《高中物理 第4章 從原子核到夸克 4.3 讓射線造福人類導(dǎo)學(xué)案 滬科版選修35》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高中物理 第4章 從原子核到夸克 4.3 讓射線造福人類導(dǎo)學(xué)案 滬科版選修35（11頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、 學(xué)案3　讓射線造福人類 [學(xué)習(xí)目標(biāo)定位] 1.知道什么是放射性同位素以及獲得放射性同位素的方法.2.了解探測射線的幾種儀器和方法.3.知道放射性同位素的常見應(yīng)用． 1．三種射線 (1)α射線是氦核流，它具有很強的電離作用，但穿透能力很弱； (2)β射線是高速運動的電子流，它有較強的穿透能力，但電離作用較弱； (3)γ射線是能量很高的電磁波，它的電離作用很弱，穿透作用很強． 2．半衰期：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變的時間，叫做這種元素的半衰期．半衰期只與核內(nèi)部自身的因素有關(guān)． 3．第一種放射性同位素的發(fā)現(xiàn) 1934年，約里奧—居里夫婦在用α粒子轟擊鋁箔時，發(fā)現(xiàn)

2、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，核反應(yīng)方程為： He＋Al→P＋n P→Si＋e 4．放射性同位素知多少 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． 5．探測射線的儀器和方法 (1)計數(shù)器 ①原理：計數(shù)器的主要部分是計數(shù)管．射線進入管內(nèi)，使管內(nèi)氣體發(fā)生一連串的電離，從而使計數(shù)管電路中出現(xiàn)一個相當(dāng)強的脈沖電流． ②作用：記錄粒子進入管的次數(shù)． (2)云室 ①原理：射線使氣體分子電離產(chǎn)生離子，過飽和汽以這些離子為核心凝結(jié)成一條霧跡． ②作用：顯示粒子的徑跡． (3)乳膠照相 ①原理：高速運動的

3、帶電粒子能使照相底片感光． ②作用：記錄粒子徑跡． 6．射線的應(yīng)用 (1)作為射線源 ①檢查物體內(nèi)部情況，檢查產(chǎn)品的密度和厚度． 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)，促進高分子化合物的聚合反應(yīng)，以制造各種塑料或改善塑料的性能等． (2)作為示蹤原子 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)歷各種過程時會不斷地放出射線，由此可以掌握它的蹤跡． 7．放射性污染及其防護 (1)危害：過強的射線(包括電磁輻射)會對生物體造成危害． (2)防護 ①使用放射性物質(zhì)時必須嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，不準(zhǔn)用手接觸； ②廢

4、棄不用的放射性物質(zhì)，應(yīng)交有關(guān)部門處理，或者在指定地點深埋于地下，并遠(yuǎn)離水源．特別要注意防止放射性物質(zhì)對空氣、水源和食品的污染. 一、對核反應(yīng)方程的再認(rèn)識 例1　完成下列核反應(yīng)方程，并說明哪些屬于人工轉(zhuǎn)變核反應(yīng)，哪些屬于衰變，及人工轉(zhuǎn)變核反應(yīng)和衰變有什么不同． (1)N＋(　　)→O＋H (2)Be＋He→C＋(　　) (3)B＋He→(　　)＋n (4)Al＋He→P＋(　　)，P→Si＋(　　) (5)Li＋n→(　　)＋He (6)Co＋(　　)→Co＋γ (7)U→Th＋(　　) (8)Th→Pa＋(　　) 答案　(1)N＋(He)→O＋H，人工轉(zhuǎn)變核反應(yīng) (

