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选修3-5
鲁科版-选修3-5-第3章 原子核与放射性-第3节 放射性的应用与防护 全国优质课一等奖
放射治癌研究核放射性的早期，科学家们对于这种物理现象还缺乏认识，因此在使用放射性物质时不很在意。
有一个人从居里夫人那里要了一点镭盐，装在衣服口袋里，带回家以后，发现紧贴镭盐处的皮肤被灼伤了一大块。
居里夫人本人由于长期接触放射性，她的手疾严重，难以握物，晚年多病，最后死于白血病。
放射性对人体细胞的损伤作用，才为科学家所逐步认识。
美国参与第一颗原子弹研制实验的科学家斯洛廷，在后来的第二次水下核试验的实验中，因受强辐射伤害而去世；我国的核弹元勋邓稼先，由于忘我劳动、日夜连续工作，也因受超剂量的辐射，而过早离开人世。
因此，放射性对健康人体是有害的。
但人们又想，这种效应是否也可加以利用呢？以毒攻毒。
放射性同位素的杀伤力的应用，大家比较熟悉的就是在治疗方面，其中之一是对癌症的放射治疗。
许多人可能已经听说过，患了癌症的病人要接受钴-60的放射治疗。
也就是说，利用放射性杀伤细胞的性能去杀伤癌细胞。
癌症，过去一直被看作不治之症，但是，现在情况有了改变，人们能够进行早期诊断，辅之以早期治疗，因而大大增加了癌症能够被治愈的希望。
根据医学辞典的解释，治疗癌症最有效的手段之一就是放射治疗。
对于内脏器官上的癌，以手术切除为主，照射为辅。
但是有一些癌症表面上看来范围很小，却有可能潜藏着已经发生转移的癌细胞；一旦有癌细胞残留下来，即使是很少的一点，也有可能引起癌症的复发。
所以，手术的面积要大些，手术后再用射线进行照射，以杀死残余的癌细胞，根除癌症。
随着射线疗法的不断发展，有很多癌症病例采用射线疗法要比手术治疗效果更好。
而且，有些癌症如用手术治疗已经为时过晚，对于这些患者，可以寄希望于射线疗法。
要是在过去，不能进行手术就意味着绝望；显然，今天的情况与过去大不一样了。
近年来，利用加速器治病获得很大发展。
因为加速器产生的射线具有相当高的能量，有一定的穿透能力。
如X射线、γ射线、电子束、质子束、中子束、介子束等，都能穿过人体皮肤和组织，到达肿瘤。
高中物理 第3章 原子核与放射性 3.1 原子核结构教案 鲁科版选修35
第1节原子核结构●课标要求1．了解质子、中子的发现过程，了解原子核的组成．2．了解研究原子核结构的基本方法及特征．3．知道质量数、质子数、中子数、核子数、核电荷数、原子序数、同位素的物理意义．4．会根据原子核符号计算中子数、核子数，根据电荷数、质量数守恒正确书写核反应方程．5．了解卢瑟福、查德威克等科学家做出的贡献及其体现的科学精神．●教学地位本节的实验在高中阶段无法实现，但有条件的话可以利用计算机模拟出实验的过程，可以激发学生的兴趣．对于“α粒子轰击氮原子核的实验中产生了新核(质子)”这一部分，教师可设置问题如“可以通过哪些具体实验来证明产生的新核是质子？”启发学生思考，因为相关的知识洛伦兹力已学过．引导学生根据带电粒子在磁场中的运动规律证明新核为质子，这样可以培养学生利用所学的知识进行定性、定量推理的能力．“原子核组成”部分对学生并不是难点，因为相关的知识在初中已经学过，可让学生总结，教师要注意做好引导.●新课导入建议故事导入19世纪末20世纪初，发现了放射性现象和同位素，引起了对原子核结构的探索.1919年，卢瑟福发现一个α粒子能引起氮核的人工衰变，而衰变的产物之一是质子(即氢核).1921～1924年，卢瑟福和他的学生查德威克对硼、钠、铝等轻元素进行人工核反应，同样有质子分裂出来．以上事实显然说明原子核内存在质子．问题是原子核是否只有质子？本节课的学习就告诉同学们原子核内到底有什么．●教学流程设计课前预习安排： 1.看教材 2.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⇒步骤3：师生互动完成“探究1”除例1外可再变换命题角度，补充一个例题以拓展学生思路⇓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3”重在讲解规律方法技巧⇐步骤5：师生互动完成“探究2”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【课后知能课标解读重点难点1.了解质子和中子的发现过程．2．知道原子核的组成，理解核子、同位素的概念．3．了解核反应的概念，会书写核反应方程.1.了解质子和中子的发现过程．(重点) 2．理解原子核的组成．能正确书写原子核的符号．(重点)3．原子核的组成及如何确定核反应方程．(难点)质子和中子的发现1.