4　放射性的应用与防护课堂实录【3】

19.4《放射性的应用与防护》教学设计

授课人：陈泽安

一、

教材分析

本章的主要内容为两个方面：有关原子核的知识，有关核能的开发与利用的知识。前者涉及原子核的组成、核力与结合能、核反应、衰变和半衰期、裂变和聚变等，后者则包括放射性同位素和核能的开发与利用。本节的内容是放射性的应用与防护，属于后者。

本节是在学习了原子核的组成、放射性元素的衰变等知识后出现的，着重介绍了放射性同位素的人工转变，列举了大量放射性同位素的应用实例，与生活联系紧密。

二、学情分析

本节的上一节知识是原子核的衰变和探测射线的方法，学生已经学习了原子核衰变时电荷数、质量数都守恒的规律，知道了放射性元素的半衰期。但没有意识到原子核的衰变是原子核的自发变化，不清楚能否通过人工的方法来控制原子核的变化。学生误认为生活中的放射性都是有害的，没有认识到放射性对人类有利的一面。同时也缺少放射性防护的一些基本常识。本节的下一节知识是核能的计算，正确的书写核反应方程是下面质量亏损计算与核能计算的前提。教学时通过讨论让学生学会正确书写核反应方程，通过阅读资料讨论交流的过程，让学生明晰放射性应用的原理，知道放射性防护的初步知识，了解生活中减少放射性危害的一些做法。

三、教学目标

知识与技能：

1.能说出什么是核反应，会写出人工转变方程；

2.能说出什么是放射性同位素，人造和天然放射性物质的主要不同点；

3.了解放射性在生产和科学领域的应用；

4.知道放射性污染及其对人类和自然产生的严重危害，了解防范放射线的措施，建立防范意识。

过程与方法：

渗透和安全地开发利用自然资源的教育。

情感态度与价值观：

培养学生收集信息、应用已有知识、处理加工信息、探求新知识的能力。

四、教学重点和难点

教学重难点：人工转变的两个核反应方程及反应过程中遵循的规律。

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五、教学过程

展示学习目标：

1、知道什么是核反应，会写出人工转变方程

2、知道什么是放射性同位素，人造和天然放射性物质的主要不同点

3、了解放射性在生产和科学领域的应用

4、知道放射性污染及其对人类和自然产生的严重危害，了解防范放射线的措施，建立防范意识

设计意图：让学生知道这一节课的主要内容，唤起学生的有意注意,明确学习任务。

知识回顾：

1、α衰变

用衰变方程式来表示：2、β衰变

用衰变方程式来表示：0n→1H＋-1e β射线的实质就是高速运动的电子流。

γ射线是一种电磁波。

3、衰变方程式遵守的规律：（1）质量数守恒；（2）核电荷数守恒

三种射线在磁场中的运动轨迹不同。

新课引入：

前面已经学习了核反应的一种形式：衰变。衰变是原子核的自发变化，科学家更希望人工控制原子核的变化。本节课我们要学习核反应的另一种形式：人工转变以及人工转变产生的放射性同位素的应用和核辐射的防护。

新课教学：

一、核反应

卢瑟福在实验中发现，往容器Ｃ中通入氮气后，在荧光屏Ｓ上出现了闪光，用α粒子击中氮核而使该核发生变化放出氧17。卢瑟福通过人工方法实现了原子核的转变，人类第一次打开了原子核的大门。卢瑟福用α粒子轰击氮核，生成质子和氧17。第一次实现了原子核的人工转变。

核反应方程：7N2He8O1H

14417111023892U→23490Th+2He 4α射线的实质就是高速运动的氦核流。

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问题1：什么是核反应？

核反应：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程。

用α粒子、质子、中子等去轰击其它元素的原子核，也都产生类似的转变，并产生质子，说明质子是各种原子核里都有的成分，质子是人类继电子、光子后发现的第三个基本粒子。为了认定新粒子，把新粒子引进电场和磁场，卢瑟福测出了它的质量和电量，确认与氢核相同：带有一个单位的正电量，质量是电子质量的1800多倍。卢瑟福把它叫做质子，质子的符号是 p 注意：

