2019-2020學年高中物理 第3章 原子核與放射性 第3節(jié) 放射性的應用與防護教學案 魯科版選修3-5

《2019-2020學年高中物理 第3章 原子核與放射性 第3節(jié) 放射性的應用與防護教學案 魯科版選修3-5》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《2019-2020學年高中物理 第3章 原子核與放射性 第3節(jié) 放射性的應用與防護教學案 魯科版選修3-5（12頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、第3節(jié)　放射性的應用與防護 　1.知道放射性同位素，了解放射性在生產(chǎn)和科學領域的應用．(重點＋難點) 2．知道放射性污染及其對人類和自然產(chǎn)生的嚴重危害，了解防護放射性的措施，建立防范意識． 一、放射性的應用 應用分類 (1)利用射線的電離作用，穿透能力等特性． (2)放射性同位素作為示蹤原子． 射線特性的應用 放射性物質發(fā)出的α射線，β射線和γ射線能夠將生物細胞分子內的電子擊出，使細胞分子電離，造成細胞變異或損害．因而得到廣泛應用． (1)輻射育種；(2)食品輻射保存；(3)放射性治療；(4)放射性同位素電池；(5)γ射線探傷． 作為示蹤原子 在某種元素里摻進一些該元

2、素的放射性同位素，同樣的化學性質，經(jīng)歷同樣過程，用儀器探測該同位素放出的射線查明這種元素的行蹤．如：正電子發(fā)射斷層攝影(簡稱PET)． 1．(1)射線中的粒子與其他物質作用時，產(chǎn)生一些現(xiàn)象，可以顯示射線的存在．(　　) (2)云室和氣泡室都是應用射線的穿透能力研究射線的徑跡．(　　) 提示：(1)√　(2)× 二、放射性污染和防護 放射性污染來自許多方面，主要有核爆炸、核泄漏和醫(yī)療照射等． 為了防止放射線的破壞，人們采取了許多防范措施，主要有密封防護、距離防護、時間防護、屏蔽防護等． 2．(1)利用γ射線照射種子，可以培育出優(yōu)良品種．(　　) (2)用γ射線照射食品可以

3、殺死使食物腐敗的細菌，抑制蔬菜發(fā)芽，延長保存期．(　　) (3)任何放射性物質都可以作為示蹤原子使用．(　　) 提示：(1)√　(2)√　(3)× 　放射性及放射性同位素的應用 射線特性的應用 應用 射線特征 電離作用 輻射育種 利用γ射線照射種子，可以使種子內的遺傳物質發(fā)生變異，培育出新的優(yōu)良品種 食品輻射保存 用射線對食品進行照射，可以抑制發(fā)芽，殺蟲滅菌 放射性治療 射線照射可以治療惡性腫瘤，使癌細胞活動受到抑制或使其死亡 改善塑料性能 射線可以促進交織化合物的聚合反應，以制造各種塑料或改善塑料性能 增加汽油產(chǎn)量 利用射線使石油分離，增加汽油的

4、產(chǎn)量 消除靜電 利用射線使空氣電離而把空氣變成導電氣體，以除去化纖、紡織品上的靜電 衰變能量 放射性同位素電池 把放射性同位素衰變時釋放的能量轉換成電能 穿透能力 γ射線探傷 利用γ射線可以檢查金屬內部有沒有缺陷或裂紋 γ射線檢測 由于射線透過物體的強度跟物體的密度和厚度有關，因此可以用射線來檢查產(chǎn)品的厚度，密封容器中液面的高度等 作為示蹤原子 (1)在工業(yè)上，可用示蹤原子檢查地下輸油管道的漏油情況． (2)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，可用示蹤原子確定植物在生長過程中所需的肥料和合適的施肥時間． (3)在醫(yī)學上，可用示蹤原子幫助確定腫瘤的部位和范圍． (4)在生物科學研究方面，