(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．a．1930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．B．1932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．c．1932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．2．思考判断(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．(×)3．探究交流卢瑟福是如何证明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．原子核的组成1.基本知识(1)原子核的组成由质子和中子组成，质子带正电，中子不带电，质子、中子统称为核子，原子核常用符号A Z X表示．X表示元素符号，A表示质量数，Z表示核电荷数．(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意义：能够用人工方法改变原子核．③书写核反应方程遵循的原则：核反应满足反应前、后电荷数和质量数都守恒．④确定未知核或粒子的方法：由反应前、后的已知核和粒子，依据守恒原则写出方程，判断未知核或粒子．2．思考判断(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．(×)3．探究交流铅的原子序数为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).质子发现过程的分析及理解1．质子由谁发现的？怎样发现的？2．质子是原子核的组成部分吗？3．在实验中如何确定新核是质子的？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3－1－1所示)图3－1－1T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．用显微镜观察到荧光屏上的闪光，是α粒子击中氮核后产生的新粒子透过铝箔引起的．这种新粒子与氢原子核有相同的质量和电量．1919年卢瑟福通过如图3－1－2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：_________________________________________________.图3－1－2【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＋11H1．(2013·南平检测)如图3－1－3为卢瑟福发现质子的实验装置，M是显微镜，S是荧光屏，窗口F处装铝箔，氮气从阀门T充入，A是放射源．在观察由质子引起的闪烁之前需进行的必要调整是( )图3－1－3A．充入氮气后，调整铝箔厚度，使S上有α粒子引起的闪烁B．充入氮气后，调整铝箔厚度，使S上见不到质子引起的闪烁C．充入氮气前，调整铝箔厚度，使S上能见到质子引起的闪烁D．充入氮气前，调整铝箔厚度，使S上见不到α粒子引起的闪烁【解析】实验目的是观察α粒子轰击氮核产生新核并放出质子，所以实验前应调整铝箔的厚度，恰使α粒子不能透过，但质子仍能透过，故选D.【答案】 D原子核的组成1．原子核是仅有带电的粒子组成的吗？2．两种元素具有相同的质子数，性质一定相同吗？3．质量数、质子数和中子数之间存在什么关系？1．原子核原子核⎩⎪⎨⎪⎧大小：很小，半径为10－15m ～10－14m组成⎩⎪⎨⎪⎧质子：电量e ＝＋1.6×10－19 C 质量m p＝1.672 623 1×10－27kg 中子：质量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．基本关系核电荷数＝质子数＝原子序数 质量数＝质子数＋中子数＝核子数 3．核反应、核反应方程(1)核反应：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． (2)核反应方程：用原子核符号描述核反应过程的式子． 卢瑟福发现质子的核反应方程为 42He ＋14 7N→17 8O ＋11H.(3)核反应的规律：在核反应中，质量数和核电荷数守恒．(2013·福州四中检测)完成下列各核反应方程，并指出首次发现质子的核反应是________，首次发现中子的核反应是________．