高中物理第3章原子核与放射性章末整合提升学案鲁科版选修
高中物理第3章原子核与放射性章末分层突破课件鲁科版选修3-5
我还有这些不足： (1) ________________________________________________________ (2) ________________________________________________________ 我的课下提升方案： (1) ________________________________________________________ (2) ________________________________________________________
关于核反应方程
α射线和β射线在磁场中的运动轨迹
分析α射线和β射线在磁场中的运动轨迹，应弄清以下基本规律： (1)衰变过程中，质量数守恒、电荷数守恒． (2)衰变过程中动量守恒． (3)带电粒子垂直于磁场方向做匀速圆周运动时洛伦兹力提供向心力．
1.用大写字母代表原子核，E经α衰变成为F，再经β衰变成为G，再经α衰变成 为H.上述系列衰变可记为下式：E――α→F――β →G――α→H，另一系列衰变如下： P――β →Q――β →R――α→S.已知P和F是同位素，则( )
巩 固 层 · 知 识 整 合
章末分层突破
拓 展 层 · 考 题 链 接
提
升 层 · 能
章 末 综
力合Biblioteka 强 化测 评[自我校对]
①氮 ②187O＋11H
⑤质子 ⑧42He
⑥N12 ⑨ －01e
③查德威克 ⑦M12
④162C＋10n
高中物理第3章原子核与放射性3.3放射性的应用与防护教案鲁科版选修3_5
第3节放射性的应用与防护●课标要求●课标解读1．了解放射性在生产和科学领域的应用，使学生了解射线的贯穿本领、电离作用，以及射线的物理、化学和生物作用．2．知道放射性污染及其对人类和自然产生的严重危害，了解防范放射性的措施，建立防范意识．●教学地位 教师应首先使学生回顾放射性及放射线的概念、产生、特点．要让学生知道，一方面，有的放射性物质在地球诞生时就存在，如铀、钍、镭等，它们叫天然放射性物质，另一方面，人类出于不同的目的制造了一些具有放射性的物质，这种物质叫人工放射性物质．此外，教师要紧紧围绕放射线的特点说明它们的作用、危害及防护措施．教学中可以让学生在课前自己收集关于放射性的作用、危害及防护等方面的信息，让学生在班上交流和讨论，发表个人见解．●新课导入建议问题导入 放射性同位素的放射强度易于控制，它的半衰期比天然放射性物质短得多，因此在生产和科学领域得以广泛的应用．你知道放射性有哪些应用吗？ ●教学流程设计课前预习安排：看教材填写【课前自主导学】同学之间可进行讨论⇒步骤1：导入新课，本节教学地位分析⇒步骤2：老师提问，检查预习效果可多提问几个学生⇒错误!⇓步骤7：指导学生完成【当堂双基达标】，验证学习情况⇒步骤6：完成“探究总结γ射线的特性及应用⇐步骤5：师生互动完成“探究方式同完成探究1相同⇐步骤4：让学生完成【迁移应用】，检查完成情况并点评⇓步骤8：先由学生自己总结本节的主要知识，教师点评，安排学生课下完成【课后知能1.(1)利用放射线使细胞变异或损害的特点，辐射育种、食品辐射保存、放射性治疗等．(2)放射性同位素电池：把放射性同位素衰变时释放的能量转换成电能的装置．(3)γ射线探伤：利用了γ射线穿透能力强的特点．(4)作为示踪原子对有关生物大分子结构及其功能进行研究．2．思考判断(1)利用放射性同位素放出的γ射线可以给金属探伤．(√)(2)利用放射性同位素放出的射线消除有害的静电积累．(√)(3)利用放射性同位素放出的射线保存食物．(√)3．探究交流放射性元素为什么能做示踪原子？【提示】由于放射性同位素不断发出辐射，无论它运动到哪里，都很容易用探测器探知它的下落，因此可以用作示踪物来辨别其他物质的运动情况和变化规律．这种放射性示踪物称为示踪原子或标记原子．1.(1)放射性污染的主要来源①核爆炸；②核泄漏；③医疗照射．(2)为了防止放射线的破坏，人们主要采取以下措施①密封防护；②距离防护；③时间防护；④屏蔽防护．2．思考判断(1)核泄漏会造成严重的环境污染．(√)(2)医疗照射是利用放射性，对人和环境没有影响．(×)(3)密封保存放射性物质是常用的防护方法．(√)3．探究交流放射性污染危害很大，放射性穿透力很强，是否无法防护？【提示】放射线危害很难防护，但是通过屏蔽、隔离等措施可以进行有效防护，但防护的有效手段是提高防范意识.1．利用γ射线可检查金属内部有无裂纹，这是利用γ射线的什么作用？2．利用α、β射线可消除静电积累，是因为α、β射线有什么特性？3．利用示踪原子的放射性元素其半衰期是长好还是短好？1．放射出的射线的利用(1)利用γ射线的贯穿本领：利用60Co放出的很强的γ射线来检查金属内部有没有砂眼和裂纹，这叫γ射线探伤．利用γ射线可以检查30 cm厚的钢铁部件．利用放射线的贯穿本领，可用来检查各种产品的厚度、密封容器中的液面高度等，从而自动控制生产过程．(2)利用射线的电离作用：放射线能使空气电离，从而可以消除静电积累，防止静电产生的危害．(3)利用γ射线对生物组织的物理、化学效应使种子发生变异，培育优良品种．(4)利用放射性产生的能量轰击原子核，实现原子核的人工转变．(5)在医疗上，常用来控制病变组织的扩大．2．作为示踪原子(1)在工业上，可用示踪原子检查地下输油管道的漏油情况．(2)在农业生产中，可用示踪原子确定植物在生长过程中所需的肥料和合适的施肥时间．(3)在医学上，可用示踪原子帮助确定肿瘤的部位和范围．下列关于放射性同位素的一些应用的说法中正确的是( )A ．利用放射性消除静电是利用射线的穿透作用B ．利用射线探测机器部件内部的砂眼或裂纹是利用射线的穿透作用C ．利用射线改良品种是因为射线可使DNA 发生变异D ．在研究农作物合理施肥中是以放射性同位素作为示踪原子【解析】 消除静电是利用射线的电离作用使空气导电，A 错误．探测机器部件内部的砂眼或裂纹和改良品种分别是利用它的穿透作用和射线可使DNA 发生变异，B 、C 正确；研究农作物对肥料的吸收是利用其作示踪原子，D 正确．【答案】BCD应用放射线的特性解决问题时，首先应该熟练掌握放射线的各种特性，如射线的电离作用、穿透能力等特性；其次是应该明确所要解决的问题与射线的哪种特性有关，应该使用放射线的哪些特性才能达到目的.1．在放射性同位素的应用中，下列做法正确的是( )A ．应该用α射线探测物体的厚度B ．应该用α粒子放射源制成“烟雾报警器”C ．医院在利用放射线诊断疾病时用半衰期较长的放射性同位素D ．作为示踪原子能研究农作物在各季节吸收肥料成分的规律【解析】 由于α粒子的穿透能力很弱，所以无法用α射线探测物体的厚度，烟雾报警器是利用射线的电离作用，α粒子的电离作用很强，故A 项错误，B 项正确．人体长时间接触放射线会影响健康，所以诊断疾病时应该用半衰期较短的放射性同位素，利用示踪原子可确定植物在生长过程中所需要的肥料和合适的施肥时间，故C 项错误，D 项正确．【答案】 BD1．放射性元素的污染主要体现在哪几方面？2．如何才能有效防护放射性元素的污染？使用了贫铀炸弹．贫铀是从金属中提炼铀235以后的副产品，其主要成分为铀238，贫铀炸弹贯穿力是常规炸弹的9倍，杀伤力极大，而且残留物可长期危害环境．下列关于其残留物长期危害环境的理由正确的是( )①由于爆炸后的弹片存在放射性，对环境产生长期危害②爆炸后的弹片不会对人体产生危害③铀238的衰变速率很快④铀的半衰期很长A．①②B．③C．①④D．②④【审题指导】解答本题注意以下两点：(1)放射性元素会对环境造成污染．(2)“长期危害环境”说明铀半衰期长．【解析】贫铀炸弹爆炸后，长期存在放射性污染，铀的半衰期很长，则C正确，A、B、D错误．【答案】 C射线具有一定的能量，对物体具有不同的穿透能力和电离能力，从而使物体或机体发生一些物理和化学变化.如果人体受到长时间大剂量的射线照射，就会使细胞器官组织受到损伤，破坏人体DNA分子结构，有时甚至会引发癌症，或者造成下一代遗传上的缺陷.2．对放射性的应用和防护，下列说法正确的是( )A．放射线能杀伤癌细胞或阻止癌细胞分裂，对人体的正常细胞不会有伤害作用B．核工业废料要放在厚厚的重金属箱内，沉于海底C．γ射线探伤仪中的放射源必须存放在特制的容器里，而不能随意放置D．对可能有放射性污染的场所或物品进行检测是很有必要的【解析】放射线能杀伤癌细胞或阻止癌细胞分裂，但也会对人体的正常细胞有伤害，选项A错，正因为放射线具有伤害作用，选项B、C、D均是正确的．【答案】BCD用γ刀治疗时不用麻醉，病人清醒，时间短，半小时内完成任务，无需住院，因而γ刀被誉为“神刀”．据报道，我国自己研制的螺旋式γ刀性能更好，即将进入各大医院为患者服务．则γ刀治疗脑肿瘤主要是利用了 ( )A．γ射线具有很强的贯穿本领B．γ射线具有很强的电离本领C．γ射线具有很高的能量D．γ射线可以很容易地绕过阻碍物到达目的地【规范解答】γ射线是一种波长很短的电磁波，具有较高的能量，它的贯穿本领很强，甚至可以穿透几厘米厚的铅板，但它的电离作用很小．γ刀治疗脑肿瘤时，通常是同时用多束γ射线，使它们穿透脑颅和健康区域在病灶处会聚，利用γ射线的高能量杀死肿瘤细胞，故正确的选项为A、C.【答案】ACγ射线特性及应用1．γ射线的贯穿本领强．2．γ射线可以对生物组织起物理和化学作用，能使种子发生变异、培育良种和灭菌消毒．3．γ射线具有较高的能量，在医疗上，常用以拟制甚至杀死病变组织，还可以轰击原子核，诱发核反应．【备课资源】(教师用书独具)放射线的危害对于放射线的危害，人们既熟悉又陌生．在常人的印象里，它是与威力无比的原子弹、氢弹的爆炸联系在一起的，随着全世界和平利用核能呼声的高涨，核武器的禁止使用，核试验的大大减少，人们似乎已经远离放射线的危害．然而，近年来，随着放射性同位素及射线装置在工农业、医疗、科研等各个领域的广泛应用，放射线危害的可能性却在增大．1999年9月30日，日本刺成县JCO公司的铀浓缩加工厂发生了一起严重的核泄漏事故，有三名工人遭受严重核辐射，当救援人员把他们送到当地医院时，他们已经昏迷不醒．同时这次事故致使工厂周围临近地区遭受不同程度的污染，辐射量是正常值的一万倍，放射线的危害再一次向人类敲响警钟．什么是放射性同位素？它是怎样造成危害的呢？在元素周期表中，占据同一个位置，核电荷数相同，但是质量数不同的，称为同位素．铀有好几种同位素，比如说铀235、铀238、铀233、铀234、铀236都属于铀的同位素．什么是放射性同位素？就是能够自发地放出射线的同位素，叫放射性同位素．放射性同位素放出的射线是一种特殊的、既看不见也摸不着的物质，因此有人把它比喻为“魔线”．如何对它进行防护，以减少射线的危害呢？使用电离辐射源的一切实践活动，都必须遵从放射防护的三原则，也就是：第一，实践正当化；第二，防护最优化；第三，个人剂量限制．辐射防护的基本方法有三条：第一，时间防护；第二，距离防护；第三，屏蔽防护．值得注意的是，医生使用射线装置给病人诊治病症时，要根据病人的实际需要，权衡利弊，做到安全合理地使用射线装置．并耐心劝导那些主动要求但不需要使用射线装置诊治的病人，引导他们走出误区，并非一定要使用先进的医疗设备才可以治疗百病．另外，随着人们对居室美化装修的升温，居室污染也在加剧．其原因之一就是某些建筑材料放出的污气作祟，但是只要我们的居室经常通风换气，污染就可以减少，趋利避害，让放射性同位素及射线装置造福人类.1．在放射性同位素的应用中，下列做法正确的是( )A．应该用α射线探测物体的厚度B．应该用γ粒子放射源制成烟雾报警器C．医院在利用放射线诊断疾病时用半衰期较长的放射性同位素D．放射育种中利用γ射线照射种子使遗传基因发生变异【解析】由于α粒子的穿透能力很弱，无法用其探测物体的厚度，故A错误；烟雾报警器是利用射线的电离作用，而γ粒子的电离作用很弱，故B错误；人体长期接触放射线会影响健康，诊断疾病时应该利用半衰期短的同位素，故C错误；放射育种是利用γ射线照射种子改变遗传基因，故D正确．【答案】 D2．防止放射性污染的防护措施有( )A．将废弃的放射性物质进行深埋B．将废弃的放射性物质倒在下水道里C．接触放射性物质的人员穿上铅防护服D．严格和准确控制放射性物质的放射剂量【解析】因为放射性物质残存的时间太长，具有辐射性，故应将其深埋，A对、B错；铅具有一定的防止放射性的能力，接触放射性物质的人员穿上铅防护服，并要控制一定的放射剂量．故C、D对．【答案】ACD3．下列哪些应用是把放射性同位素作为示踪原子的( )A．利用含有放射性碘131的油，检测地下输油管的漏油情况B．把含有放射性元素的肥料施给农作物，利用探测器的测量，找出合理的施肥规律 C．利用射线探伤法检查金属中的砂眼和裂纹D．给怀疑患有甲状腺病的病人注射碘131，以判断甲状腺的器质性和功能性疾病【解析】利用射线探伤法检查金属中的砂眼和裂纹是利用γ射线穿透能力强的特点，因此选项C不属于示踪原子的应用．【答案】ABD4．核能是一种高效的能源．(1)在核电站中，为了防止放射性物质泄漏，核反应堆有三道防护屏障：燃料包壳、压力壳和安全壳．图3－3－1结合图3－3－1甲可知，安全壳应当选用的材料是________．(2)图乙是用来监测工作人员受到辐射情况的胸章，通过照相底片被射线感光的区域，可以判断工作人员受到何种辐射．当胸章上1 mm铝片和3 mm铝片下的照相底片被感光，而铅片下的照相底片未被感光时，结合图甲分析可知工作人员一定受到了________射线的辐射；当所有照相底片被感光时，工作人员一定受到了________射线的辐射．【解析】(1)核反应堆最外层是厚厚的水泥防护层．防止射线外泄，所以安全壳应选用的材料是混凝土．(2)β射线可穿透几毫米厚的铝片，而γ射线可穿透几厘米厚的铅板．【答案】(1)混凝土(2)βγ。
高中物理 第3章 原子核与放射性章末整合课件 鲁科版选
【例3】 (2011·海南)2011年3月11日，日本发生九级大地震，造 成福岛核电站严重的核泄漏事故．在泄漏的污染物中含有
131I和137Cs两种放射性核素，它们通过一系列衰变产生对
人体有危害的辐射．在下列四个式子中，有两个能分别反
映131I和137Cs的衰变过程，它们分别是________和
