高中物理 第4章 從原子核到夸克 4.3 讓射線造福人類學(xué)案 滬科版選修35

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1、 4.3　讓射線造福人類 學(xué)習(xí)目標(biāo) 重點(diǎn)難點(diǎn) 1．知道放射性同位素和人工放射性同位素。 2．知道探測(cè)射線的幾種方法，熟悉探測(cè)射線的幾種儀器。 3．知道放射線的應(yīng)用與保護(hù)。 重點(diǎn)：探測(cè)射線的方法和儀器。 難點(diǎn)：正確書寫核反應(yīng)方程。 一、人工放射性元素的發(fā)現(xiàn) 1．1934年約里奧居里夫婦在用α粒子轟擊鋁箔時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一種具有放射性的新元素P，這種新元素能不斷地放射出正電子。 2．天然放射性同位素只有幾十種，而人們利用原子反應(yīng)堆和加速器生產(chǎn)的放射性同位素已達(dá)2 000多種。 預(yù)習(xí)交流1 能寫出約里奧居里夫婦用α粒子轟擊鋁箔發(fā)現(xiàn)放射性新元素的核反應(yīng)方程嗎？ 答案：

2、核反應(yīng)方程是：He＋Al→P＋n，P→Si＋e。 二、探測(cè)射線的儀器和方法 1．計(jì)數(shù)器 （1）原理：射線引起管內(nèi)氣體發(fā)生一連串的電離，使計(jì)數(shù)器電路中出現(xiàn)一個(gè)強(qiáng)脈沖電流。 （2）作用：記錄粒子進(jìn)入計(jì)數(shù)管的次數(shù)。 2．云室 （1）原理：射線使氣體分子電離產(chǎn)生離子，過(guò)飽和汽以離子為核心凝結(jié)成一條霧跡。 （2）作用：記錄粒子徑跡。 3．乳膠照相 （1）原理：高速運(yùn)動(dòng)的帶電粒子能使照相底片感光。 （2）作用：連續(xù)記錄粒子完整的徑跡。 預(yù)習(xí)交流2 計(jì)數(shù)器是如何工作的？ 答案：一個(gè)帶電粒子或一個(gè)γ光子射入管內(nèi)，使管內(nèi)氣體電離，進(jìn)而引起連續(xù)碰撞、電離，在極短時(shí)間產(chǎn)生大量電子，使計(jì)數(shù)管

3、電路出現(xiàn)脈沖電流而計(jì)數(shù)。 三、射線是把雙刃劍 1．射線的應(yīng)用 作射 線源 ①檢查物體內(nèi)部情況，檢查產(chǎn)品的厚度、密封容器中液面的高度。 ②利用射線的生物效應(yīng)，消滅害蟲、殺菌消毒、治療癌癥等。 ③利用射線的化學(xué)效應(yīng)，促進(jìn)高分子化合物的聚合反應(yīng)，制造各種塑料或改善塑料的性能等。 作示 蹤原 子 一種元素的各種同位素具有相同的化學(xué)性質(zhì)，而用放射性同位素制成的化合物，經(jīng)歷各種過(guò)程時(shí)會(huì)不斷放出射線，由此可以掌握它的蹤跡。 2．放射性的污染及防護(hù) （1）危害：過(guò)強(qiáng)的射線（包括電磁輻射）會(huì)對(duì)生物體造成危害。 （2）防護(hù)：①使用放射性物質(zhì)時(shí)嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，不準(zhǔn)用手接觸。 ②廢棄不

4、用的放射性物質(zhì)，應(yīng)交有關(guān)部門處理，或者在指定地點(diǎn)深埋于地下，并遠(yuǎn)離水源。 ③注意防止放射性物質(zhì)對(duì)空氣、水源和食品的污染。 預(yù)習(xí)交流3 醫(yī)學(xué)上做射線治療的放射性元素，半衰期長(zhǎng)的好還是半衰期短的好？ 答案：半衰期短的好。半衰期短的放射性元素對(duì)人體組織破壞作用小，其廢料也容易處理。 一、核反應(yīng)與核反應(yīng)方程 人工轉(zhuǎn)變核反應(yīng)與衰變相比有什么相同點(diǎn)和不同點(diǎn)？ 答案：不同點(diǎn)：原子核的人工轉(zhuǎn)變，是其他粒子與原子核相碰撞的結(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，它不受物理或化學(xué)條件的影響；相同點(diǎn)：人工轉(zhuǎn)變與衰變都是核反應(yīng)，都遵守質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，反應(yīng)前后粒子