A.10 5B ＋42He ―→137N ＋( )B.94Be ＋( )→126C ＋10nC.2713Al ＋( )→2712Mg ＋11HD.14 7N ＋42He ―→17 8O ＋( )E.238 92U→23490Th ＋( ) F.2311Na ＋( )→2411Na ＋11H 【审题指导】 根据核反应过程的质量数和电荷数守恒可求得未知粒子的电荷数和质量数，再根据电荷数等于原子序数可得粒子的性质．【解析】 A.10 5B ＋42He→13 7N ＋10n B.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 ＋11H D.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 ＋42He F.2311Na ＋21H→2411Na ＋11H. 【答案】 见解析写核反应方程应注意的问题1．核反应必须遵守电荷数守恒和质量数守恒的规律． 2．核反应方程中的箭头“―→”表示核反应进行的方向，不能把箭头写成等号． 3．写核反应方程必须要有实验依据，决不能毫无根据的编造．4．要求记住常见粒子的符号表示：质子(11H)、中子(10n)、电子( 0－1e)、正电子(01e)、α粒子(42He)等．2．(2013·北师大附中检测)在下列4个核反应方程中，X 表示质子的是( ) A.3015P→3014Si ＋X B.238 92U→23490Th ＋X C.2713Al ＋10n→2712Mg ＋X D.2713Al ＋42He→3015P ＋X【解析】在核反应中质量数守恒和电荷数守恒，由此可知，3015P→3014Si＋01e，238 92U→234 90Th ＋42He，2713Al＋10n→2712Mg＋11H，2713Al＋42He→3015P＋10n，综上知C对．【答案】 C综合解题方略——核子数、质子数、质量数的辨析已知镭的原子序数是88，原子核质量数是226.(1)镭核中有几个质子？几个中子？(2)镭核所带的电荷量是多少？(3)呈中性的镭原子，核外有几个电子？【审题指导】根据原子核中的核子数、质子数、中子数、质量数的关系求解．【规范解答】(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)镭核所带电荷量为Q＝Ze＝88×1.6×10－19 C＝1.41×10－17 C.(3)中性原子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正确理解质量数、质子数、核子数1．核子数：质子数和中子数总和．2．质子数：等于原子核的电荷数(Z)．原子核所带的电荷总是质子电荷的整数倍，这个整数叫原子核的电荷数(Z)，原子核所带电荷量为Ze.3．质量数：原子核的质量等于核内质子和中子质量的总和，而中子与质子质量几乎相等，所以原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，这个整数叫做原子核的质量数(A)，显然质量数＝质子数＋中子数．【备课资源】(教师用书独具)中子的发现背景1920年，卢瑟福在著名的贝克尔演讲(Bakerian Lecture)中做出中子存在的理论预言．为了检验卢瑟福的假说，卡文迪许实验室从1921年开始实验工作．卢瑟福曾请格拉森(J.L.Glasson)在氢气放电时寻找中子的产生，不久，罗伯兹(J.K.Roberts)也做了类似的实验．1923年查德威克得到卢瑟福的赞同，用游离室和点计数器作为检测手段，尝试在大质量的氢化材料中检测γ辐射的发射．在初步作了这些尝试之后，查德威克考虑到中子只有在强电场中形成的可能性，但没有合适的变压器可用．正当查德威克着手进一步开展探讨中子的研究时，柏林的玻特(W.Bothe)和巴黎的约里奥·居里夫妇(Joliot·Curies)相继发表了他们的实验结果．玻特是德国著名物理学家，曾在盖革的研究所里工作．从1928年起，玻特和他的学生贝克尔(H.Becker)用钋发射的α粒子轰击一系列轻元素，发现α粒子轰击铍时，会使铍发射穿透能力极强的中性射线，强度比其他元素所得要大过十倍．用铅吸收屏研究其吸收率，证明这种中性辐射比γ射线还要硬.1930年，玻特和贝克尔率先发表了这一结果，并断定这种贯穿辐射是一种特殊的γ射线．在巴黎，居里实验室的约里奥·居里夫妇也正在进行类似实验．他们把石蜡板放在放射源和游离室之间，发现静电计偏转激增．石蜡含氢，会不会是氢核被铍辐射撞击形成新的射线？于是他们加了磁场进行检验，磁场果然对这一射线有作用．遗憾的是，他们在肯定石蜡板发出的是质子流之后，也和玻特一样，把铍辐射看成是γ射线．1932年1月18日约里奥·居里夫妇宣布，铍辐射的能量是如此之大，竟能把氢核(质子)从石蜡板中撞击出来. 随后，他们还用云室拍到了质子流的照片，但他们没有摆脱玻特的错误解释.1．