________(填入正确选项前的字母).131I和137Cs原子核中的
电荷数，分别为 131－53＝78 和 137－55＝82. 答案 B C 78 82
【例4】 (2011·天津)回旋加速器在核科学、核技术、核医学等高 新技术领域得到了广泛应用，有力地推动了现代科学技术的 发展． 当今医学影像诊断设备PET/CT堪称“现代医学高科技之冠”， 它在医疗诊断中，常利用能放射正电子的同位素碳11作示踪 原子．碳11是由小型回旋加速器输出的高速质子轰击氮14获 得，同时还产生另一粒子，试写出核反应方程．若碳11的半 衰期τ为20 min，经2.0 h剩余碳11的质量占原来的百分之几？ (结果取两位有效数字)
α 衰变：衰变方程：23982U―→42He＋23940Th β 衰变：衰变方程：29304Th―→ 0－1e＋23941Pa
放射性的应用与防护应防用护：防 污 利护 染 用： ： 放密 核 射封 爆 线、 炸 的距 、 特离 核 性、 泄电 穿时 漏离 透间 、能 能、 医力 力屏 疗蔽 辐射
章末整合
原子核的组成质中子子1发 9查 发1现9德 现年 质威 中卢 子克 子瑟 的1的福 9核3核用 2反年 反α应发 应粒 方现 方子 程中 程轰 ：子 ：击 42H42H氮e＋ e核 ＋147发 94NB―现 e―→了→1质 2】 (2010·福建)14C测年法是利用14C衰变规律对古生物进 行年代测定的方法．若以横坐标t表示时间，纵坐标m表示 任意时刻14C的质量，m0为t＝0时14C的质量．下面四幅图 中能正确反映14C衰变规律的是________．(填选项前的字 母)
2019-2020学年高中物理 第3章 原子核与放射性本章优化总结教学案 鲁科版选修3-5
本章优化总结核反应与核反应方程在核物理学中，原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程称为核反应．常见的核反应有以下四类：衰变、人工转变、裂变和聚变．衰变是原子核自发转变为另一种核并辐射α或β粒子，不受外界因素的影响；人工转变常用α粒子(也可用中子等)轰击原子核，该核捕获α粒子(或中子等)后产生新核，并放出一个或几个粒子；裂变与聚变将在以后的章节学习．1.核反应类型及重要的核反应方程核反应方程式与其相关的重要内容衰变(α、β)23892U―→23490Th＋42He α衰变实质211H＋210n―→42He23490Th―→23491Pa＋－1 e β衰变实质10n―→11H＋－1 e人工转变147N＋42He―→178O＋11H 质子的发现(1919年) 卢瑟福94Be＋42He―→126C＋10n 中子的发现(1932年) 查德威克2713Al ＋42He ―→3015P ＋10n人工放射性同位素的发现约里奥·居里夫妇 3015P ―→3014Si ＋11e正电子的发现(1934年)约里奥·居里夫妇2.核反应遵循的两个重要规律：质量数守恒和核电荷数守恒．3.核变化方程用“―→”表示核反应的方向，不能用等号；要熟记常用粒子的符号，如：42He 11H 10n0－1e 01e 21H 31H235 92U4.确定衰变次数的方法A ZX ―→A ′Z ′Y ＋n 42He ＋m 0－1 e.根据质量数、核电荷数守恒得：A ＝A ′＋4n ， Z ＝Z ′＋2n －m ，两式联立求解得α衰变次数n ，β衰变次数m .2006年美国和俄罗斯的科学家利用回旋加速器，通过4820Ca(钙48)轰击24998Cf(锎249)发生核反应，成功合成了第118号元素，这是迄今为止门捷列夫元素周期表中原子序数最大的元素．实验表明，该元素的原子核先放出3个相同的粒子x ，再连续经过3次α衰变后，变成质量数为282的第112号元素的原子核，则上述过程中的粒子x 是( )A ．中子B ．质子C ．电子D ．α粒子[思路点拨] 根据核反应前后质量数守恒和核电荷数守恒求解．[解析] 第118号元素衰变成第112号元素，核电荷数减少6个，而根据α衰变规律可知，经过3次α衰变核电荷数减少6个，故先放出的3个相同的粒子不带电．故正确答案为A.[答案] A原子核的衰变及半衰期1.原子核的衰变：指原子核放出α粒子或β粒子后变成新的原子核，但这并不表明原子核内有α粒子和电子．2.衰变的分类：根据原子核衰变放出粒子的种类，将衰变分为α衰变和β衰变．两种衰变都伴随γ射线放出；不论哪种衰变，衰变前后的核电荷数和质量数都守恒．这也是书写衰变方程及核反应方程的原则．3.半衰期：不同元素的半衰期是不一样的，其差别可以很大．例如，有的半衰期可以达到几千年甚至上万年，也有的半衰期不到1秒．在一个半衰期T 1/2内，将有一半的原子核发生衰变，经过时间t 后，则剩余没有衰变的原子核的个数N ′＝N 0⎝ ⎛⎭⎪⎫12t /T 1/2，或没有衰变的原子核的质量m ＝M ⎝ ⎛⎭⎪⎫12tT 1/2，公式适用于大量的原子核，该规律是宏观统计规律，对个别原子核无意义．若元素A 的半衰期为4天，元素B 的半衰期为5天，则相同质量的A 和B ，经过20天后，剩下的质量之比为( )A ．30∶31B ．31∶30C ．1∶2D ．2∶1[思路点拨] 应用半衰期的公式m ＝m 0⎝ ⎛⎭⎪⎫12tT 1/2求解． [解析] 根据衰变规律20天对于元素A 是5个半衰期，对于元素B 是4个半衰期，因为原来A 和B 的质量相同，设原来的质量都为m 0，由m ＝m 0⎝ ⎛⎭⎪⎫12tT 1/2得剩下的A 和B 的质量之比为1∶2.C 正确．[答案] C衰变与轨迹放射性元素发生α衰变或β衰变时，若原来的原子核是静止的，则α粒子(或β粒子)与反冲核的运动方向相反，且动量守恒．当它们在垂直于磁场的平面内运动时，其轨道是内切或外切的两个圆．1.α衰变和β衰变的规律以及它们在磁场中运动的轨迹特点如下表：α衰变A ZX ―→A －4Z －2Y ＋42He匀强磁场中的轨迹β衰变 A Z X ―→ A Z ＋1Y ＋ 0－1e匀强磁场中的轨迹2.处理方法(1)依据左手定则判断轨迹的弯曲方向．由于运动电荷做匀速圆周运动，可根据qvB ＝m v 2R确定半径大小，或者由几何知识求得半径R 的大小，再确定其他物理量的关系． (2)注意动量守恒和能量守恒知识在该部分的应用．①由于半径公式R ＝mv Bq中含有动量表达式，故可由衰变过程中的动量守恒表达式确定粒子间的半径关系．②注意动量与动能关系的应用，即E k ＝p 22m.原来静止的铀238和钍234同时在同一匀强磁场中，由于衰变而开始做匀速圆周运动．铀238发生了一次α衰变，钍234发生了一次β衰变．(1)试画出铀238发生一次α衰变时所产生的新核及α粒子在磁场中的运动轨迹的示意图．(2)试画出钍234发生一次β衰变时所产生的新核及β粒子在磁场中的运动轨迹的示意图．[思路点拨] 求解本题应把握以下三点： (1)衰变过程系统动量守恒．(2)根据左手定则判断粒子受洛伦兹力方向． (3)由R ＝mv qB确定轨迹半径．[解析] (1)铀238发生衰变时，由于放出α粒子而产生了新核，设α粒子的质量为m 1，速度为v 1，带电量为q 1；新核的质量为m 2，速度为v 2，带电量为q 2.根据动量守恒定律，它们的总动量为零，即：m 1v 1＋m 2v 2＝0因为它们都带正电，衰变时的速度正好相反，所以，受到的洛伦兹力方向也相反，因而决定了它们做圆周运动的轨迹圆是外切的．它们做匀速圆周运动的向心力由洛伦兹力提供，所以R ＝mv Bq .又因为m 1v 1＝m 2v 2，所以R 1R 2＝q 2q 1，由于q 1＝2，q 2＝92－2＝90，因而R 1R 2＝451.如图所示，其中轨道a 为α粒子的径迹，轨道半径为R 1，轨道b 为新核的径迹，其轨道半径为R 2.(2)同理，钍234发生一次β衰变时放出的β粒子与产生的新核的动量大小相等，方向相反，即总动量为零．可是，β粒子带负电，新核带正电，它们衰变时的速度方向相反，但受的洛伦兹力方向相同，所以，它们的两个轨迹圆是内切的，且β粒子的轨道半径大于新核的轨道半径，它们的轨迹示意图如图所示，其中，c 为β粒子的径迹，d 为新核的径迹．[答案] 见解析钍核23090Th 发生衰变生成镭核22688Ra 并放出一个粒子．设该粒子的质量为m 、电荷量为q ，它进入电势差为U 的带窄缝的平行平板电极S 1和S 2之间的电场时，其速度为v 0，经电场加速后，沿Ox 方向进入磁感应强度为B 、方向垂直纸面向外的有界匀强磁场，Ox 垂直平板电极S 2，当粒子从P 点离开磁场时，其速度方向与Ox 方向的夹角θ＝60°，如图所示，整个装置处于真空中．(1)写出钍核衰变方程；(2)求粒子在磁场中沿圆弧运动的轨道半径R ； (3)求粒子在磁场中运动所用时间t . 解析：(1)衰变方程为23090Th ―→42He ＋22688Ra. ①(2)设粒子离开电场时速度为v ，对加速过程有qU ＝12mv 2－12mv 20②粒子在磁场中有qvB ＝m v 2R③ 由②③得R ＝m qB2qU m＋v 20.④(3)粒子做圆周运动的回旋周期T ＝2πR v ＝2πmqB⑤ 粒子在磁场中运动时间t ＝16T⑥由⑤⑥两式可以解得t ＝πm3qB .答案：(1)23090Th ―→42He ＋22688Ra (2)m qB2qU m＋v 2(3)πm 3qB。
鲁科版物理选修3-5教案 3.3 放射性的应用与防护
鲁科版物理选修3-5教案3.3 放射性的应用与防护
鲁科版高二物理教案
第三章原子核与放射性
第三节放射性的应用与防护教案
三维教学目标
1、知识与技能
（1）知道什幺是核反应，会写出人工转变方程；
（2）知道什幺是放射性同位素，人造和天然放射性物质的主要不同点； （3）了解放射性在生产和科学领域的应用；
（4）知道放射性污染及其对人类和自然产生的严重危害，了解防范放射线的措施，建立防范意识。
2、过程与方法：渗透和安全地开发利用自然资源的教育。
3、情感、态度与价值观：培养学生收集信息、应用已有知识、处理加工信息、探求新知识的能力。
教学重点：人工转变的两个核反应方程及反应过程中遵循的规律。
教学难点：人工转变的两个核反应方程及反应过程中遵循的规律
教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。
教学用具：
（1）挂图，实验器材模型，课件等；
（2）多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等。
（一）引入新课
前面已经学习了核反应的一种形式。
高中物理第3章原子核与放射性3.1原子结构教案鲁科版选
原子结构★新课标要求（一）知识与技术1．了解天然放射现象及其规律。
2．明白三种射线的本质，和如何利用磁场区分它们。
3．明白原子核的组成，明白核子和同位素的概念。
（二）进程与方式1．通过观察，试探，讨论，初步学会探讨的方式。
2．通过对知识的理解，培育自学和归纳能力。
（三）情感、态度与价值观1．树立正确的，严谨的科学研究态度。
2．树立辨证唯物主义的科学观和世界观。
★教学重点天然放射现象及其规律，原子核的组成。
★教学难点明白三种射线的本质，和如何利用磁场区分它们★教学方式教师启发、引导，学生讨论、交流。
★教学用具投影片，多媒体辅助教学设备★课时安排 1 课时★教学进程（一）引入新课教师：本节课咱们来学习新的一章：原子核。
本章主要介绍了核物理的一些初步知识，核物理研究的是原子核的组成及其转变规律，是微观世界的现象。
让咱们走进微观世界，一路探索其中的奥秘！咱们已经明白，原子由什么微粒组成啊？学生回答：原子由原子核与核外电子组成。
点评：由原来的知识引入新课，对新的一章有一个大致的了解。
教师：那原子核内部又是什么结构呢？原子核是不是能够再分呢？它是由什么微粒组成？用什么方式来研究原子核呢？学生试探讨论。
点评：带着问题学习，激发学习热情教师：人类熟悉原子核的复杂结构和它的转变规律，是从发觉天然放射现象开始的。
1896年，法国物理学家贝克勒尔发觉，铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线，这种射线能够穿透黑纸使照相底片感光。
居里和居里夫人在贝克勒尔的建议下，对铀和铀的各类矿石进行了深切研究，又发觉了发射性更强的新元素。
其中一种，为了纪念她的祖国波兰而命名为钋（Po），另一种命名为镭（Ra）。
学生一边听，一边看挂图。
点评：配合挂图，展示物理学进展史上的有关事实，树立学生对科学研究的正确态度。
（二）进行新课1．天然放射现象（1）物质发射射线的性质称为放射性(radioactivity)。
元素这种自发的放出射线的现象叫做天然放射现象．具有放射性的元素称为放射性元素．（2）放射性不是少数几种元素才有的，研究发觉，原子序数大于82的所有元素，都能自发的放出射线，原子序数小于83的元素，有的也具有放射性．学生一边听，一边看书。
高中物理 第3章 原子核与放射性 3 放射性的应用与防护学案 鲁科版选修35
