高中物理 第四章 原子核 第三节 放射性同位素同步备课教学案 粤教版选修

我带领班子成员及全体职工，积极参加县委、政府和农牧局组织的政治理论学习，同时认真学习业务知识，全面提高了自身素质，增强职工工作积极性，杜绝了纪律松散第三节放射性同位素学习目标 1.知道什么是核反应，能够熟练写出核反应方程.2.知道什么是同位素、放射性同位素和人工放射性同位素.3.了解放射性同位素在生产和科学领域的应用，知道射线的危害及防护一、核反应导学探究1核反应的实质是什么？它符合哪些规律？答案(1)它的实质就是将一种原子核在粒子的轰击之下转变成一种新的原子核，并产生新的粒子(2)在转变过程中符合质量数和电荷数守恒规律2如何实现原子核的人工转变？常见的人工转变的核反应有哪些？答案(1)人为地用粒子、质子、中子或光子去轰击一些原子核，可以实现原子核的转变(2)常见的人工转变的核反应有：a卢瑟福发现质子：NHeOHb查德威克发现中子：BeHeCnc居里夫妇人工制造同位素：HeAlnPP具有放射性：PSie.知识梳理1核反应：利用天然放射性的高速粒子或利用人工加速的粒子去轰击原子核，以产生新的原子核，这个过程叫做核反应2核反应的实质：以基本粒子(粒子、质子、中子等)为“炮弹”去轰击原子核(靶核X)，从而促使原子核发生变化，生成了新原子核(Y)，并放出某一粒子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方程：NHeOH(2)1932年查德威克发现中子的核反应方程：BeHeCn(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方程：AlHePn；PSie.4人工转变核反应与衰变的比较(1)不同点原子核的人工转变，是一种核反应，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，在发生的过程中质量数与电荷数都守恒；反应前后粒子总动量守恒即学即用判断下列说法的正误(1)在核反应中，质量数守恒，电荷数守恒()(2)核反应是用粒子轰击原子核，利用粒子与原子核的碰撞将原子核打开()(3)卢瑟福利用粒子轰击铍并发现了中子()(4)原子核的人工转变，需要一定的装置和人为条件，不是原子核的自发变化()二、放射性同位素1同位素：具有相同质子数而中子数不同的原子，互称同位素2放射性同位素：具有放射性的同位素，叫做放射性同位素3约里奥居里夫妇在用粒子轰击铝箔时发现正电子的核反应方程为：AlHePn，PSie，其中P是P的一种放射性同位素三、放射性同位素的应用1利用放射性同位素放出的射线可进行探伤、消除静电、培育良种、治疗癌症2放射性同位素可以作为示踪原子3利用元素的半衰期可推断地层或古代文物的年代想一想医学上做射线治疗用的放射性元素，应用半衰期长的还是短的？为什么？答案半衰期短的因为半衰期短的放射性废料容易处理4放射线的危害及防护(1)射线具有很强的电离作用，但穿透能力很弱；(2)射线有较强的穿透能力，但电离作用较弱；(3)射线电离作用最小，穿透能力很强辐射防护的基本方法有：时间防护、距离防护和屏蔽防护即学即用判断下列说法的正误(1)放射性同位素P，既可以通过核反应人工获得，也可以从自然界中获得()(2)用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()一、核反应及核反应方程1核反应的条件用粒子、质子、中子，甚至用光子轰击原子核使原子核发生转变2核反应的规律质量数守恒，电荷数守恒3人工转变与衰变的比较(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例1完成下列核反应方程，并指出其中_是发现质子的核反应方程，_是发现中子的核反应方程(1)NnC_(2)NHeO_(3)Bn_He(4)BeHe_n(5)FeHCo_答案见解析解析(1)NnCH(2)NHeOH(3)BnLiHe(4)BeHeCn(5)FeHCon其中发现质子的核反应方程是(2)，发现中子的核反应方程是(4)书写核反应方程时要注意：(1)质量数守恒和电荷数守恒；(2)中间用箭头，不能写成等号；(3)核反应方程遵守质量数守恒而不是质量守恒，核反应过程中，一般会发生质量的变化二、放射性同位素及其应用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射线的穿透特性(2)农业应用射线使种子的遗传基因发生变异，杀死使食物腐败的细菌、抑制蔬菜发芽、延长保存期等(3)做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)医学上利用射线的高能量治疗癌症例2(多选)关于放射性同位素的应用，下列说法正确的是()A利用射线使空气电离，把静电荷导走B利用射线照射植物的种子，使产量显著增加C利用射线来治疗肺癌、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，作为示踪原子答案BD1用射线来测量厚度，一般不选取射线是因为其穿透能力太差，更多的是选取射线，也有部分选取射线的2给病人治疗癌症、培育优良品种、延长食物保存期一般选取射线3使用射线时安全是第一位的1卢瑟福通过实验首次实现了原子核的人工转变，其核反应方程为：HeNOH，下列说法错误的是()A卢瑟福通过该实验提出了原子核式结构模型B实验中是用粒子轰击氮核C卢瑟福通过该实验发现了质子D原子核在人工转变的过程中，电荷数一定守恒答案A解析卢瑟福用粒子轰击金箔散射的实验，提出了原子的核式结构模型，故A错误；用粒子轰击氮核首次实现了原子核的人工转变，并发现了质子，故B、C正确；核反应方程质量数和电荷数是守恒的，故D正确2(多选)关于放射性同位素，以下说法正确的是()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，不能用人工方法制得D以上说法均不对答案AB解析放射性同位素也具有放射性，半衰期也不受物理和化学因素的影响，衰变后形成新的原子核，选项A、B正确；大部分放射性同位素