二十世纪初，为了研究物质的内部结构，物理学家做了大量的实验，揭示了原子内部的结构，发现了电子、质子．如图3－1－4所示，此装置是( )图3－1－4A．卢瑟福的α粒子散射实验装置B．卢瑟福发现质子的实验装置C．汤姆孙发现电子的实验装置D．查德威克发现质子的实验装置【解析】根据实验原理，图示是卢瑟福发现质子的实验装置．【答案】 B2．(2013·三亚检测)已知228 88Ra是226 88Ra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【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.【答案】 AC3．以下几个原子核反应式中，X 代表α粒子的反应式是( ) A.42He ＋94Be ―→12 6C ＋X B.21H ＋31H ―→10n ＋X C.234 90Th ―→234 91Pa ＋X D.3015P ―→3014Si ＋X【解析】 据核反应方程须满足质量数守恒和电荷数守恒，可知：X 分别为10n 、42He 、 0－1e 、01e.【答案】 B4．(2012·塔城高二检测)三个原子核X 、Y 、Z ，X 核放出一个正电子后变为Y 核，Y 核与质子发生核反应后生成Z 核并放出一个氦(42He)，则下面说法正确的是( )A ．X 核比Z 核多一个质子B ．X 核比Z 核少一个中子C ．X 核的质量数比Z 核的质量数大3D ．X 核与Z 核的总电荷是Y 核电荷的2倍【解析】 设原子核X 的核电荷数为n ，质量数为m ，则由已知可得两个核反应方程式分别为：m n X→01e ＋m n －1Y m n －1Y ＋11H→42He ＋m －3n －2Z因此比较X 、Y 、Z 的质量数与核电荷数，可判定C 、D 正确，所以选C 、D. 【答案】 CD5．(2012·重庆高考)以下是物理学史上3个著名的核反应方程( )x ＋73Li→2y y ＋14 7N→x ＋17 8O y ＋94Be→z ＋126C x 、y 和z 是3种不同的粒子，其中z 是( ) A ．α粒子 B ．质子 C ．中子 D ．电子【解析】 把前两个方程化简，消去x ，即14 7N ＋73Li ＝y ＋17 8O ，可见y 是42He ，结合第三个方程，根据电荷数守恒、质量数守恒可知z 是中子10n.因此选项C 正确．【答案】 C。
2024-2025学年高中物理第三章原子核3放射性的应用、危害与防护教案教科版选修3-5
对于以上难点，教师可以采取以下教学方法帮助学生突破难点：
（1）利用动画、图片等教学资源，生动形象地展示放射性元素的原子核结构和不稳定性，帮助学生理解放射性的概念。
（2）通过具体案例分析，让学生了解放射性在各个领域的应用，如医学中的放射性同位素治疗、工业中的无损检测等。
- 《放射性环境监测与评估》：介绍放射性环境监测的方法和评估体系，以及相关的法律法规。
2. 课后自主学习和探究：
- 学生可以利用图书馆或网络资源，进一步研究放射性元素在其他领域的应用，如地质勘探、生物育种等。
- 学生可以探究放射性元素的危害及其对人类和环境的影响，研究放射性元素的控制和防护措施。
- 学生可以阅读相关的科普文章和研究报告，了解放射性元素的最新研究和应用进展。
题型三：实验设计题
请设计一个实验，验证放射性物质半衰期的性质。
题型四：论述题
请结合放射性的应用，谈谈你对放射性技术在未来发展趋势的看法。
题型五：资料分析题
请查找相关的资料，了解我国在放射性领域的法律法规和技术标准，并进行简要介绍。
八、内容逻辑关系
1. 放射性的概念及其性质
重点知识点：放射性的定义、放射性元素的基本特性（如半衰期、射线类型等）
词句：放射性辐射可导致细胞损伤、遗传变异等危害，需采取时间防护、空间防护、物质防护等防护措施。
板书设计：
放射性的概念及其性质
放射性的定义、放射性元素的基本特性（如半衰期、射线类型等）
放射性的应用
放射性在医学、工业、农业等领域的具体应用（如放射性同位素治疗、无损检测等）
放射性的危害及防护
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 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.。
放射性的应用与防护-鲁科版选修3-5教案
放射性的应用与防护-鲁科版选修3-5教案一、引入放射性是一种特殊的物理现象，它的应用和防护也是我们不可忽视的话题。
本教案将以鲁科版选修3-5中第九单元——放射性的应用与防护为基础，介绍一些与放射性相关的知识、实验和应用。
二、知识点1. 放射性的基本概念放射性是指某些原子不稳定，会自发地放出粒子或电磁波从而变为另一种原子的现象。
