2020新教科版高中物理选修3-5第3章2放射性衰变3放射性的应用危害与防护学案01

1、1.定义-1 -2.放射性 衰变 3 .放射性的应用、危害与防护学习目标1.知道什么是放射性及放射性元素.(重点)2.知道三种射线的本质和特性.(重点、难点)3.知道原子核的衰变和衰变规律.(重点)4.知道什么是半衰期.(重点)5.知道三种射线的特性及应用，知道放射性同位素，在工、农业及医学领域的应用.(重点、难点)6.知道放射性对人类和自然产生的严重危害，了解防护放射性危害的措施.(重点)自主预习探新别-匚i知识梳理口一、天然放射性和衰变1 天然放射现象的发现(1) 天然放射现象：物质能自发地放出射线的现象.(2) 放射性：物质放出射线的性质，叫作放射性.(3) 放射性元素：具有放射性的元素

2、，叫作放射性元素.(4) 天然放射现象的发现：1896 年，法国物理学家贝克勒尔发现了天然放射现象.2 .三种射线如图所示，让放射线通过强磁场，在磁场的作用下，放射线能分成3 束，这表明有 3 种射线，且它们电性不同带正电的射线向左偏转，为a射线；带负电的射线向右偏转，为3射线；不发生偏转的射线不带电，为 丫射线.3 .放射性衰变(1) 定义：放射性元素自发地蜕变为另一种元素，同时放出射线，这种现象叫作放射性衰变.(2) 衰变形式：常见的衰变有两种，放出a粒子的衰变为a衰变，放岀3粒子的衰变为3衰变，而丫射线是伴随a射线或3射线产生的.(3) 衰变规律1a衰变：ZX；He+ Y.23衰变：ZX

3、-(0e +Z+1Y.-2 -在衰变过程中，电荷数和质量数都守恒_二、半衰期-3 -放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间.2 决定因素放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系.不同的放射性元素，半衰期不同.3 .应用利用半衰期非常稳定这一特点，可以测量其衰变程度、推断时间.三、放射性的应用、危害与防护1.放射性的应用(1) 利用射线的特性1利用a射线的电离作用很强，用以消除(中和)因摩擦积累的静电.2利用3射线穿过薄物或经过薄物反射时，由透射或反射的衰减程度来测定薄物的厚度 和密度.3利用丫射线的穿透能力可以进行金属探伤，还可利用丫射线进行培

4、育优良品种、放射治疗等.(2) 作为示踪原子：放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质，通过探测放射性 同位素的射线确定其位置.(3) 利用衰变特性：利用天然放射性元素的半衰期可以估测文物、化石的年代，勘探矿藏 等.2 放射性的危害与防护(1) 放射线的主要来源1天然放射线的来源：来自地壳表面的天然放射性元素和空气中的氡等产生的放射线； 来自空间的宇宙射线.2人工放射线的来源：医疗放射，核动力和核武器试验中的放射线.(2) 放射线的危害放射线对人体组织造成伤害，导致细胞损伤，破坏人体DNA 的分子结构大剂量的放射性射线导致畸形、肿瘤、生育功能损伤等.(3) 防止的基本方法1距离防护2时间防

5、护3屏蔽防护4仪器监测-4 -基础自测J1.正误判断(正确的打“V”，错误的打“x”)(1)放射性元素的放射性都是自发的现象.(V)-5 -（2）a 射线是由高速运动的氦核组成的，其运行速度接近光速.（3）原子核发生a衰变时，核的质子数减少 2，而质量数减少 4.（4）半衰期可以表示放射性元素衰变的快慢.（5）用放射性同位素代替非放射性的同位素来制成各种化合物做“示踪原子”.（V）医疗照射是利用放射性，对人和环境没有影响.（X）2 .（多选）天然放射性物质的放射线包括三种成分，下列说法正确的是（）A.张厚的黑纸能挡住a射线，但不能挡住3射线和丫射线B.某原子核在放出丫射线后会变成另一种元素的原

