高中創(chuàng)新設(shè)計(jì)物理粵教版選修35學(xué)案43 放射性同位素

1、第三節(jié)放射性同位素目標(biāo)定位1.知道什么是核反應(yīng)，能夠熟練寫(xiě)出核反應(yīng)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產(chǎn)和科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用.4.知道放射線的危害及防護(hù)一、核反應(yīng)1利用天然放射性的高速粒子或利用人工加速的粒子去轟擊原子核，以產(chǎn)生新的原子核，這個(gè)過(guò)程叫做核反應(yīng)2反應(yīng)能在核反應(yīng)過(guò)程中，原子核的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)會(huì)發(fā)生變化，同時(shí)伴隨著能量的釋放或吸收，所放出或吸收的能量叫做反應(yīng)能3遵循規(guī)律：質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)總是守恒的4發(fā)現(xiàn)質(zhì)子和中子的核反應(yīng)方程(1)盧瑟福用粒子轟擊氮核而發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程(2)查德威克用粒子轟擊鈹從而發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程二、放射性同位素1同位

2、素：具有相同質(zhì)子數(shù)而中子數(shù)不同的原子，互稱(chēng)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約里奧·居里夫婦在用粒子轟擊鋁箔時(shí)發(fā)現(xiàn)正電子的核反應(yīng)方程為：AlHePn，PSie，其中P是P的一種放射性同位素三、放射性同位素的應(yīng)用1利用放射性同位素放出的射線可進(jìn)行探傷、消除靜電、培育良種、治療癌癥2放射性同位素可以作為示蹤原子3利用元素的半衰期可推斷地層或古代文物的年代想一想醫(yī)學(xué)上做射線治療用的放射性元素，應(yīng)用半衰期長(zhǎng)的還是短的？為什么？答案半衰期短的因?yàn)榘胨テ诙痰姆派湫詮U料容易處理4放射線的危害及防護(hù)(1)射線具有很強(qiáng)的電離作用，但穿透能力很弱；(2)射線有較強(qiáng)的穿透能力，但

3、電離作用較弱；(3)射線電離作用最小，穿透能力很強(qiáng)輻射防護(hù)的基本方法有：時(shí)間防護(hù)、距離防護(hù)和屏蔽防護(hù)預(yù)習(xí)完成后，請(qǐng)把你疑惑的問(wèn)題記錄在下面的表格中問(wèn)題1問(wèn)題2問(wèn)題3一、核反應(yīng)及核反應(yīng)方程1核反應(yīng)的條件用粒子、質(zhì)子、中子，甚至用光子轟擊原子核使原子核發(fā)生轉(zhuǎn)變2核反應(yīng)的實(shí)質(zhì)用粒子轟擊原子核并不是粒子與核碰撞將原子核打開(kāi)，而是粒子打入原子核內(nèi)部使核發(fā)生了轉(zhuǎn)變3原子核人工轉(zhuǎn)變的三大發(fā)現(xiàn)(1)1919年盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)：(2)1932年查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)：(3)1934年約里奧·居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素和正電子的核反應(yīng)：4人工轉(zhuǎn)變核反應(yīng)與衰變的比較(1)不同點(diǎn)：人工轉(zhuǎn)變是其他粒子與

4、原子核相碰撞的結(jié)果，需要一定的裝置和條件才能發(fā)生；而衰變是原子核的自發(fā)變化，它不受物理、化學(xué)條件的影響(2)相同點(diǎn)：人工轉(zhuǎn)變與衰變過(guò)程一樣，在發(fā)生過(guò)程中質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)都守恒，反應(yīng)前后粒子總動(dòng)量守恒【例1】完成下列各核反應(yīng)方程，并指出哪個(gè)核反應(yīng)是首次發(fā)現(xiàn)質(zhì)子、中子和正電子的解析(1)BHeNn(2)BeHeCn此核反應(yīng)使查德威克首次發(fā)現(xiàn)了中子(3)AlnMgH(4)NHeOH此核反應(yīng)使盧瑟福首次發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子(5)NaHNaH(6)AlHenP；PSie(正電子)此核反應(yīng)使約里奧·居里夫婦首次發(fā)現(xiàn)了正電子借題發(fā)揮書(shū)寫(xiě)核反應(yīng)方程的四條重要原則(1)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒；(2)中間用箭頭，不

5、能寫(xiě)成等號(hào)；(3)能量守恒(中學(xué)階段不做要求)；(4)核反應(yīng)必須是實(shí)驗(yàn)中能夠發(fā)生的針對(duì)訓(xùn)練1以下是物理學(xué)史上3個(gè)著名的核反應(yīng)方程xLi2yyNxO(和其它核反應(yīng)方程的箭頭相同)yBezCx、y和z是3種不同的粒子，其中z是()A粒子 B質(zhì)子 C中子 D電子答案C解析把前兩個(gè)方程化簡(jiǎn)，消去x，即NLiyO，可見(jiàn)y是He，結(jié)合第三個(gè)方程，根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可知z是中子n.因此選項(xiàng)C正確二、放射性同位素及其應(yīng)用1放射性同位素的分類(lèi)(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優(yōu)點(diǎn)(1)放射強(qiáng)度容易控制(2)可以制成各種所需的形狀(3)半衰期很短，廢料容易處理3放射性同位素的