都是人工转变后获得的，C、D错误3下面列出的是一些核反应方程：PSiX，BeHBY，HeHeLiZ，其中()AX是质子，Y是中子，Z是正电子BX是正电子，Y是质子，Z是中子CX是中子，Y是正电子，Z是质子DX是正电子，Y是中子，Z是质子答案D解析依据核反应方程的两个基本规律：质量数守恒和电荷数守恒，即可得出选项D正确4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(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)示踪原子解析(1)因射线的电离作用，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)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，运动到了哪里，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一、选择题(15题为单选题，69题为多选题)1在下列四个核反应方程中，X1、X2、X3和X4各代表某种粒子HX1HenNHeOX2BeHeCX3 MgHeAlX4则以下判断中正确的是()AX1是质子 BX2是中子CX3是电子 DX4是质子答案D解析根据核反应的质量数和电荷数守恒知，X1为H，A错；X2为H，B错；X3为n，C错；X4为H，D对2用高能Kr轰击Pb，释放出一个中子后，生成了一个新核，关于新核的推断正确的是()A其质子数为122 B其质量数为294C其原子序数为118 D其中子数为90答案C解析核反应方程为82PbKrnX，新核质量数为293，质子数为118，中子数为293118175，故正确选项为C.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的作用是做示踪原子，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元素射线半衰期钋210138天氡2223.8天 元素射线半衰期锶9028年铀238、4.5109年某塑料公司生产聚乙烯薄膜，方法是让厚的聚乙烯膜通过轧辊把聚乙烯膜轧薄，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222 C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，因此射线不合适；另外，射线穿透作用还要受薄膜厚度影响，射线穿透作用最强，薄膜厚度不会影响射线穿透，所以只能选用射线，而氡222半衰期太短，所以只有锶90较合适5将威尔逊云室置于磁场中，一个静止在磁场中的放射性同位素原子核P，放出一个正电子后变成原子核Si，如图所示能近似地反映正电子和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qvBm，所以做匀速圆周运动的半径为r.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.可见正电子运动的圆半径较大6下列应用中把放射性同位素作为示踪原子的是()A射线探伤仪B利用含有放射性I的油，检测地下输油管的漏油情况C利用Co治疗肿瘤等疾病D把含有放射性元素的肥料施给农作物，用以检测确定农作物吸收养分的规律答案BD解析射线探伤仪利用了射线的穿透能力，所以选项A错误利用含有放射性I的油，可以记录油的运动踪迹，可以检查管道是否漏油，所以选项B正确利用Co治疗肿瘤等疾病，利用了射线的穿透能力和高能量，所以选项C错误把含有放射性元素的肥料施给农作物，可以记录放射性元素的踪迹，用以检测确定农作物吸收养分的规律，所以选项D正确7下列核反应或衰变方程中，符号“X”表示中子的是()A.BeHeCXB.HeOXC.HgnPt2HXD.UNpX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选项正确8一个质子以1.0107 m/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，则下列说法正确的是()A核反应方程为AlHSiB核反应方程为AlnSiC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核速度的数量级为105 m/s，即D选项正确，C选项错误9有关放射性同位素P的下列说法，正确的是()A.P与X互为同位素B.P与其同位素有相同的化学性质C用P制成化合物后它的半衰期变长D含有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答案BD解析同位素有相同的质子数，所以选项A错误；同位素有相同的化学性质，所以选项B正确；半衰期与元素属于化合物或单质没有关系，所以P制成化合物后它的半衰期不变，选项C错误；含有P的磷肥由于衰变，可记录磷的踪迹，所以选项D正确二、非选择题10在中子、质子、电子、正电子、粒子中选出一个适当的粒子，分别填在下列核反应方程的横线上(1)UTh_.(2)BeHeC_.(3)ThPa_.(4)PSi_.(5)U_SrXe10n.(6)NHeO_.答案(1)He(2)n(3)e(4)e(5)n(6)H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采用左下角(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92902，质量数为2382344，由此可知为粒子(He)，同理确定其他粒子分别为：中子(n)，电子(e)，正电子(e)，中子(n)，质子(H)11如图1所示是工厂利用射线自动控制铝板厚度的装置示意图图1(1)请简述自动控制的原理；(2)如果工厂生产的是厚度为2 mm的铝板，在、和三种射线中，哪一种对铝板的厚度控制起主要作用？为什么？答案见解析解析(1)射线具有穿透本领，如果向前移动的铝板的厚度有变化，则探测器接收到