4　放射性的应用与防护教学设计

《放射性的应用与防护》教学设计

教学目标

（1）知识与技能：

知道放射性同位素和人工放射性同素； 知道核反应及其遵循的规律，会正确写核反应方程；

了解放射性在生产科学领域中应用；

知道射线的危害及防护。 （2）过程与方法： 通过课中阅读人工放射性位素资料的过程，提高自学的能力；

通过课内与同学之间的交流，激发学习的兴趣，提高合作的能力；

通过课后査阅资料的过程，了解“减少住房装修中放射性的方法”，提高査找资料的能力。

（3）情感态度与价值观： 形成尊重事实，不主观臆造核反应方程的意识

；

树立一分为二地看待放射线利弊的观念。

学情分析

本节的上位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。

本节的下位知识是核能的计算。正确地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；通过课后査阅资料，

了解生活中减少放射性危害的一些做法。

重点难点

重点：正确地书写核反应方程；

根据射线的特性，分析放射性同位素的应用原理。

难点：正确地分析放射性同位素在生产、生活中的应用原理。

教学过程

一．引入

衰变是原子核的自发变化。在这一变化中，质量数守恒、电荷数守恒。

那么，原子核的变化除了自发的变化外，

能否进行人为的控制？

二．新课

（一）核反应

14171919年，卢瑟福用粒子轰击氮原子核，发现了质子（11H），同时7N变成了8O。人类第一次实现了“原子核的人工转变”。原子核在其他粒子如粒子、质子、中子、光

子的轰击下，产生了新的原子核，这一过程称为核反应。

问题1

在核反应中质量数、电荷数遵循什么样的规律？

学生容易回答：电荷数守恒、质量数守恒。

问题2

核反应就是化学反应吗？请说出理由。 学生可能回答：

核反应是原子核的变化，元素的种类发生变化。在化学反应中元素本身没有变化。教师肯定学生的回答，指出：（1）核反应是核子数的变化导致元素种类的变化；

（2）化学反应的过程是原子、离子重新组合的过程，元素本身没有变化。因此，核反应不是化学反应。

问题3

2311Na（钠核）俘获一个粒子后放出一个质子，某同学写的核反应4241方程是这样的：2311Na2He12Mg1H。他的写法有问题吗？如果有问题，应怎样改正？

学生回答后，教师追问：在核反应方程中为什么不用等号表示，而用单向的箭头表示？

23442342340144171问题4

从23892U90Th2He、90Th91Pa1e、7N2He8Th1H这三个反应来看，区分衰变和人工转变有何规律可循？

学生的可能回答：衰变是一个粒子变为两个粒子，人工转变是有一个“炮弹”和一个“靶核”，反应前是两个粒子。

教师指明：衰变是一变二。人工转变是方程箭头的左边有两个粒子。

设计意图：通过问题1到问题4的讨论，使学生正确理解核反应的特点、规律、人工与衰变的区别。

（二）人工放射性同位素

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15P，即

30

4230130He2713Al15P0n，15P在自然界中是没有的，它是人类第一次通过人工方法制得的放射性同位素。30居里夫妇因发现人工放射性15P被称为人工放射性同位素。1935年，约里奥·而获得诺贝尔物理学奖。天然的放射性同位素在自然界中只有40多种，而人工制备的放射性同位素目前已有1000多种，每一种元素都有了自己的放射性同位素。

学生阅读教科书第77页第一段，回答问题5。

问题5

与天然放射性物质相比，人工放射性同位素的优点有哪些？

学生容易回答：放射性强度容易控制；可以制成各种所需的形状；半衰期更短；放射性废料容易处理。

教师呈现资料：（1）天然放射性放射性同位素：碳-14的半衰期是5730年；（2）人工放射性同位素：碘-131的半衰期是8.05天，钴-60的半衰期是5.3年。

设计意图：让学生对人工放射性同位素的半衰期产生一个直观的感受。

教师提出：基于以上的优点，人们想用放射性时，采用人工放射性同位素还是天然放射性同位素好？

（三）放射性同位素的应用

1.