第3节放射性的应用与防护[目标定位] 1.知道放射性同位素，了解放射性的应用.2.知道放射性污染及其对人类和自然产生的严重危害及防护措施．一、放射性的应用1．利用射线的电离作用、穿透能力等特点(1)利用放射线使细胞变异或损害的特点，辐射育种、食品辐射保存、放射性治疗等．(2)放射性同位素电池：把放射性同位素衰变时释放的能量转换成电能的装置．(3)γ射线探伤：利用了γ射线穿透能力强的特点．2．作为示踪原子作为示踪原子对有关生物大分子结构及其功能进行研究．二、放射性污染和防护1．放射性的污染(1)核爆炸：核爆炸产生强烈的γ射线和中子流，对人体和其他生物体有很强的杀伤作用；还产生大量的放射性物质，对生物体和环境产生长期的辐射．(2)核泄漏：核泄漏会使现场人员受到辐射性损伤，对周围地区造成严重污染．(3)医疗照射：医疗照射中如果放射线的剂量过大，也会导致病人受到损害，甚至造成病人的死亡．2．放射性的防护(1)密封防护：把放射源密封在特殊的包壳里，或者用特殊方法覆盖，以防止放射线泄漏．(2)距离防护：距放射源越远，人体吸收放射线的剂量就越少，受到的危害就越小．(3)时间防护：尽量减少受辐射时间．(4)屏蔽防护：在放射源与人体之间加屏蔽物能起到防护作用.一、放射性的应用1．放射性同位素的分类(1)天然放射性同位素．(2)人工放射性同位素．2．人工放射性同位素的优点(1)放射强度容易控制．(2)可以制成各种所需的形状．(3)半衰期很短，废料容易处理．3．放射性同位素的主要作用(1)工业部门使用射线测厚度——利用γ射线的穿透特性．(2)农业应用——γ射线使种子的遗传基因发生变异，杀死腐败细菌、抑制发芽延长保质期等．(3)作为示踪原子——利用放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质． (4)医学上：利用γ射线的高能量治疗癌症．【例1】 (多选)下列哪些应用是把放射性同位素作为示踪原子的( ) A ．γ射线探伤仪B ．利用含有放射性碘131的油，检测地下输油管的漏油情况C ．利用钴60治疗肿瘤等疾病D ．把含有放射性元素的肥料施给农作物，用检测放射性的办法确定放射性元素在农作物内转移和分布情况，找出合理施肥的规律 答案 BD解析 A 利用了γ射线的穿透性；C 利用了γ射线的高能量和穿透性；B 、D 是利用示踪原子．借题发挥 利用放射性同位素作示踪原子：一是利用了它的放射性，二是利用放射性同位素放出的射线．针对训练 关于放射性同位素的应用，下列说法中正确的是( )A ．利用射线可以改变布料的性质，使其不再因摩擦而生电，从而达到消除有害静电的目的B ．利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤，也可以进行人体的透视C ．利用射线照射作物种子可使其DNA 发生变异，其结果一定是更优秀的品种D ．利用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体正常组织造成太大的伤害 答案 D解析 利用射线消除有害静电是利用射线的电离作用，使空气分子电离，将静电导走，选项A 错误；γ射线对人体细胞伤害太大，不能用来进行人体透视，选项B 错误；作物种子发生的DNA 突变不一定都是有益的，还要经过筛选才能培育出优良品种，选项C 错误；利用γ射线治疗肿瘤对人体肯定有副作用，因此要科学地控制剂量，选项D 正确． 二、核反应及核反应方程1．核反应的条件：用α粒子、质子、中子，甚至用γ光子轰击原子核使原子核发生转变． 2．核反应的实质：用粒子轰击原子核并不是粒子与核碰撞将原子核打开，而是粒子打入原子核内部使核发生了转变． 3．原子核人工转变的三大发现 (1)1919年卢瑟福发现质子的核反应：14 7N ＋42He ―→17 8O ＋11H(2)1932年查德威克发现中子的核反应：94Be ＋42He ―→12 6C ＋10n(3)1934年约里奥·居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应：2713Al ＋42He ―→3015P ＋10n ；3015P ―→3014Si ＋0＋1e.4．人工转变核反应与衰变的比较(1)不同点：人工转变是其他粒子与原子核相碰撞的结果，需要一定的装置和条件才能发生；而衰变是原子核的自发变化，它不受物理、化学条件的影响．(2)相同点：人工转变与衰变过程一样，在发生过程中质量数与电荷数都守恒，反应前后粒子总动量守恒．【例2】 完成下列各核反应方程，并指出哪个核反应是首次发现质子、中子和正电子的． (1)105B ＋42He ―→137N ＋( ) (2)94Be ＋( )―→126C ＋10n (3)2713Al ＋( )―→2712Mg ＋11H (4)147N ＋42He ―→178O ＋( )(5)2713Al ＋42He ―→10n ＋( )；3015P ―→3014Si ＋( ) 答案 见解析解析 (1)105B ＋42He ―→137N ＋10n (2)94Be ＋42He ―→126C ＋10n此核反应使查德威克首次发现了中子． (3)2713Al ＋10n ―→2712Mg ＋11H (4)147N ＋42He ―→178O ＋11H此核反应使卢瑟福首次发现了质子． (5)2713Al ＋42He ―→10n ＋3015P ；3015P ―→3014Si ＋ 0＋1e(正电子)此核反应使约里奥·居里夫妇首次发现了正电子． 借题发挥 写核反应方程的原则 (1)质量数守恒和电荷数守恒．(2)中间用箭头，不能写成等号，因两端仅仅是质量数守恒，没有体现质量相等；也不能仅画一横线，因箭头的方向还表示反应进行的方向． (3)能量守恒，但中学阶段不作要求．(4)核反应必须是实验能够发生的，不能毫无根据地随意乱写未经实验证实的核反应方程． 【例3】 1993年，中国科学院上海原子核研究所制得了一种新的铂元素的同位素20278Pt ，制取过程如下：(1)用质子轰击铍靶94Be 产生快中子；(2)用快中子轰击汞20480Hg ，反应过程可能有两种：①生成20278Pt ，放出氦原子核；②生成20278Pt ，同时放出质子、中子．(3)生成的铂20278Pt 发生两次衰变，变成稳定的原子核汞20280Hg.写出上述核反应方程．答案 见解析解析根据电荷数守恒、质量数守恒，确定新生核的电荷数和质量数，然后写出核反应方程，如下：(1)94Be＋11H→95B＋10n(2)①204 80Hg＋10n→202 78Pt＋32He②204 80Hg＋10n→202 78Pt＋211H＋10n(3)202 78Pt→20280 Hg＋20－1e核反应方程的书写1．(多选)下列核反应或核衰变方程中，符号“X”表示中子的是( )A.94Be＋42He―→12 6C＋XB.14 7N＋42He―→17 8O＋XC.204 80Hg＋10n―→202 78Pt＋211H＋XD.239 92U―→239 93Np＋X答案AC解析根据核反应方程质量数和电荷数守恒可得，A、C对．2．下面是四个核反应方程，x表示质子的是( )A.3015P→3014Si＋xB.238 92U→234 90Th＋xC.2713Al＋10n→2712Mg＋xD.2713Al＋42He→3015P＋x答案 C解析由质量数守恒和电荷数守恒，可得C中x的质量数为1，电荷数为1，所以C项中x 为质子．放射性同位素的应用3．用人工方法得到放射性同位素，这是一个很重要的发现，天然的放射性同位素只不过40多种，而今天人工制造的放射性同位素已达1 000多种，每种元素都有放射性同位素．放射性同位素在工业、农业、医疗卫生和科学研究的许多方面得到了广泛的应用．(1)带电的验电器在放射线照射下电荷会很快消失．其原因是( )A．射线的贯穿作用 B．射线的电离作用C．射线的物理、化学作用 D．以上三个选项都不是图1(2)图1是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图．如果工厂生产的是厚度为1毫米的铝板，在α、β、γ三种射线中，你认为对铝板的厚度控制起主要作用的是________射线．(3)在我国首先用人工方法合成牛胰岛素时，需要证明人工合成的牛胰岛素结晶跟天然牛胰岛素的结晶是同一种物质，为此曾采用放射性同位素14C做________．答案(1)B (2)β(3)示踪原子解析(1)因放射线的电离作用，空气中的与验电器所带电性相反的离子与之中和，从而使验电器所带电荷消失．(2)α射线穿透物质的本领弱，不能穿透厚度为1毫米的铝板，因而探测器不能探测，γ射线穿透物质的本领极强，穿透1毫米厚的铝板和几毫米厚的铝板打在探测器上很难分辨．β射线也能够穿透1毫米甚至几毫米厚的铝板，但厚度不同，穿透后β射线中的电子运动状态不同，探测器容易分辨．(3)把掺入14C的人工合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素混合在一起，经过多次重新结晶后，得到了放射性14C分布均匀的牛胰岛素结晶，这就证明了人工合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素完全融为一体，它们是同一种物质．这种把放射性同位素的原子掺到其他物质中去，让它们一起运动、迁移，再用放射性探测仪器进行追踪，就可以知道放射性原子通过什么路径，运动到哪里了，是怎样分布的，从而可以了解某些不容易查明的情况或规律．人们把具有这种用途的放射性同位素叫做示踪原子.(时间：60分钟)题组一放射性的应用1．图1甲所示是α、β、γ三种射线穿透能力的示意图，图乙所示是工业上利用射线的穿透性来检查钢板内部伤痕的示意图，则图乙中的检查是利用了( )图1A．α射线B．β射线C．γ射线D．三种射线都可以答案 C解析γ射线的穿透能力最强，能穿透钢板，所以金属探伤利用的是γ射线，选项C正确．2．(多选)人工放射性同位素被用作示踪原子，主要是利用( )A．放射性同位素不改变其化学性质B．人工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C．半衰期与元素所处的物理、化学状态无关D．放射性同位素容易制造答案ABC解析放射性同位素用作示踪原子，主要是用放射性同位素代替没有放射性的同位素参与正常的物理、化学、生物过程，既要利用化学性质相同，也要利用衰变规律不受物理、化学变化的影响，同时还要考虑放射性废料容易处理，因此选项A、B、C正确，选项D不正确．3．医学界通过14C标记的C60发现一种C60的羧酸衍生物，在特定条件下可以通过断裂DNA抑制艾滋病病毒的繁殖，则14C的用途是( )A．示踪原子B．电离作用C．催化作用D．贯穿作用答案 A解析用14C标记C60来查明元素的行踪，发现可以通过断裂DNA抑制艾滋病病毒的繁殖，因此14C的作用是作示踪原子，故选项A正确．4．放射性在技术上有很多应用，不同的放射源可用于不同目的．下表列出了一些放射性元素的半衰期和可供利用的射线.利用适当的放射线来测定通过轧辊后的薄膜厚度是否均匀．可利用的元素是( )A．钋210 B．氡222C．锶90 D．铀238答案 C解析要测定聚乙烯薄膜的厚度，则要求射线可以穿透薄膜，因此α射线不合适；另外，射线穿透作用还要受薄膜厚度影响，γ射线穿透作用最强，薄膜厚度不会影响γ射线穿透，所以只能选用β射线，而氡222半衰期太短，所以只有锶90较合适．5．(多选)γ刀是治疗脑肿瘤的最佳仪器．用γ刀治疗时不用麻醉，病人清醒，时间短，半个小时内完成手术，无需住院，因而γ刀被誉为“神刀”．据报道，我国自己研制的旋式γ刀性能更好，已进入各大医院为患者服务．γ刀治疗脑肿瘤主要是利用( ) A．γ射线具有很强的贯穿本领B．γ射线具有很强的电离作用C．γ射线具有很高的能量D．γ射线能很容易地绕过阻碍物到达目的地答案AC题组二核反应方程6．(多选)下列核反应或核衰变方程中，符号“X”表示中子的是( )A.94Be＋42He―→12 6C＋XB.14 7N＋42He―→17 8O＋XC.204 80Hg＋10n―→202 78Pt＋211H＋XD.239 92U―→239 93Np＋X答案AC解析根据核反应方程质量数和电荷数守恒可得，A、C对．7．用中子轰击氧原子核的核反应方程为16 8O＋10n→a7N＋0b X，对式中X、a、b的判断正确的是( )A．X代表中子，a＝17，b＝1B．X代表电子，a＝17，b＝－1C．X代表正电子，a＝17，b＝1D．X代表质子，a＝17，b＝1答案 C解析根据质量数、电荷数守恒可知a＝17，b＝8＋0－7＝1，因此X可表示为0＋1e，为正电子，故C项正确，A、B、D三项错误．8．(多选)一个质子以1.0×107m/s的速度撞一个静止的铝原子核后被俘获，铝原子核变成硅原子核．已知铝原子核的质量是质子的27倍，硅原子核的质量是质子的28倍，则下列判断正确的是( )A．核反应方程为2713Al＋11H―→2814SiB．核反应方程为2713Al＋10n―→2814SiC．硅原子核速度的数量级为107 m/s，方向跟质子的初速度方向一致D．硅原子核速度的数量级为105 m/s，方向跟质子的初速度方向一致答案AD解析由核反应中电荷数和质量数守恒可知A选项正确，B选项错误；由动量守恒定律求得硅原子速度的数量级为105 m/s，即D选项正确．9．放射性元素210 84Po衰变为206 82Pb，此衰变过程的核反应方程是________；用此衰变过程中发出的射线轰击19 9F，可得到质量数为22的氖(Ne)元素和另一种粒子，此核反应过程的方程是________．答案210 84Po ―→206 82Pb ＋42He 42He ＋19 9F ―→2210Ne ＋11H解析 根据衰变规律，此衰变过程的核反应方程是21084Po ―→20682Pb ＋42He.用α射线轰击199F ，可得到质量数为22的氖(Ne)元素和另一种粒子，此核反应过程的方程是：42He ＋199F ―→2210Ne ＋11H. 题组三 综合应用10．将威耳逊云室置于磁场中，一个静止在磁场中的放射性同位素原子核3015P ，放出一个正电子后变成原子核3014Si ，如图所示能近似反映正电子和Si 核轨迹的是( )答案 B解析 把放出的正电子和衰变生成物Si 核看成一个系统，衰变过程中系统的动量守恒，放出的正电子的方向跟Si 核运动方向一定相反．由于它们都带正电荷，在洛伦兹力作用下一定形成两个外切圆的轨道，C 、D 可排除．因为洛伦兹力提供向心力，即qvB ＝m v 2r.所以做匀速圆周运动的半径为r ＝mv qB.衰变时，放出的正电子与反冲核Si 的动量大小相等，因此在同一个磁场中做圆周运动的半径与它们的电荷量成反比，即r e r Si ＝q Si q e ＝141.可见正电子运动的圆半径较大，故A 错，B 对．11．某实验室工作人员，用初速度v 0＝0.09c (c 为真空中的光速)的α粒子，轰击静止的氮原子核147N ，产生了质子11H ，若某次碰撞可看作对心正碰，碰后新核与质子同方向运动，垂直磁场方向射入磁场，通过分析偏转半径可得出新核与质子的速度大小之比为1∶20，已知质子质量为m .(1)写出核反应方程； (2)求出质子的速度v .答案 (1)42He ＋147N→178O ＋11H (2)0.20c 解析 (1)42He ＋147N→178O ＋11H.(2)设α粒子、新核的质量分别为4m 、17m ，质子速度为v ，由于对心碰撞，满足动量守恒，故4mv 0＝17m v20＋mv ，解得v ＝0.20c .12．同位素这个概念是1913年英国科学家索迪提出的．许多元素都存在同位素现象，在目前已发现的114种元素中，稳定同位素约300多种，而放射性同位素达1 500种，而且大多数是人工制造的．(1)中国科学院近代物理研究所的科学家利用兰州重离子加速器在重质量半中子区首次制得镤元素的一种同位素(234Pa)．已知234 90Th(钍)→234Pa(镤)＋ 0－1e(电子)，则234Pa原子核里的中子数应为________．(2)1934年，科学家在用α粒子轰击铝箔时，除探测到预料中的中子外，还探测到了正电子，更意外的是拿走α放射源后，铝箔虽不再发射中子，但仍继续发射正电子，而且这种放射性随时间衰减规律跟天然放射性一样，也有一定的半衰期．①写出α粒子轰击铝箔(2713Al)产生中子的核反应方程式，并请写出核反应和一般化学反应的不同点(请答3点)．②上述产生的具有放射性的同位素叫放射性同位素，写出其产生正电子的核反应方程式．答案(1)143 (2)①2713Al＋42He→3015P＋10n 不同点见解析②3015P→3014Si＋ 0＋1e解析(1)由方程两边的质量数和电荷数相同，可知234Pa中质子数为91，则中子数为234－91＝143.(2)①铝核被α粒子击中后产生中子的反应为2713Al＋42He→3015P＋10n；核反应和一般化学反应的不同点：核反应是原子层次上的变化，而化学反应是分子层次上的变化(或核反应前后元素发生变化，化学反应前后则元素种类不变)；一种同位素不论处于何种状态，它们的核反应性质是相同的，而它们的化学性质是不同的；同一元素的不同同位素，它们的化学性质是相同的，但它们的核反应性质是不同的．②3015P是磷的一种同位素，也有放射性、像天然放射性元素一样发生衰变，衰变时放出正电子，该反应为：3015P→3014Si＋ 0＋1e.。
