2017-2018学年高中物理第四章原子核4.3放射性同位素教学案粤教版选修3-5

第三节 放射性同位素

[目标定位] 1.知道什么是核反应，能够熟练写出核反应方程.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产和科学领域的应用.4.知道放射线的危害及防护．

一、核反应

1．利用天然放射性的高速粒子或利用人工加速的粒子去轰击原子核，以产生新的原子核，这个过程叫做核反应． 2．反应能

在核反应过程中，原子核的质量数和电荷数会发生变化，同时伴随着能量的释放或吸收，所放出或吸收的能量叫做反应能．

3．遵循规律：质量数和电荷数总是守恒的． 4．发现质子和中子的核反应方程

(1)卢瑟福用α粒子轰击氮核而发现质子的核反应方程

(2)查德威克用α粒子轰击铍从而发现中子的核反应方程

二、放射性同位素

1．同位素：具有相同质子数而中子数不同的原子，互称同位素． 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．约里奥·居里夫妇在用α粒子轰击铝箔时发现正电子的核反应方程为：

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Al＋2He→15P＋0n，15P→14Si＋＋1e＋ν，其中15P是15P的一种放射性同位素．

43013030 03031

三、放射性同位素的应用

1．利用放射性同位素放出的射线可进行γ探伤、消除静电、培育良种、治疗癌症． 2．放射性同位素可以作为示踪原子．

3．利用元素的半衰期可推断地层或古代文物的年代．

想一想 医学上做射线治疗用的放射性元素，应用半衰期长的还是短的？为什么？ 答案 半衰期短的．因为半衰期短的放射性废料容易处理． 4．放射线的危害及防护

(1)α射线具有很强的电离作用，但穿透能力很弱； (2)β射线有较强的穿透能力，但电离作用较弱； (3)γ射线电离作用最小，穿透能力很强．

辐射防护的基本方法有：时间防护、距离防护和屏蔽防护．

预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中

问题1 问题2 问题3

一、核反应及核反应方程 1．核反应的条件

用α粒子、质子、中子，甚至用γ光子轰击原子核使原子核发生转变． 2．核反应的实质

用粒子轰击原子核并不是粒子与核碰撞将原子核打开，而是粒子打入原子核内部使核发生了转变．

3．原子核人工转变的三大发现 (1)1919年卢瑟福发现质子的核反应：

(2)1932年查德威克发现中子的核反应：

(3)1934年约里奥·居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应：

4．人工转变核反应与衰变的比较

(1)不同点：人工转变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；而衰变是原子核的自发变化，它不受物理、化学条件的影响．

(2)相同点：人工转变与衰变过程一样，在发生过程中质量数与电荷数都守恒，反应前后粒子总动量守恒．

【例1】 完成下列各核反应方程，并指出哪个核反应是首次发现质子、中子和正电子的．

解析 (1) 5B＋2He―→ 7N＋0n (2)4Be＋2He―→ 6C＋0n

此核反应使查德威克首次发现了中子． (3)13Al＋0n―→12Mg＋1H (4) 7N＋2He―→ 8O＋1H

此核反应使卢瑟福首次发现了质子． (5)11Na＋1H―→11Na＋1H (6)13Al＋2He―→0n＋15P；

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P―→14Si＋＋1e(正电子)

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此核反应使约里奥·居里夫妇首次发现了正电子． 借题发挥 书写核反应方程的四条重要原则 (1)质量数守恒和电荷数守恒； (2)中间用箭头，不能写成等号； (3)能量守恒(中学阶段不做要求)； (4)核反应必须是实验中能够发生的．

针对训练1 以下是物理学史上3个著名的核反应方程

1417x＋73Li→2y y＋ 7N→x＋ 8O(和其它核反应方程的箭头相同) 12y＋94Be→z＋ 6C

x、y和z是3种不同的粒子，其中z是( )

A．α粒子 B．质子 C．中子 D．电子 答案 C

解析 把前两个方程化简，消去x，即 7N＋3Li→y＋ 8O，可见y是2He，结合第三个方程，根据电荷数守恒和质量数守恒可知z是中子0n.因此选项C正确． 二、放射性同位素及其应用 1．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． 2．人工放射性同位素的优点

(1)放射强度容易控制．(2)可以制成各种所需的形状．(3)半衰期很短，废料容易处理． 3．放射性同位素的主要作用

(1)工业部门使用射线测厚度——利用γ射线的穿透特性．

(2)农业应用——γ射线使种子的遗传基因发生变异，杀死腐败细菌、抑制发芽、延长保质

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7

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4

期等．

(3)做示踪原子——利用放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质． (4)医学上：利用r射线的高能量治疗癌症．

【例2】 (多选)下列哪些应用是把放射性同位素作为示踪原子的( ) A．γ射线探伤仪

B．利用含有放射性碘131的油，检测地下输油管的漏油情况 C．利用钴60治疗肿瘤等疾病

D．把含有放射性元素的肥料施给农作物，用检测放射性的办法确定放射性元素在农作物内转移和分布情况，找出合理施肥的规律 答案 BD

解析 A是利用了γ射线的穿透性；C是利用了γ射线的生物作用；B、D是利用示踪原子． 借题发挥 利用放射性同位素作示踪原子：一是利用了它的放射性，二是利用放射性同位素放出的射线．

针对训练2 关于放射性同位素的应用，下列说法中正确的是( )

A．利用射线可以改变布料的性质，使其不再因摩擦而生电，从而达到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，也可以进行人体的透视

C．利用射线照射作物种子可使其DNA发生变异，其结果一定是更优秀的品种

D．利用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伤害 答案 D

解析 利用射线消除有害静电是利用射线的电离作用，使空气分子电离，将静电导走，选项A错误；γ射线对人体细胞伤害太大，不能用来进行人体透视，选项B错误；作物种子发生的DNA突变不一定都是有益的，还要经过筛选才能培育出优良品种，选项C错误；利用γ射线治疗肿瘤对人体肯定有副作用，因此要科学地控制剂量，选项D正确.

核反应方程

1．(多选)下列核反应或核衰变方程中，符号“X”表示中子的是( ) A.4Be＋2He―→ 6C＋X B. 7N＋2He―→ 8O＋X C. 80Hg＋0n―→ 78Pt＋21H＋X D. 92U―→ 93Np＋X 答案 AC

2．一质子束射入到静止靶核13Al上，产生如下核反应：

P＋13Al―→X＋n式中P代表质子，n代表中子，X代表核反应产生的新核．由反应式可知，新核X的质子数为____________，中子数为________．

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