利用射线。

人工放射性同位素会放射出射线、射线、射线，就要根据它们的特性来工作。不同的特性有不同的应用。

教师：射线、射线、射线这三种射线相比，射线的贯穿本领是最强的，是否它的电离本领也是最强？射线的贯穿本领是最弱的，用一张纸就能挡住，是否它的电离本领也最弱？

学生：射线的贯穿本领是最强，它的电离本领最弱。射线的贯穿本领是最弱，它的电离本领最强。

设计意图：为下面利用放射线特性的应用做一必要的铺垫。

问题6

在工业生产中，化纤、纺织品因摩擦会产生静电。为消除化纤、纺织品的静电，应当采用射线还是射线，理由是什么，应用了射线的什么特性？

问题7

根据图1，简要说出工业上射线测厚度装置的工作原理，指明是利

用了射线的什么特性；如有射线、射线，应当采用哪一种射线？说明理由。

问题8

根据图2，说出射线探伤仪的工作原理，指明是利用了射线的什么特性。

教师指出，利用射线探伤仪能方便地检查出金属内部的伤痕和裂纹。

问题9

医学上利用钴-60放出的射线来治疗癌症，简要说出它的工作原理。

问题10

我国科学家用射线辐射种子后培育出“鲁棉”1号和小麦新品种。农业上为什么用射线辐射种子能培育出优良品种，这是利用了射线的什么特性？

问题11

草莓很好吃，但不大容易保鲜。经过相同的时间，经射线照射的草莓还是水灵灵的，未经射线照射的草莓却腐烂了很多。为什么利用射线照射后能延长食物的保质期？

问题12

现在都讲食品的安全问题。经射线照射后的食品食用安全吗？你敢吃吗？说出理由。

学生可能回答：安全；敢吃。因为经射线照射食品时，只是杀死了使食物腐败的细菌，不会影响食物的品质。

教师指出：（1）射线穿过实物后，不会残留在食物上。（2）用射线照射后的食品能长期保存，且食物的味道、外观和质地都不会有多少改变，食用是安全的。

问题13

如图3所示是美国的“好奇号”火星越野车。它的尾部处装有放射性同位素电池。由于太阳能电池受到阳光的制约，在

火星的黑夜，太阳能电池就不能使用。并且在火星的黑夜里，温度太低，仪器要损坏。所以，在火星上不用太阳能电池而用放射性同位素电池。它是利用了射线的什么特性来工作的？请简要说出它的工作原理。

设计意图：从问题6到问题13，通过提问让学生进一步认识到：利用放射性的不同特性可以有不同的应用；放射性的应用是由放射性的特性决定的。

2.

作为示踪原子。

学生阅读一则小故事：1911年，G·赫维西为了确定女房东有无把星期天吃剩下的馅饼掺到后几天的膳食中，他把一些放射性钍放到新做好的馅饼中。到了星期三，借助于检验器指示给女房东看，表明在蛋奶酥中含有放射性物质。由此确定，有星期天剩下的食物掺进了蛋奶酥中。通过检验器探测射线，查明放射性钍的“行踪”，似有标记“显示”了放射性钍从馅饼进入到了蛋奶酥中。放射性钍原子被称为“示踪原子”。

教师介绍示踪原子在医学、工业和农业中的一些应用：

（1）如图4所示，在医学上，病人口服含碘-131药剂，利用仪器探测甲状腺位置的放射线强度。如果碘在甲状腺里聚集得又多又快，则是甲亢。反之，是甲低。

（2）工业上，内燃机活塞上装有放射性同位素铁-59的活塞环，通过测量润滑油中的放射性就可知道活塞跟气缸壁的磨损情况，不必拆开内燃机去检查。让学生说出判断活塞磨损情况的工作原理。

（3）农业中，施肥的针对性很有讲究。比如，某种植物对钾肥的需求量比较多，结果农民对它施磷肥。这就没有针对性了。那么，怎么样才能准确地知道哪一种植物在什么季节，在成长的什么阶段（如开花、成长、结果阶段）最需要哪种元素的肥料？如果知道，施肥就有针对性了。这个难题，利用示踪原子即可轻松搞定。

3.