高中物理第3章原子核与放射性归纳提升教案鲁科版选修3_5
第3章 原子核与放射性1.放射性元素的原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化称为衰变． 2．衰变规律电荷数和质量数都守恒． 3．衰变的分类(1)α衰变的一般方程：A Z X→A －4Z －2Y ＋42He ，每发生一次α衰变，新元素与原元素相比较，核电荷数减小2，质量数减少4.α衰变的实质：是某元素的原子核同时放出由两个质子和两个中子组成的粒子(即氦核)．(核内211H ＋210n→42He)(2)β衰变的一般方程：A Z X→A Z ＋1Y ＋0－1e.每发生一次β衰变，新元素与原元素相比较，核电荷数增加1，质量数不变．β衰变的实质：是元素的原子核内的一个中子变成质子时放射出一个电子(核内10n→11H ＋0－1e)．＋β衰变：3015P→3014Si ＋01e(3)γ射线是伴随α衰变或β衰变同时产生的，γ射线不改变原子核的电荷数和质量数．γ射线实质：是放射性原子核在发生α衰变或β衰变时，产生的某些新核由于具有过多的能量(核处于激发态)而辐射出的光子．4．半衰期不同元素的半衰期是不一样的，其差别可以很大．例如，有的半衰期可以达到几千年甚至上万年，也有的半衰期不到1秒．在一个半衰期τ内，将有一半的原子核发生衰变，经过时间t 后，则剩余没有衰变的原子核个数N ＝N 0(12)tτ，或没有衰变的原子核质量m ＝M (12)tτ，公式适用于大量的原子核，该规律是宏观统计规律，对个别原子核无意义．238 92U 放射性衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成210 83Bi ，而21083Bi 可以经一次衰变变成210 a X(X 代表某一种元素)，也可以经一次衰变变成 b 81Ti ，210 a X 和 b 81Ti 最后都变成20682Pb ，衰变路径如图3－1所示，则图中( )238 92U 210 83Bi ――→② b 81Ti 206 82Pb ――→① 210a X 图3－1A ．a ＝82，b ＝211B ．①是β衰变，②是α衰变C ．①是α衰变，②是β衰变 D. b 81Ti 经过一次α衰变变成20682Pb【解析】 21083Bi 经一次衰变变成210a X ，由于质量数不变，所以只能发生了一次β衰变，电荷数增加1即a ＝83＋1＝84，①是β衰变，210 83Bi 经一次衰变变成 b81Ti ，由于电荷数减少2，所以只能发生了一次α衰变，质量数减少4，即b ＝210－4＝206，②是α衰变，故A 、C 均不正确，B 正确，206 81Ti 变成20682Pb ，质量数不变，电荷数增加1，所以只能经过一次β衰变，故D 项错误．【答案】B1．放射性元素的原子核在α衰变或β衰变生成新原子核时，往往会同时伴随________辐射．已知A 、B 两种放射性元素的半衰期分别为T 1和T 2，经过t ＝T 1·T 2时间后测得这两种放射性元素的质量相等，那么它们原来的质量之比m A ∶m B ＝________.【解析】 放射性元素的原子核在α衰变或β衰变时，出现质量亏损，多余的能量将以γ光子的形式释放，因此伴随γ辐射．放射性元素经过一段时间t 后的剩余质量m ＝m 02t T(其中T 为该放射性元素的半衰期)．可得m A 2T 1T 2T 1＝m B2T 1T 2T 2，得m A ∶m B ＝2T 2∶2T 1.【答案】 γ 2T 2∶2T 11.3．核反应方程用“→”表示核反应的方向，不能用等号；熟记常见粒子的符号，如： 42He 11H 10n0－1e 01e 21H 31H 23592U 4．确定衰变次数的方法 A Z X→A ′Z ′Y ＋n 42He ＋m0－1e根据质量数、核电荷数守恒得 Z ＝Z ′＋2n －m A ＝A ′＋4n二式联立求解得α衰变次数n ，β衰变次数m .一个原子核A 经过5次α衰变，成为B ，再经过4次β衰变成为C ，则核A的质子数比核C 的质子数多几个？核A 的中子数比核C 的中子数多几个？【解析】 A 到C 的核反应过程为y xA ――→5αy －20x －10B ――→4βy －20x －10＋4C因此A 的质子数比C 多6个 A 的中子数比C 多14个． 【答案】 6 142．(2013·龙岩检测)238 92U 衰变为22286Rn 要经过m 次α衰变和n 次β衰变，则m 、n 分别为( )A ．2,4B ．4,2C ．4,6D ．16,6【解析】 根据原子核每发生一次β衰变电荷数增加1，不改变质量数，而每发生一次α衰变原子核质量数减少4，电荷数减少2，238 92U 衰变为22286Rn ，质量数减少16，电荷数减少6，因此可确定发生了4次α衰变，2次β衰变．【答案】 B。
2019-2020学年高中物理 第3章 原子核与放射性 第3节 放射性的应用与防护教学案 鲁科版选修3-5
第3节放射性的应用与防护1.知道放射性同位素，了解放射性在生产和科学领域的应用．(重点＋难点)2．知道放射性污染及其对人类和自然产生的严重危害，了解防护放射性的措施，建立防范意识．一、放射性的应用1.应用分类(1)利用射线的电离作用，穿透能力等特性．(2)放射性同位素作为示踪原子．2.射线特性的应用放射性物质发出的α射线，β射线和γ射线能够将生物细胞分子内的电子击出，使细胞分子电离，造成细胞变异或损害．因而得到广泛应用．(1)辐射育种；(2)食品辐射保存；(3)放射性治疗；(4)放射性同位素电池；(5)γ射线探伤．3.作为示踪原子在某种元素里掺进一些该元素的放射性同位素，同样的化学性质，经历同样过程，用仪器探测该同位素放出的射线查明这种元素的行踪．如：正电子发射断层摄影(简称PET)．1．(1)射线中的粒子与其他物质作用时，产生一些现象，可以显示射线的存在．( )(2)云室和气泡室都是应用射线的穿透能力研究射线的径迹．( )提示：(1)√(2)×二、放射性污染和防护1.放射性污染来自许多方面，主要有核爆炸、核泄漏和医疗照射等．2.为了防止放射线的破坏，人们采取了许多防范措施，主要有密封防护、距离防护、时间防护、屏蔽防护等．2．(1)利用γ射线照射种子，可以培育出优良品种．( )(2)用γ射线照射食品可以杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期．( )(3)任何放射性物质都可以作为示踪原子使用．( )提示：(1)√(2)√(3)×放射性及放射性同位素的应用1.射线特性的应用应用射线特征电离作用辐射育种利用γ射线照射种子，可以使种子内的遗传物质发生变异，培育出新的优良品种食品辐射保存用射线对食品进行照射，可以抑制发芽，杀虫灭菌放射性治疗射线照射可以治疗恶性肿瘤，使癌细胞活动受到抑制或使其死亡改善塑料性能射线可以促进交织化合物的聚合反应，以制造各种塑料或改善塑料性能增加汽油产量利用射线使石油分离，增加汽油的产量消除静电利用射线使空气电离而把空气变成导电气体，以除去化纤、纺织品上的静电衰变能量放射性同位素电池把放射性同位素衰变时释放的能量转换成电能穿透能力γ射线探伤利用γ射线可以检查金属内部有没有缺陷或裂纹γ射线检测由于射线透过物体的强度跟物体的密度和厚度有关，因此可以用射线来检查产品的厚度，密封容器中液面的高度等2.作为示踪原子(1)在工业上，可用示踪原子检查地下输油管道的漏油情况．(2)在农业生产中，可用示踪原子确定植物在生长过程中所需的肥料和合适的施肥时间．(3)在医学上，可用示踪原子帮助确定肿瘤的部位和范围．(4)在生物科学研究方面，放射性同位素示踪法在生物化学和分子生物学领域应用极为广泛，它为揭示体内和细胞内理化过程的秘密，阐明生命活动的物质基础，起了极其重要的作用，使生物化学从静态进入动态，从细胞水平进入分子水平，为人类对生命基本现象的认识开辟了一条新的途径．用人工方法得到放射性同位素，这是一个很重要的发现，天然放射性同位素只不过40几种，而今天人工制造的同位素已达1 000多种，每种元素都有放射性同位素，放射性同位素在农业、医疗卫生、科研等许多方面得到广泛应用．(1)如图是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图，如果工厂生产的是厚度1 mm铝板，在α、β、γ三种射线中，你认为对铝板的厚度起主要作用的是________射线．(2)在我国首先用人工方法合成牛胰岛素时需要证明人工合成的牛胰岛素结晶跟天然牛胰岛素结晶是同一物质，为此曾采用放射性同位素14C做________．[解析] (1)α射线穿透物质的本领弱，不能穿透厚度1 mm的铝板，因而探测器不能探到，γ射线穿透本领最强，穿透1 mm的铝板和几毫米厚铝板打在探测器上很难分辨，β射线也能穿透几毫米厚的铝板，但厚度不同，穿透后β射线中的电子运动状态不同，探测器容易分辨．(2)把掺入14C的人工合成牛胰岛素与天然牛胰岛素混合在一起，经多次重新结晶后，得到了放射性14C分布均匀的牛胰岛素结晶，这就证明了人工合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素合为一体，它们是同一物质，把这种放射性同位素的原子掺到其他物质中去，让它们一起运动迁移，再用放射性探测仪器进行追踪，就可以知道放射性原子通过什么路径，运动到哪里了，是怎样分布的，从而可了解某些不容易查明的情况或规律，人们把这种用途的放射性同位素叫做示踪原子．[答案] (1)β(2)示踪原子(1)用射线来测量厚度，一般不选取α射线是因为其穿透能力太差，更多的是选取γ射线，也有部分选取β射线的．(2)给病人治疗癌症、培育优良品种、延长食物保质期一般选取γ射线．(3)使用放射线时安全是第一位的．1.(多选)在下列应用中，把放射性同位素作为示踪原子的是( )A．γ射线探伤仪B．利用含有放射性碘131的油，检测地下输油管的漏油情况C．利用钴60治疗肿瘤等疾病D．把含有放射性元素的肥料施给农作物，用检测放射性的办法确定放射性元素在农作物内转移和分布情况，找出合理施肥的规律解析：选BD.A是利用了γ射线的穿透性；C利用了γ射线的生物作用；B、D是利用了示踪原子．放射性的污染与防护1.放射性的危害：射线具有一定的能量，对物体具有不同的穿透能力和电离能力，从而使物体或机体发生一些物理和化学变化．如果人体受到长时间大剂量的射线照射，就会使细胞器官组织受到损伤，破坏人体DNA分子结构，有时甚至会引发癌症，或者造成下一代遗传上的缺陷．过度照射时，人常常会出现头痛、四肢无力、贫血等多种症状，甚至死亡．2.放射线的防护(1)时间防护：尽量减少与放射线接触的次数与接触的时间．(2)距离防护：生活中首先要对可能有放射性的物质有防范意识，要尽可能地远离放射源．(3)屏蔽防护：铅的屏蔽作用最好，水、水泥等也是常用的屏蔽物．如核电站的核反应堆外层用厚厚的混凝土来防止放射线的外泄，用过的核废料要放在很厚很厚的重金属箱中，并深埋地下．核能是一种高效的能源．(1)在核电站中，为了防止放射性物质泄漏，核反应堆有三道防护屏障：燃料包壳，压力壳和安全壳．结合图甲可知，安全壳应当选用的材料是____________．(2)图乙是用来监测工作人员受到辐射情况的胸章，通过照相底片被射线感光的区域，可以判断工作人员受到何种辐射．当胸章上1 mm铝片和3 mm铝片下的照相底片被感光，而铅片下的照相底片未被感光时，结合图甲分析工作人员一定受到了________射线的辐射；当所有照相底片被感光时，工作人员一定受到了________射线的辐射．[思路点拨] 解答本题应把握以下两点：(1)熟知三种射线的穿透本领．(2)熟知常见的放射性防护措施．[解析] (1)核反应堆最外层是厚厚的水泥防护层．防止射线外泄，所以安全壳应选用的材料是混凝土．(2)β射线可穿透几毫米厚的铝片，而γ射线可穿透几厘米厚的铅板．[答案] (1)混凝土(2)βγ熟悉屏蔽防护措施、常用屏蔽物和三种射线的穿透本领的大小是解决这类问题的关键．2.关于放射性污染的防护措施，下列说法错误的是( )A．将废弃的放射性物质进行深埋B．将废弃的放射性物质倒在下水道里C．接触放射性物质的人员穿上铅防护服D．严格和准确控制放射性物质的放射剂量解析：选B.