5、的總動(dòng)量也守恒。 1934年，約里奧居里夫婦在用α粒子轟擊鋁箔時(shí)，除了測(cè)到預(yù)料中的中子外，還觀察到了正電子。正電子的質(zhì)量跟電子的質(zhì)量相同，帶一個(gè)單位的正電荷，跟電子的電性正好相反，是電子的反粒子。更意外的是，拿走α粒子放射源以后，鋁箔雖不再發(fā)射中子，但仍然繼續(xù)發(fā)射正電子，而且這種放射性也有一定的半衰期。原來(lái)，鋁箔被α粒子擊中后發(fā)生了如下反應(yīng)：Al＋He→P＋n。這里的P就是一種人工放射性同位素，正電子就是它衰變過(guò)程中放射出來(lái)的。 （1）寫出放射性同位素P放出正電子的核衰變方程； （2）放射性同位素P放出正電子的衰變稱為正β衰變，我們知道原子核內(nèi)只有中子和質(zhì)子，那么正β衰變中的正電子從

6、何而來(lái)？ 答案：見(jiàn)解析 解析：（1）正β衰變過(guò)程質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒，P放出正電子的核衰變方程為P→Si＋e，可見(jiàn)正β衰變后新核質(zhì)量數(shù)不變，電荷數(shù)減1。（2）原子核內(nèi)只有質(zhì)子和中子，沒(méi)有電子，也沒(méi)有正電子，正β衰變是原子核內(nèi)的一個(gè)質(zhì)子轉(zhuǎn)換成一個(gè)中子，同時(shí)放出一個(gè)正電子，其衰變方程為H→e＋n。 1．寫核反應(yīng)方程要遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒。 2．要尊重科學(xué)的實(shí)驗(yàn)事實(shí)，不能單純的根據(jù)兩個(gè)守恒拼湊核反應(yīng)方程。 3．核反應(yīng)方程一般都是不可逆的，故核反應(yīng)方程不能用等號(hào)連接，只能用單向箭頭表示核反應(yīng)方向。 4．記住幾個(gè)基本粒子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)：質(zhì)子（H）、中子（n）、α粒子（He）、電子（e）

7、及氫的三個(gè)同位素。 二、射線的污染及防護(hù) 2011年3月日本海嘯造成核電站發(fā)生爆炸，核泄漏引發(fā)核危機(jī)，導(dǎo)致我國(guó)國(guó)民為“防核輻射”而誤搶購(gòu)食鹽。那么放射線的污染有幾種？怎樣才能做到有效防護(hù)？ 答案：放射線的污染有：對(duì)環(huán)境的污染、對(duì)生物體的危害。 要做到有效防護(hù)：（1）使用放射物質(zhì)時(shí)嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，（2）廢棄的放射物質(zhì)要在指定地點(diǎn)按規(guī)程深埋地下并遠(yuǎn)離水源，（3）注意防止放射性物質(zhì)對(duì)空氣、水源和食品的污染。 聯(lián)合國(guó)環(huán)境公署對(duì)科索沃地區(qū)的調(diào)查表明，北約對(duì)南聯(lián)盟進(jìn)行的轟炸中，大量使用了貧鈾炸彈，貧鈾是從金屬鈾中提煉鈾235以后的副產(chǎn)品，其主要成分是鈾238。貧鈾炸彈的貫穿能力是常規(guī)炸

