新教材2024年高中物理第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必修第三冊

第四節(jié)放射性同位素1．知道放射性同位素的概念，了解放射性同位素的三種應用和兩種防護．2．駕馭放射性同位素的特點，能解決相關的問題．3．與他人合作在老師的指導下探究相關的放射性問題，學會視察和溝通，提高科學探究的實力，培育提出創(chuàng)建性見解的實力，激發(fā)探究科學的愛好．學問點一放射性同位素的發(fā)覺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．放射性同位素分為自然放射性同位素和人工制造的放射性同位素兩類．學問點二放射性同位素的應用1．放射性同位素的應用主要分為三類：射線的應用，示蹤原子的應用和半衰期的應用．2．射線的應用：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，因此可用探測儀器對它們進行蹤跡顯示，這種用途的放射性同位素叫作示蹤原子．(2)應用：在農(nóng)業(yè)施肥、工業(yè)機件磨損檢測、無損傷的疾病診斷等方面應用．4．半衰期主要應用在地質(zhì)和考古工作中．人工放射性同位素的優(yōu)點：①放射強度簡單限制②形態(tài)簡單限制③半衰期短，廢料簡單處理．學問點三射線的危害及防護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實力和電離實力，對人體都有不同程度的危害．2．防護：放射性防護可分成內(nèi)照耀防護和外照耀防護．3．內(nèi)照耀危害：指已經(jīng)進入體內(nèi)的放射性同位素仍舊在體內(nèi)產(chǎn)生有害影響．防護措施：盡可能地隔斷放射性物質(zhì)進入人體的各種途徑．4．外照耀的特點：是只有當機體處于輻射場中，才會引起輻射損傷，當機體離開輻射場合，就不再受照耀．5．三種方式防護．(1)縮短受照耀時間．(2)增大與輻射源間的距離．(3)屏蔽射線．放射性防護最好的方法是遠離放射源和用鉛作為屏蔽裝置．1．思索推斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(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退有害的靜電積累． ()(3)利用放射性同位素放出的射線保存食物． ()(4)醫(yī)療照耀是利用放射性，對人和環(huán)境沒有影響． ()[答案](1)√(2)√(3)√(4)×2．(多選)下列關于放射性同位素的一些應用的說法中正確的是()A．利用放射性消退靜電是利用射線的穿透作用B．利用射線探測機器部件內(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為射線可使DNA發(fā)生變異D．放射性同位素的半衰期是相同的BC[消退靜電是利用射線的電離作用使空氣導電，A錯誤；探測機器部件內(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錯誤．]3．(多選)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期危害環(huán)境，下列關于其殘留物長期危害環(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，對環(huán)境產(chǎn)生長期危害C．鈾238的衰變速度很快D．鈾的半衰期很長AD[自然放射現(xiàn)象周期很長，會對環(huán)境和生物造成長期的影響，故AD正確，BC錯誤．]人工制造的放射性同位素的放射強度易于限制，它的半衰期比自然放射性物質(zhì)短得多，因此在生產(chǎn)和科學領域得以廣泛的應用．(1)能用α射線來測量金屬板的厚度嗎？(2)γ射線照耀食品延長保存期的原理是什么？提示：(1)不能．(2)用γ射線照耀食品可以殺死使食物腐敗的細菌，抑制蔬菜發(fā)芽，延長保存期．考點1放射性同位素的應用1．同位素原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)確定了核外電子的數(shù)目，進而也確定了元素的化學性質(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：一類是自然放射性同位素，有六十幾種，另一類是有一千多種人工制造的放射性同位素，在實際應用中，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(1)放射強度簡單限制；(2)可以制成各種所需的形態(tài)；(3)半衰期比自然放射性物質(zhì)短得多，放射性廢料簡單處理．因此，凡是用到射線時，用的都是人工放射性同位素．3．放射性同位素的主要應用(1)利用它的射線：①工業(yè)部門運用射線測厚度——利用γ射線的穿透特性；②農(nóng)業(yè)應用——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菌，抑制蔬菜發(fā)芽，延長保存期等；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性質(zhì)，通過探測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，在肥料里放一些放射性同位素，是因為農(nóng)作物汲取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．自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)濟上不劃算D．放射性元素被植物汲取，其放射性不會發(fā)生變更[思路點撥](1)同位素的化學性質(zhì)相同，農(nóng)作物汲取生長狀況相同．(2)人工放射性同位素比自然放射性同位素更易限制．BD[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)汲取含有哪種元素的肥料．無論植物汲取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錯誤；人工放射性同位素，含量易限制，衰變周期短，不會對環(huán)境造成永久污染，而自然放射性元素，劑量不易限制、衰變周期長、會污染環(huán)境，所以不用自然放射元素，C錯誤；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，D正確；放射性同位素可作為示蹤原子，是因為它不變更元素的化學性質(zhì)，B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射線是因為其穿透實力太差，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)運用放射線時平安是第一位的．