因为放射性物质残存的时间太长，具有辐射性，故应将其深埋，A对，B错、铅具有一定的防止放射性的能力，接触放射性物质的人员穿上铅防护服，并要控制一定的放射剂量．故C、D对．原子核的人工转变与衰变的比较原子核的衰变原子核的人工转变发生反应的原具有放射性的不稳定核所有的原子核子核利用α粒子、质子、中子或γ光反应条件自发进行，无条件子作为“炮弹”轰击靶核反应本质核子数变化，形成新核核子的重组，形成新核典型反应23892U→23490Th＋42He14 7N＋42He→17 8O＋11H核反应方程的特点箭头左边只有一个放射性原子核箭头左边有靶核和“炮弹”各一个核反应的规律质量数守恒(注意质量并不守恒)，电荷数守恒书写方程的原则尊重实验事实，不能仅仅依据守恒定律主观臆造下列方程中属于衰变的是________，属于人工转变的是________，生成原来元素的同位素的是________，放出β粒子的是________．①12353I＋10n→12453I②23892U→23490Th＋42He③21482Bb→21483Bi＋0－1e④94Be＋42He→12 6C＋10n[解析] 首先从方程左端去判断哪种是衰变、哪种是人工转变，当方程左端只有一种元素的原子核时，只能是衰变，故②③为衰变，①④为人工转变；而同位素的产生，是根据原子序数相同而质量数不同来判断，所以①会生成该元素的同位素；判断β衰变，只需要看清衰变方程右端是否产生电子即可，应选③.[答案] ②③①④①③[随堂检测]1.(多选)下列应用中利用放射性同位素放出射线的是( )A．金属探伤B．消除有害的静电积累C．研究农作物在各季节吸收肥料成分的规律D．保存食物解析：选ABD.A是利用了射线的贯穿本领，B是利用了射线的电离本领，C是作为示踪原子，D也是利用射线来保存食物，抵制或消灭害虫．2.关于放射性同位素应用的下列说法中正确的有( )A．放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，从而达到消除有害静电的目的B．利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤，也能进行人体透视C．用放射线照射作物种子使其DNA 发生变异，其结果一定是更优秀的品种D．用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体正常的组织造成太大的伤害解析：选D.利用放射线消除有害静电是利用放射线的电离性，使空气分子电离成为导体，将静电导走．γ射线对人体细胞伤害太大，不能用来进行人体透视．作物种子发生的DNA突变不一定都是有益的，还要经过筛选才能培育出优秀品种．用γ射线治疗肿瘤对人体肯定有副作用，因此要科学地控制剂量．本题正确选项为D.3.(多选)俄罗斯“库尔斯克”号核潜艇在巴伦支海遇难，沉入深度约为100 m的海底，“库尔斯克”号核潜艇的沉没再次引起人们对核废料与环境问题的重视．几十年来人们向巴伦支海海域倾倒了不少核废料，核废料对海洋环境有严重的污染作用．其原因是( ) A．铀、钚等核废料的放射性B．铀、钚等核废料的半衰期很长C．铀、钚等重金属有毒性D．铀、钚等核废料会造成爆炸解析：选ABC.放射线对人体组织、生物都是有害的，核废料的主要污染作用是其放射性，且其半衰期长，在很长时间内都具有放射性，另外核废料中有大量重金属，但不会自发爆炸．所以A、B、C选项正确．4.关于放射性同位素的应用，下列说法正确的是( )A．利用γ射线使空气电离，把静电荷导走B．利用β射线照射植物的种子，使产量显著增加C．利用α射线来治疗肺癌、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学性质相同，作为示踪原子解析：选D.γ射线的电离作用很弱，应利用α射线的电离作用，A错；γ射线对生物具有物理化学作用，照射种子可使基因变异，可用于放射性治疗，β射线不具有生物作用，B、C均错；同位素的核外电子数相同，化学性质相同，放射性同位素带有“放射性标记”，可用探测器探测，D对．5．在中子、质子、电子、正电子、α粒子中选出一个适当的粒子，分别填在下列核反应式的横线上，并指出哪些是核的人工转变．(1)238 92U→234 90Th＋________；(2)94Be＋42He→126C＋________；(3)234 90Th→234 91Pa＋________；(4)3015P→3014Si＋________；(5)147N＋42He→178O＋________．解析：在核反应过程中，遵循反应前后电荷数守恒、质量数守恒规律．对参与反应的所有基本粒子来用左下角(电荷数)配平，左上角(质量数)配平．未知粒子可根据其电荷数和质量数确定．如(1)电荷数为92－90＝2，质量数为238－234＝4，由此可知为α粒子(42He)，同理确定其他粒子分别为：中子(10n)，电子(0－1e)，正电子(0＋1e)，质子(11H)．其中(2)、(5)是核的人工转变．答案：(1)42He (2)10n，核的人工转变(3)0－1e (4)0＋1e(5)11H，核的人工转变[课时作业]一、单项选择题1.带电的验电器在放射线照射下电荷会很快消失，其原因是( )A．放射线的贯穿作用B．放射线的电离作用C．放射线的物理、化学作用D．以上三个选项都不是解析：选B.因放射线的电离作用，空气中与验电器所带电性相反的离子与之中和，所以使验电器所带电荷消失．2.放射性同位素可作为示踪原子，例如，在医学上可以确定肿瘤的位置等等．今天有四种不同的放射性同位素R、P、Q、S.它们的半衰期分别为半年、38年、15年、2天．则应选用的同位素是( )A．S B．QC．P D．R解析：选A.作为示踪原子的放射性同位素，应该有稳定的放射性，半衰期越长，放射性越稳定；但考虑到放射性对人体的危害，半衰期越长，对人体的危害越大，所以一旦研究结束，就希望放出的射线量大大减小，因此应选择半衰期较短，衰变稍快的放射性元素作为示踪原子，用2天的就可以了．3.我国科学家首次用人工方法合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素是同一种物质，所使用的鉴别技术是( )A．光谱分析B．同位素示踪原子C．微电子技术D．纳米技术解析：选B.人工合成牛胰岛素掺入146C作为示踪原子，跟天然牛胰岛素混合，多次重新结晶，结果146C均匀分布，证明了人工合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素是同一物质，故选B.4．为保证生产安全，大型钢铁部件内部不允许有砂眼、裂痕等伤痕存在．如图是利用射线检测钢柱内部是否存在伤痕情况的示意图，若钢柱的直径为20 cm，则下列说法正确的是( )A．放射源放出的射线应该用β射线B．放射源放出的射线应该用X射线C．放射源放出的射线应该用γ射线D．若钢件内部有伤痕，探测器接收到的射线粒子将减少解析：选C.此射线必须能穿透部件，接收器才能接收到射线粒子，因β射线只能穿透几毫米厚的铝板，X射线也只能穿透几厘米厚的钢板，用γ射线可以检查30 cm厚的钢铁部件，显然这里应该用γ射线而不能用β或X射线，选项C正确，选项A、B错误；当遇到钢铁部件内部有伤痕时，穿过钢板到达计数器的γ射线比没有砂眼或裂纹处的要多一些，选项D错误．5.核电站泄漏的污染物中含有碘131和铯137.碘131的半衰期约为8天，会释放β射线．铯137是铯133的同位素，半衰期约为30年，发生衰变时会辐射γ射线．下列说法正确的是( )A．碘131释放的β射线由氦核组成B．铯137衰变时辐射出的γ光子能量小于可见光光子能量C．与铯137相比，碘131衰变更慢D．铯133和铯137含有相同的质子数解析：选D.β射线由高速电子流组成，选项A错误；γ射线为高频电磁波，光子能量远大于可见光光子的能量，选项B错误；碘131半衰期小，说明衰变快，选项C错误；铯133和铯137为同位素，具有相同的质子数，不同的中子数，选项D正确．6.放射性在技术上有很多应用，不同的放射源可用于不同目的．下表列出了一些放射性元素的半衰期和可供利用的射线．某塑料公司生产聚乙烯薄膜，利用射线检查厚的聚乙烯通过轧辊后的薄膜厚度是否均匀，可利用的元素是( )A．钋210 B．氡222C．锶90 D．铀238解析：选C.测定薄膜厚度的原理是利用射线的穿透能力，由于α穿透能力太弱，而γ射线穿透能力太强，所以应选用β射线，并且要求放射性元素的半衰期较长，所以选项C 正确．二、多项选择题7．对放射性同位素的应用，下列说法中正确的是( )A．射线能杀伤癌细胞或阻止癌细胞分裂，对人体的正常细胞不会有伤害作用B．对具有放射性的废料，要装入特制的容器并深埋地下进行处理C．γ射线探伤仪中的放射源必须存放在特制的容器里，而不能随意放置D．对可能产生放射性污染的场所或物品进行检测是很有必要的解析：选BCD.射线杀伤癌细胞的同时对人体的正常细胞也是有害的，A选项错误；B、C、D关于射线的防护的表述都是正确的．8．近几年来，我国北京、上海、山东、洛阳、广州等地引进了十多台γ刀，治疗患者5 000余例，效果极好，成为治疗脑肿瘤的最佳仪器．令人感叹的是，用γ刀治疗时不用麻醉，病人清醒，时间短，半小时完成手术，无需住院，因而γ刀被誉为“神刀”．据报道，我国自己研制的旋式γ刀性能更好，即将进入各大医院为患者服务．γ刀治疗脑肿瘤主要是利用( )A．γ射线具有很强的穿透能力B．γ射线具有很强的电离作用C．γ射线具有很高的能量D．γ射线能很容易绕过阻碍物到达目的地解析：选AC.γ刀就是γ射线，γ射线的特点是穿透能力强，γ射线波长短，光子的能量高，杀伤力强，应用γ刀治疗脑肿瘤就是利用其穿透能力强和杀伤力强．9．用盖革·米勒计数器测定放射源的放射强度为每分钟405次，若将一张厚纸板放在计数器与放射源之间，计数器几乎测不到射线.10天后再次测量，测得该放射源的放射强度为每分钟101次，则下列关于射线性质及它的半衰期的说法正确的是( ) A．放射源射出的是α射线B．放射源射出的是β射线C．这种放射性元素的半衰期是5天D．这种放射性元素的半衰期是2.5天解析：选AC.因厚纸板能挡住这种射线，可知这种射线是穿透能力最差的α射线，选项A正确，B错误；因放射性元素原子核个数与单位时间内衰变的次数成正比，10天后测出放射强度为原来的四分之一，说明10天后放射性元素的原子核个数只有原来的四分之一，由半衰期公式知，已经过了两个半衰期，故半衰期是5天．10．正电子发射计算机断层显像(PET)的基本原理是：将放射性同位素15 8O注入人体，15 8O 在人体内衰变放出的正电子与人体内的负电子相遇而湮灭转化为一对γ光子，被探测器采集后，经计算机处理生成清晰图象．则根据PET的原理判断下列表述正确的是( )A.15 8O在人体内的衰变方程是15 8O―→15 7N＋01eB．正、负电子湮灭方程是01e＋0－1e―→2γC．在PET中，15 8O主要用途是作为示踪原子D．在PET中，15 8O主要用途是参与人体的新陈代谢解析：选ABC.显像的原理是采集γ光子，即注入人体内的15 8O衰变放出正电子和人体内的负电子湮灭转化为γ光子，因此15 8O主要用途是作为示踪原子，D错．三、非选择题11.在日本发生的福岛核电站核泄漏事故中，泄漏的污染物中含有131I和137Cs两种放射性核素，它们通过一系列衰变产生对人体有危害的辐射．在下列四个式子中，有两个能分别反映131I和137Cs的衰变过程，它们分别是________和________(填入正确选项前的字母).131I 和137Cs原子核中的中子数分别是________和________．A．X1→137 56Ba＋10n B．X2→131 54Xe＋0－1eC．X3→137 56Ba＋0－1e D．X4→131 54Xe＋11p解析：根据核反应方程的质量数、核电荷数守恒知，131I的衰变为选项B，137Cs的衰变为选项C，131I的中子数为131－53＝78，137Cs的中子数为137－55＝82.答案：B C 78 8212.约里奥·居里夫妇因发现人工放射性而获得了1935年的诺贝尔化学奖，他们发现的放射性元素3015P 衰变成3014Si 的同时放出另一种粒子，这种粒子什么？3215P 是3015P 的同位素，被广泛应用于生物示踪技术，1 mg 3215P 随时间衰变的关系如图所示，请估算4 mg 的3215P 经多少天的衰变后还剩0.25 mg?解析：3015P 衰变的方程：3015P ―→3014Si ＋01e ，即这种粒子为正电子．题图中纵坐标表示剩余3215P 的质量，由题图知当1 mg 中还剩0.5 mg 时对应天数为14天，即3215P 的半衰期为T 1/2＝14天．设4 mg 经x 天衰变后还剩0.25 mg ，即0.254＝⎝ ⎛⎭⎪⎫12x T 1/2所以x ＝4T 1/2＝4×14天＝56天． 答案：正电子 56天。
高中物理 第3章 原子核与放射性 第1节 原子核结构教师用书 鲁科版选修35
