2017-2018学年高中创新设计物理粤教版选修3-5学案：4-3放射性同位素

1、第三节放射性同位素 目标定位 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 .4.知道放射线的危害及防护一、核反应1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反应能在核反应过程中， 原子核的质量数和电荷数会发生变化，同时伴随着能量的释放或吸收，所放出或吸收的能量叫做反应能3遵循规律：质量数和电荷数总是守恒的4发现质子和中子的核反应方程(1)卢瑟福用 粒子轰击氮核而发现质子的核反应方程(2)查德威克用 粒子轰击铍从而发现中子的核反应方程二、放射性

2、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：2743013030Si0e ，其中3031Al HeP n，P141P 是P 的一种放射性同位素132150151515三、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

3、) 射线具有很强的电离作用，但穿透能力很弱；第 1页(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预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中问题 1问题 2问题 3一、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：(2)1932 年查德威克发现中子的核反应：(3)1934 年约里奥 居里夫妇发现

4、放射性同位素和正电子的核反应：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 1】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、中子和正电子的解析(1)1041315B2 70nHeN(2)94Be 42He126C10n此核反应使查德威克首次发现了中子(3)2713Al 01n 2712Mg 11H第 2页(4)144171H7NHeO281此核反应使卢瑟福首次发现了质子

5、232241(5)11Na 1H11Na1H(6)27413013Al 2 He 0n15P；30300e(正电子 )PSi11514此核反应使约里奥 居里夫妇首次发现了正电子借题发挥书写核反应方程的四条重要原则(1)质量数守恒和电荷数守恒；(2)中间用箭头，不能写成等号；(3)能量守恒 (中学阶段不做要求 )；(4)核反应必须是实验中能够发生的针对训练 1以下是物理学史上3 个著名的核反应方程71417x3Li 2yy 7N x 8O(和其它核反应方程的箭头相同 )9Bez12yC46x、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147

6、174，结合第把前两个方程化简，消去 x，即 73Li 8 ，可见y是 2NyOHe三个方程，根据电荷数守恒和质量数守恒可知1z 是中子 0n.因此选项 C 正确二、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第 3页(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，杀死腐败细菌、抑制发芽、延长保质期等(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

7、：利用 r 射线的高能量治疗癌症【例 2】(多选 )下列哪些应用是把放射性同位素作为示踪原子的()A 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 是利用了 射线的穿透性； C 是利用了 射线的生物作用； 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 2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

8、摩擦而生电，从而达到消除有害静电的目的B利用 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 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； 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第 4页出优良品种，选项C 错误；利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，选项D 正确 .核反应方程1(多选 )下列

9、核反应或核衰变方程中，符号“ X”表示中子的是 ()A.94124Be 2He6CX14417B.7N 2He8OX20412021C.Hg nPt2 HX800781239 239D. 92U 93NpX答案AC272一质子束射入到静止靶核 13Al 上，产生如下核反应：27式中 P 代表质子， n 代表中子， X代表核反应产生的新核由PAl X n13反应式可知，新核X 的质子数为 _，中子数为 _答案14 13解析根据核反应过程电荷数守恒和质量数守恒，新核X 的质子数为 1130 14，质量数为 1 27127，所以中子数 271413.31993 年，中国科学院上海原子核研究所制得了一

10、种新的铂元素的同位素20278Pt.9204制取过程如下： (1)用质子轰击铍靶 480Be 产生快中子； (2)用快中子轰击汞Hg，反应过程可能有两种： 生成 20278Pt，放出氦原子核； 生成 20278Pt，同时放出质子、202发生两次衰变，变成稳定的原子核汞202写出上述核中子 (3)生成的铂 7880PtHg.反应方程答案见解析解析根据质量数守恒、 电荷数守恒， 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)91914Be 1H 5B 0n.(2) 20480Hg 10n20278Pt 32He；204120211n.Hg nPt2 H8007810第 5页20220

11、2020220200(3) PtAu e，Au Hg1e.(或 202 78Pt202 80Hg2 e)7879179801放射性同位素的应用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(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

12、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 1(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) (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) 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

13、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第 6页去，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 )题组一放射性同位素的应用1一放射源放射出某种或多种射线，当用一张薄纸放在放射源的前面时，

