2013-2014学年高二物理粤教版选修3-5同步课件：第4章 第3节 放射性同位素

第三节放射性同位素1．知道同位素的概念．2．知道放射性同位素的应用．3．知道放射性污染及其危害，了解防范放射线的措施．放射源品种很多，在科研、医疗卫生、地质、农业、工业等都有着广泛的应用，但过量的放射性会对环境造成污染，对人类和自然产生破坏作用．放射性有哪些应用和危害，应该如何利用和防护？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，以产生新的原子核的过程叫做________．2．在核反应过程中，伴随着________的释放或吸收，所放出或吸收的________叫做反应能．二、放射性同位素1．具有相同的________而________不同的原子，互称为同位素．核反应能量能量中子数质子数2．具有放射性的同位素，叫做________________．3．1934年约里奥·居里和伊丽芙·居里夫妇发现正电子和放射性同位素，核反应方程式为：____________________，____________________.三、放射性同位素的应用1．射线的应用：(1)________________；(2)________________________________________．放射性同位素274301132150Al+HePn3030015141PSiey利用γ射线探伤利用α、β射线使空气分子电离变成导电气体(3)______________________________________________；(4)________________．2．________________________________________________.3．_______________________________________________.四、放射线的危害及防护辐射防护的基本方法有时间防护、距离防护和屏蔽防护．要防止放射性物质对水源、空气、用具、工作场所的污染，要防止射线过多地长时间地照射人体．消毒灭菌，治病防治害虫，引起生物遗传基因发生突变培育良种示踪原子的应用半衰期的应用核反应的认识除了天然放射性元素会产生自发核衰变外，还可以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．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．衰变和核反应中，方程两边总的质量数和电荷数守恒．(1)卢瑟福用α粒子轰击氮核产生质子的核反应方程：N＋He→O＋H(2)用α粒子轰击铍发现中子的核反应方程：Be＋He→C＋n(3)铀238原子核的α衰变方程：U→Th＋He(4)钍234原子核的β衰变方程为：Th→Pa＋e1474217811944212610238922349042234902349101注意：①核反应过程一般是不可逆的，所以只能用单向箭头表示反应方向，不能用等号连接．②核反应的生成物一定要以实验为基础，不可凭空只依据两个守恒捏造生成来写反应方程．③核反应中遵循质量数守恒，而不是质量守恒，核反应前后的总质量一般会发生变化(质量亏损)而释放出能量——核能．C．①是α衰变D．②是β衰变（双选）用中子轰击铝27，其核反应方程：①2713Al＋10n→2411Na＋X；②2411Na具有放射性，其核反应方程为：2411Na→2412Mg＋Y.则()A．X是42HeB．Y是10n解析：由质量数守恒、电荷数守恒知：X的质量数＝27＋1－24＝4,X的电荷数＝13－11＝2，即X是He，A正确，但①中He是铝27经中子轰击反应而来的，不是铝27原子核发生α衰变，C错误；Y的质量数＝24－24＝0，Y的电荷数＝11－12＝－1,即Y是e，②发生β衰变，故B错误，D正确．答案：AD420142课堂训练1．写出下列原子核反应方程．(1)Na俘获1个α粒子后放出1个质子．__________________________________________________(2)Al俘获1个α粒子后放出1个中子．__________________________________________________(3)O俘获1个中子后放出1个质子．___________________________________________________23112713168Na＋He→Mg＋H231142112612Al＋He→P＋n271342301510O＋n→N＋H1681011167(4)Si俘获1个质子后放出1个中子．___________________________________________________(5)静止状态的镭原子核Ra经一次α衰变后变成一个新核．_______________________________________________301422888Si＋H→P＋n113014301510RaRn＋He228882248642放射性同位素原子核的质子数决定了核外电子数目，核外电子的数目不同，其分布情况也不同，进而导致元素的化学性质不同．同种元素的原子，因为其质子数相同，核外电子数相同，所以有相同的化学性质，但是它们的中子数可以不同，这些具有相同质子数而中子数不同的原子互称为同位素．因而同种元素的同位素具有相同的化学性质．具有放射性的同位素，叫做放射性同位素．用人工的方法可以得到放射性同位素，用质子、氚核、中子和γ光子轰击原子核，可得到各种放射性同位素．(双选）氢有三种同位素，分别是氕、氘、氚，即H、H、H，则()A．它们的质子数相等B．它们的核外电子数相等C．它们的核子数相等D．它们的中子数相等解析：同位素是具有相同质子数而中子数、质量数不同的原子．A、B正确．答案：AB112131课堂训练2．人类探测月球，发现在月球的土壤中含有较丰富的质量数为3的氦，它可以作为未来核反应的原料之一，氦的这种同位素应表示为()A．HeB．HeC．HeD．