第1节原子核结构[先填空]1．质子的发现(1)实验：为探测原子核的结构，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子．(2)结论：质子是原子核的组成部分．2．中子的发现(1)卢瑟福的预想卢瑟福发现质子后，预想核内还有一种不带电的中性粒子，并给这种“粒子”起名为中子．(2)中子的发现是许多科学家研究的结晶．①1930年，用钋发出的α射线轰击铍时，会产生一种不受电场和磁场影响、穿透能力很强的射线．②1932年，约里奥·居里夫妇用这种射线轰击石蜡，能从石蜡中打出质子．③1932年，查德威克对云室中这种射线进行研究，发现这种射线是一种不带电、质量接近质子的粒子流，即为中子．[再判断]1．卢瑟福在α粒子散射实验中发现了质子．(×)2．卢瑟福发现了质子，并预言了中子的存在．(√)3．玻尔在实验中发现了中子．(×)[后思考]卢瑟福是如何证明α粒子轰击氮原子核产生的新核是质子的？【提示】卢瑟福把这种粒子分别引进电场和磁场，根据该粒子在电场和磁场中的偏转，测出了其质量和电量，确定它就是氢原子核，又叫质子．[核心点击]1．质子的发现(1)实验背景电子的发现使人们认识到，原子不再是构成物质的基本单位，进一步研究发现，原子的中心有一个原子核，原子核集中了原子的全部正电荷和几乎全部的质量．原子核的结构如何？1919年，卢瑟福做了用α粒子轰击氮原子核的实验．(2)实验装置(如图311所示)图311T进气孔、A放射源、F铝箔、S荧光屏、M显微镜，C真空容器．(3)实验过程容器C里放有放射性物质A，从A放射出的α粒子射到铝箔F上，适当选取铝箔的厚度，使α粒子恰好被它完全吸收，而不能透过．在F的后面放一荧光屏S，M是显微镜，通过M可以观察到S是否有闪光．(4)实验现象开始，S上无闪光(因为α粒子没有穿过铝箔)．打开进气孔T的阀门，通入氮气，可以观察到S上有闪光．(5)实验分析容器C中通入氮气后，用显微镜观察到荧光屏上有闪光，闪光一定是α粒子击中氮核后产生的新粒子透过铝箔引起的．(6)新粒子性质研究①把这种粒子引进电磁场中，根据它在电磁场中的偏转，测出了它的质量和电量，进而确定它就是氢原子核，又叫质子．用符号表示为11H或11p.②人们用同样的办法从其他元素的原子核中也轰击出了质子．(7)实验结论质子是原子核的组成部分．2．中子的发现(1)科学家在1930年利用Po放出的α射线轰击铍原子核时，产生了一种看不见的贯穿能力很强、不受电场和磁场影响的射线．(2)1932年，约里奥·居里夫妇发现如果用来自铍的射线去轰击石蜡，能从石蜡中打出质子，如图312所示．图312(3)1932年，查德威克进一步研究这种射线时发现，这种射线是一种不带电的、质量接近质子的粒子流，即是卢瑟福猜想的中子．(4)结论：中子是原子核的组成部分．1．卢瑟福发现质子后，预想到原子核中还有中子的存在，其判断依据与下列事实不相符的是( )A．电子数与质子数相等B．原子核的质量大约是质子质量的整数倍C．原子核的核电荷数只是质量数的一半或少一些D．质子和中子的质量几乎相等E．原子核中存在不带电且质量与质子相近的中性粒子【解析】卢瑟福发现原子核的核电荷数与原子核的质量数不相等，大约是原子核质量数的一半或少一些，因此预想到在原子核内还存在有质量而不带电的中性粒子，即中子，故不符合事实的是A、B、D.【答案】ABD2．如图313所示为查德威克研究原子核内部结构的实验示意图，由天然放射性元素钋(Po)放出α射线轰击铍时会产生粒子流a，用粒子流a轰击石蜡后会打出粒子流b，则粒子流a为________，粒子流b为________．图313【解析】不可见的粒子轰击石蜡时打出的应是质子，因为质子就是氢核，而石蜡中含有大量氢原子，轰击石蜡的不可见粒子应该是中子，故a为中子，b为质子．【答案】中子质子3．1919年卢瑟福通过如图314所示的实验装置，第一次完成了原子核的人工转变，并由此发现了质子．图中A为放射源发出的________粒子，B为________气．写出该实验的核反应方程：__________________________.【导学号：18850039】图314【解析】题图为α粒子轰击氮原子核生成质子的实验装置，放射源A发出的是α粒子，B为氮气，其核反应方程为：42He＋14 7N→17 8O＋11H.【答案】α氮42He＋14 7N→17 8O＋11H(1)卢瑟福通过原子核的人工转变发现了质子并预言了中子的存在．(2)查德威克首先从实验中发现了中子，证实了卢瑟福的预言．(3)在卢瑟福发现质子的实验装置中，穿过铝箔到达荧光屏的不可能是放射源放出的α粒子．[先填空]1．原子核的组成(1)组成：原子核由质子和中子组成，并将质子和中子统称为核子．(2)原子核的符号：A Z X，其中X为元素符号；A表示原子核的质量数，Z表示核电荷数．(3)两个基本关系：①核电荷数＝质子数＝原子序数．②质量数＝质子数＋中子数＝核子数．2．同位素具有相同质子数、不同中子数的原子，如氢的三种同位素11H、21H、31H.3．核反应与核反应方程(1)核反应：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程．(2)核反应方程：用原子核符号描述核反应过程的式子．(3)核反应规律：在核反应中，质量数和核电荷数守恒．[再判断]1．原子核内只有质子而没有中子．(×)2．同位素具有相同的物理、化学性质．(×)3．核反应方程只要满足质量数、电荷数守恒可以随便写．(×)[后思考]铅的原子序数为82，一个铅原子质量数为207，其核外电子有多少个？中子数又是多少？【提示】 铅的原子序数为82，即一个铅原子中有82个质子，由于原子是电中性的，质子与电子电性相反、电量相同，故核外电子数与核内质子数相同为82个，根据质量数等于质子数与中子数之和的关系，铅原子核的中子数为207－82＝125(个)．[核心点击]1．原子核的大小和组成原子核⎩⎪⎪⎨⎪⎪⎧半径：10－15m ～10－14m组成⎩⎪⎨⎪⎧质子：电量e ＝＋1.6×10－19C质量m p ＝1.672 623 1×10－27kg 中子：电量e ＝0质量m n＝1.674 928 6×10－27kg同位素：质子数相同中子数不同的原子2．对核子数、电荷数、质量数的理解(1)核子数：质子和中子质量差别非常微小，二者统称为核子，所以质子数和中子数之和叫核子数．(2)电荷数(Z )：原子核所带的电荷等于质子电荷的整数倍，通常用这个数表示原子核的电荷量，叫作原子核的电荷数．(3)质量数(A )：原子核的质量等于核内质子和中子的质量总和，而质子与中子质量几乎相等，所以原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，这个倍数叫作原子核的质量数．3．同位素：原子核内的质子数决定了核外电子的数目，进而也决定了元素的化学性质，同种元素的质子数相同，核外电子数也相同，所以有相同的化学性质，但它们的中子数可以不同，所以它们的物理性质不同．把具有相同质子数、不同中子数的原子互称为同位素．4．已知22888Ra 是22688Ra 的一种同位素，则下列说法正确的是( ) A ．它们具有相同的质子数和不同的质量数 B ．它们具有相同的中子数和不同的原子序数 C ．它们具有相同的核电荷数和不同的中子数 D ．它们具有相同的核外电子数和不同的化学性质 E ．它们具有相同的核外电子数和相同的化学性质【解析】原子核的原子序数与核内质子数、核电荷数、核外电子数都是相等的，且原子核内的质量数(核子数)等于核内质子数与中子数之和．由此知这两种镭的同位素核内的质子数均为88，核子数分别为228和226，中子数分别为140和138；原子的化学性质由核外电子数决定，因为它们的核外电子数相同，所以它们的化学性质也相同．故正确答案为A、C、E.【答案】ACE5．完成下列各核反应方程，并指出哪个核反应是首次发现质子、中子的( )A.10 5B＋42He→13 7N＋( )B.94Be＋( )→12 6C＋10nC.2713Al＋( )→2712Mg＋11HD.14 7N＋42He→17 8O＋( )E.238 92U→234 90Th＋( )F.2311Na＋( )→2411Na＋11H【解析】 A.10 5B＋42He→13 7N＋10nB.94Be＋42He→12 6C＋10n此核反应使查德威克首次发现了中子C.2713Al＋10n→2712Mg＋11HD.14 7N＋42He→17 8O＋11H此核反应使卢瑟福首次发现了质子E.238 92U→234 90Th＋42HeF.2311Na＋21H→2411Na＋11H【答案】见解析6．已知镭的原子序数是88，原子核质量数是226.试问：(1)镭核中有多少个质子？多少个中子？(2)镭核所带的电荷量是多少？(3)呈中性的镭原子，核外有多少个电子？【解析】(1)镭核中的质子数等于其原子序数，故质子数为88，中子数N等于原子核的质量数A与质子数Z之差，即N＝A—Z＝226－88＝138.(2)镭核所带电荷量：Q＝Ze＝88×1.6×10－19 C＝1.41×10－17 C.(3)核外电子数等于核电荷数，故核外电子数为88.【答案】(1)88 138 (2)1.41×10－17 C (3)88原子核的“数”与“量”辨析技巧(1)核电荷数与原子核的电荷量是不同的，组成原子核的质子的电荷量都是相同的，所以原子核的电荷量一定是质子电荷量的整数倍，我们把核内的质子数叫核电荷数，而这些质子所带电荷量的总和才是原子核的电荷量．(2)原子核的质量数与质量是不同的，也与元素的原子量不同．原子核内质子和中子的总数叫作核的质量数，原子核的质量等于质子和中子的质量的总和．。
高中物理 第3章 原子核与放射性 第2节 原子核衰变及半衰期教学案 鲁科版选修3-5-鲁科版高二选修
第2节原子核衰变及半衰期1.了解天然放射现象及其规律．(重点)2.知道三种射线的本质，以及如何利用磁场区分它们．(重点)3．知道放射现象的实质是原子核的衰变． 4.知道两种衰变的基本性质，并掌握原子核的衰变规律．(重点)5．理解半衰期的概念．(重点＋难点)一、天然放射现象1.定义：物质能自发地放出射线的现象．2.物质放出射线的性质，叫做放射性．3.具有放射性的元素，叫做放射性元素．4.天然放射现象最先是由贝克勒尔于1896年发现的．人类对原子核变化规律的认识，是从天然放射现象的发现开始的．天然放射性现象的发现有何意义？提示：天然放射现象使人们认识到原子核具有复杂的内部结构．二、放射线的本质1.α射线是高速运动的氦原子核粒子流．速度约为光速的0.1倍，电离作用很强，穿透能力很弱．2.β射线是高速运动的电子流，速度约为光速的0.9倍，电离作用较弱，穿透本领较强．3.γ射线是波长很短的电磁波，它的电离作用很弱，穿透能力很强．1．(1)α射线实际上就是氦原子核，α射线具有较强的穿透能力．( )(2)β射线是高速电子流，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板．( )(3)γ射线是能量很高的电磁波，电离作用很强．( )三、原子核的衰变种类方程 规律原子核的衰变 α衰变：放出α粒子的衰变238 92U →23490Th ＋42He质量数、核电荷数守恒β衰变：放出β粒子的衰变234 90Th →23491Pa ＋0－1eγ衰变2．(1)原子核发生衰变，变成了一种新的原子核．( ) (2)原子核衰变时质量是守恒的．( ) (3)β衰变时放出的电子就是核外电子．( ) 提示：(1)√ (2)× (3)× 四、半衰期1.定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间．2.公式：m ＝M ⎝ ⎛⎭⎪⎫12t /τ．m 为该元素剩余的质量，M 为该元素原来的质量，t 为经过的时间，τ为半衰期．3.影响因素：元素半衰期的长短由原子核自身因素决定，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关．4.适用条件：半衰期描述的是大量原子核的统计行为，说明在大量原子核群体中，经过一定时间将有一定比例的原子核发生衰变．3．(1)半衰期可以表示放射性元素衰变的快慢．( ) (2)半衰期是放射性元素的大量原子核衰变的统计规律．( ) (3)对放射性元素加热时，其半衰期缩短．( )对三种射线的认识1.三种射线的比较α射线β射线γ射线组成高速氦核流高速电子流光子流(高频电磁波) 带电荷量2e －e 0质量4m p m p＝1.67×10－27kgm p1 840静止质量为零速度0.1c 0.9c c在电场或磁场中偏转与α射线反向偏转不偏转贯穿本领最弱用纸能挡住较强穿透几毫米的铝板最强穿透几厘米的铅板对空气的电离作用很强较弱很弱在空气中的径迹粗、短、直细、较长、曲折最长通过胶片感光感光感光2.三种射线产生的机理α射线核内两个中子和两个质子结合得比较紧密，有时会作为一个整体从较大的原子核中抛射出来．原子核发生一次α衰变，质子数和中子数分别减少2β射线核中的中子可以转化为一个质子和一个电子，产生的电子从核中发射出来，这就是β射线，由于该电子来源于原子核，它的速度远大于阴极射线中的电子和核外绕核旋转的电子γ射线原子核的能量也是不连续的，同样存在着能级，能级越低越稳定．放射性原子核在发生α衰变、β衰变后产生的新核往往处于高能级，当它向低能级跃迁时，辐射γ光子．由于原子核中的能级跃迁辐射出的光子能量非常大，故γ光子的频率很大将α、β、γ三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场，如图表示射线偏转情况中正确的选项是( )A ．①③B ．①④C ．②③D ．②④[思路点拨] 求解此题应把握以下两点：(1)α粒子、β粒子在磁场中偏转，求半径再比较．(2)α粒子、β粒子在电场中做平抛运动，求偏向位移再比较．[解析] α粒子带正电，β粒子带负电，γ射线不带电，根据正、负电荷在磁场中运动受洛伦兹力方向和正、负电荷在电场中受电场力方向，可知①、②、③、④四幅图中，α、β粒子的偏转方向都是正确的，偏转的程度如下：带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，其半径r ＝mv Bq，将其数据代入，那么α粒子与β粒子的半径之比为：r αr β＝m αm β·v αv β·q βq α＝411 840×0.1c 0.99c ×12≈3711. 由此可见①正确，②错误．带电粒子垂直进入匀强电场，设初速度为v 0，垂直电场线方向位移为x ，沿电场方向位移为y ，那么有：x ＝v 0t ，y ＝qE 2m t 2，消去t 可得：y ＝qEx 22mv 20.对某一确定的x 值，α、β粒子沿电场线偏转距离之比为y αy β＝q αq β·m βm α·v 2βv 2α＝21×11 8404×〔0.99c 〕2〔0.1c 〕2≈138. 由此可见③错误，④正确． [答案] B求解此类题目要熟知以下两点(1)三种射线的带电性质．(2)正、负电荷在电场或磁场中的运动规律及解题方法．1.如图，放射性元素镭衰变过程中释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，以下说法正确的选项是( )A ．①表示γ射线，③表示α射线B ．②表示β射线，③表示α射线C ．④表示α射线，⑤表示γ射线D ．⑤表示β射线，⑥表示α射线解析：选C.γ射线为电磁波，在电场、磁场中均不偏转，故②和⑤表示γ射线，A 、B 、D 项错；α射线中的α粒子为氦的原子核，带正电，在匀强电场中，沿电场方向偏转，故③表示α射线，由左手定那么可知在匀强磁场中α射线向左偏，故④表示α射线，C 项对．