2018_2019版高中物理第4章从原子核到夸克4.3让射线造福人类学案沪科版.docx

4.3让射线造福人类学习目标1.知道什么是放射性同位素以及获得放射性同位素的方法.2.了解探测射线的几种仪器和方法.3.知道放射性同位素的常见应用一、人工放射性同位素的发现导学探究第一种人工放射性同位素是如何发现的？常见的人工转变的核反应有哪些？答案(1)1934年，约里奥居里夫妇在用粒子轰击铝箔时，发现了一种具有放射性的新元素P，这种新元素能不断地放射出正电子，核反应方程为：HeAlPnPSie(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发现(1)1934年，约里奥居里夫妇发现经过粒子轰击的铝片中含有放射性磷P.(2)发现磷同位素的方程HeAlPn.3放射性同位素知多少天然放射性同位素只有几十种，而人们利用原子反应堆和加速器生产的放射性同位素已达2000多种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)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()二、探测射线的仪器和方法导学探究肉眼看不见射线，但是射线中的粒子与其他物质作用时的现象，会显示射线的存在阅读课本，举出一些探测射线的方法答案(1)射线使气体发生电离，使计数管电路中出现脉冲电流(2)射线使气体分子电离产生离子，过饱和汽以这些离子为核心凝结成一条雾迹(3)射线中的粒子使照相底片感光知识梳理1计数器(1)原理：计数器的主要部分是计数管射线进入管内，使管内气体发生一连串的电离，从而使计数管电路中出现一个相当强的脉冲电流(2)作用：记录粒子进入管的次数2云室(1)原理：射线使气体分子电离产生离子，过饱和汽以这些离子为核心凝结成一条雾迹(2)作用：显示粒子的径迹3乳胶照相(1)原理：高速运动的带电粒子能使照相底片感光(2)作用：记录粒子径迹即学即用判断下列说法的正误(1)计数器非常灵敏，不仅可以计数，还可以区分射线的种类()(2)云室可以显示粒子和粒子的径迹()(3)高速粒子在云室中的径迹又短又粗而且是弯曲的()三、射线的应用及防护知识梳理1射线的应用(1)作为射线源检查物体内部情况，检查产品的密度和厚度利用射线的生物效应，消灭害虫、杀菌消毒、治疗癌症等利用射线的化学效应，促进高分子化合物的聚合反应，以制造各种塑料或改善塑料的性能等(2)作为示踪原子一种元素的各种同位素具有相同的化学性质，而用放射性同位素制成的化合物，经历各种过程时会不断地放出射线，由此可以掌握它的踪迹2放射性污染及其防护(1)危害：过强的射线(包括电磁辐射)会对生物体造成危害(2)防护使用放射性物质时必须严格遵守操作规程，不准用手接触；废弃不用的放射性物质，应交有关部门处理，或者在指定地点深埋于地下，并远离水源特别要注意防止放射性物质对空气、水源和食品的污染即学即用判断下列说法的正误(1)现在用到射线时，既可以用人工放射性同位素，也可以用天然放射性物质()(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、对核反应方程的再认识例1完成下列核反应方程，并说明哪些属于人工转变核反应，哪些属于衰变，及人工转变核反应和衰变有什么不同(1)N()OH(2)BeHeC()(3)BHe()n(4)AlHeP()，PSi()(5)Lin()He(6)Co()Co(7)UTh()(8)ThPa()答案(1)N(He)OH，人工转变核反应(2)BeHeC(n)，人工转变核反应(3)BHe(N)n，人工转变核反应(4)AlHeP(n)，人工转变核反应PSi(e)，衰变(5)Lin(H)He，人工转变核反应(6)Co(n)Co，人工转变核反应(7)UTh(He)，衰变(8)ThPa(e)，衰变人工转变核反应和衰变的比较见总结提升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：人工转变核反应与衰变过程一样，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二、探测射线的仪器和方法1计数器当某种粒子经过管中时，管内气体分子电离，产生电子和正离子，这些电子到达阳极，正离子到达阴极，在外电路中产生一次脉冲放电，利用电子仪器可以把放电次数记录下来2云室(1)粒子显示的径迹直而清晰因为粒子带电荷量多，它的电离本领强，穿越云室时，在1cm路程上能使104对气体分子产生电离，过饱和酒精蒸气凝结在这些离子上，形成很清晰的径迹且由于粒子质量大，穿越云室时不易改变方向，所以显示的径迹很直(2)粒子显示的径迹粒子的质量小，跟气体碰撞时容易改变方向，并且电离本领小，沿途产生的离子少，所以高速粒子的径迹又细又直，低速粒子的径迹又短又粗而且是弯曲的(3)射线的电离本领很小，在云室中一般看不到它的径迹3乳胶照相高速粒子从胶片的乳胶层中通过时，会使其中的溴化银晶粒电离形成潜像，经显影和定影，便可显出粒子的径迹例2(多选)用计数器测定放射源的放射强度为每分钟404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放射源射出的是射线B放射源射出的是射线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天答案AC解析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射线，选项A正确，B错误；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，经过了两个半衰期，故半衰期是5天针对训练在云室中，关于放射源产生的射线径迹，下列说法中正确的是()A由于射线的能量大，容易显示其径迹B由于粒子的速度大，其径迹粗而且长C由于粒子的速度小，不易显示其径迹D由于粒子的电离作用强，其径迹直而清晰答案D解析在云室中显示粒子的径迹是由于粒子引起气体分子电离，电离作用强的粒子容易显示其径迹，因粒子质量较大，飞行时不易改变方向，所以粒子的径迹直而清晰，故只有D正确三、放射性同位素的应用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3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15O注入人体，参与人体的代谢过程.15O在人体内衰变放出正电子，正电子与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清晰的图像根据PET原理，回答下列问题：(1)写出15O的衰变和正负电子湮灭的方程式(2)将放射性同位素15O注入人体，15O的主要用途是()A利用它的射线B作为示踪原子C参与人体的代谢过程D有氧呼吸(3)PET中所选的放射性同位素的半衰期应(填“长”“短”或“长短均可”)答案(1)ONe，ee2(2)B(3)短解析(1)由题意得ONe，ee2.