6、子核C. 三种射线中丫射线的穿透能力最强D.3粒子是电子，但不是原来绕核旋转的核外电子ACD 由三种射线的本质和特点可知，a射线穿透本领最弱，一张黑纸都能挡住，而挡不住3射线和丫射线，故 A 正确；丫射线是一种波长很短的光子，不会使原核变成新核， 三种射线中丫射线的穿透能力最强，故 C 正确，B 错误；3粒子是电子，来源于原子核，故 D 正确.3.（多选）原子核2938U 经放射性衰变变为原子核 瓷 Th，继而经放射性衰变变为原子核23Pa,再经放射性衰变变为原子核234U.下列选项正确的是（）不变，说明为3衰变，中子转化成质子.4.（多选）对放射性的应用和防护，下列说法正确的是（）A.放射线

7、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. 对放射性的废料，要装入特制的容器并埋入深地层进行处理C. 丫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BCD 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错误；正因为放射线具有伤害作用，选项B C、D 均是正确的.(X)(V)(V)238.ABC 92U290Th，质量数少 4,电荷数少 2，说明为r 234”234Da衰变.9oTh9iPa,质子数加 1,质量数不变，说明为3衰变，中子转化成质子2349iPa竺U,质子数加1，

8、质量数-6 -合作探究竺点! _三种射线的性质及衰变的规律1.a、3、丫射线性质、特征比较-7 -射线种类组成速度贯穿本领电离作用a射线a粒子是氦原子核；He1约一c10很小，一张薄纸就能挡住很强3射线3粒子是咼速电子流：0e接近c很大，能穿过几毫米厚的铝 板较弱Y射线波长很短的电磁波等于c最大，能穿过几厘米厚的铅 板很小2 .三种射线在电场、磁场中偏转情况的比较3 衰变(1) 衰变方程1a衰变：AXZ：2丫+；He23衰变：ZXzJAiY+:ie(2)a衰变和3衰变的实质1a衰变：2in + 214He1 1 023衰变：on1H+:1e(3) 衰变次数的计算方法设放射性元素ZX 经过n次a

9、衰变和m次3衰变后，变成稳定的新元素Z：Y,则衰变方程为A,A40ZXzY+n2He+n:1e根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程A=A+ 4n,Z=Z+ 2n：mA：AA：A以上两式联立解得n=4,n +Z：Z【例 1】 如图所示，R是一种放射性物质，虚线框内是匀强磁场，LL是厚纸板，MN是 荧光屏，实验时，发现在荧光屏的O P两点处有亮斑，由此可知磁场的方向、到达O点的射 线种类、到达P点的射线种类应属于下表中的()(1)在匀强磁场中， a 射线偏转半径较大, 所示.3射线偏转半径较小，丫射线不偏转，如图(2)在匀强电场中,射线偏离较小，3射线偏离较大，丫射线不偏离，如图所示.-8 -选项磁

10、场方向到达0点的射线到达P点的射线A竖直向上3aB竖直向下a3C垂直纸面向里Y3D垂直纸面向外Ya思路点拨解答此题应注意以下两点：(1) 能够穿过厚纸板的只有B和丫射线，a 射线无法穿过.(2) 丫射线不偏转，3射线在磁场中的偏转情况符合左手定则.C R放射出来的射线共有a、3、丫三种，其中a、3射线垂直于磁场方向进入磁场 区域时将受到洛伦兹力作用，丫射线不偏转，故打在0点的应为丫射线；由于a射线贯穿本领弱，不能射穿厚纸板，故到达P点的应是3射线；依据3射线的偏转方向及左手定则可知磁场方向垂直纸面向里.规 H*方因三种射线的比较方法(1) 知道三种射线带电的性质，a射线带正电、3射线带负电、丫

11、射线不带电.a、3是实物粒子，而 丫射线是光子流，属于电磁波的一种.(2) 在电场或磁场中，通过其受力及运动轨迹半径的大小来判断a和3射线，由于丫射线不带电，故运动轨迹仍为直线.(3)a射线穿透能力较弱，3射线穿透能力较强，Y射线穿透能力最强.越针对训练1.如图所示，放射性元素镭释放出场中，其中是a射线，+ +f _+、I+解析由放射现象中a射线带正电,3、丫三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁是磁场中的偏转可知是 丫射线，是a射线.-9 -10 -答案、【例 2】 Uu 核经一系列的衰变后变为28!2Pb核，问:(1) 一共经过几次a衰变和几次3衰变？(2)206Pb 与2SU相比，质子数和中