正确理解原子核的衰变天然放射现象说明原子核具有复杂的结构．原子核放出α粒子或β粒子(并不说明原子核内有α粒子或β粒子，原子核内不可能有α粒子或电子)后变成新的原子核，这种变化称为原子核的衰变．1.衰变规律：原子核衰变前后的核电荷数和质量数都守恒．2.衰变方程(1)原子核放出一个α粒子就说明它发生了一次α衰变，新核的质量数比原来的核减少了4，而核电荷数减少2，用通式表示为：α衰变：A Z X ―→A －4Z －2Y ＋42He.(2)原子核放出一个β粒子就说明它发生了一次β衰变，新核的质量数不变，而核电荷数增加了1，用通式表示为：β衰变：A Z X ―→A Z ＋1Y ＋ 0－1 e.(3)γ射线经常是伴随α衰变和β衰变而产生，往往是衰变后的新核向低能级跃迁时辐射出来的一份能量，原子核放出一个γ光子不会改变它的质量数和核电荷数．3.两个重要的衰变238 92U ―→234 90Th ＋42He ，234 90Th ―→234 91Pa ＋ 0－1 e.4.对核反应过程的说明(1)核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向，不能用等号连接．(2)核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个守恒求出生成物来写核反应方程．(3)核反应中遵循质量数守恒而不是质量守恒，核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化．(4)当放射性物质发生连续衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ辐射，这时可连续放出三种射线．23892U 放射性衰变有多种可能途径，其中一途径是先变成210 83Bi ，而21083Bi 可以经一次衰变变成210a X(X 代表某一种元素)，也可以经一次衰变变成b81Ti ，210a X 和b 81Ti 最后都变成20682Pb ，衰变路径如下图，那么图中( )A ．a ＝82，b ＝211B ．①是β衰变，②是α衰变C ．①是α衰变，②是β衰变D.b 81Ti 经过一次α衰变变成20682Pb [思路点拨] 求解此题应注意以下两点：(1)发生一次α衰变，质量数减少4，核电荷数减少2，根据质量数变化求α衰变的次数．(2)发生一次β衰变，质量数不变，核电荷数增加1，再根据电荷数变化确定β衰变的次数．[解析]210 83Bi 经一次衰变变成210a X ，由于质量数不变，所以只发生了一次β衰变，核电荷数增加1即a ＝83＋1＝84，①是β衰变.21083Bi 经一次衰变变成b81Ti ，由于核电荷数减少2，所以只发生了一次α衰变，质量数减少4，即b ＝210－4＝206，②是α衰变，故A 、C 项均错误，B 项正确；20681Ti 变成20682Pb ，质量数不变，核电荷数增加1，所以只能经过一次β衰变，故D 项错误．[答案] B有关连续衰变确定衰变次数的问题应注意的两点(1)由于β衰变不改变质量数，可先根据质量数守恒，确定α衰变次数． (2)再根据总核电荷数守恒，确定β衰变次数．2.原子核23892U 经放射性衰变①变为原子核23490Th ，继而经放射性衰变②变为原子核23491Pa ，再经放射性衰变③变为原子核23492U ，放射性衰变①、②和③依次为( )A ．α衰变、β衰变和β衰变B ．β衰变、α衰变和β衰变C ．β衰变、β衰变和α衰变D ．α衰变、β衰变和α衰变解析：选A.23892U ――→①234 90Th ，质量数少4，电荷数少2，说明①为α衰变.23490Th ――→②234 91Pa ，质子数加1，质量数不变，说明②为β衰变，中子转化成质子.23491Pa ――→③234 92U ，质子数加1，质量数不变，说明③为β衰变，中子转化成质子．应选A.对半衰期的理解1.常用公式：N 余＝N 原⎝ ⎛⎭⎪⎫12t τ，m ＝M ⎝ ⎛⎭⎪⎫12tτ. 式中N 原、M 表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，N 余、m 表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，t 表示衰变时间，τ表示半衰期．2.规律的特征：放射性元素的半衰期是稳定的，是由元素的原子核内部因素决定，跟原子所处的物理状态(如压强、温度)或化学状态(如单质、化合物)无关．3.规律的用途：利用天然放射性元素的半衰期可以估测岩石、化石和文物的年代．半衰期是一个统计规律，只对大量的原子核有意义，对少数原子核是没有意义的．某一个原子核何时发生衰变，是不可知的，当原子核数目特别少时，公式不再成立，如10个原子核经过半衰期剩几个？这样的问题无法处理．放射性同位素14C 被考古学家称为“碳钟〞，它可以用来判定古生物体的年代，此项研究获得1960年诺贝尔化学奖．(1)宇宙射线中高能量的中子碰到空气中的氮原子后，会形成不稳定的146C ，它很容易发生衰变，放出β射线变成一个新核，其半衰期为5 730年，试写出14C 的衰变方程．(2)假设测得一古生物遗骸中的146C 含量只有活体中的25%，那么此遗骸距今约有多少年？[思路点拨] (1)根据质量数守恒和电荷数守恒写出衰变方程．(2)由古生物14C 的含量与活体14C 的含量对比可确定其半衰期数，即可计算出古生物的年代．[解析] (1)14 6C 的β衰变方程为：146C ―→0－1e ＋147N.(2)146C 的半衰期τ＝5 730年．生物死亡后，遗骸中的146C 按其半衰期变化，设活体中146C 的含量为N 0，遗骸中的146C 含量为N ，那么N ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫12tτN 0≠N 0，即0.25N 0＝⎝ ⎛⎭⎪⎫12t5 730N 0，故t 5 730＝2，t ＝11 460年． [答案] (1)146C ―→0－1e ＋147N (2)11 460年3.放射性元素的原子核在α衰变或β衰变生成新原子核时，往往会同时伴随________辐射．A 、B 两种放射性元素的半衰期分别为T 1和T 2，经过t ＝T 1·T 2时间后测得这两种放射性元素的质量相等，那么它们原来的质量之比m A ∶m B ＝________．解析：由半衰期公式m ＝m 0⎝ ⎛⎭⎪⎫12tT 结合题意可得 m A ·⎝ ⎛⎭⎪⎫12T 1T 2T 1＝m B ·⎝ ⎛⎭⎪⎫12T 1T 2T 2，所以m A m B ＝2T 22T 1. 答案：γ 2T 2∶2T 1α衰变、β衰变在磁场中的轨迹分析设有一个质量为M 0的原子核，原来处于静止状态．当发生一次α(或β)衰变后，释放的粒子的质量为m ，速度为v ，产生的反冲核的质量为M ，速度为v ′.1．动量守恒关系：0＝mv ＋Mv ′或mv ＝－Mv ′.2．在磁场中径迹的特点：当粒子和反冲核垂直进入磁感应强度为B 的匀强磁场时，将在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动，且轨迹如下图．(1)轨道半径的大小：因为粒子与反冲核的动量大小相等，所以轨道半径与电荷量成反比，即R ＝mv Bq ∝1q .当发生α衰变时：R αR M ＝Z －22.当发生β衰变时：R βR M ＝Z ＋11.如果测出轨道的半径比，可以求出Z ，从而判定是什么原子核发生了衰变．(2)运行周期的长短：在同样的条件下，运行周期与粒子和反冲核的比荷成反比，即T ＝2πm Bq ∝mq.(3)径迹的特点：粒子的轨道半径大，反冲核的轨道半径小．α粒子与反冲核带同种电荷，两轨道外切；β粒子与反冲核带异种电荷，两轨道内切；γ射线的径迹为与反冲核的径迹相切的直线．静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核，当它放出一个α粒子后，其速度方向与磁场方向垂直，测得α粒子和反冲核轨道半径之比为44∶1，如下图，那么以下说法错误的选项是( )A ．α粒子与反冲核的动量大小相等，方向相反B ．原来放射性元素的原子核电荷数为90C ．反冲核的电荷数为88D ．α粒子和反冲粒子的速度之比为1∶88[解析] 微粒之间相互作用的过程中遵循动量守恒，由于初始总动量为0，那么末动量也为0，即α粒子和反冲核的动量大小相等、方向相反．由于释放的α粒子和反冲核均在垂直于磁场的平面内且在洛伦兹力作用下做圆周运动，由Bqv ＝m v 2R 得：R ＝mvqB.假设原来放射性元素的核电荷数为Q ，那么对α粒子：R 1＝p 1B ·2e对反冲核：R 2＝p 2B 〔Q －2〕e.由于p 1＝p 2，R 1∶R 2＝44∶1，得Q ＝90它们的速度大小与质量成反比，应选项D 错误． [答案] D[随堂检测]1.天然放射现象的发现揭示了( ) A ．原子不可再分 B ．原子的核式结构 C ．原子核还可以再分D．原子核由质子和中子组成解析：选C.汤姆孙发现了电子说明原子也可再分；卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构；贝可勒尔发现了天然放射现象，说明了原子核也是有着复杂的结构的．天然放射现象的发现揭示了原子核还可再分．卢瑟福用α粒子轰击氮核，发现了质子，查德威克用α粒子轰击铍核打出了中子，使人们认识到原子核是由质子和中子组成的．所以选项C正确．2.(多项选择)以下关于放射性元素发出的三种射线的说法中正确的选项是( )A．α粒子就是氢原子核，它的穿透本领和电离本领都很强B．β射线是电子流，其速度接近光速C．γ射线是一种频率很高的电磁波，它可以穿过几厘米厚的铅板D．以上三种说法均正确解析：选BC.α粒子是氦原子核，它的穿透本领很弱而电离本领很强，A项错误；β射线是电子流，其速度接近光速，B项正确；γ射线的穿透能力很强，可以穿透几厘米厚的铅板，C项正确．3.(多项选择)关于原子核的衰变和半衰期，以下说法正确的选项是( )A．半衰期是指原子核的质量减少一半所需要的时间B．半衰期是指原子核有半数发生衰变所需要的时间C．发生α衰变时产生的新原子核在周期表中的位置向后移动2位D．发生β衰变时产生的新原子核在周期表中的位置向后移动1位解析：选BD.由半衰期的定义可知，A错，B对．由α衰变和β衰变的实质可知，C 错，D对．4.碘131的半衰期约为8天．假设某药物含有质量为m的碘131，经过32天后，该药物中碘131的含量大约还有( )A.m4B．m8C.m16D．m32解析：选C.经过32天即4个半衰期，碘131的含量变为m′＝m24＝m16，C项正确．[课时作业]一、单项选择题1.在天然放射性物质附近放置一带电体，带电体所带的电荷很快消失的根本原因是( )A ．γ射线的贯穿作用B ．α射线的电离作用C ．β射线的贯穿作用D ．β射线的中和作用解析：选B.由于α粒子电离作用较强，能使空气分子电离，电离产生的电荷与带电体的电荷中和，使带电体所带的电荷很快消失．2.关于放射性元素的α衰变和β衰变，以下说法中正确的选项是( )A ．原子核每放出一个α粒子，原子序数减少4B ．原子核每放出一个α粒子，原子序数增加4C ．原子核每放出一个β粒子，原子序数减少1D ．原子核每放出一个β粒子，原子序数增加1解析：选D.发生一次α衰变，核电荷数减少2，质量数减少4，原子序数减少2；发生一次β衰变，核电荷数增加1，原子序数增加1.3.实验观察到，静止在匀强磁场中A 点的原子核发生β衰变，衰变产生的新核与电子恰在纸面内做匀速圆周运动，运动方向和轨迹示意图如图，那么( )A ．轨迹1是电子的，磁场方向垂直纸面向外B ．轨迹2是电子的，磁场方向垂直纸面向外C ．轨迹1是新核的，磁场方向垂直纸面向里D ．轨迹2是新核的，磁场方向垂直纸面向里解析：选D.根据动量守恒定律，原子核发生β衰变后产生的新核与电子的动量大小相等，设为p .根据qvB ＝mv 2r ，得轨道半径r ＝mv qB ＝p qB，故电子的轨迹半径较大，即轨迹1是电子的，轨迹2是新核的．根据左手定那么，可知磁场方向垂直纸面向里．选项D 正确．4.最近几年，原子核科学家在超重元素的探测方面取得重大进展，1996年科学家们在研究某两个重离子结合成超重元素的反应时，发现生成的超重元素的核AZ X 经过6次α衰变后的产物是253100Fm.由此，可以判定生成的超重元素的原子序数和质量数分别是( )A ．124、259B ．124、265C ．112、265D ．112、277 解析：选D.由电荷数守恒得Z ＝100＋12＝112，由质量数守恒得A ＝253＋24＝277，应选D.5.如图中曲线a 、b 、c 、d 为气泡室中某放射物发生衰变放出的部分粒子的径迹，气泡室中磁感应强度方向垂直于纸面向里．以下判断可能正确的选项是( )A ．a 、b 为β粒子的径迹B ．a 、b 为γ粒子的径迹C ．c 、d 为α粒子的径迹D ．c 、d 为β粒子的径迹解析：选D.由于α粒子带正电，β粒子带负电，γ粒子不带电，据左手定那么可判断a 、b 可能为α粒子的径迹，c 、d 可能为β粒子的径迹，选项D 正确．6.铀239(23992U)经过衰变可产生钚239(239 94Pu)．关于铀239的衰变，以下说法正确的选项是( )A.239 94Pu 与239 92U 的核内具有相同的中子数和不同的核子数B ．放射性物质239 92U 发生β衰变时所释放的电子来源于核外电子C.239 92U 经过2次β衰变产生239 94PuD ．温度升高，239 92U 的半衰期减小解析：选C.239 92U 的质量数A ′＝239，核电荷数Z ′＝92，那么中子数n ′＝239－92＝147，23994Pu 的质量数A ＝239，核电荷数Z ＝94，那么中子数n ＝A －Z ＝239－94＝145，故核子数相同，但中子数不同，故A 错误．β衰变是原子核的衰变，与核外电子无关，β衰变时释放的电子是由核内一个中子转化成一个质子同时释放出来的，故B 错误.239 92U ―→2 0－1e ＋23994Pu ，显然反应物的质量数为239，而生成物的质量数为239，故质量数守恒；而反应物的核电荷数为92，故核电荷数守恒，反应能够发生，故C正确．