放射性分为α、β、γ三种类型，分别是不同的粒子或电磁波。
2. 放射性的危害及防护措施放射性是有害的物理现象，它会对人体产生一定的危害。
主要的防护措施有：•避免接触放射性物质•在放射场所佩戴防护用品•控制使用放射性物质的时间和剂量3. 放射性的应用放射性不仅有危害，也有广泛的应用。
主要的应用领域包括：•医学诊疗：放射性同位素可以用于医学影像学和治疗。
•工业应用：放射性同位素可用于无损检测、密封检测等工业领域。
•农业应用：放射性同位素可以用于农业生产中的肥料和杀虫剂。
•核能利用：核能的利用可以用于发电和动力航天器等领域。
三、实验设计与实施1. 实验名称探究放射性的能量与射线种类之间的关系2. 实验器材及试剂•放射计•不同射线源（α、β、γ）3. 实验步骤•确保实验室环境安全，穿戴防护用品。
•使用放射计测量不同射线源的射线能量。
•比较不同射线源的能量大小。
•讨论不同射线源的特点及其应用领域。
四、小结在生活中，我们经常接触到放射性，因此学习放射性的防护和应用是非常有必要的。
本教案从知识点和实验两个方面介绍放射性的相关知识，希望能够在学生中引起对这一话题的关注和兴趣。
同时也提醒学生，要注意放射性的安全防护，以免造成不必要的伤害。
高中物理 第3章 原子核与放射性 3.1 原子结构教案 鲁科版选修3-5
原子结构★新课标要求（一）知识与技能1．了解天然放射现象及其规律。
2．知道三种射线的本质,以及如何利用磁场区分它们。
3．知道原子核的组成，知道核子和同位素的概念.（二）过程与方法1．通过观察，思考,讨论，初步学会探究的方法.2．通过对知识的理解，培养自学和归纳能力。
(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。
★教学难点知道三种射线的本质，以及如何利用磁场区分它们★教学方法教师启发、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★教学过程（一）引入新课教师:本节课我们来学习新的一章：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变化规律,是微观世界的现象。
让我们走进微观世界，一起探索其中的奥秘！我们已经知道，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？原子核是否可以再分呢?它是由什么微粒组成？用什么方法来研究原子核呢?学生思考讨论。
点评:带着问题学习，激发学习热情教师：人类认识原子核的复杂结构和它的变化规律，是从发现天然放射现象开始的。
1896年，法国物理学家贝克勒尔发现,铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线,这种射线可以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,对铀和铀的各种矿石进行了深入研究,又发现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，展示物理学发展史上的有关事实，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，研究发现，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.2．射线到底是什么教师：那这些射线到底是什么呢？这就激发着人容器中,射们去寻求答案：把放射源放入由铅做成的线只能从容器的小孔射出，成为细细的一束。
高中物理第三章原子核第3节放射性的应用、危害与防护教案教科版选修3_5
三、放射性的应用、危害与防护教学目标1．初步了解放射性的各种应用2．知道放射性的危害与防护的基本知识和方法重点难点重点与难点：放射性的各种应用、危害及防护方法设计思想本节内容比较简单，有一定的科普性，只要求学生作初步了解，讲授时把要掌握的知识直接提纲挈领的呈现出来让学生加以记忆。
教学资源多媒体课件教学设计【课堂引入】用图片呈放射性在实际生产生活中的应用、危害，从而引入本节课的话题【课堂学习】（一）放射性的应用放射性的应用主要有以下两种形式：1．利用它的射线（1）利用α射线的电离能力强的特性，可以电离放射源、周围的空气，使其成为导电气体，可以消除有害静电。
（2）β射线作为测量手段使用，其原理是利用β射线穿过薄物或经过薄物反射时，由透射或反射后的衰减程度来测定薄物的厚度与密度。
（3）利用γ射线很强穿透能力，工业上用来探伤；利用γ射线对生物组识会产生物理、化学效应，在农业上用来育种、杀灭害虫等，在医学上，可治疗肿瘤。