5、放射性同位素示蹤法在生物化學和分子生物學領域應用極為廣泛，它為揭示體內和細胞內理化過程的秘密，闡明生命活動的物質基礎，起了極其重要的作用，使生物化學從靜態(tài)進入動態(tài)，從細胞水平進入分子水平，為人類對生命基本現(xiàn)象的認識開辟了一條新的途徑． 　用人工方法得到放射性同位素，這是一個很重要的發(fā)現(xiàn)，天然放射性同位素只不過40幾種，而今天人工制造的同位素已達1 000多種，每種元素都有放射性同位素，放射性同位素在農(nóng)業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生、科研等許多方面得到廣泛應用． (1)如圖是工廠利用放射線自動控制鋁板厚度的裝置示意圖，如果工廠生產(chǎn)的是厚度1 mm鋁板，在α、β、γ三種射線中，你認為對鋁板的厚度起主要作用的是_

6、_______射線． (2)在我國首先用人工方法合成牛胰島素時需要證明人工合成的牛胰島素結晶跟天然牛胰島素結晶是同一物質，為此曾采用放射性同位素14C做________． [解析]　(1)α射線穿透物質的本領弱，不能穿透厚度1 mm的鋁板，因而探測器不能探到，γ射線穿透本領最強，穿透1 mm的鋁板和幾毫米厚鋁板打在探測器上很難分辨，β射線也能穿透幾毫米厚的鋁板，但厚度不同，穿透后β射線中的電子運動狀態(tài)不同，探測器容易分辨． (2)把摻入14C的人工合成牛胰島素與天然牛胰島素混合在一起，經(jīng)多次重新結晶后，得到了放射性14C分布均勻的牛胰島素結晶，這就證明了人工合成的牛胰島素與天然牛胰島

7、素合為一體，它們是同一物質，把這種放射性同位素的原子摻到其他物質中去，讓它們一起運動遷移，再用放射性探測儀器進行追蹤，就可以知道放射性原子通過什么路徑，運動到哪里了，是怎樣分布的，從而可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． [答案]　(1)β　(2)示蹤原子 (1)用射線來測量厚度，一般不選取α射線是因為其穿透能力太差，更多的是選取γ射線，也有部分選取β射線的． (2)給病人治療癌癥、培育優(yōu)良品種、延長食物保質期一般選取γ射線． (3)使用放射線時安全是第一位的． 　1.(多選)在下列應用中，把放射性同位素作為示蹤原子的是(　　) A．γ射

8、線探傷儀 B．利用含有放射性碘131的油，檢測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，用檢測放射性的辦法確定放射性元素在農(nóng)作物內轉移和分布情況，找出合理施肥的規(guī)律 解析：選BD.A是利用了γ射線的穿透性；C利用了γ射線的生物作用；B、D是利用了示蹤原子． 　放射性的污染與防護 放射性的危害：射線具有一定的能量，對物體具有不同的穿透能力和電離能力，從而使物體或機體發(fā)生一些物理和化學變化．如果人體受到長時間大劑量的射線照射，就會使細胞器官組織受到損傷，破壞人體DNA分子結構，有時甚至會引發(fā)癌癥，或者造成下一代遺傳上的缺陷．過度照射時，人

9、常常會出現(xiàn)頭痛、四肢無力、貧血等多種癥狀，甚至死亡． 放射線的防護 (1)時間防護：盡量減少與放射線接觸的次數(shù)與接觸的時間． (2)距離防護：生活中首先要對可能有放射性的物質有防范意識，要盡可能地遠離放射源． (3)屏蔽防護：鉛的屏蔽作用最好，水、水泥等也是常用的屏蔽物．如核電站的核反應堆外層用厚厚的混凝土來防止放射線的外泄，用過的核廢料要放在很厚很厚的重金屬箱中，并深埋地下． 　核能是一種高效的能源． (1)在核電站中，為了防止放射性物質泄漏，核反應堆有三道防護屏障：燃料包殼，壓力殼和安全殼． 結合圖甲可知，安全殼應當選用的材料是____________． (2)圖乙