12、子数各少了多少?(3)综合写出这一衰变过程的方程.解析(1)设92U 衰变为82Pb 经过x次a衰变和y次3衰变.由质量数守恒和电荷数守恒可得238= 206 + 4x92= 82 + 2xy联立解得x= 8,y= 6即一共经过 8 次a衰变和 6 次3衰变.衰变方程为2938UR205Pb+ 8；He+ 6-0e答案(1)8 次a衰变和 6 次3衰变 (2)10222382064092U82Pb+ &He+ 6 1e规什方法衰变次数的判断方法(1) 衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒.(2) 每发生一次a衰变质子数、中子数均减少2.(3) 每发生一次3衰变中子数减少 1,质子数增加

13、1.働针对训练2 原子序数大于或等于 83 的所有元素，都能自发地放出射线这些射线共有三种：a射线、3射线和丫射线.下列说法中正确的是()A. 原子核每放出一个a粒子，原子序数减少 4B. 原子核每放出一个a粒子，原子序数增加 4C. 原子核每放出一个3粒子，原子序数减少 1D. 原子核放出丫射线时，原子序数不变D 发生一次a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3衰变，核电荷数、原子序数增加1 , 丫射线是光子.(2)由于每发生一次a衰变质子数和中子数均减少2,每发生一次3衰变中子数减少1,而质子数增加1，故206Pb 较质子数少 10,中子数少 22.-11 -

14、/- _-12 -有关半衰期的两点提醒(1)半衰期是指放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间而不是样本质量减少一半的时间.经过n个半衰期，剩余核”剩=寺N总.越针对训练3.碘 131 核不稳定，会发生3衰变，其半衰变期为 8 天.(1)碘 131 核的衰变方程：15?1iT_(衰变后的元素用X 表示).经过_ 天 75%勺碘 131 核发生了衰变.-/7n t.i* _. . .131.131、”0解析(1)53IT54X+- 1e(2)75%的碘发生了衰变，即 25%勺未衰变.2即 m=25%=1=(2)对半衰期的理解及有关计算1.对半衰期的理解：半衰期表示放射性元素衰变的快慢.tt1T

15、,1余=mf余、m余表示衰变后的尚未发生衰变的原子数和质量，t表示衰变时间，T表示半衰期.2 .半衰期公式：”余=N原T式中N原、mo表示衰变前的原子数和质量，N3 适用条件：半衰期是一个统计概念，是对大量的原子核衰变规律的总结，对于一个特定的原子核，无法确定其何时发生衰变，半衰期只适用于大量的原子核.【例 3】 放射性元素氡(HRn)经a衰变成为钋(24Po)，半衰期约为 3.8 天，但勘测表明,经过漫长的地质年代后，目前地壳中仍存在天然的含有放射性元素86Rn 的矿石，其原因是222A.目前地壳中的86Rn 主要来自于其他放射性元素的衰变B.在地球形成的初期，地壳中元素2862Rn 的含量

16、足够高c.当衰变产物214Po 积累到一定量以后，2：Po 的增加会减慢D.2SRn 主要存在于地球深处的矿石中，温度和压力改变了它的半衰期2SRn的衰变进A 元素半衰期的长短由原子核自身因素决定，与原子所处的物理、化学状态以及周围环境、温度无关，C、D 错；即使元素氡的含量足够高，经过漫长的地质年代，地壳中也几乎没有氡了，一定是来自于其他放射性元素的衰变，故A 对，B 错.-13 -共经历了两个半衰期即16 天.答案黔T15；x+ ?e (2)16具有放射性的同位素，叫作放射性同位素天然存在的放射性元素只有四十多种，但用人工方法得到的放射性同位素有一千多种与天然放射性物质相比，人造放射性同位