2．作为示踪原子把放射性同位素的原子及其化合物通过物理或化学反应的方式掺到其他物质中，然后用探测食品进行追踪，以了解放射性同位素在其他物质中的位置、数量、运动和迁移情况，这种使物质带有“放射性标记”的放射性原子称为示踪原子。
示踪原子在工业上、农业上、医学上、考古上和地质上都有广泛应用。
问题1：作为示踪原子的放射性同位素的半衰期较长还是较短？（较短）3．利用衰变特性——考古（二）放射性的危害与防护1．放射性的危害：●人体身边的放射性包括天然的和人工的。
天然放射性主要由两部分组成：一是来自地壳表面的天然放射性元素以及空气中氡等产生的放射线；二是来自空间的宇宙射线。
●放射性对人体有很大的危害：射线损伤细胞、破坏人体DNA分子结构等2．放射线的防护的基本方法：（1）距离防护：远离放射源（2）时间防护：减少防射物质的照射；（3）屏蔽防护：减少射线的强度和能量（4）仪器监测：加强放射源周围监控，确保安全运行【板书设计】α射线的电离能力——消除静电利用它的射线β射线的穿透本领——测量厚度与密度●放射性的应用γ射线极强穿透能力——工业探伤、杀菌消毒、γ光刀作为示踪原子利用衰变特性——考古放射性的危害●放射性的危害与防护放射线的防护：距离防护、时间防护、屏蔽防护、仪器监测【课堂反馈】例1．关于放射性同位素，下列说法正确的是（）A．放射性同位素与放射性元素一样，都具有一定的半衰期，衰变规律一样B．放射性同位素衰变可以生成另一种新元素C．放射性同位素只能是天然衰变时产生的，不能用人工方法测得D．以上说法都不对例2．用中子轰击铝27，产生钠24和X粒子，钠24具有放射性，它衰变后生成镁24，则X 粒子和钠的衰变过程分别是（）A．质子，α衰变 B．电子，α衰变C．α粒子，β衰变 D．正电子，β衰变例3．关于放射性同位素的应用，下列说法正确的是（）A．作为示踪原子是利用了放射性同位素贯穿能力很强的性质B．作为示踪原子是利用了放射性同位素的射线可以被仪器探测到的特点C．γ射线探伤是利用了γ射线贯穿能力很强的性质D．γ射线探伤是利用了γ射线电离能力很强的性质例4．下列应用中把放射性同位素作为示踪原子的是（）A．利用钻60治疗肿瘤等疾病B．射线探伤C．利用含有放射性碘131的油，检测地下输油管的漏油情况D．把含有放射性同位素的肥料施给农作物用以检测其吸收养分的情况参考答案：1．AB 2．C 3．C 4．ACD【课后测评】1．对放射性的应用，下列说法不正确的是（）A．放射线能杀伤癌细胞或阻止癌细胞分裂，所以人体可以经常照射B．对放射性的肥料，要装入特制的容器并埋入深地层进行处理C．射线探伤仪中的放射源必须存放在特制容器里，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2．带电的检测器在放射线的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．以上均不正确3．联合国环境公署对科索沃地区的调查表明，北约对南联盟进行的轰炸中，大量使用了贫铀炸弹，贫铀是从金属铀中提炼铀235以后的副产品，其主要成分是铀238。
鲁科版高中物理选修(3-5)-3.3《放射性的应用与防护》学案
第三节放射性的应用与防护一、知识点扫描1、放射性的应用：射线测厚装置：烟雾报警器；放射治疗；培育新品种，延长保质期。
作为示踪原子：棉花对磷肥的吸收；甲状腺疾病的诊断。
2、放射性污染和防护核爆炸核泄漏医疗照射防护：密封防护距离防护时间防护屏蔽防护通过看书与上网查找资料，了解放射性辐射的用处以及危害，知道只要控制好辐射量，我们就可以利用它的射线，知道身边的一些放射性物质，以及如何防护一些有害的放射性物质。
二、例题精讲例：写出下列原子核人工转变的核反应方程。
（1）1123Na俘获1个α粒子后放出1个质子（2）1327Al俘获1个α粒子后放出1个中子（3）816O俘获1个中子后放出1个质子（4）1430Si俘获1个质子后放出1个中子三、能力训练1．1965年，我国科学家首次用人工方法合成的结晶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．学分析B．同位素示踪原子C．光谱分析D．测定介电常数2．联合国环境公署对科索沃地区的调查表明，北约对南联盟进行的轰炸中，大量使用了贫铀炸弹．贫铀是从金属中提炼铀235以后的剖产品，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．②④3．美国前总统老布什曾让医生们虚惊了一场．那是在访日宴会上突然昏厥，美国政府急忙将他送回国，医生用123I进行诊断，通过体外跟踪，迅速查出了病因．这是利用123I所放出的( )A．热量B．α射线C．β射线D．γ射线4．