人教版(新教材)高中物理選擇性必修3學(xué)案：2 第2課時(shí) 核反應(yīng) 放射性同位素及其應(yīng)用

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第三冊(cè)PAGEPAGE1第2課時(shí)核反應(yīng)放射性同位素及其應(yīng)用〖學(xué)習(xí)目標(biāo)〗1.知道核反應(yīng)及其遵循的規(guī)律.2.知道什么是放射性同位素和人工轉(zhuǎn)變的放射性同位素.3.了解放射性在生產(chǎn)和科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用和防護(hù)．一、核反應(yīng)1．定義：原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核或者發(fā)生狀態(tài)變化的過程．2．原子核的人工轉(zhuǎn)變：盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核，核反應(yīng)方程eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H.3．遵循規(guī)律：質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒．二、放射性同位素及其應(yīng)用1．放射性同位素：具有放射性的同位素．2．應(yīng)用：(1)射線測(cè)厚儀：工業(yè)部門使用放射性同位素發(fā)出的射線來測(cè)厚度．(2)放射治療．(3)培優(yōu)、保鮮．(4)示蹤原子：一種元素的各種同位素具有相同的化學(xué)性質(zhì)，用放射性同位素代替非放射性的同位素后可以探測(cè)出原子到達(dá)的位置．三、輻射與安全1．人類一直生活在放射性的環(huán)境中．2．過量的射線對(duì)人體組織有破壞作用．在使用放射性同位素時(shí)，必須嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，注意人身安全，同時(shí)，要防止放射性物質(zhì)對(duì)水源、空氣、用具等的污染．1．判斷下列說法的正誤．(1)用α粒子轟擊氮原子核產(chǎn)生氧17和中子的過程是α衰變．(×)(2)衰變和原子核的人工轉(zhuǎn)變均滿足質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒．(√)(3)用γ射線照射食品可以殺死使食物腐敗的細(xì)菌，抑制蔬菜發(fā)芽，延長保存期．(√)(4)任何放射性物質(zhì)都可以作為示蹤原子使用．(×)2．1956年李政道和楊振寧提出在弱相互作用中宇稱不守恒，并由吳健雄用eq\o\al(60,27)Co放射源進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證．次年李、楊兩人為此獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng).eq\o\al(60,27)Co的衰變方程是eq\o\al(60,27)Co→eq\o\al(A,Z)Ni＋eq\o\al(0,－1)e＋νe.其中νe是反中微子，它的電荷量為零，靜止質(zhì)量可認(rèn)為是零.eq\o\al(60,27)Co的核外電子數(shù)為______，在上述衰變方程中，衰變產(chǎn)物eq\o\al(A,Z)Ni的質(zhì)量數(shù)是________，核電荷數(shù)是________．〖答案〗276028〖解析〗eq\o\al(60,27)Co的核外電子數(shù)為27.由質(zhì)量數(shù)守恒，知eq\o\al(A,Z)Ni的質(zhì)量數(shù)為A＝60.由電荷數(shù)守恒，知eq\o\al(A,Z)Ni的核電荷數(shù)為Z＝27＋1＝28.一、核反應(yīng)導(dǎo)學(xué)探究核反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是什么？它符合哪些規(guī)律？〖答案〗核反應(yīng)的實(shí)質(zhì)就是將一種原子核在其他粒子的轟擊之下轉(zhuǎn)變成一種新的原子核，并產(chǎn)生新的粒子．符合質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒規(guī)律．知識(shí)深化條件用α粒子、質(zhì)子、中子，甚至用γ光子轟擊原子核使原子核發(fā)生轉(zhuǎn)變.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，而是粒子打入原子核內(nèi)部使核發(fā)生了轉(zhuǎn)變規(guī)律(1)質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒；(2)動(dòng)量守恒原子核人工轉(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)方程：eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H(2)1932年查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程：eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n(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)方程：eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n；eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,＋1)e.