10、是用來監(jiān)測工作人員受到輻射情況的胸章，通過照相底片被射線感光的區(qū)域，可以判斷工作人員受到何種輻射．當胸章上1 mm鋁片和3 mm鋁片下的照相底片被感光，而鉛片下的照相底片未被感光時，結合圖甲分析工作人員一定受到了________射線的輻射；當所有照相底片被感光時，工作人員一定受到了________射線的輻射． [思路點撥] 解答本題應把握以下兩點： (1)熟知三種射線的穿透本領． (2)熟知常見的放射性防護措施． [解析]　(1)核反應堆最外層是厚厚的水泥防護層．防止射線外泄，所以安全殼應選用的材料是混凝土． (2)β射線可穿透幾毫米厚的鋁片，而γ射線可穿透幾厘米厚的鉛板． [答案

11、]　(1)混凝土　(2)β　γ 熟悉屏蔽防護措施、常用屏蔽物和三種射線的穿透本領的大小是解決這類問題的關鍵． 　關于放射性污染的防護措施，下列說法錯誤的是(　　) A．將廢棄的放射性物質進行深埋 B．將廢棄的放射性物質倒在下水道里 C．接觸放射性物質的人員穿上鉛防護服 D．嚴格和準確控制放射性物質的放射劑量 解析：選B.因為放射性物質殘存的時間太長，具有輻射性，故應將其深埋，A對，B錯、鉛具有一定的防止放射性的能力，接觸放射性物質的人員穿上鉛防護服，并要控制一定的放射劑量．故C、D對． 　原子核的人工轉變與衰變的比較 原子核的衰變 原子核的人工轉變 發(fā)生反應的

12、原子核 具有放射性的不穩(wěn)定核 所有的原子核 反應條件 自發(fā)進行，無條件 利用α粒子、質子、中子或γ光子作為“炮彈”轟擊靶核 反應本質 核子數(shù)變化，形成新核 核子的重組，形成新核 典型反應 U→Th＋He N＋He→O＋H 核反應方程的特點 箭頭左邊只有一個放射性原子核 箭頭左邊有靶核和“炮彈”各一個 核反應的規(guī)律 質量數(shù)守恒(注意質量并不守恒)，電荷數(shù)守恒 書寫方程的原則 尊重實驗事實，不能僅僅依據(jù)守恒定律主觀臆造 　下列方程中屬于衰變的是________，屬于人工轉變的是________，生成原來元素的同位素的是________，放出β粒子的是___

13、_____． ①I＋n→I ②U→Th＋He ③Bb→Bi＋e ④Be＋He→C＋n [解析]　首先從方程左端去判斷哪種是衰變、哪種是人工轉變，當方程左端只有一種元素的原子核時，只能是衰變，故②③為衰變，①④為人工轉變；而同位素的產(chǎn)生，是根據(jù)原子序數(shù)相同而質量數(shù)不同來判斷，所以①會生成該元素的同位素；判斷β衰變，只需要看清衰變方程右端是否產(chǎn)生電子即可，應選③. [答案]?、冖邸、佗堋、佟、? [隨堂檢測] (多選)下列應用中利用放射性同位素放出射線的是(　　) A．金屬探傷 B．消除有害的靜電積累 C．研究農(nóng)作物在各季節(jié)吸收肥料成分的規(guī)律 D．保存食物 解析：選A

14、BD.A是利用了射線的貫穿本領，B是利用了射線的電離本領，C是作為示蹤原子，D也是利用射線來保存食物，抵制或消滅害蟲． 關于放射性同位素應用的下列說法中正確的有(　　) A．放射線改變了布料的性質使其不再因摩擦而生電，從而達到消除有害靜電的目的 B．利用γ射線的貫穿性可以為金屬探傷，也能進行人體透視 C．用放射線照射作物種子使其DNA 發(fā)生變異，其結果一定是更優(yōu)秀的品種 D．用γ射線治療腫瘤時一定要嚴格控制劑量，以免對人體正常的組織造成太大的傷害 解析：選D.利用放射線消除有害靜電是利用放射線的電離性，使空氣分子電離成為導體，將靜電導走．γ射線對人體細胞傷害太大，不能用來進行人體透