半衰期与物体的温度、状态均无关，而是由核内部自身因素决定的，故D错误．二、多项选择题7.如下图，铅盒A中装有天然放射性物质，放射线从其右端小孔中水平向右射出，在小孔和荧光屏之间有垂直于纸面向里的匀强磁场，那么以下说法中正确的选项是( )A．打在图中a、b、c三点的依次是α射线、γ射线和β射线B．α射线和β射线的轨迹是抛物线C．α射线和β射线的轨迹是圆弧D．如果在铅盒和荧光屏间再加一个竖直向下的场强适当的匀强电场，可能使屏上的亮斑只剩下b解析：选AC.由左手定那么可知粒子向右射出后，在匀强磁场中α粒子受的洛伦兹力向上，β粒子受的洛伦兹力向下，轨迹都是圆弧．由于α粒子速度约是光速的110，而β粒子速度接近光速，所以在同样的混合场中不可能都做直线运动．此题应选A、C.8.关于天然放射性，以下说法正确的选项是( )A．所有元素都有可能发生衰变B．放射性元素的半衰期与外界的温度无关C．放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性D．一个原子核在一次衰变中可同时放出α、β和γ三种射线解析：选BC.自然界中绝大部分元素没有放射现象，选项A错误；放射性元素的半衰期只与原子核结构有关，与其他因素无关，选项B、C正确；原子核发生衰变时，不能同时发生α和β衰变，γ射线伴随这两种衰变产生，应选项D错误．9.14C发生放射性衰变成为14N，半衰期约5 700年．植物存活期间，其体内14C与12C的比例不变；生命活动结束后，14C的比例持续减小．现通过测量得知，某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一．以下说法正确的选项是( )A．该古木的年代距今约5 700年B．12C、13C、14C具有相同的中子数C．14C衰变为14N的过程中放出β射线D．增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变解析：选AC.古木样品中14C的比例是现代植物所制样品的二分之一，根据半衰期的定义知该古木的年代距今约5 700年，选项A正确；同位素具有相同的质子数，不同的中子数，选项B错误；14C的衰变方程为14 6C→14 7N＋0－1e，所以此衰变过程放出β射线，选项C正确；放射性元素的半衰期与核内部自身因素有关，与原子所处的化学状态和外部条件无关，选项D错误．10.在匀强磁场中，一个原来静止的原子核发生了衰变，得到两条如下图的径迹，图中箭头表示衰变后粒子的运动方向．不计放出光子的能量，那么以下说法正确的选项是( )A．发生的是β衰变，b为β粒子的径迹B．发生的是α衰变，b为α粒子的径迹C．磁场方向垂直于纸面向外D．磁场方向垂直于纸面向里解析：选AD.放射性元素放出β粒子时，β粒子与反冲核的速度相反，而电性相反，那么两个粒子受到的洛伦兹力方向相同，两个粒子的轨迹应为内切圆，故放出的是β粒子，放射性元素放出粒子时，两带电粒子的动量守恒，由半径公式可得轨迹半径与动量成正比，与电荷量成反比，而β粒子的电荷量比反冲核的电荷量小，那么β粒子的半径比反冲核的半径大，故b为β粒子的运动轨迹，应选项A正确，由左手定那么知磁场方向垂直纸面向里，选项D正确．三、非选择题11.恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，当温度达到108 K时，可以发生“氦燃烧〞．(1)完成“氦燃烧〞的核反应方程：42He＋________→84Be＋γ.(2)84Be是一种不稳定的粒子，其半衰期为2.6×10－16 s．一定质量的84Be，经7.8×10－16 s 后所剩84Be 占开始时的多少？解析：(1)根据核反应方程的电荷数守恒，质量数守恒可知核反应方程应为42He ＋42He ―→84Be ＋γ.(2)m m 0＝⎝ ⎛⎭⎪⎫12t τ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫123＝18. 答案：(1)42He (2)18(或12.5%) 12.(1)原子核232 90Th 具有天然放射性，它经过假设干次α衰变和β衰变后会变成新的原子核．以下原子核中，有三种是232 90Th 衰变过程中可以产生的，它们是________．A.208 82PbB ．211 82PbC.216 84Po D.228 88RaE.226 88Ra(2)一静止的238 92U 核经α衰变成为234 90Th 核，释放出的总动能为4.27 MeV.问此衰变后234 90Th 核的动能为多少MeV(保留1位有效数字)?解析：(1)选ACD.发生1次α衰变时核子的质量数减4，电荷数减2；发生1次β衰变时，质量数不变，电荷数加1.先从质量数的变化分析，易得A 、C 、D 正确．(2)据题意知，此α衰变的衰变方程为：23892U ―→234 90Th ＋42He ， 根据动量守恒定律得m αv α＝m Th v Th ①式中，m α和m Th 分别为α粒子和Th 核的质量，v α和v Th 分别为α粒子和Th 核的速度，由题设条件知：12m αv 2α＋12m Th v 2Th ＝E k ② m αm Th ＝4234③ 式中E k ＝4.27 MeV ，是α粒子与Th 核的总动能．由①②③式得12m Th v 2Th ＝m αm α＋m ThE k 代入数据得，衰变后23490Th 核的动能12m Th v 2Th ≈0.07 MeV.答案：(1)ACD (2)0.07 MeV。
【创新设计】2014-2015学年高二物理鲁科版选修3-5课件：第3章原子核与放射性章末整合(14张).
分类突破
【例2】 [2013·山东，38(1)]恒星向外辐射的能量来自于其内 部发生的各种热核反应，当温度达到108K时，可以发生 “氦燃烧”．①完成“氦燃烧”的核反应方程：42He＋ ________―→84Be＋γ.②84Be是一种不稳定的粒子，其半衰期 为2.6×10－16s.一定质量的84Be，经7.8×10－16s后所剩下的48Be 占开始时的________． 答案 ①42He或α ②18或12.5 %
分类突破
针对训练 完成下列核反应方程． A.147N＋42He―→178O＋________ B.3105P―→3104Si＋________ C.29325U＋01n―→9308Sr＋15346Xe＋________ D.21H＋13H―→________＋10n 其中属于衰变的是________，属于人工转变的是________． 答案 11H ＋10e 1001n 42He B A 解析 根据电荷数守恒和质量数守恒可完成核反应方程，然 后由核反应的类型即可判断出反应的类型．
210 a
X(X代表某种
元素)，也可以经一次衰变变成
b 81
Tl，
210 a
X和
b 81
Tl最后都变成
20862Pb，衰变路径如图1所示．则 A．a＝82，b＝211
()
B.28130Bi―→21a0X是β衰变，
21803Bi―→8b1Tl是α衰变
C.28130Bi―→21a0X是α衰变， 21803Bi―→8b1Tl是β衰变
图1 D.8b1Tl经过一次α衰变变成28026Pb
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答案 B
解析
由
210 83
Bi―→
210 a
X，质量数不变，说明发生的是β衰变，同
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第3章原子核与放射性
一、对核反应方程及类型的理解
1．核反应方程的比较
2.解题时注意事项
(1)熟记一些粒子的符号：α粒子(42He)、质子(11H或p)、中子(10n)、电子(0－1e)、正电子(0＋1
e)、氘核(21H)、氚核(31H)
(2)注意在核反应方程中，质量数和电荷数是守恒的；在解有关力学综合问题时，还有动量守恒和能量守恒．
例1在下列四个核反应中，X表示中子的是________；属于原子核的人工转变的是________．
A.14 7N＋42He―→17 8O＋X
B.2713Al＋42He―→3015P＋X
C.21H＋31H―→42He＋X
D.235 92U＋X―→9038Sr＋136 54Xe＋10X
答案BCDAB
解析在核反应中，不管是什么类型的核反应，都遵守电荷数守恒和质量数守恒．据此，可以判断未知粒子属于什么粒子，在A中，未知粒子的质量数为：14＋4＝17＋x，x＝1，其电荷数为：7＋2＝8＋y，y＝1，即未知粒子是质子(11H)；对B，未知粒子的质量数：27＋4＝30＋x，x＝1，其电荷数为：13＋2＝15＋y，y＝0，所以是中子(10n)；对C，未知粒子的质量数为：2＋3＝4＋x，x＝1，电荷数为：1＋1＝2＋y，y＝0，也是中子(10n)；对D，未知粒子质量数为235＋x＝90＋136＋10x，x＝1，电荷数为：92＋y＝38＋54＋10y，y＝0，也是中子(10n)．故方程中X是中子的核反应为B、C、D.属于原子核的人工转变的是A、B.
针对训练完成下列核反应方程．
A.147N＋42He―→178O＋________
B.3015P ―→30
14Si ＋________
C. 235
92U ＋1
0n ―→90
38Sr ＋136
54Xe ＋________ D.2
1H ＋3
1H ―→________＋1
0n
其中属于衰变的是________，属于人工转变的是________． 答案11H 0
＋1e1010n 4
2HeBA
解析根据电荷数守恒和质量数守恒可完成核反应方程，然后由核反应的类型即可判断出反应的类型．
二、半衰期及衰变次数的计算
1．半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间．
计算公式：n ＝N ⎝ ⎛⎭⎪⎫12n 或m ＝M ⎝ ⎛⎭⎪⎫12n
，其中n ＝t T 1/2，
T 1/2为半衰期．
2．确定衰变次数的方法 (1)A
Z X ―→A ′
Z ′Y ＋n 4
2He ＋m 0
－1e 根据质量数、电荷数守恒得
A ＝A ′＋4n ，Z ＝Z ′＋2n －m
二式联立求解得α衰变次数n 和β衰变次数m .
(2)根据α衰变和β衰变(β衰变质量数不变)直接求解．
例2恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，当温度达到108
K 时，可以发生“氦燃烧”．(1)完成“氦燃烧”的核反应方程：4
2He ＋________―→8
4Be ＋γ. (2)8
4Be 是一种不稳定的粒子，其半衰期为 2.6×10－16
s.一定质量的84Be ，经7.8×10
－16
s 后所剩下
的8
4Be 占开始时的________． 答案(1)4
2He 或α(2)18
或12.5%
解析(1)由质量数和电荷数守恒可得答案为4
2He 或α；(2)由题意可知经过了3个半衰期，故剩余的8
4Be 的质量m ＝m 0⎝ ⎛⎭⎪⎫123＝18
m 0，故应填18或12.5%.
例3放射性元素238
92U 衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成210
83Bi ，而210
83Bi 可以经一次衰变变成210
a X(X 代表某种元素)，也可以经一次衰变变成 b
81Tl ，210
a X 和 b
81Tl 最后都变成206
82Pb ，衰变路径如图1所示．则()
图1
A．a＝82，b＝211
B.210 83Bi―→210a X是β衰变，210 83Bi―→b81Tl是α衰变
C.210 83Bi―→210a X是α衰变，210 83Bi―→b81Tl是β衰变
D.b81Tl经过一次α衰变变成206 82Pb
答案B
解析由210 83Bi―→210a X，质量数不变，说明发生的是β衰变，同时知a＝84.由210 83Bi―→b81Tl是核电荷数减2，说明发生的是α衰变，同时知b＝206，由20681Tl―→20682Pb发生了一次β衰变．故选B.
三、α衰变和β衰变在磁场中的运动轨迹
分析α衰变和β衰变在磁场中的运动轨迹，一般思路为：
1．衰变过程中，质量数守恒、电荷数守恒．
2．衰变过程中动量守恒．
3．带电粒子垂直于磁场方向做匀速圆周运动时洛伦兹力提供向心力．
4．静止的原子核发生α衰变和β衰变的规律以及它们在磁场中运动的轨迹特点如下表：
α衰变两圆外切，α粒子半径大β衰变两圆内切，β粒子半径大
例4一个静止的氮核14 7N俘获了一个速度为2.3×107 m/s的中子生成一个复核A，A又衰变成B、C两个新核，设B、C的速度方向与中子方向相同，B的质量是中子的11倍，速度是106 m/s，B、C在同一磁场中做圆周运动的半径之比R B∶R C＝11∶30，轨迹如图2所示，求：
图2
(1)C核的速度大小．
(2)根据计算判断C核是什么？
(3)写出核反应方程．
答案(1)3×106 m/s(2)氦原子核
(3)14 7N ＋10n→11 5B ＋4
2He
解析氦核吸收了一个中子变成复核不稳定，发生衰变，整个过程中，中子、氮核以及两个新核组成的系统过程前后都不受外界的干扰，所以整个系统在俘获与衰变过程中动量均守恒，利用这一点，可求出C 核的速度，然后根据粒子在磁场中的运动情况就可以判断出新核的种类，写出核反应方程．
氮核俘获中子到衰变成B 、C 两个新核的过程中动量守恒
m n v n ＝m B v B ＋m C v C ，①
根据衰变规律，可知C 核的质量数为14＋1－11＝4. 由此解得v C ＝3×106
m/s.
再由带电粒子在洛伦兹力的作用下做圆周运动的知识R ＝mv Bq
可得
q B q C ＝m B v B R C m C v C R B ＝11×106×304×3×106×11＝52② q B ＋q C ＝7.③
将②③联立，q C ＝2，而m C ＝4，则C 核是氦原子核，核反应方程式是14
7N ＋1
0n→11
5B ＋4
2He.。