14、强度1减为原来的 3，而当用 1 cm 厚的铝片放在放射源前时，射线的强度减小为零由此可知，该放射源所射出的 ()A仅是 射线B仅是 射线C是 射线和 射线D是 射线和 射线答案C解析三种射线中，射线穿透本领最强，能穿透几厘米厚的铝板， 本题中用 1 cm厚的铝片即能挡住射线，说明射线中不含射线，用薄纸便可挡住部分射线，说明射线中含有贯穿本领较小的射线，同时有大部分射线穿过薄纸，说明含有射线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 14

15、C 标记 C60 来查明元素的行踪，因此14C 的作用是作示踪原子，故选项 A 正确303(多选 )有关放射性同位素 15P 的下列说法中，正确的是 ()3030A. 15P 与14X 互为同位素B.3015P 与其同位素有相同的化学性质第 7页30C用 15P 制成化合物后它的半衰期变长D含有 3015P 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 3015P 制成化合物后它的半衰期不变，所以选项 C 错误；含有 3015P 的磷肥由于衰变，可

16、记录磷的踪迹，所以选项D 正确4(多选 )近几年，我国北京、上海、山东、洛阳、广州等地引进了十多台刀，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 刀治疗时不用麻醉，病人清醒，时间短，半个小时内完成手术，无须住院，因而 刀被誉为“神刀”据报道，我国自己研究的旋式刀性能更好，将进入各大医院为患者服务 刀治疗脑肿瘤主要是利用()A 射线具有很强的贯穿本领B射线具有很强的电离作用C 射线具有很高的能量D 射线能很容易地绕过障碍物到达目的地答案AC5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

17、210138 天氡 2223.8 天锶 9028 年铀 238、4.5 109 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 210B氡 222C锶 90D铀 238第 8页答案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，铀 238 半衰期太长，所以只有锶90 较合适题组二核反应方程6在下列四个核反应方程中， X 1、X2、X 3 和 X4

18、各代表某种粒子341144172 11 20n72He8O XHXHe N941224427 4Be 2He 6CX 312Mg2He13Al X 4则以下判断中正确的是 ()A X1 是质子BX 2 是中子C X3 是电子DX 4 是质子答案D解析根据核反应的质量数和电荷数守恒知， X12H，A错；X21，B错；为1为1H11X3 为0n， C 错； X 4 为1H，D 对7用中子轰击氧原子核的核反应方程式为的判断正确的是 ()A X 代表中子， a17，b1BX 代表电子， a17，b 1C X 代表正电子， a 17，b1D X 代表质子， a17，b1答案C161a08O 0n 7N

19、bX ，对式中X 、a、b解析根据质量数、电荷数守恒可知a 17，b1，因此 X 可表示为01e，为正电子，故 C 项正确8贝可勒尔在 120 年前首先发现了天然放射现象，如今原子核的放射性在众多领域中有着广泛应用下列属于放射性衰变的是()14140A. 6C 7N 1e第 9页11B235 92U0n 131 53I103 39Y20nC.21H31H42He10n427301D.2He13Al 15P0n答案A解析原子核自发地放出某种粒子而转变为新核的变化叫作原子核的衰变，只有选项 A 符合；选项 B 是核裂变反应选项D 是人工核转变反应，选项C 是核聚变反应9放射性元素 21084Po

20、衰变为 20682Pb，此衰变过程的核反应方程是_；用此衰19的氖 (Ne)元素和另一种粒子，变过程中发出的射线轰击 9F，可得到质量数为 22此核反应过程的方程是 _答案210206484Po 82Pb2He24He 199F 1022Ne11H解析根据衰变规律，此衰变过程的核反应方程是21084Po20682Pb24He.用 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419221是： 2He 9F10Ne1H.题组三综合应用3010在磁场中，一个静止在磁场中的放射性同位素原子核15P，放出一个正电子后变成原子核 1430Si，如图所示能近似反

21、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v2mv供向心力，即 qvBm r .所以做匀速圆周运动的半径为rqB .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 eqSi14qe1.可见正电子运动的圆半径较大r Si第 10 页111934 年，约里奥 居里夫妇在用 粒子轰击铝箔时，除了测到预料中的中子外，还探测到了正电子 正电子的质量跟电子的质量相同， 带一个