衰變后的尚未發(fā)生衰變的原子數(shù)和質(zhì)量，t表示衰變時間，τ表示半衰期．3．適用條件：半衰期是一個統(tǒng)計概念，是對大量的原子核衰變規(guī)律的總結(jié)，對于一個特定的原子核，無法確定其何時發(fā)生衰變，半衰期只適用于大量的原子核．【例3】放射性元素氡(eq\o\al(222,86)Rn)經(jīng)α衰變成為釙(eq\o\al(218,84)Po)，半衰期約為3.8天，但勘測表明，經(jīng)過漫長的地質(zhì)年代后，目前地殼中仍存在天然的含有放射性元素eq\o\al(222,86)Rn的礦石，其原因是()A．目前地殼中的eq\o\al(222,86)Rn主要來自于其他放射性元素的衰變B．在地球形成的初期，地殼中元素eq\o\al(222,86)Rn的含量足夠高C．當衰變產(chǎn)物eq\o\al(218,84)Po積累到一定量以后，eq\o\al(218,84)Po的增加會減慢eq\o\al(222,86)Rn的衰變進程D.eq\o\al(222,86)Rn主要存在于地球深處的礦石中，溫度和壓力改變了它的半衰期A[元素半衰期的長短由原子核自身因素決定，與原子所處的物理、化學狀態(tài)以及周圍環(huán)境、溫度無關，C、D錯；即使元素氡的含量足夠高，經(jīng)過漫長的地質(zhì)年代，地殼中也幾乎沒有氡了，一定是來自于其他放射性元素的衰變，故A對，B錯．]有關半衰期的兩點提醒(1)半衰期是指放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間而不是樣本質(zhì)量減少一半的時間．(2)經(jīng)過n個半衰期，剩余核N剩＝eq\f(1,2n)N總．3．碘131核不穩(wěn)定，會發(fā)生β衰變，其半衰變期為8天．(1)碘131核的衰變方程：eq\o\al(131,53)I→________(衰變后的元素用X表示)．(2)經(jīng)過________天75%的碘131核發(fā)生了衰變．[解析](1)eq\o\al(131,53)I→eq\o\al(131,54)X＋eq\o\al(0,－1)e(2)75%的碘發(fā)生了衰變，即25%的未衰變．即eq\f(m,m0)＝25%＝eq\f(1,4)＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(2)共經(jīng)歷了兩個半衰期即16天．[答案](1)eq\o\al(131,53)I→eq\o\al(131,54)X＋eq\o\al(0,－1)e(2)16放射性的應用及防護1．放射性同位素具有放射性的同位素，叫作放射性同位素．天然存在的放射性元素只有四十多種，但用人工方法得到的放射性同位素有一千多種．與天然放射性物質(zhì)相比，人造放射性同位素的放射強度容易控制，還可以制成各種所需的形狀．2．放射性同位素的應用(1)利用放射性同位素放出的射線①探傷：射線穿透金屬部件時，如果遇到砂眼、裂痕等傷痕，接收到的射線將與正常處不同，因此可利用放射性同位素放出射線探傷．②測厚：射線穿透某些物質(zhì)的本領與物質(zhì)的厚度、密度有關，因此可用射線來檢查某些產(chǎn)品的厚度，技術上可用作自動控制．③利用射線電離能力，可以使空氣電離，除去紡織車間的靜電，或制成報警器．輻照：利用射線照射，可以殺死癌細胞，用以治?。挥蒙渚€照射植物，引起植物變異，用以育種等．(2)做示蹤原子由于放射性同位素跟同種元素的非放射性同位素具有相同的化學性質(zhì)，如果在某種元素里摻進一些放射性同位素，那么元素無論走到哪里，它的放射性同位素也經(jīng)過同樣的過程．而放射性元素不斷地放出射線，再用儀器探測這些射線，即可知道元素的行蹤，這種用途的放射性同位素叫示蹤原子．3．人工放射性同位素的優(yōu)點(1)資源豐富，天然放射性元素不過40多種，但人工放射性同位素已達1000多種，目前每種元素都有了自己的放射性同位素．(2)和天然放射性物質(zhì)相比，人工放射性同位素的放射強度容易控制，還可以制成各種所需的不同形狀，特別是，它的半衰期比天然放射性物質(zhì)短得多，因此放射性廢料容易處理．由于這些優(yōu)點，所以在生產(chǎn)和科研中凡是用到射線時，用的都是人工放射性同位素，而不用天然放射性物質(zhì)．【例4】關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，從而達到消除有害靜電的目的B．利用γ射線的貫穿性可以為金屬探傷，也能進行人體透視C．用放射線照射作物種子使其DNA發(fā)生變異，其結(jié)果一定是更優(yōu)良的品種D．用γ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傷害D[利用放射線消除有害靜電是利用放射線的電離性，使空氣分子電離成為導體，將靜電導出，A錯誤；γ射線對人體細胞傷害太大，不能用來進行人體透視，B錯誤；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，C錯誤；用γ射線治療腫瘤對人體肯定有副作用，因此要科學地控制劑量，D正確．]放射性同位素的應用技巧(1)用射線來測量厚度，一般不選取α射線是因為其穿透能力太差，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、延長食物保質(zhì)期一般選取γ射線．(3)使用放射線時安全是第一位的．4．下列說法正確的是()A．給農(nóng)作物施肥時，在肥料里放一些放射性同位素，是因為農(nóng)作物吸收放射性同位素后生長更好B．輸油管道漏油時，可以在輸?shù)挠椭蟹乓恍┓派湫酝凰靥綔y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，只是較少，經(jīng)濟上不劃算D．放射性元素被植物吸收，其放射性將發(fā)生改變B[放射性元素與它的同位素的化學性質(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，植物生長是相同的．A錯；放射性同位素，含量易控制，衰變周期短，不會對環(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、會污染環(huán)境，所以不用天然放射元素，C錯；放射性是原子核本身的性質(zhì)，與元素的狀態(tài)、組成等無關，D錯；放射性同位素可作為示蹤原子，故B正確．]課堂小結(jié)知識網(wǎng)絡1.天然放射性的概念及三種射線的特點.2.衰變規(guī)律及衰變方程的書寫.3.半衰期的定義及相關計算.4.放射性的應用及防護.1．(多選)關于天然放射現(xiàn)象和對放射性的研究，下列說法正確的是()A．α射線和β射線在電場或磁場中偏轉(zhuǎn)說明它們是帶電粒子B．原子核不是單一的粒子C．γ射線一定伴隨α射線或β射線而產(chǎn)生D．任何放射性元素都能同時發(fā)出三種射線AB[帶電粒子以一定的初速度垂直進入電場或磁場能發(fā)生偏轉(zhuǎn)，α射線和β射線能在電場或磁場中偏轉(zhuǎn)說明它們是帶電粒子，故A正確；放射現(xiàn)象說明原子核的可變性，即原子核不是單一粒子，具有復雜的結(jié)構(gòu)，故選項B正確；γ射線是原子核在發(fā)射α射線或β射線時多余的能量以γ射線的形式產(chǎn)生的輻射，因此γ射線是伴隨(不是一定伴隨)α射線或β射線而放出的，故C、D錯誤．]2．(多選)14C發(fā)生放射性衰變成為14N，半衰期約5700年．已知植物存活期間，其體內(nèi)14C與12C的比