(2)将放射性同位素15O注入人体后，由于它能放出正电子，并能与人体内的负电子产生一对光子，从而被探测器探测到，所以它的用途是作为示踪原子，B正确(3)根据同位素的用途，为了减小对人体的伤害，半衰期应该短1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，也有部分是选取射线的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(探测射线的方法)用粒子照射充氮的云室，摄得如图1所示的照片，下列说法中正确的是()图1AA是粒子的径迹，B是质子的径迹，C是新核的径迹BB是粒子的径迹，A是质子的径迹，C是新核的径迹CC是粒子的径迹，A是质子的径迹，B是新核的径迹DB是粒子的径迹，C是质子的径迹，A是新核的径迹答案D解析粒子的径迹是沿入射方向的生成的新核径迹的特点是粗而短，根据以上特点可判断D正确2(放射性同位素的应用)(多选)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3(核反应方程)以下是物理学史上3个著名的核反应方程：xLi2y；yNxO；yBezCx、y和z是3种不同的粒子，其中z是()A粒子B质子C中子D电子答案C解析把前两个方程化简，消去x，可知y是He，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n.因此选项C正确4(放射性同位素的应用)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几十种，而今天人工制造的放射性同位素已达2000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等许多方面得到了广泛的应用(1)带电的验电器在放射线的照射下电荷会很快消失，其原因是()A射线的穿透作用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)图2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、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图2(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的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)(3)示踪原子解析(1)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，从而使验电器所带电荷消失(2)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，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的结晶，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作这种用途的放射性同位素叫做示踪原子一、选择题考点一射线的探测及应用1利用云室探测射线时能观察到短粗而弯曲的径迹，则下列说法正确的是()A可知有射线射入云室中B可知是射线射入云室中C观察到的是射线粒子的运动D观察到的是射线粒子运动路径上的酒精雾滴答案D解析因为云室中观察到的短粗而弯曲的径迹是射线的径迹，A、B选项均错误；射线粒子的运动肉眼是观察不到的，观察到的是酒精的过饱和蒸气在射线粒子运动路径上形成的雾滴，C选项错误，D选项正确2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3关于放射性同位素的应用，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利用射线的穿透性可以为金属探伤，也能进行人体的透视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解析利用放射线消除有害静电是利用放射线的电离作用，使空气分子电离成为导体，将静电消除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良品种用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.4(多选)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与其同位素具有相同的化学性质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；同位素具有相同的化学性质，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5(多选)下列说法正确的是()A通过核反应可以人工制造放射性同位素B现在用的射线都是利用的人工放射性同位素C人工制造的放射性同位素发出的射线对人体无害D人工制造的放射性同位素半衰期短，因此放射性废料容易处理答案ABD考点二核反应方程6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7(多选)下列核反应或衰变方程中，符号“X”表示中子的是()A.BeHeCXB.NHeOXC.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选项正确考点三核反应方程的综合应用8(多选)静止在匀强磁场中的某放射性元素的核，放出的一个粒子和反冲核轨道半径之比Rr301，如图1所示，则()图1A粒子与反冲核的动量大小相等，方向相反B反冲核的原子序数为62C原来放射性元素的原子序数为62D反冲核与粒子的速度之比为162答案AC解析由动量守恒得Mvmv0，其中Mv为反冲核动量，mv为粒子的动量，则粒子与反冲核的动量大小相等、方向相反设Q为原来放射性元素的原子核的电荷数，则反冲核的电荷数为Q2，粒子电荷数为2.反冲核的轨道半径r，粒子的轨道半径R；又Rr301，联立可得Q62，故A、C正确