15、視．作物種子發(fā)生的DNA突變不一定都是有益的，還要經(jīng)過篩選才能培育出優(yōu)秀品種．用γ射線治療腫瘤對人體肯定有副作用，因此要科學地控制劑量．本題正確選項為D. (多選)俄羅斯“庫爾斯克”號核潛艇在巴倫支海遇難，沉入深度約為100 m的海底，“庫爾斯克”號核潛艇的沉沒再次引起人們對核廢料與環(huán)境問題的重視．幾十年來人們向巴倫支海海域傾倒了不少核廢料，核廢料對海洋環(huán)境有嚴重的污染作用．其原因是(　　) A．鈾、钚等核廢料的放射性 B．鈾、钚等核廢料的半衰期很長 C．鈾、钚等重金屬有毒性 D．鈾、钚等核廢料會造成爆炸 解析：選ABC.放射線對人體組織、生物都是有害的，核廢料的主要污染作用是其放

16、射性，且其半衰期長，在很長時間內都具有放射性，另外核廢料中有大量重金屬，但不會自發(fā)爆炸．所以A、B、C選項正確． 關于放射性同位素的應用，下列說法正確的是(　　) A．利用γ射線使空氣電離，把靜電荷導走 B．利用β射線照射植物的種子，使產(chǎn)量顯著增加 C．利用α射線來治療肺癌、食道癌等疾病 D．利用放射性同位素跟它的非放射性同位素的化學性質相同，作為示蹤原子 解析：選D.γ射線的電離作用很弱，應利用α射線的電離作用，A錯；γ射線對生物具有物理化學作用，照射種子可使基因變異，可用于放射性治療，β射線不具有生物作用，B、C均錯；同位素的核外電子數(shù)相同，化學性質相同，放射性同位素帶有“放射

17、性標記”，可用探測器探測，D對． 5．在中子、質子、電子、正電子、α粒子中選出一個適當?shù)牧Ｗ?，分別填在下列核反應式的橫線上，并指出哪些是核的人工轉變． (1)U→Th＋________； (2)Be＋He→6C＋________； (3)Th→Pa＋________； (4)P→Si＋________； (5)7N＋He→8O＋________． 解析：在核反應過程中，遵循反應前后電荷數(shù)守恒、質量數(shù)守恒規(guī)律．對參與反應的所有基本粒子來用左下角(電荷數(shù))配平，左上角(質量數(shù))配平．未知粒子可根據(jù)其電荷數(shù)和質量數(shù)確定．如(1)電荷數(shù)為92－90＝2，質量數(shù)為238－234＝4，由此可

18、知為α粒子(He)，同理確定其他粒子分別為：中子(n)，電子(e)，正電子(e)，質子(H)．其中(2)、(5)是核的人工轉變． 答案：(1)He　(2)n，核的人工轉變　(3)e　(4)e (5)H，核的人工轉變 [課時作業(yè)] 一、單項選擇題 帶電的驗電器在放射線照射下電荷會很快消失，其原因是(　　) A．放射線的貫穿作用 B．放射線的電離作用 C．放射線的物理、化學作用 D．以上三個選項都不是 解析：選B.因放射線的電離作用，空氣中與驗電器所帶電性相反的離子與之中和，所以使驗電器所帶電荷消失． 放射性同位素可作為示蹤原子，例如，在醫(yī)學上可以確定腫瘤的位置等等．

19、今天有四種不同的放射性同位素R、P、Q、S.它們的半衰期分別為半年、38年、15年、2天．則應選用的同位素是(　　) A．S B．Q C．P D．R 解析：選A.作為示蹤原子的放射性同位素，應該有穩(wěn)定的放射性，半衰期越長，放射性越穩(wěn)定；但考慮到放射性對人體的危害，半衰期越長，對人體的危害越大，所以一旦研究結束，就希望放出的射線量大大減小，因此應選擇半衰期較短，衰變稍快的放射性元素作為示蹤原子，用2天的就可以了． 我國科學家首次用人工方法合成的牛胰島素與天然牛胰島素是同一種物質，所使用的鑒別技術是(　　) A．光譜分析 B．同位素示蹤原子 C．微電子技術 D．納米技術 解析