5、2)Be＋He→C＋(n)，人工轉(zhuǎn)變核反應(yīng) (3)B＋He→(N)＋n，人工轉(zhuǎn)變核反應(yīng) (4)Al＋He→P＋(n)，人工轉(zhuǎn)變核反應(yīng) P→Si＋(e)，β衰變 (5)Li＋n→(H)＋He，人工轉(zhuǎn)變核反應(yīng) (6)Co＋(n)→Co＋γ，人工轉(zhuǎn)變核反應(yīng) (7)U→Th＋(He)，α衰變 (8)Th→Pa＋(e)，β衰變 人工轉(zhuǎn)變核反應(yīng)和衰變的比較見要點提煉． [要點提煉] 人工轉(zhuǎn)變核反應(yīng)與衰變的比較 1．不同點：原子核的人工轉(zhuǎn)變，是一種核反應(yīng)，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、化學(xué)條件的影響． 2．相同點

6、：人工轉(zhuǎn)變與衰變過程一樣，在發(fā)生的過程中質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)都守恒；反應(yīng)前后粒子總動量守恒． 二、放射性同位素的應(yīng)用 [要點提煉] 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．人工放射性同位素的優(yōu)勢 (1)種類多．天然放射性同位素只有幾十種，而人工放射性同位素有2 000多種． (2)放射強度容易控制． (3)可制成各種所需的形狀． (4)半衰期短，廢料易處理． 3．放射性同位素的應(yīng)用 (1)工業(yè)部門使用射線測厚度——利用γ射線的穿透特性． (2)農(nóng)業(yè)應(yīng)用——γ射線使種子的遺傳基因發(fā)生變異，殺死腐敗細(xì)菌、抑制發(fā)芽等． (3)做示蹤原子—

7、—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)． 例2　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，半小時內(nèi)完成手術(shù)，無需住院，因而γ刀被譽為“神刀”．據(jù)報道，我國自己研制的旋轉(zhuǎn)式γ刀性能更好，其即將進入各大醫(yī)院為患者服務(wù)．γ刀治療腫瘤主要是利用(　　) 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射線波長很短具有很高的能量 D．γ射線很容易繞過阻礙物到達(dá)腦腫瘤位置 解析　γ射線是一種波長很短的電磁波，具有較高的能量，它的穿透

8、本領(lǐng)很強，甚至可以穿透幾厘米厚的鉛板，但它的電離作用很弱． 用γ刀治療腦腫瘤時，通常是同時用多束γ射線，使它們穿透腦顱和健康區(qū)域在腫瘤處會聚，利用γ射線的高能量殺死腫瘤細(xì)胞．綜上所述，正確選項為A、C. 答案　AC 針對訓(xùn)練　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15O注入人體，參與人體的代謝過程.15O在人體內(nèi)衰變放出正電子，與人體內(nèi)負(fù)電子相遇而湮滅轉(zhuǎn)化為一對光子，被探測器探測到，經(jīng)計算機處理后產(chǎn)生清晰的圖像．根據(jù)PET原理，回答下列問題： (1)寫出15O的衰變和正負(fù)電子湮滅的方程式． (2)將放射性同位素15O注入人體，15O的主要用途是(　　) A．

9、利用它的射線 B．作為示蹤原子 C．參與人體的代謝過程 D．有氧呼吸 (3)PET中所選的放射性同位素的半衰期應(yīng)________．(填“長”或“短”或“長短均可”) 答案　(1)O→N＋e，e＋e→2γ　(2)B　(3)短 解析　(1)由題意得： O→N＋e，e＋e→2γ (2)將放射性同位素15O注入人體后，由于它能放出正電子，從而被探測器探測到，所以它的用途是作為示蹤原子，B對． (3)根據(jù)同位素的用途，為了減小對人體的傷害，半衰期應(yīng)該很短． 圖1 例3　如圖1所示是利用放射線自動控制鋁板厚度的裝置，假如放射源能放射出α、β、γ三種射線，而根據(jù)設(shè)計，該生產(chǎn)線壓

