高中物理第四章原子核 4.3 放射性同位素教学案粤教版选修3-5.doc

由天下分享时间：2024/11/20 12:31:14 加入收藏我要投稿点赞

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α粒子轰击氮核而发现质子的核反应方程

(2)查德威克用α粒子轰击铍从而发现中子的核反应方程

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α粒子轰击铝箔时发现正电子的核反应方程为：

2713

Al＋2He→15P＋0n，15P→14Si＋＋1e＋ν，其中15P是15P的一种放射性同位素．

43013030 03031

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γ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)α射线具有很强的电离作用，但穿透能力很弱； (2)β射线有较强的穿透能力，但电离作用较弱； (3)γ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：

(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) 5B＋2He―→ 7N＋0n (2)4Be＋2He―→ 6C＋0n

此核反应使查德威克首次发现了中子． (3)13Al＋0n―→12Mg＋1H (4) 7N＋2He―→ 8O＋1H

此核反应使卢瑟福首次发现了质子． (5)11Na＋1H―→11Na＋1H (6)13Al＋2He―→0n＋15P；

3015

P―→14Si＋＋1e(正电子)

30 0

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

1417x＋73Li→2y y＋ 7N→x＋ 8O(和其它核反应方程的箭头相同) 12y＋94Be→z＋ 6C

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．电子答案 C

解析把前两个方程化简，消去x，即 7N＋3Li→y＋ 8O，可见y是2He，结合第三个方程，根据电荷数守恒和质量数守恒可知z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

(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

114

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．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是利用了γ射线的穿透性；C是利用了γ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.

核反应方程

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.4Be＋2He―→ 6C＋X B. 7N＋2He―→ 8O＋X C. 80Hg＋0n―→ 78Pt＋21H＋X D. 92U―→ 93Np＋X 答案 AC

2．一质子束射入到静止靶核13Al上，产生如下核反应：

P＋13Al―→X＋n式中P代表质子，n代表中子，X代表核反应产生的新核．由反应式可知，新核X的质子数为____________，中子数为________．

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202

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1＋13－0＝14，质量数为1＋27－1＝27，所以中子数＝27－14＝13.

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 78Pt.制取过程如下：(1)用质子轰击铍靶4Be产生快中子；(2)用快中子轰击汞 80Hg，反应过程可能有两种：①生成 78Pt，放出氦原子核；②生成 78Pt，同时放出质子、中子．(3)生成的铂 78Pt发生两次衰变，变成稳定的原子核汞 80 Hg.写出上述核反应方程．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)4Be＋1H―→5B＋0n. (2)① 80Hg＋0n―→ 78Pt＋2He； ② 80Hg＋0n―→ 78Pt＋21H＋0n.

(3) 78Pt―→ 79Au＋－1e， 79Au―→ 80Hg＋－1e.(或202 78Pt→202 80Hg＋2－1e)

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 C．射线的物理、化学作用

B．射线的电离作用 D．以上三个选项都不是

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(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．

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C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．