核反應(yīng)過程一般都是不可逆的，核反應(yīng)方程不能用等號(hào)連接，只能用單向箭頭表示反應(yīng)方向(2021·廣州市高二檢測(cè))完成下列核反應(yīng)方程，并指出其中哪個(gè)是發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程，哪個(gè)是發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程．(1)eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(14,6)C＋________；(2)eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋________；(3)eq\o\al(10,5)B＋eq\o\al(1,0)n→________＋eq\o\al(4,2)He；(4)eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→________＋eq\o\al(1,0)n；(5)eq\o\al(56,26)Fe＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(57,27)Co＋________.〖答案〗(1)eq\o\al(1,1)H(2)eq\o\al(1,1)H，發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程(3)eq\o\al(7,3)Li(4)eq\o\al(12,6)C，發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程(5)eq\o\al(1,0)n書寫核反應(yīng)方程時(shí)要注意1．質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒；2．中間用箭頭，不能寫成等號(hào)；3．核反應(yīng)方程遵守質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒，核反應(yīng)過程中，一般會(huì)發(fā)生質(zhì)量的變化．針對(duì)訓(xùn)練在中子、質(zhì)子、電子、正電子、α粒子中選出一個(gè)適當(dāng)?shù)牧Ｗ?，分別填在下列核反應(yīng)式的橫線上．(1)eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋________；(2)eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋________；(3)eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋________；(4)eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋________；(5)eq\o\al(235,92)U＋________→eq\o\al(90,38)Sr＋eq\o\al(136,54)Xe＋10eq\o\al(1,0)n；(6)eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋________.〖答案〗(1)eq\o\al(4,2)He(2)eq\o\al(1,0)n(3)eq\o\al(0,－1)e(4)eq\o\al(0,＋1)e(5)eq\o\al(1,0)n(6)eq\o\al(1,1)H〖解析〗在核反應(yīng)過程中，遵循電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒規(guī)律．對(duì)參與反應(yīng)的所有基本粒子采用左下角(電荷數(shù))配平，左上角(質(zhì)量數(shù))配平．未知粒子可根據(jù)其電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)確定．如(1)中電荷數(shù)為92－90＝2，質(zhì)量數(shù)為238－234＝4，由此可知為α粒子(eq\o\al(4,2)He)，同理確定其他粒子分別為：中子(eq\o\al(1,0)n)，電子(eq\o\al(0,－1)e)，正電子(eq\o\al(0,＋1)e)，中子(eq\o\al(1,0)n)，質(zhì)子(eq\o\al(1,1)H)．二、放射性同位素及應(yīng)用1．放射性同位素的分類(1)天然放射性同位素．(2)人工放射性同位素．2．放射性同位素的主要作用(1)工業(yè)部門使用射線測(cè)厚度——利用γ射線的穿透特性．(2)農(nóng)業(yè)應(yīng)用——利用γ射線照射種子，會(huì)使種子的遺傳基因發(fā)生變異，殺死使食物腐敗的細(xì)菌、抑制蔬菜發(fā)芽、延長保存期等．(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γ射線的高能量治療癌癥．(2021·上海市奉賢區(qū)高二期中)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40多種，而今天通過核反應(yīng)生成的人工放射性同位素已達(dá)3000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)如圖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1毫米的鋁板，在α、β、γ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)β(3)示蹤原子〖解析〗(1)因放射線的電離作用，空氣中的與驗(yàn)電器所帶電荷電性相反的離子與驗(yàn)電器所帶電荷相互中和，從而使驗(yàn)電器所帶電荷消失．