10、制的是3 mm厚的鋁板，那么是三種射線中的________射線對控制厚度起主要作用．當(dāng)探測接收器單位時間內(nèi)接收到的放射性粒子的個數(shù)超過標(biāo)準(zhǔn)值時，將會通過自動裝置將M、N兩個軋輥間的距離調(diào)________一些． 解析　α射線不能穿過3 mm厚的鋁板，γ射線又很容易穿過3 mm厚的鋁板，基本不受鋁板厚度的影響，而β射線剛好能穿透幾毫米厚的鋁板，因此厚度的微小變化會使穿過鋁板的β射線的強度發(fā)生較明顯變化．所以應(yīng)是β射線對控制厚度起主要作用．若超過標(biāo)準(zhǔn)值，說明鋁板太薄了，應(yīng)該將兩個軋輥間的距離調(diào)大一些． 答案　β　大 1．在工業(yè)生產(chǎn)中，某些金屬材料內(nèi)部出現(xiàn)的裂痕是無法直接觀察到的，如

11、果不能夠發(fā)現(xiàn)它們，可能會給生產(chǎn)帶來極大的危害．自從發(fā)現(xiàn)放射線后，則可以利用放射線進行探測，這是利用了(　　) A．原子核在α衰變中產(chǎn)生的He B．β射線的帶電性質(zhì) C．γ射線的穿透本領(lǐng) D．放射性元素的示蹤本領(lǐng) 答案　C 解析　γ射線的穿透本領(lǐng)較強，可以用來進行金屬探傷，故正確答案為C. 2．下列應(yīng)用中把放射性同位素作為示蹤原子的是(　　) A．射線探傷儀 B．利用含有放射性I的油，檢測地下輸油管的漏油情況 C．利用Co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，用以檢測確定農(nóng)作物吸收養(yǎng)分的規(guī)律 答案　BD 解析　射線探傷儀利用了射線的穿透能力，所以選項A錯

12、誤．利用含有放射性I的油，可以記錄油的運動蹤跡，可以檢查管道是否漏油，所以選項B正確．利用Co治療腫瘤等疾病，利用了射線的穿透能力和高能量，所以選項C錯誤．把含有放射性元素的肥料施給農(nóng)作物，可以記錄放射性元素的蹤跡，用以檢測確定農(nóng)作物吸收養(yǎng)分的規(guī)律，所以選項D正確． 3．關(guān)于放射性同位素的應(yīng)用，下列說法中正確的有(　　) A．放射線改變了布料的性質(zhì)使其不再因摩擦而生電，從而達(dá)到消除有害靜電的目的 B．利用γ射線的穿透性可以為金屬探傷，也能進行人體的透視 C．用放射線照射作物種子使其DNA發(fā)生變異，其結(jié)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(yán)格控制劑量，以免對人體正常組織造

13、成太大的傷害 答案　D 解析　利用放射線消除有害靜電是利用放射線的電離作用，使空氣分子電離成為導(dǎo)體，將靜電消除．γ射線對人體細(xì)胞傷害太大，不能用來進行人體透視．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)良品種．用γ射線治療腫瘤對人體肯定有副作用，因此要科學(xué)地控制劑量．本題正確選項為D. 4．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)，天然的放射性同位素只不過40多種，而今天人工制造的放射性同位素已達(dá)2 000多種，每種元素都有放射性同位素．放射性同位素在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生和科學(xué)研究等許多方面得到了廣泛的應(yīng)用． (1)帶電的驗電器在放射線的照射下電荷會很快

14、消失，其原因是(　　) A．射線的穿透作用 B．射線的電離作用 C．射線的物理、化學(xué)作用 D．以上三個選項都不是 (2)圖2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)的是厚度為1毫米的鋁板，在α、β、γ三種射線中，你認(rèn)為對鋁板的厚度控制起主要作用的是____射線． 圖2 (3)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的結(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，空氣中的與驗電器所帶電電性相反的離子與之中和，從而

15、使驗電器所帶電荷消失． (2)α射線穿透物質(zhì)的本領(lǐng)弱，不能穿透厚度為1毫米的鋁板，因而探測器不能探測，γ射線穿透物質(zhì)的本領(lǐng)極強，穿透1毫米厚的鋁板和幾毫米厚的鋁板打在探測器上很難分辨．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射線中的電子運動狀態(tài)不同，探測器容易分辨． (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的結(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，讓它們一起運動、遷移，再用放射性探測儀器進行追蹤，就可以知道放

