4　放射性的应用与防护优质课一等奖

高三物理选修3-5第十九章原子核第四节放射性的应用与防护导学案

【教学目标】

1．知道什么是放射性同位素和人工放射性同位素。

2．知道核反应及其遵从的规律，会正确书写核反应方程。

3．了解放射性在生产和科学领域的应用。

4．知道射线的危害及防护。

【教学重点】

知道核反应及其遵从的规律，会正确书写核反应方程

【教学难点】

放射性的应用

【自主学习】

一、核反应

1．当卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，产生了氧的一种同位素——氧17和一个质子，即

那是人类第一次实现的原子核的人工转变。

2．原子核的衰变和原子核的人工转变都属于核反应，但是两者各有特点，它们的区别于联系，见下表

发生反应的原子核

反应条件

反应本质

典型反应

核反应方程的特点

核反应的规律

书写方程的原则

原子核的衰变

具有放射性的不稳定核

自发进行，无条件

核子数变化，形成新核

原子核的人工转变

所有的原子核

利用α粒子、质子、中子或γ光子作为“炮弹”轰击靶核

核子的重组，形成新核

箭头左边只有一个放射性原子核

箭头左边有靶核和“炮弹”各一个

质量数守恒（注意质量并不守恒），电荷数守恒

遵从实验事实，不能仅仅依据守恒定律主观臆造

二、人工放射性同位素

1．有些同位素具有________，叫做放射性同位素。

2．1934年约里奥-居里夫妇发现经过α粒子轰击的铝片中含有放射性同位素____，即

它是通过核反应生成的人工放射性同位素。

3．天然放射性同位素不过40多种，而今天人工制造的放射性同位素已达1000多种，每种元素都有了自己的放射性同位素。与天然放射性同位素相比，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，凡是用到射线时，现在用的都是人工放射性同位素，而不用天然放射性物质。

三、放射性同位素的应用

1．利用它的射线

（1）利用人工放射性同位素放出的γ射线的穿透本领检查金属部件是否存在砂眼、裂痕，即利用射线探伤。

（2）利用γ射线的穿透本领与物质厚度和密度的关系，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）在医疗方面，患了癌症的病人可以接受钴60的放射治疗，或“γ刀”手术治疗。

（4）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。

（5）利用γ射线照射种子，会使种子的遗传基因发生变异，经过筛选可以培育出优良品种。用γ射线照射食品可以杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期。

2．作为示踪原子

（1）把含有放射性元素的肥料施给农作物，利用探测器的测量，找出合理的施肥规律。

（2）给怀疑患有甲状腺的病人注射碘131，诊断甲状腺的器质性和功能性疾病。

（3）利用含有放射性碘131的油，检测地下输油管的漏油情况。

四、辐射与安全

1．人类从来就生活在有放射性的环境之中。过量的射线对人体组织有破坏作用。要防止_____________对水源、空气、用具等的污染。

2．在医院的放射室看到过放射性标志，如图所示。一般情况下要远离这些地方，特殊情况下要在医生的指导下进出这些场所。

【基础达标】

1．关于射线探测及放射性的应用，下列说法正确的是（

）

A．α粒子在威尔逊云室的径迹直而粗，是因为α粒子的质量大，电离本领强

B．β粒子在威尔逊云室中，几乎看不到它的径迹

C．用放射治疗癌症，是利用“细胞分裂越快的组织，对射线的耐受能力就越弱”这一特点

D．用γ射线照射食品，可以杀死使食物腐败的细菌，延长保存期

2．关于放射线及放射性同位素，下列说法正确的是（

）

A．威尔逊云室和气泡室都是利用射线的穿透本领显示射线的径迹

B．利用放射性同位素的放射作用，可将它作为示踪原子

C．β、γ两种射线都可以用来对金属探伤

D．β射线是放射性元素的原子核外的电子电离而放出的

3．为了保护人身安全，某些场所能看到以下标志，有放射线危险的标志是（

）

4．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

5．近几年，我国北京、上海、山东、洛阳、广州各地引进了十多台γ刀，治疗患者5000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γ刀治疗时不用麻醉，病人清醒，时间短，半小时内完成手术，无需住院，因而γ刀被誉为“神刀”。据报道，我国自己研制的旋式γ刀性能更好，即将进入各大医院为患者服务。问：γ刀治疗脑肿瘤主要是利用(

) A．γ射线具有很强的贯穿本领

B．γ射线具有很强的电离作用

C．γ射线具有很高的能量

D．γ射线能很容易地绕过阻碍物达到目的地

6．贫铀是从金属中提炼铀235以后的副产品，其主要成分为铀238，贫铀炸弹贯穿力是常规炸弹的9倍，杀伤力极大，而且残留物可长期危害环境．下列关于其残留物长期危害环境的理由正确的是(

) A．由于爆炸后的弹片存在放射性，对环境产生长期危害

B．铀的半衰期很长

C．铀238的衰变速率很快

D．爆炸后的弹片不会对人体产生危害

7．用高能 释放出一个中子后，生成了一个新核。关于新核的推断正确的是(

) (氪)离子轰击 (铅)，A．其质子数为122

B．其质量数为294

C．其原子序数为118

D．其中子数为175

8．写出下列原子核人工转变的核反应方程．

（1） (钠核)俘获1个α粒子后放出1个质子

（2） (铝核)俘获1个α粒子后放出1个中子

（3）

(氧核)俘获1个中子后放出1个质子

（4） (硅核)俘获1个质子后放出1个中子

9．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，因此达到了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，也能进行人体的透视