（1）核反应中质量数与电荷数守恒

（2）核反应是原子核的变化，化学反应是核外电子的变化

阅读材料：

1930年，德国科学家玻特和贝克用α粒子轰击元素铍核，发现铍核没射出质子，而放出了一种新的射线（铍辐射）。这种射线几乎不能使气体电离，在电场和磁场中也不发生偏转，是不带电的，射线的贯穿能力强，他们认为这是γ射线。经检测，射线的能量在10ＭeV左右，远大于天然放射物质衰变时发出的γ射线的能量。

1931年，约里奥夫妇重复了玻特和贝克的实验，并用这种未知射线（铍辐射）去轰击石蜡。结果竟从中打出能量约5.7 MeV的质子。这是异常惊人的新发现，因为其行为完全不同于γ射线，γ射线只能打出电子而打不出质子，γ光子的质量近乎0，电子也很轻，光子撞击电子，使它动起来是合乎常理的，但质子质量是电子的1800倍，一颗子弹怎么能撞动一辆汽车呢？如果认为轰击石蜡的射线是γ射线，那么光子的能量应达55 MeV，这与实际测得的射线能量10 MeV相去甚远。

可惜的是，他们擦肩而过，无缘相识。面对55 MeV与10 MeV的矛盾，他们还是十分牵强地解释为其它的原因，并于1932年１月11日向巴黎科学院提交了实验情况和对未知射线判定为γ射线的结论。

1932年１月底，查得威克得到这一论文，约里奥夫妇的实验使他心跳，他认为约里奥夫妇的结论肯定有误，违反能量守恒啊！他敏感到这很可能是导师卢瑟福预言、自己苦苦寻找了12年的中子。他决定用云室的方法探测射线的速度和质量。

他先测出射线的速度不到光速的十分之一，排除了是γ射线的可能，又用弹性碰撞动量守恒的方法测出不带电粒子的质量与质子质量差不多。他还确定这不带电的粒子不可能是由质子和电子组合而成，只能是另一种新的独立粒子，他称之为中子。就这样，仅用了十天时

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间，成功地证实了这种中性射线就是中子流。他当之无愧地成为“中子之父”，并因此获1935年诺贝尔物理奖。

中子的发现，有重大的意义：中子不带电，用它去轰击原子核，不受库仑力的影响，是研究原子核的强有力的“炮弹”。在此以前，可供研究用的“炮弹”只有天然放射性元素发出的α、β、γ三种射线，中子流则是穿透本领更大，轰击原子核更有效的“炮弹”，人们用它轰击各种原子核，获得了许多人工放射性同位素，用它轰开铀核，实现了原子能的利用。 设计意图：通过阅读材料，了解查德威克作为“中子之父”的贡献。

941查德威克用α粒子轰击铍核发现中子n：

4Be2He126C0n

用α粒子、质子、中子等去轰击其它元素的原子核，也都产生类似的转变。在核反应中，质量数和电荷数都守恒。

课堂练习：

例：写出下列原子核人工转变的核反应方程。

（1）2311Na俘获1个α粒子后放出1个质子

（2）2713Al俘获1个α粒子后放出1个中子

（3）8O俘获1个中子后放出1个质子

（4）3014Si俘获1个质子后放出1个中子

学生活动：1、学生书写核反应方程

2、小组内讨论书写是否规范与正确

3、小组推荐组员到讲台黑板进行书写示范

设计意图：加深学生对核反应以及核反应方程的理解，规范核反应方程式的书写。

二、人工放射性同位素

阅读材料：

1934年，约里奥·居里和伊丽芙·居里在用α粒子轰击铝箔时，除探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相同，所带电荷与电子相反，为一个单位的正电荷，更意外的是，拿走放射源后，铝箔虽不再发射中子，但仍继续发射正电子，而且这种放射性也有一定的半衰期。原来，铝核被α粒子击中后发生了下面的反应：

2713430130300Al2He15P0n 15P14Si1e

16设计意图：通过阅读材料，了解居里夫妇的贡献

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反应生成物 P 是磷的一种同位素，自然界没有天然的性同位素。

问题2：什么是放射性同位素？

学生阅读课本

问题3：人工转变与衰变的相同点与不同点有哪些？

学生：

3015P，它是通过核反应生成的人工放射相同点：在发生过程中质量数和电荷数都守恒；反应前后粒子总动量守恒。

不同点：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衰变是原子核自发的变化，不受物理化学条件的影响。