6、主要作用(1)工業(yè)部門(mén)使用射線測(cè)厚度利用射線的穿透特性(2)農(nóng)業(yè)應(yīng)用射線使種子的遺傳基因發(fā)生變異，殺死腐敗細(xì)菌、抑制發(fā)芽、延長(zhǎng)保質(zhì)期等(3)做示蹤原子利用放射性同位素與非放射性同位素有相同的化學(xué)性質(zhì)(4)醫(yī)學(xué)上：利用r射線的高能量治療癌癥【例2】(多選)下列哪些應(yīng)用是把放射性同位素作為示蹤原子的()A射線探傷儀B利用含有放射性碘131的油，檢測(cè)地下輸油管的漏油情況C利用鈷60治療腫瘤等疾病D把含有放射性元素的肥料施給農(nóng)作物，用檢測(cè)放射性的辦法確定放射性元素在農(nóng)作物內(nèi)轉(zhuǎn)移和分布情況，找出合理施肥的規(guī)律答案BD解析A是利用了射線的穿透性；C是利用了射線的生物作用；B、D是利用示蹤原子借題發(fā)揮利用放

7、射性同位素作示蹤原子：一是利用了它的放射性，二是利用放射性同位素放出的射線針對(duì)訓(xùn)練2關(guān)于放射性同位素的應(yīng)用，下列說(shuō)法中正確的是()A利用射線可以改變布料的性質(zhì)，使其不再因摩擦而生電，從而達(dá)到消除有害靜電的目的B利用射線的貫穿性可以為金屬探傷，也可以進(jìn)行人體的透視C利用射線照射作物種子可使其DNA發(fā)生變異，其結(jié)果一定是更優(yōu)秀的品種D利用射線治療腫瘤時(shí)一定要嚴(yán)格控制劑量，以免對(duì)人體正常組織造成太大的傷害答案D解析利用射線消除有害靜電是利用射線的電離作用，使空氣分子電離，將靜電導(dǎo)走，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；射線對(duì)人體細(xì)胞傷害太大，不能用來(lái)進(jìn)行人體透視，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；作物種子發(fā)生的DNA突變不一定都是有益的，還要經(jīng)

8、過(guò)篩選才能培育出優(yōu)良品種，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；利用射線治療腫瘤對(duì)人體肯定有副作用，因此要科學(xué)地控制劑量，選項(xiàng)D正確.核反應(yīng)方程1(多選)下列核反應(yīng)或核衰變方程中，符號(hào)“X”表示中子的是()A.BeHeCXB.NHeOXC.HgnPt2HXD.UNpX答案AC2一質(zhì)子束射入到靜止靶核Al上，產(chǎn)生如下核反應(yīng)：PAlXn式中P代表質(zhì)子，n代表中子，X代表核反應(yīng)產(chǎn)生的新核由反應(yīng)式可知，新核X的質(zhì)子數(shù)為_(kāi)，中子數(shù)為_(kāi)答案1413解析根據(jù)核反應(yīng)過(guò)程電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒，新核X的質(zhì)子數(shù)為113014，質(zhì)量數(shù)為127127，所以中子數(shù)271413.31993年，中國(guó)科學(xué)院上海原子核研究所制得了一種新的鉑元素的同位素

9、Pt.制取過(guò)程如下：(1)用質(zhì)子轟擊鈹靶Be產(chǎn)生快中子；(2)用快中子轟擊汞Hg，反應(yīng)過(guò)程可能有兩種：生成Pt，放出氦原子核；生成Pt，同時(shí)放出質(zhì)子、中子(3)生成的鉑Pt發(fā)生兩次衰變，變成穩(wěn)定的原子核汞 Hg.寫(xiě)出上述核反應(yīng)方程答案見(jiàn)解析解析根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒，確定新生核的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)，然后寫(xiě)出核反應(yīng)方程，如下：(1)BeHBn.(2)HgnPtHe；HgnPt2Hn.(3)PtAue，AuHge.(或202 78Pt202 80Hg2e)放射性同位素的應(yīng)用4用人工方法得到放射性同位素，這是一個(gè)很重要的發(fā)現(xiàn)，天然的放射性同位素只不過(guò)40多種，而今天人工制造的放射性同位素已達(dá)1 00