利用衰变特性。

教师展示学习材料：每种活生物体内14同一种活6C的含量是都有它自己的正常值。生物体6C的含量都是相同的。生物死亡后体内6C的含量会因衰变而不断减少。已知1461414C的半衰期是5730年，有一根木头中146C的含量是活着植物正常值的四分之一，则这根木头已经死了多少年？

学生思考、讨论，形成正确的结论。

（四）

辐射与安全

原子弹爆炸、核电站泄露放出的射线会产生严重的污染。有些矿石中含有过量的放

射性物质，如果不注意放出的放射线也会对人体造成巨大的危害。人们常常谈辐射而色变。

教师指出：实际上我们生活在一个辐射的世界里。我们周围有宇宙射线，我们吃的食物中有放射性，就连人体自身也有放射性。只不过射线太微弱，辐射量又又很低，因此对人体没什么伤害。

教师指明：国际上规定，不直接从事放射性工作的普通人员，每人每年不能超过0.5rem。雷姆（rem）是测量辐射对人体伤害的剂量单位，1rem=0.01J/kg。生活中，一次X光检查，照射剂量约为10rem，对人体是安全的，没什么伤害。

教师提供一组数据：一次照射时，剂量达到100～300rem，人体就会发烧、呕吐、出血；剂量达到1000rem时，人体在30天内死亡；剂量达到10000rem时，人体将在几个小时内死亡。

教学意图：让学生初步感受到一点，放射性物质对人体的危害取决于放射性剂量的程度。只有在放射性剂量过大时，才会对人体产生极大的危害。

教师：如图5所示，在存在射线危险的地方，常能看到国际同用的放射性标志。生活中，你在哪里看到这种标志？为了保护人身安全，我们需要注意哪些事项？-2

学生第一种可能的回答是：医院放射科。为了保护人身安全，我们要远离放射性场所。教师做出肯定的应答：对，这种防护方法就叫距离防护。

学生第二种可能的回答是：不能长时间逗留。教师做出肯定的应答。由于累积剂量与受照射时间成正比，所以要减少受照时间。这种防护方法就叫时间防护。如学生没有说出这种回答，教师可做适当的引导：比如，放射性仪器出现故障，维修的人员能否长时间地停留在那里？

教师：核电站的核反应堆外层要用厚厚的水泥砌成，用过的核燃料要放在很厚的重金属箱内，并埋在深海里。这是为什么？

学生：屏蔽防护。目的是防止放射线的外泄。

教师：从放射性污染区走出的工作人员，还要用仪器做全身污染检测，如图6所示。这种防护方法叫仪器监测。

教师展示图7，介绍操作放射性物质的设备及在防护状态下操作放射性物质的方法。

设计意图：补充放射性防护的知识，让学生在头脑中形成正确的防护策略。

三．小结

四.

形成性评价

111.

完成下列核反应方程：14Hen701H

应用

扬其长

原子核的人工转变（核反应）

人工放射性同位素

防护

避其短

2.

荔枝是江南出产的一种水果，营养丰富，味道甜美。但荔枝“一日色变，二日香变，三日味变，四日色香味尽去”，很难保存。为了品尝荔枝的美味，曾有“一骑红尘妃子笑”的佳话。如今，远在北方的人们也能吃上这种水果，可用什么方法来延长荔枝的保鲜期？

3.

医学上作射线治疗用的放射性元素，应选半衰期长的还是选半衰期短的？为什么？

五.

板书设计

核反应

电荷数守恒

利用射线

放射性的应用与防护

放射性的应用

作为示踪原子

利用衰变特性

距离防护

放射性的防护

时间防护

屏蔽防护

仪器监测

质量数守恒