[跟進訓練]1．關于放射性同位素的應用，下列說法中正確的是()A．利用射線可以變更布料的性質(zhì)，使其不再因摩擦而生電，從而達到消退有害靜電的目的B．利用γ射線的貫穿實力可以為金屬探傷，也可以進行人體的透視C．利用射線照耀作物種子可使其DNA發(fā)生變異，其結(jié)果確定是更優(yōu)秀的品種D．利用γ射線治療腫瘤時確定要嚴格限制劑量，以免對人體正常組織造成太大的損害D[利用射線消退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A錯誤；γ射線對人體細胞損害太大，不能用來進行人體透視，選項B錯誤；作物種子發(fā)生的DNA突變不確定都是有益的，還要經(jīng)過篩選才能培育出優(yōu)良品種，選項C錯誤；利用γ射線治療腫瘤對人體確定有副作用，因此要科學地限制劑量，選項D正確．]考點2射線的危害及防護污染與防護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劇烈的γ射線和中子流，長期存在放射性污染核泄漏核工業(yè)生產(chǎn)和核科學探討中運用的放射性原材料，一旦泄漏就會造成嚴峻污染醫(yī)療照耀醫(yī)療中假如放射線的劑量過大，也會導致病人受到損害，甚至造成病人死亡防護密封防護把放射源密封在特別的包殼里，或者用特別方法覆蓋，以防止射線泄漏距離防護距放射源越遠，人體汲取放射線的劑量就越少，受到的危害就越輕時間防護盡量削減受輻射的時間屏蔽防護在放射源與人體之間加屏蔽物能起到防護作用，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．貧鈾炸彈有很強的穿甲實力，而且鈾238具有放射性，殘留物可長期對環(huán)境起破壞作用而造成污染．人長期生活在該環(huán)境中會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為核輻射導致了基因突變D．貧鈾炸彈的穿甲實力很強，也是因為它的放射性[思路點撥](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α粒子，變成釷234，選項A正確；鈾238和鈾235質(zhì)子數(shù)相同，故互為同位素，選項B正確；核輻射能導致基因突變，是皮膚癌和白血病的誘因之一，選項C正確；貧鈾炸彈的穿甲實力很強，是因為它的彈芯是由高密度、高強度、高韌性的鈾合金組成，攻擊目標時產(chǎn)生高溫化學反應，所以其爆炸力、穿透力遠遠超過一般炸彈，選項D錯．][跟進訓練]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，核反應堆有三道防護屏障：燃料包殼、壓力殼和平安殼．甲乙結(jié)合圖甲可知，平安殼應當選用的材料是________．(2)圖乙是用來監(jiān)測工作人員受到輻射狀況的胸章，通過照相底片被射線感光的區(qū)域，可以推斷工作人員受到何種輻射．當胸章上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，結(jié)合圖甲分析可知工作人員確定受到了______射線的輻射；當全部照相底片被感光時，工作人員確定受到了________射線的輻射．[解析](1)核反應堆最外層是厚厚的水泥防護層，以防止射線外泄，所以平安殼應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．(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)覺和制造新元素B．在人工核反應過程中，質(zhì)量守恒C．利用示蹤原子可以探討生物機體內(nèi)的生理生化過程D．人類始終生活在放射性的環(huán)境中ACD[通過原子核的人工轉(zhuǎn)變可以發(fā)覺和制造新元素，A項正確；在人工核反應過程中，質(zhì)量數(shù)守恒，B項錯誤；利用示蹤原子可以探討生物機體內(nèi)的生理生化過程的動態(tài)信息，C項正確；人類始終生活在放射性的環(huán)境中，地球上的每個角落都有射線，D項正確．]2．(多選)下列說法中正確的是()A．1896年，法國的瑪麗·居里首先發(fā)覺了自然放射線B．查德威克通過試驗驗證了原子核內(nèi)有中子C．人類相識原子核的困難結(jié)構(gòu)并進行探討是從發(fā)覺自然放射現(xiàn)象起先的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)]化學性質(zhì)不同BC[貝可勒爾首先發(fā)覺了自然放射現(xiàn)象，故A錯誤；查德威克通過試驗驗證了原子核內(nèi)有中子，故B正確；人類相識原子核的困難結(jié)構(gòu)并進行探討是從發(fā)覺自然放射現(xiàn)象起先的，故C正確；同位素最外層電子排布相同，化學性質(zhì)幾乎完全相同，故D錯誤．]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；原子的化學性質(zhì)由核外電子數(shù)確定，因為它們的核外電子數(shù)相同，所以它們的化學性質(zhì)也相同．故正確答案為AC．]4．關于放射性同位素的應用，下列說法正確的是()A．利用γ射線使空氣電離，消退靜電B．利用β射線照耀植物的種子，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性質(zhì)相同，可將其作為示蹤原子D[γ射線的電離本事最弱，故消退靜電的效果最差，而用α射線消退靜電效果最好，故A錯誤．人們利用γ射線照耀種子，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錯誤．治療肺癌用的“γ刀”是利用了γ射線具有很高的能量，穿透實力很強的特性，故C錯誤．放射性同位素與其非放射性同位素具有相同的化學性質(zhì)和不同的物理性質(zhì)，可作為示蹤原子，D正確．故選D．]5．情景：1934年，約里奧—居里夫婦用α粒子轟擊鋁箔時，第一次實現(xiàn)了人工放射性同位素X，核反應方程為：eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→X＋e