16、射性原子通過什么路徑，運動到哪里了，是怎樣分布的，從而可以了解某些不容易查明的情況或規(guī)律．人們把作這種用途的放射性同位素叫做示蹤原子. [基礎(chǔ)題] 1．人工放射性同位素被用作示蹤原子，主要是因為(　　) A．人工放射性同位素不改變其化學(xué)性質(zhì) B．人工放射性同位素的半衰期比天然放射性元素的半衰期短得多 C．半衰期與元素所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān) D．放射性同位素容易制造 答案　ABC 解析　人工放射性同位素用作示蹤原子，主要是用人工放射性同位素代替沒有放射性的同位素參與正常的物理、化學(xué)、生物過程，既要利用化學(xué)性質(zhì)相同，也要利用衰變規(guī)律不受物理、化學(xué)變化的影響，同時還要考慮放射性

17、廢料容易處理，因此選項A、B、C正確，選項D錯誤． 2．對放射性的應(yīng)用和防護，下列說法正確的是(　　) A．放射線能殺傷癌細(xì)胞或阻止癌細(xì)胞分裂，對人體的正常細(xì)胞不會有傷害作用 B．核工業(yè)廢料要放在厚厚的重金屬箱內(nèi)，沉于海底 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．對可能有放射性污染的場所或物品進行檢測是很有必要的 答案　BCD 解析　放射線能殺傷癌細(xì)胞或阻止癌細(xì)胞分裂，但也會對人體的正常細(xì)胞有傷害，選項A錯．正因為放射性具有傷害作用，選項B、C、D均正確． 3．聯(lián)合國環(huán)境署對科索沃地區(qū)的調(diào)查表明，北約對南聯(lián)盟進行的轟炸中，大量使用了貧鈾炸彈．貧鈾是

18、從天然鈾中提煉鈾235以后的副產(chǎn)品，其主要成分為鈾238，貧鈾炸彈穿透能力是常規(guī)炸彈的9倍，殺傷力極大，而且其殘留物長期危害環(huán)境．下列關(guān)于其殘留物長期危害環(huán)境的理由正確的是(　　) A．由于爆炸后的彈片存在放射性，會對環(huán)境產(chǎn)生長期危害 B．鈾的半衰期很長 C．鈾的半衰期很短 D．鈾是易溶于水的有毒物質(zhì)，人飲用溶有鈾的水會中毒而亡 答案　AB 解析　貧鈾炸彈爆炸后，彈片中仍含有半衰期很長的鈾，故爆炸后的殘留物仍會長時間對周圍環(huán)境產(chǎn)生污染，故選A、B. 4．用計數(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

19、該放射源的放射強度為每分鐘101次，則下列關(guān)于射線性質(zhì)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 答案　AC 解析　一張厚紙板幾乎就能把射線擋住，說明射線為α射線．因為每分鐘的衰變次數(shù)與物質(zhì)中所含原子核的數(shù)目成正比，10天后放射性元素的原子核個數(shù)只有原來的，說明經(jīng)過了兩個半衰期，故半衰期為5天． 5．1934年，約里奧—居里夫婦在用α粒子轟擊鋁箔靶時，除探測到預(yù)料中的中子外，還探測到正電子，α粒子停止轟擊后，鋁箔靶仍繼續(xù)發(fā)射正電子，這是因為反應(yīng)生成了放射性同位素．

20、 (1)完成上述反應(yīng)的核反應(yīng)方程式 Al＋He→________＋n；________→Si＋e (2)放射性同位素的作用有______________________． 答案　(1)P　P (2)作為放射源；作為示蹤原子 [能力題] 6．將威耳遜云室置于磁場中，一個靜止在磁場中的放射性同位素原子核P，放出一個正電子后變成原子核Si，能近似反映正電子和Si核軌跡的是(　　) 答案　B 解析　把放出的正電子和衰變生成物Si核看成一個系統(tǒng)，根據(jù)動量守恒定律知正電子和Si核運動方向一定相反，C、D可排除．由qvB＝m得，R＝，因為動量mv相等，故R∝，即＝＝，可見Si核的運動