20、：選B.人工合成牛胰島素摻入C作為示蹤原子，跟天然牛胰島素混合，多次重新結晶，結果C均勻分布，證明了人工合成的牛胰島素與天然牛胰島素是同一物質，故選B. 4．為保證生產(chǎn)安全，大型鋼鐵部件內部不允許有砂眼、裂痕等傷痕存在．如圖是利用射線檢測鋼柱內部是否存在傷痕情況的示意圖，若鋼柱的直徑為20 cm，則下列說法正確的是(　　) A．放射源放出的射線應該用β射線 B．放射源放出的射線應該用X射線 C．放射源放出的射線應該用γ射線 D．若鋼件內部有傷痕，探測器接收到的射線粒子將減少 解析：選C.此射線必須能穿透部件，接收器才能接收到射線粒子，因β射線只能穿透幾毫米厚的鋁板，X射線也只能

21、穿透幾厘米厚的鋼板，用γ射線可以檢查30 cm厚的鋼鐵部件，顯然這里應該用γ射線而不能用β或X射線，選項C正確，選項A、B錯誤；當遇到鋼鐵部件內部有傷痕時，穿過鋼板到達計數(shù)器的γ射線比沒有砂眼或裂紋處的要多一些，選項D錯誤． 核電站泄漏的污染物中含有碘131和銫137.碘131的半衰期約為8天，會釋放β射線．銫137是銫133的同位素，半衰期約為30年，發(fā)生衰變時會輻射γ射線．下列說法正確的是(　　) A．碘131釋放的β射線由氦核組成 B．銫137衰變時輻射出的γ光子能量小于可見光光子能量 C．與銫137相比，碘131衰變更慢 D．銫133和銫137含有相同的質子數(shù) 解析：選D.

22、β射線由高速電子流組成，選項A錯誤；γ射線為高頻電磁波，光子能量遠大于可見光光子的能量，選項B錯誤；碘131半衰期小，說明衰變快，選項C錯誤；銫133和銫137為同位素，具有相同的質子數(shù)，不同的中子數(shù)，選項D正確． 放射性在技術上有很多應用，不同的放射源可用于不同目的．下表列出了一些放射性元素的半衰期和可供利用的射線． 元素 釙210 氡222 鍶90 鈾238 射線 α β β α、β、γ 半衰期 138d 3.8d 28y 45×109y 某塑料公司生產(chǎn)聚乙烯薄膜，利用射線檢查厚的聚乙烯通過軋輥后的薄膜厚度是否均勻，可利用的元素是(　　) A．釙210

23、B．氡222 C．鍶90 D．鈾238 解析：選C.測定薄膜厚度的原理是利用射線的穿透能力，由于α穿透能力太弱，而γ射線穿透能力太強，所以應選用β射線，并且要求放射性元素的半衰期較長，所以選項C正確． 二、多項選擇題 7．對放射性同位素的應用，下列說法中正確的是(　　) A．射線能殺傷癌細胞或阻止癌細胞分裂，對人體的正常細胞不會有傷害作用 B．對具有放射性的廢料，要裝入特制的容器并深埋地下進行處理 C．γ射線探傷儀中的放射源必須存放在特制的容器里，而不能隨意放置 D．對可能產(chǎn)生放射性污染的場所或物品進行檢測是很有必要的 解析：選BCD.射線殺傷癌細胞的同時對人體的正常細胞也是