C．用放射线照射作物种子能使其DNA发生变异，其结果一定是成为更优秀的品种

D．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危害

3010．下列有关放射性同位素15P的说法中正确的是（

）

3030A．15P与14X互为同位素

30B．15P与其同位素有相同的化学性质

30C．用15P制成化合物后它的半衰期变长

30D．含有15P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

11．关于放射性同位素的作用，下面说法正确的是(

) A．利用射线的穿透性测量金属厚度

B．利用射线的电离本领消除有害的静电积累

C．利用射线的生理效应来消毒、杀菌和治疗肿瘤

D．利用放射性同位素作示踪原子

【巩固提高】

1．以下几个核反应方程中，粒子X代表中子的方程是(

) 14417941230301414A. 7N＋2He―→ 8O＋X B.4Be＋2He―→ 6C＋X C.15P―→14Si＋X D. 6C―→ 7N＋X

2．三个原子核X、Y、Z，X核放出一个正电子后变为Y核，Y核与质子发生核反应生成Z核并放出一个氦核。则下面说法正确的是(

) A．X核比Z核多一个质子

B．X核比Z核少一个中子

C．X核的质量数比Z核质量数大3

D．X核与Z核的总电荷是Y核电荷的2倍

27413．铝箔被α粒子轰击后发生了以下核反应：13Al＋2He―→X＋0n。下列判断正确的是(

) 112831A．0n是质子

B．0n是中子

C．X是14Si的同位素

D．X是15P的同位素

161a04．用中子轰击氧原子核的核反应方程式 8O＋0n→7N＋bX，对式中X、a、b的判断正确的是(

) A．X代表中子，a＝17，b＝1

B．X代表电子，a＝17，b＝－1 C．X代表正电子，a＝17，b＝1

D．X代表质子，a＝17，b＝1

5．用中子轰击铝27，产生钠24和X粒子，钠24具有放射性，它衰变后变成镁24，则X粒子和钠的衰变过程分别是(

) A．质子、α衰变

B．电子、α衰变

C．α粒子、β衰变

D．正电子、β衰变

6．如图所示，带电粒子在“云室”中运动时，可呈现运动径迹，将“云室”放在匀强电场中，通过观察带电粒子的径迹，可以研究原子核发生衰变的规律。现将一静止的放射性14C放入上述装置中，当它发生衰变时，可能放出α粒子或电子或正电子。所放射的粒子与反冲核经过相等的时间所形成的径迹如图所示(发生衰变后瞬间放射出的粒子和反冲核的速度方向与电场强度E垂直，a、b均表示长度)。则

（1）14C发生衰变时所放射出的粒子是________ （2）14C发生衰变时所放射出的粒子的运动轨迹是___(填“①”或“②”) （3）14C的衰变方程是

（4）简要推导发生衰变后的瞬间放出的粒子与反冲核的动能之比

7．1930年科学家发现钋放出的射线贯穿能力极强，它甚至能穿透几厘米厚的铅板，1932年，英国年轻物理学家查德威克用这种未知射线分别轰击氢原子和氮原子，结果打出一些氢核和氮核。若未知射线均与静止的氢核和氮核正碰，测出被打出的氢核最大速度为vH＝3.5×107m/s，被打出的氮核的最大速度vN＝4.7×106m/s，假定正碰时无机械能损失，设未知射线中粒子质量为m，初速度为v，质子的质量为mH，氮核质量为氢核质量的14倍。

（1）推导被打出的氢核和氮核的速度表达式

（2）根据上述数据，推算出未知射线中粒子的质量m与质子的质量mH之比

8．在人体中，碳占整个身体质量的18%。生物体的每克碳内含有大约500亿个碳14原子，其中每分钟大约有10个碳14原子衰变。请根据这些数据估计，我们身体中1s内衰变的碳原子的个数是多少?

9．A、B两种放射性元素，原来都静止在同一匀强磁场，磁场方向如图所示，其中一个放出α粒子，另一个放出β粒子，α与β粒子的运动方向跟磁场方向垂直，图中a、b、c、d分别表示α粒子，β粒子以及两个剩余核的运动轨迹

（

）

A．a为α粒子轨迹，c为β粒子轨迹

B．b为α粒子轨迹，d为β粒子轨迹

C．b为α粒子轨迹，c为β粒子轨迹

D．a为α粒子轨迹，d为β粒子轨迹

10．放射性同位素钍 经一系列α、β衰变后生成氡 ，以下说法正确的是（

）

A．每经过一次α衰变原子核的质量数会减少2个

B．每经过一次β衰变原子核的质子数会增加1个

C．放射性元素钍 的原子核比氡 原子核的中子数少8个

D．钍 衰变成氡 一共经过3次α衰变和2次β衰变

【课后反思】

参考答案：

【基础达标】

1．ACD 2．B 3．B 4．A 5．AC 6．AB 7．CD 8．略

9．D 10．BD 11．ABD

【巩固提高】

1．B 2．CD 3．BD 4．C

5．C 6．（1）α粒子；（2）②；（3）

7．（1）vH=

（4）5/2

；= v0，vN=

v0；（2）

=1.0165 8．7.5×1011个

9．C 10．BCD