10、0多種，每種元素都有放射性同位素放射性同位素在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生和科學(xué)研究的許多方面得到了廣泛的應(yīng)用(1)帶電的驗(yàn)電器在放射線照射下電荷會(huì)很快消失其原因是()A射線的貫穿作用 B射線的電離作用C射線的物理、化學(xué)作用 D以上三個(gè)選項(xiàng)都不是(2)圖1是工廠利用放射線自動(dòng)控制鋁板厚度的裝置示意圖如果工廠生產(chǎn)的是厚度為1毫米的鋁板，在、三種射線中，你認(rèn)為對(duì)鋁板的厚度控制起主要作用的是_射線圖1(3)在我國(guó)首先用人工方法合成牛胰島素時(shí)，需要證明人工合成的牛胰島素結(jié)晶跟天然牛胰島素的結(jié)晶是同一種物質(zhì)，為此曾采用放射性同位素14C做_答案(1)B(2)(3)示蹤原子解析(1)因放射線的電離作用，空氣中的與

11、驗(yàn)電器所帶電性相反的離子與之中和，從而使驗(yàn)電器所帶電荷消失(2)射線穿透物質(zhì)的本領(lǐng)弱，不能穿透厚度為1毫米的鋁板，因而探測(cè)器不能探測(cè)，射線穿透物質(zhì)的本領(lǐng)極強(qiáng)，穿透1毫米厚的鋁板和幾毫米厚的鋁板打在探測(cè)器上很難分辨射線也能夠穿透1毫米甚至幾毫米厚的鋁板，但厚度不同，穿透后射線中的電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同，探測(cè)器容易分辨(3)把摻入14C的人工合成的牛胰島素與天然牛胰島素混合在一起，經(jīng)過(guò)多次重新結(jié)晶后，得到了放射性14C分布均勻的牛胰島素結(jié)晶，這就證明了人工合成的牛胰島素與天然牛胰島素完全融為一體，它們是同一種物質(zhì)這種把放射性同位素的原子摻到其他物質(zhì)中去，讓它們一起運(yùn)動(dòng)、遷移，再用放射性探測(cè)儀器進(jìn)行追蹤，

12、就可以知道放射性原子通過(guò)什么路徑，運(yùn)動(dòng)到哪里了，是怎樣分布的，從而可以了解某些不容易查明的情況或規(guī)律人們把這種用途的放射性同位素叫做示蹤原子(時(shí)間：60分鐘)題組一放射性同位素的應(yīng)用1一放射源放射出某種或多種射線，當(dāng)用一張薄紙放在放射源的前面時(shí)，強(qiáng)度減為原來(lái)的，而當(dāng)用1 cm厚的鋁片放在放射源前時(shí)，射線的強(qiáng)度減小為零由此可知，該放射源所射出的()A僅是射線 B僅是射線C是射線和射線 D是射線和射線答案C解析三種射線中，射線穿透本領(lǐng)最強(qiáng)，能穿透幾厘米厚的鋁板，本題中用1 cm厚的鋁片即能擋住射線，說(shuō)明射線中不含射線，用薄紙便可擋住部分射線，說(shuō)明射線中含有貫穿本領(lǐng)較小的射線，同時(shí)有大部分射線穿過(guò)薄

13、紙，說(shuō)明含有射線2醫(yī)學(xué)界通過(guò)14C標(biāo)記的C60發(fā)現(xiàn)一種C60的羧酸衍生物，在特定條件下可以通過(guò)斷裂DNA抑制艾滋病病毒的繁殖，則14C的用途是()A示蹤原子 B電離作用C催化作用 D貫穿作用答案A解析用14C標(biāo)記C60來(lái)查明元素的行蹤，因此14C的作用是作示蹤原子，故選項(xiàng)A正確3(多選)有關(guān)放射性同位素P的下列說(shuō)法中，正確的是()A.P與X互為同位素B.P與其同位素有相同的化學(xué)性質(zhì)C用P制成化合物后它的半衰期變長(zhǎng)D含有P的磷肥釋放正電子，可用作示蹤原子，觀察磷肥對(duì)植物的影響答案BD解析同位素有相同的質(zhì)子數(shù)，所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤；同位素有相同的化學(xué)性質(zhì)，所以選項(xiàng)B正確；半衰期與元素屬于化合物或單質(zhì)沒(méi)有