设计意图：使学生明确人工转变与衰变的区别。

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

与天然的放射性物质相比，人工放射性同位素的特点：

（1）放射强度容易控制、（2）可以制成各种需要的形状、（3）半衰期更短、（4）放射性废料容易处理

三、放射性同位素的应用

阅读教材，总结归纳放射性同位素在生活中的应用。

1、利用它的射线

（1）由于γ射线贯穿本领强，可以用γ射线检查金属内部有没有砂眼或裂纹，所用的设备叫γ射线探伤仪；

（2）利用射线的穿透本领与物质厚度密度的关系，来检查各种产品的厚度和密封容器中液体的高度等，从而实现自动控制；

（3）利用钴60的γ射线治疗癌症（放疗）；

（4）利用射线照射植物，引起植物变异而培育良种，也可以利用它杀菌使食物保鲜；

（5）利用射线使空气电离而把空气变成导电气体，以消除化纤、纺织品上的静电。

2、作为示踪原子：工业、农业及生物研究

棉花在结桃、开花的时候需要较多的磷肥，利用磷的放射性同位素制成肥料喷在棉花叶面上，被植物吸收，然后每隔一定时间用探测器测量棉株各部位的放射性强度，就可知道什么时候磷的吸收率最高、磷在作物体内能存留多长时间、磷在作物体内的分布情况等。

人体甲状腺的工作需要碘，碘被吸收后会聚集在甲状腺内，给人注射碘的放射性同位素碘131，然后定时用探测器测量甲状腺及邻近组织的放射强度，有助于诊断甲状腺的器质性和功能性疾病。

四、辐射与安全

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教师叙述：原子弹爆炸、核电站泄露会产生严重的污染。在利用放射性同位素给病人做“放疗”时，如果放射性的剂量过大，皮肤和肉就会溃烂不愈，导致病人因放射性损害而死去。有些矿石中含有过量的放射性物质，如果不注意也会对人体造成巨大的危害。过量的放射性会对环境造成污染，对人类和自然界产生破坏作用。

设计意图：让学生了解一些放射性的危害

放射性的防护：

（1）在核电站的核反应堆外层用厚厚的水泥来防止放射线的外泄；

（2）用过的核废料要放在很厚很厚的重金属箱内，并埋在深海里；

（3）在生活中要有防范意识，尽可能远离放射源。

课堂练习

1、下列关于放射线的说法中不正确的是( ) A、放射线可以用来进行工业探伤

B、放射线可以使细胞发生变异

C、放射同位素可以用来做示踪原子

D、放射线对人体无害

2、1965年，我国科学家首次用人工合成的方法合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素是同一种物质，所使用的鉴别技术是( ) A．光谱分析 B．同位素示踪原子

C．微机技术 D．测定介电常数

3、对放射性的应用，下列说法正确的是( ) A．放射线能杀伤癌细胞或阻止癌细胞分裂，所以人体可以经常照射

B．对放射性的肥料，要装入特制的容器并埋入深地层进行处理 C．射线探伤仪中的放射源必须存放在特制容器里，而不能随意放置 D．对可能产生放射性污染的场所或物品进行检测是很有必要的

课堂总结：

一、放射性同位素

27134301Al2He15P0n

二、放射性同位素的应用

1、利用放射线的贯穿本领和电离本领，进行探伤，培育优良品种，治疗恶性肿瘤，消除静

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电。

2、作为示踪原子。

三、放射性的污染和防护

1、射线对人体和环境的危害。

2、防护放射性的主要措施。

六、课后作业

课本P4：“问题与练习”1、2、3题。

七、教学反思

本节课是选修3-5第十九章第4节放射性的应用与防护，这一节大部分为陈述性的知识，教学难度不大，学生很容易掌握，课堂设计将教师的讲解引导学习和学生的自主阅读学习相结合，充分发挥了学生的主动性，使学生更加主动融入课堂中。在教学中以物理学发展史为主线，让每一个学生都能体会到物理发展的艰辛，物理学家们的努力、成就和遗憾，教育学生懂得“机遇只偏爱有准备的头脑”“对于坚持努力的人来说，成功也许会来的晚一些，但绝不会缺席”。通过教师讲述与展示让学生知道放射性同位素在生活中的应用，培养学生学科学，讲科学的意识。

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