He43334232解析：同位素的质子数相同，而中子数不同，因氦的核电荷数为2，月球的土壤中这种质量数为3的氦应表示He.答案：D32放射性同位素的应用及防护(一)放射性同位素的应用1．射线的应用：主要是应用射线的穿透能力，电离能力和物理、化学、生物作用(1)利用γ射线的穿透性来检查金属内部是否存在砂眼裂痕，即利用γ射线探伤．(2)利用射线的穿透本领与物质厚度的关系，来检查各种产品的厚度和密封容器中液体的高度等，从而实现自动控制．(3)利用射线可以防治害虫；射线照射还能引起生物遗传基因发生突变以培育良种．(4)射线可以用于医疗器械的消毒灭菌和治病(如放疗)．(5)放射性物质放出的α、β射线可以使空气电离成导电气体，以消除化纤、纺织品上的静电．(6)利用射线的化学效应，可以促进高分子化合物的聚合反应，能制造各种塑料的性能，此外还可利用射线使石油裂解，增加汽油产品．2．示踪原子的应用：由于放射性元素能放出某种射线，可用探测仪器对它们进行追踪，因而可利用它们进行踪迹显示．人们把这种用途的放射性同位素叫做示踪原子．3．半衰期的应用：在地质和考古工作中，利用放射性衰变的半衰期来推断地层或古代文物的年代．根据目前岩石中238U和206Pb的含量比，由铀的半衰期估算地层年代；利用生物残骸中同位素12C和14C的含量比可推算生物死亡或文物的年代等．(二)放射性的危害及防护1．危害：射线具有特定的能量，对物体具有不同的穿透能力和电离能力，从而使物体或机体发生一些物理、化学、生物变化．如果人体受到长时间大剂量的射线照射，就会使细胞组织受到损伤，破坏DNA分子结构，有时甚至会引发癌症，或者造成下一代遗传上的缺陷，过度照射时，人常常会出现头痛、四肢无力、贫血等多种症状，重者甚至死亡．2．辐射防护的基本方法：时间防护、距离防护、屏蔽防护．要防止放射性物质对水源、空气、用具、工作场所的污染；要防止射线过多地长时间照射人体．如图所示，是利用放射线自动控制铝板厚度的装置．假如放射源能放射出α、β、γ三种射线，而根据设计，该生产线压制的是3mm厚的铝板，那么是三种射线中的______射线对控制厚度起主要作用．当探测接收器单位时间内接收到的放射性粒子的个数超过标准值时，将会通过自动装置将M、N两个轧辊间的距离调节得________些．解析：α射线不能穿过3mm厚的铝板，γ射线又很容易穿过3mm厚的铝板，基本不受铝板厚度的影响．而β射线刚好能穿透几毫米厚的铝板，因此厚度的微小变化会使穿过铝板的β射线的强度发生较明显变化．即是β射线对控制厚度起主要作用．若超过标准值，说明铝板太薄了，应该将两个轧辊间的距离调节得大些．答案：β大3．（双选）下列哪些应用是把放射性同位素作为示踪原子的()A．利用钴60治疗肿瘤等疾病B．利用γ射线检查钢板有无砂眼C．利用含有放射性碘131的油，检测地下输油管的漏油情况D．把含有放射性元素的肥料施给农作物用以检测确定农作物吸收养分的规律课堂训练解析：A是利用了γ射线的高能量，B是利用γ射线的贯穿本领，C、D选项是示踪原子的应用．答案：CD1．（双选）关于同位素，下列说法中正确的是()A．一种元素的几种同位素在元素周期表中的位置相同B．一种元素的几种同位素的化学性质、物理性质都相同C．同位素都具有放射性D．互称同位素的原子含有相同的质子数基础达标解析：质子数相同、中子数不同的原子互称同位素，由于它们的原子序数相同，因此在元素周期表中的位置相同．虽然核电荷数相同，但由于中子数不同，因此物理性质不同．一种元素的同位素不都具有放射性，具有放射性的同位素叫放射性同位素．A、D选项正确．答案：AD2．关于放射性同位素的应用，下列说法中正确的是()A．放射性改变了布料的性质使其不再因摩擦而起电，并以此达到消除有害静电的目的B．利用γ射线的贯穿本领可以为金属探伤，也能进行人体的透视C．用放射线照射作物种子能使其DNA发生变异，其结果一定会成为更优秀的品种D．用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体正常的组织造成太大的伤害解析：利用放射性消除有害静电是利用放射线的电离作用，使空气分子电离为导体，将静电泄出，故A错误；γ射线对人体细胞伤害太大，不适合用来进行人体透视，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的品种，C错误；用γ射线治疗肿瘤对人体肯定有副作用，因此要科学地严格控制剂量，D正确．答案：D3．（双选）关于放射性同位素，以下说法正确的是()A．放射性同位素与放射性元素一样，都有一定的半衰期，衰变规律一样B．放射性同位素衰变可生成另一种新元素C．放射性同位素只能是天然衰变时产生，不能用人工方法制得D．以上说法均不对解析：A、B放射性同位素也具有放射性，半衰期不受物理和化学因素的影响，衰变后形成新的原子核，选项A、B正确．大部分放射性同位素都是人工转变后获得的．C、D错误．答案：AB4．原子核与氘核反应生成一个α粒子和一个质子．由此可知()A．A＝2，Z＝1B．A＝2，Z＝2C．A＝3，Z＝3D．A＝3，Z＝2解析：，应用质量数与电荷数的守恒A＋2＝4＋1，Z＋1＝2＋1，解得A＝3，Z＝2.答案：D241121XHHe+HAZ5．2006年美国和俄罗斯的科学家利用回旋加速器，通过Ca(钙48)轰击Cf(锎249)发生核反应，成功合成第118号元素，这是迄今为止门捷列夫元素周期表中原子序数最大的元素．实验表明，该元素的原子核先放出3个相同的粒子x，再连续经过3次α衰变后，变成质量数为282的第112号元素的原子核，则上述过程中粒子x是()A．中子B．质子C．电子D．α粒子482024998解析：由于最终经3次α衰变变成原子核，由此可知原来的核应为，而该核是由某原子核放出了3个粒子X形成的．而和的总质子数为118，质量数为297，由此可知＋→，→＋，故A正确．答案：A282112X294118X4820Ca24998Cf297118X4820Ca24998Cf297118X294118X103n6．放射性在技术上