17、素的放 射强度容易控制，还可以制成各种所需的形状.2 放射性同位素的应用(1) 利用放射性同位素放出的射线1探伤：射线穿透金属部件时，如果遇到砂眼、裂痕等伤痕，接收到的射线将与正常处 不同，因此可利用放射性同位素放出射线探伤.2测厚： 射线穿透某些物质的本领与物质的厚度、 密度有关， 因此可用射线来检查某些 产品的厚度，技术上可用作自动控制.3利用射线电离能力，可以使空气电离，除去纺织车间的静电，或制成报警器.辐照：利用射线照射，可以杀死癌细胞，用以治病；用射线照射植物，引起植物变异，用以育种等.(2) 做示踪原子由于放射性同位素跟同种元素的非放射性同位素具有相同的化学性质，如果在某种元素里掺

18、进一些放射性同位素， 那么元素无论走到哪里，它的放射性同位素也经过同样的过程.而放射性元素不断地放出射线，再用仪器探测这些射线，即可知道元素的行踪，这种用途的放 射性同位素叫示踪原子.3 人工放射性同位素的优点(1) 资源丰富，天然放射性元素不过40 多种，但人工放射性同位素已达1 000 多种，目前每种元素都有了自己的放射性同位素.(2) 和天然放射性物质相比，人工放射性同位素的放射强度容易控制，还可以制成各种所需的不同形状，特别是，它的半衰期比天然放射性物质短得多，因此放射性废料容易处理.由于这些优点，所以在生产和科研中凡是用到射线时，用的都是人工放射性同位素，而不用天 然放射性物质.【例

19、 4】 关于放射性同位素的应用，下列说法正确的是()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. 利用丫射线的贯穿性可以为金属探伤，也能进行人体透视-14 -C. 用放射线照射作物种子使其 DNA 发生变异，其结果一定是更优良的品种D. 用丫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，将静电导出，A 错误；丫射线对人体细胞伤害太大，不能用来进行人体透视，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，C 错误；用丫射线治疗肿瘤

20、对人体肯定有副作用，因此要科学地控制剂量，D 正确.现 H*衣梏放射性同位素的应用技巧(1) 用射线来测量厚度，一般不选取a射线是因为其穿透能力太差，更多的是选取丫射线，也有部分选取3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丫射线.(3) 使用放射线时安全是第一位的.働针对训练4.下列说法正确的是()A. 给农作物施肥时，在肥料里放一些放射性同位素，是因为农作物吸收放射性同位素后 生长更好B. 输油管道漏油时，可以在输的油中放一些放射性同位素探测其射线，确定漏油位置C. 天然放射元素也可以作为示踪原子加以利用，只是较少，经济上不划算D. 放射性元素被植物吸收，其放射

21、性将发生改变B 放射性元素与它的同位素的化学性质相同，但是利用放射性元素可以确定农作物在 各季节吸收含有哪种元素的肥料.无论植物吸收含放射性元素的肥料，还是无放射性肥料，植物生长是相同的.A 错；放射性同位素，含量易控制，衰变周期短，不会对环境造成永久污 染，而天然放射性元素，剂量不易控制、衰变周期长、会污染环境，所以不用天然放射元素， C 错；放射性是原子核本身的性质，与元素的状态、组成等无关，D 错；放射性同位素可作为示踪原子，故 B 正确.课堂小结知识网络-15 -1. 天然放射性的概念及三种 射线的特点2. 衰变规律及衰变方程的书写3. 半衰期的定义及相关计算.4. 放射性的应用及防护

22、.当堂达标)AN?-ANiHl；AN(；lI1.（多选）关于天然放射现象和对放射性的研究，下列说法正确的是（）A.a射线和3射线在电场或磁场中偏转说明它们是带电粒子B. 原子核不是单一的粒子C. 丫射线一定伴随a射线或3射线而产生D. 任何放射性元素都能同时发出三种射线AB 带电粒子以一定的初速度垂直进入电场或磁场能发生偏转，a射线和3射线能在电场或磁场中偏转说明它们是带电粒子，故A 正确；放射现象说明原子核的可变性，即原子核不是单一粒子，具有复杂的结构，故选项 B 正确；丫射线是原子核在发射a射线或3射 线时多余的能量以丫射线的形式产生的辐射，因此丫射线是伴随（不是一定伴随）a射线或3射线而放出的，故 C D 错误.14142 .（多选）C 发生放射性衰变成为N,