美国医生用123I对老布什总统诊断，使其很快恢复健康，123I的特性是( ) A．半衰期长，并迅速从体内清除B．半衰期长，并缓慢从体内清除C．半衰期短，并迅速从体内清除D．半衰期短，并缓慢从体内消除5．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6．下列哪一种医学治疗、检查手段运用了放射性同位素放出的射线( ) A．B超B．化疗医治肿瘤C．X光透视D．CT断层扫描7．一小瓶含有某种放射性同位素的溶液，每分钟衰变6000次，将它注射到某人的血液中，经过15h后从此人身上取出10mL的血液，测得每分钟有2次衰变，已知这种同位素的半衰期为5h，试计算这个人血液的总体积为多少?。
高中物理选修3-5学案：《原子核》 第3节 放射性的应用、危害与防护
《放射性的应用、危害与防护》导学案一、放射性的应用放射性的应用主要表现在以下三个方面：一是利用射线的电离作用、穿透能力等特征，二是作为示踪原子，三是利用衰变特性考古。
1．射线特性的应用(1)α射线：利用α射线带电、能量大，电离作用强的特性可制成静电消除器等。
(2)β射线：由于β射线可穿过薄物或经薄物反射的特性来测量薄物的厚度或密度。
(3)γ射线：由于γ射线穿透能力极强，可以利用γ射线探伤，也可以用于生物变异，在医学上可以用于肿瘤的治疗等。
另外还可以利用射线勘探矿藏等。
2．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，同位素和该元素经历过程相同。
用仪器探测出放射性同位素放出的射线，就可查明这种元素的行踪。
3．衰变特性应用应用146C的放射性判断遗物的年代。
二、放射性的危害和防护1．危害来源(1)地壳表面的天然放射元素。
(2)宇宙射线。
(3)人工放射。
2．防护措施(1)距离防护；(2)时间防护；(3)屏蔽防护；(4)仪器监测。
1．判断：(1)放射性元素发出的射线的强度可以人工控制。
()(2)α射线的穿透本领最弱，电离作用很强。
()(3)放射性同位素只能是天然衰变产生的，不能用人工方法合成。
()答案：(1)×(2)√(3)×2．思考：衰变和原子核的人工转变有什么不同？提示：衰变是放射性元素自发的现象，原子核的人工转变是能够人工控制的核反应。
其核反应方程的书写也有区别。
1.人造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。
2．放射出的射线的利用(1)利用γ射线的贯穿本领，利用钴60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。
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。
2020_2021学年高中物理第3章原子核与放射性3放射性的应用与防护课件鲁科版选修3_520210
【解析】(1)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,所以两个空 分别是β和γ。 答案:(1)混凝土 (2)β γ
【课堂回眸】
课堂检测·素养达标
1.如图是α、β、γ三种射线穿透能力的示意图,在工业上探查较厚的钢铁部 件内部的伤痕,利用哪种射线最适合 ( )
【素养训练】
1.(多选)有关放射性同位素
30 15
P
的下列说法中,正确的是 (
)
A.
P3 0
15
与
3 1
0 4
X
互为同位素
B.
3 1
0 5
P
与其同位素有相同的化学性质
C.用 3 0
15
P
制成化合物后它的半衰期变长
D.含有
30 15
P
的磷肥释放正电子,可用作示踪原子,观察磷肥对植物的影响
【解析】选B、D。同位素有相同的质子数,所以选项A错误。同位素有相同的
【素养训练】 1.在存放放射性元素时,若把放射性元素①置于大量水中;②密封于铅盒中;③ 与轻核元素结合成化合物则 ( ) A.措施①可减缓放射性元素衰变 B.措施②可减缓放射性元素衰变 C.措施③可减缓放射性元素衰变 D.上述措施均无法减缓放射性元素衰变
【解析】选D。放射性元素的半衰期是由原子核本身决定的,不随外界条件的改 变而改变,即与放射性元素所处的环境、位置、温度、状态、是单质还是化合 物等无关,故选D。
废料,其主要成分为铀238。贫铀炸弹有很强的穿甲能力,而且铀238具有放射
性,残留物可长期对环境起破坏作用而造成污染。人长期生活在该环境中会受
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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.。