14、關(guān)系，所以P制成化合物后它的半衰期不變，所以選項(xiàng)C錯(cuò)誤；含有P的磷肥由于衰變，可記錄磷的蹤跡，所以選項(xiàng)D正確4(多選)近幾年，我國(guó)北京、上海、山東、洛陽(yáng)、廣州等地引進(jìn)了十多臺(tái)刀，治療患者5 000余例，效果極好，成為治療腦腫瘤的最佳儀器令人感嘆的是，用刀治療時(shí)不用麻醉，病人清醒，時(shí)間短，半個(gè)小時(shí)內(nèi)完成手術(shù)，無(wú)須住院，因而刀被譽(yù)為“神刀”據(jù)報(bào)道，我國(guó)自己研究的旋式刀性能更好，將進(jìn)入各大醫(yī)院為患者服務(wù)刀治療腦腫瘤主要是利用()A射線具有很強(qiáng)的貫穿本領(lǐng)B射線具有很強(qiáng)的電離作用C射線具有很高的能量D射線能很容易地繞過(guò)障礙物到達(dá)目的地答案AC5放射性在技術(shù)上有很多應(yīng)用，不同的放射源可用于不同目的下表列出

15、了一些放射性元素的半衰期和可供利用的射線.元素射線半衰期釙210138天氡2223.8天鍶9028年鈾238、4.5×109年某塑料公司生產(chǎn)聚乙烯薄膜，方法是讓厚的聚乙烯膜通過(guò)軋輥把聚乙烯膜軋薄，利用適當(dāng)?shù)姆派渚€來(lái)測(cè)定通過(guò)軋輥后的薄膜厚度是否均勻可利用的元素是A釙210 B氡222C鍶90 D鈾238答案C解析要測(cè)定聚乙烯薄膜的厚度，則要求射線可以穿透薄膜，因此射線不合適；另外，射線穿透作用還要受薄膜厚度影響，射線穿透作用最強(qiáng)，薄膜厚度不會(huì)影響射線穿透，所以只能選用射線，而氡222半衰期太短，鈾238半衰期太長(zhǎng)，所以只有鍶90較合適題組二核反應(yīng)方程6在下列四個(gè)核反應(yīng)方程中，X1、X2

16、、X3和X4各代表某種粒子HX1HenNHeOX2BeHeCX3 MgHeAlX4則以下判斷中正確的是()AX1是質(zhì)子 BX2是中子CX3是電子 DX4是質(zhì)子答案D解析根據(jù)核反應(yīng)的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒知，X1為H，A錯(cuò)；X2為H，B錯(cuò)；X3為n，C錯(cuò)；X4為H，D對(duì)7用中子轟擊氧原子核的核反應(yīng)方程式為OnNX，對(duì)式中X、a、b的判斷正確的是()AX代表中子，a17，b1BX代表電子，a17，b1CX代表正電子，a17，b1DX代表質(zhì)子，a17，b1答案C解析根據(jù)質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒可知a17，b1，因此X可表示為01e，為正電子，故C項(xiàng)正確8貝可勒爾在120年前首先發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象，如今原子核的

17、放射性在眾多領(lǐng)域中有著廣泛應(yīng)用下列屬于放射性衰變的是()A.CNeB235 92Un131 53I103 39Y2nC.HHHenD.HeAlPn答案A解析原子核自發(fā)地放出某種粒子而轉(zhuǎn)變?yōu)樾潞说淖兓凶髟雍说乃プ?，只有選項(xiàng)A符合；選項(xiàng)B是核裂變反應(yīng)選項(xiàng)D是人工核轉(zhuǎn)變反應(yīng)，選項(xiàng)C是核聚變反應(yīng)9放射性元素Po衰變?yōu)镻b，此衰變過(guò)程的核反應(yīng)方程是_；用此衰變過(guò)程中發(fā)出的射線轟擊F，可得到質(zhì)量數(shù)為22的氖(Ne)元素和另一種粒子，此核反應(yīng)過(guò)程的方程是_答案PoPbHeHeFNeH解析根據(jù)衰變規(guī)律，此衰變過(guò)程的核反應(yīng)方程是PoPbHe.用射線轟擊F，可得到質(zhì)量數(shù)為22的氖(Ne)元素和另一種粒子，此核

18、反應(yīng)過(guò)程的方程是：HeFNeH.題組三綜合應(yīng)用10在磁場(chǎng)中，一個(gè)靜止在磁場(chǎng)中的放射性同位素原子核P，放出一個(gè)正電子后變成原子核Si，如圖所示能近似反映正電子和Si核軌跡的是()答案B解析把放出的正電子和衰變生成物Si核看成一個(gè)系統(tǒng)，衰變過(guò)程中系統(tǒng)的動(dòng)量守恒，放出的正電子的方向跟Si核運(yùn)動(dòng)方向一定相反由于它們都帶正電荷，在洛倫茲力作用下一定形成兩個(gè)外切圓的軌道，C、D可排除因?yàn)槁鍌惼澚μ峁┫蛐牧?，即qvBm.所以做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為r.衰變時(shí)，放出的正電子與反沖核Si的動(dòng)量大小相等，因此在同一個(gè)磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑與它們的電荷量成反比，即.可見(jiàn)正電子運(yùn)動(dòng)的圓半徑較大111934年，約里奧·居里夫婦在用粒子轟擊鋁箔時(shí)，