8、彈的9倍，殺傷力極大而且殘留物可長(zhǎng)期危害環(huán)境。下列關(guān)于其殘留物長(zhǎng)期危害環(huán)境的理由正確的是（　　）。 A．爆炸后的彈片存在放射性，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生長(zhǎng)期危害 B．爆炸后的彈片不會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危害，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生長(zhǎng)期危害 C．鈾238的衰變速度很快 D．鈾的半衰期很長(zhǎng) 答案：AD 1．過(guò)量的射線照射會(huì)使器官細(xì)胞組織受到損傷，嚴(yán)重的會(huì)破壞人體DNA分子結(jié)構(gòu)，引發(fā)各種疾病。 2．常用的防護(hù)方法有時(shí)間防護(hù)，距離、屏蔽防護(hù)等。 1．下列哪些應(yīng)用是把放射性同位素作為示蹤原子的（　?。?。 A．利用鈷60治療腫瘤等疾病 B．γ射線探傷 C．利用含有放射性碘131的油，檢測(cè)地下輸油管的漏油情況 D．

9、把含有放射性同位素的肥料施給農(nóng)作物用以檢測(cè)農(nóng)作物吸收養(yǎng)分的規(guī)律 答案：CD 解析：利用鈷60治療腫瘤是利用它的射線能量高的特點(diǎn)，γ射線探傷是利用它的射線貫穿能力強(qiáng)的特點(diǎn)。 2．關(guān)于放射性同位素的應(yīng)用，下列說(shuō)法正確的是（　?。? A．作為示蹤原子是利用了放射性同位素貫穿能力很強(qiáng)的性質(zhì) B．作為示蹤原子是利用了放射性同位素放出的射線可以被儀器探測(cè)到的特點(diǎn) C．γ射線探傷利用了γ射線貫穿能力很強(qiáng)的性質(zhì) D．γ射線探傷利用了γ射線電離能力很強(qiáng)的性質(zhì) 答案：BC 解析：根據(jù)放射性的性質(zhì)分析放射性的應(yīng)用。作為示蹤原子是利用放射性同位素放出的射線可被儀器探測(cè)到的特點(diǎn)，利用γ射線探傷是利用了

10、γ射線的貫穿能力強(qiáng)的性質(zhì)，正確選項(xiàng)為B、C。 3．對(duì)放射性的應(yīng)用，下列說(shuō)法中正確的是（　?。? A．射線能殺傷癌細(xì)胞或阻止癌細(xì)胞分裂，對(duì)人體正常細(xì)胞不會(huì)有傷害作用 B．對(duì)有放射性的廢料，要裝入特制的容器并埋入深地層進(jìn)行處理 C．γ射線探傷儀中的放射源必須存放在特制容器里，而不能隨意放置 D．對(duì)可能產(chǎn)生放射性污染的場(chǎng)所或物品進(jìn)行檢測(cè)是很有必要的 答案：BCD 解析：放療殺傷癌細(xì)胞的同時(shí)對(duì)人的身體也是有害的，A選項(xiàng)錯(cuò)誤。B、C、D關(guān)于放射性的防護(hù)的表述都是正確的。 4．美國(guó)前總統(tǒng)老布什曾讓醫(yī)生們虛驚了一場(chǎng)，那是在訪日宴會(huì)上，突然昏厥，美國(guó)政府急忙將他送回國(guó)，醫(yī)生用123I進(jìn)行診斷，

11、通過(guò)體外跟蹤，迅速查出了病因。123I的特性是（　　）。 A．半衰期長(zhǎng)，并迅速?gòu)捏w內(nèi)清除 B．半衰期長(zhǎng)，并緩慢從體內(nèi)清除 C．半衰期短，并迅速?gòu)捏w內(nèi)清除 D．半衰期短，并緩慢從體內(nèi)清除 答案：C 解析：利用放射性同位素123I放出的γ射線，穿透本領(lǐng)比α、β射線強(qiáng)。123I的半衰期較短，可以迅速?gòu)捏w內(nèi)消失，不至于因長(zhǎng)時(shí)間輻射而對(duì)身體造成傷害。故C對(duì)。 5．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)，天然放射性同位素只不過(guò)40多種，而今天人工制造的同位素已達(dá)2 000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、科研的許多方面得到廣泛應(yīng)用。帶電的驗(yàn)電器在放射線照

12、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 答案：B 解析：因放射線的電離作用，空氣中與驗(yàn)電器所帶電荷電性相反的離子與之中和，所以使驗(yàn)電器不顯電性。故選B。 6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375