(2)α射線穿透物質(zhì)的本領(lǐng)弱，不能穿透厚度1毫米的鋁板，因而探測(cè)器不能探測(cè)，γ射線穿透物質(zhì)的本領(lǐng)極強(qiáng)，穿透1毫米厚鋁板和幾毫米厚鋁板打在探測(cè)器上很難分辨．β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β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，就可以知道放射性原子通過什么路徑，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．人們把這種放射性同位素叫示蹤原子．(2020·全國高三課時(shí)練習(xí))下表給出了放射性同位素的輻射線和半衰期．在醫(yī)療技術(shù)中，常用放射線治療腫瘤，其放射線必須滿足：①具有較強(qiáng)的穿透能力，以輻射到體內(nèi)的腫瘤處；②在較長時(shí)間內(nèi)具有相對(duì)穩(wěn)定的輻射強(qiáng)度．為此所選擇的放射源應(yīng)為()同位素釙210锝99鈷60鍶90輻射線αγγβ半衰期138天6小時(shí)5年28年A.釙210 B．锝99C．鈷60 D．鍶90〖答案〗C〖解析〗因放射線要有較強(qiáng)的穿透能力，所以應(yīng)為γ射線，要使其在較長時(shí)間內(nèi)具有相對(duì)穩(wěn)定的輻射強(qiáng)度，放射源應(yīng)具有較長的半衰期，C正確．1.(核反應(yīng)方程)如圖2所示，國家大科學(xué)工程——中國散裂中子源(CSNS)于2017年8月28日首次打靶成功，獲得中子束流，可以為諸多領(lǐng)域的研究和工業(yè)應(yīng)用提供先進(jìn)的研究平臺(tái)．下列核反應(yīng)中放出的粒子為中子的是()圖2A.eq\o\al(14,7)N俘獲一個(gè)α粒子，產(chǎn)生eq\o\al(17,8)O并放出一個(gè)粒子B.eq\o\al(27,13)Al俘獲一個(gè)α粒子，產(chǎn)生eq\o\al(30,15)P并放出一個(gè)粒子C.eq\o\al(11,5)B俘獲一個(gè)質(zhì)子，產(chǎn)生eq\o\al(8,4)Be并放出一個(gè)粒子D.eq\o\al(6,3)Li俘獲一個(gè)質(zhì)子，產(chǎn)生eq\o\al(3,2)He并放出一個(gè)粒子〖答案〗B〖解析〗根據(jù)核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒，各選項(xiàng)核反應(yīng)方程如下：eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H，故A錯(cuò)；eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n，故B對(duì)；eq\o\al(11,5)B＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(8,4)Be＋eq\o\al(4,2)He，故C錯(cuò)；eq\o\al(6,3)Li＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(4,2)He，故D錯(cuò)．2．(核反應(yīng)方程)(多選)(2021·高二課時(shí)練)以下是物理學(xué)史上3個(gè)著名的核反應(yīng)方程x＋eq\o\al(7,3)Li→2yy＋eq\o\al(14,7)N→x＋eq\o\al(17,

8)Oy＋eq\o\al(9,4)Be→z＋eq\o\al(12,

6)Cx、y和z是3種不同的粒子，下列說法正確的是()A．x為α粒子 B．x為質(zhì)子C．y為α粒子 D．z為中子〖答案〗BCD〖解析〗根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可以確定x為質(zhì)子eq\o\al(1,1)H，y為eq\o\al(4,2)He核即α粒子，z為中子eq\o\al(1,0)n，故B、C、D正確．3．(放射性同位素)(多選)下列有關(guān)放射性同位素eq\o\al(30,15)P的說法，正確的是()A.eq\o\al(30,15)P與eq\o\al(30,14)X互為同位素B.eq\o\al(30,15)P與其同位素有相同的化學(xué)性質(zhì)C.用eq\o\al(30,15)P制成化合物后它的半衰期變長D.eq\o\al(30,15)P能釋放正電子，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)，不同的質(zhì)量數(shù)，故A錯(cuò)；同位素有相同的化學(xué)性質(zhì)，故B對(duì)；半衰期與物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，故C錯(cuò)；eq\o\al(30,15)P為放射性同位素，可用作示蹤原子，故D對(duì)．4．(放射性同位素的應(yīng)用)放射性同位素發(fā)出的射線在科研、醫(yī)療、工業(yè)等諸多方面得到了廣泛的應(yīng)用，下列有關(guān)放射線應(yīng)用的說法中正確的是()A．放射線改變了布料的