24、有害的，A選項錯誤；B、C、D關于射線的防護的表述都是正確的． 8．近幾年來，我國北京、上海、山東、洛陽、廣州等地引進了十多臺γ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γ刀治療時不用麻醉，病人清醒，時間短，半小時完成手術，無需住院，因而γ刀被譽為“神刀”．據(jù)報道，我國自己研制的旋式γ刀性能更好，即將進入各大醫(yī)院為患者服務．γ刀治療腦腫瘤主要是利用(　　) A．γ射線具有很強的穿透能力 B．γ射線具有很強的電離作用 C．γ射線具有很高的能量 D．γ射線能很容易繞過阻礙物到達目的地 解析：選AC.γ刀就是γ射線，γ射線的特點是穿透能力強，γ射線波

25、長短，光子的能量高，殺傷力強，應用γ刀治療腦腫瘤就是利用其穿透能力強和殺傷力強． 9．用蓋革·米勒計數(shù)器測定放射源的放射強度為每分鐘405次，若將一張厚紙板放在計數(shù)器與放射源之間，計數(shù)器幾乎測不到射線.10天后再次測量，測得該放射源的放射強度為每分鐘101次，則下列關于射線性質及它的半衰期的說法正確的是(　　) A．放射源射出的是α射線 B．放射源射出的是β射線 C．這種放射性元素的半衰期是5天 D．這種放射性元素的半衰期是2.5天 解析：選AC.因厚紙板能擋住這種射線，可知這種射線是穿透能力最差的α射線，選項A正確，B錯誤；因放射性元素原子核個數(shù)與單位時間內衰變的次數(shù)成正比，10

26、天后測出放射強度為原來的四分之一，說明10天后放射性元素的原子核個數(shù)只有原來的四分之一，由半衰期公式知，已經(jīng)過了兩個半衰期，故半衰期是5天． 10．正電子發(fā)射計算機斷層顯像(PET)的基本原理是：將放射性同位素O注入人體，O在人體內衰變放出的正電子與人體內的負電子相遇而湮滅轉化為一對γ光子，被探測器采集后，經(jīng)計算機處理生成清晰圖象．則根據(jù)PET的原理判斷下列表述正確的是(　　) A.O在人體內的衰變方程是O―→N＋e B．正、負電子湮滅方程是e＋e―→2γ C．在PET中，O主要用途是作為示蹤原子 D．在PET中，O主要用途是參與人體的新陳代謝 解析：選ABC.顯像的原理是采集γ光

27、子，即注入人體內的O衰變放出正電子和人體內的負電子湮滅轉化為γ光子，因此O主要用途是作為示蹤原子，D錯． 三、非選擇題 在日本發(fā)生的福島核電站核泄漏事故中，泄漏的污染物中含有131I和137Cs兩種放射性核素，它們通過一系列衰變產(chǎn)生對人體有危害的輻射．在下列四個式子中，有兩個能分別反映131I和137Cs的衰變過程，它們分別是________和________(填入正確選項前的字母).131I和137Cs原子核中的中子數(shù)分別是________和________． A．X1→Ba＋n B．X2→Xe＋e C．X3→Ba＋e D．X4→Xe＋p 解析：根據(jù)核反應方程的質量數(shù)、核電荷數(shù)守恒

28、知，131I的衰變?yōu)檫x項B，137Cs的衰變?yōu)檫x項C，131I的中子數(shù)為131－53＝78，137Cs的中子數(shù)為137－55＝82. 答案：B　C　78　82 約里奧·居里夫婦因發(fā)現(xiàn)人工放射性而獲得了1935年的諾貝爾化學獎，他們發(fā)現(xiàn)的放射性元素P衰變成Si的同時放出另一種粒子，這種粒子什么？P是P的同位素，被廣泛應用于生物示蹤技術，1 mg P隨時間衰變的關系如圖所示，請估算4 mg的P經(jīng)多少天的衰變后還剩0.25 mg? 解析：P衰變的方程：P―→Si＋e，即這種粒子為正電子．題圖中縱坐標表示剩余P的質量，由題圖知當1 mg中還剩0.5 mg時對應天數(shù)為14天，即P的半衰期為T1/2＝14天．設4 mg經(jīng)x天衰變后還剩0.25 mg，即＝所以x＝4T1/2＝4×14天＝56天． 答案：正電子　56天 12