21、半徑較小，選B. 7．現(xiàn)在有很多醫(yī)院都引進了一種被稱為“心臟灌注顯像”的檢測技術(shù)，即將若干毫升放射性锝的注射液注入被檢測者的動脈中，經(jīng)過40分鐘，這些锝的注射液通過血液循環(huán)均勻地分布到血液中，這時對被檢測者的心臟進行造影，心臟血管正常的位置由于放射性物質(zhì)隨血液到達(dá)而顯示有射線射出，心臟血管被堵塞的部分由于無放射性物質(zhì)到達(dá)而無射線射出，醫(yī)生根據(jù)顯像情況就可以判定被檢測者心臟血管有無病變并判斷病變的位置．你認(rèn)為放射性锝的半衰期應(yīng)該最接近(　　) A．6分鐘 B．6小時 C．6天 D．6個月 答案　B 解析　醫(yī)學(xué)檢查時要讓放射線對人的危害盡可能小，示蹤原子不能長時間留在人體

22、內(nèi)，因而半衰期要?。钟捎陲降淖⑸湟和ㄟ^血液循環(huán)均勻地分布到血液中需要40分鐘，為了達(dá)到檢測的目的，其半衰期應(yīng)該接近6小時為最好，故選B. 8．放射性同位素14C被考古學(xué)家稱為“碳鐘”，它可以用來推斷古生物體死亡的年代，此項研究成果獲得1960年諾貝爾化學(xué)獎． (1)宇宙射線中高能量的中子碰撞空氣中的氮原子后，就會生成14C,14C很不穩(wěn)定，容易發(fā)生衰變，其半衰期約為5 730年，試寫出14C形成和衰變的方程． (2)14C的形成和衰變通常是平衡的，即空氣中生物活體中14C的含量是不變的，當(dāng)機體死亡后，機體內(nèi)的14C的含量將會不斷減小．某考古小組挖掘到一塊動物骨骼，經(jīng)測定14C還剩余12

23、.5%，試推測該動物生存年代距今約多少年？ 答案　(1)見解析　(2)17 190年 解析　(1)14C形成的方程為n＋7N→6C＋H，14C衰變的方程為6C→　0－1e＋7N (2)設(shè)活體中14C的含量為m0，動物骨骼中14C的含量為m，則有m＝m0()，又知14C的半衰期τ＝5 730年，解得t＝3τ＝17 190年． 9．1956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Co的衰變來驗證，其核反應(yīng)方程是Co→Ni＋　0－1e＋.其中是反中微子，它的電荷量為零，靜止質(zhì)量可認(rèn)為是零． (1)在上述衰變方程中，衰變產(chǎn)物Ni的質(zhì)量數(shù)A是________，核電荷數(shù)Z是_

24、_______． (2)在衰變前Co核靜止，根據(jù)云室照片可以看出，衰變產(chǎn)物Ni和　0－1e的運動徑跡不在一條直線上，如果認(rèn)為衰變產(chǎn)物只有Ni和　0－1e，那么衰變過程將違背________守恒定律． (3)Co是典型的γ放射源，可用于作物誘變育種．我國應(yīng)用該方法培育出了許多農(nóng)作物新品種，如棉花高產(chǎn)品種“魯棉1號”，年種植面積曾達(dá)到3 000多萬畝，在我國自己培育的棉花品種中栽培面積最大．γ射線處理作物后主要引起________，從而產(chǎn)生可遺傳的變異． 答案　(1)60　28　(2)動量　(3)基因突變 解析　(1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒，核反應(yīng)方程寫成：Co→Ni＋　0－1e＋，由此得

25、出質(zhì)量數(shù)A和核電荷數(shù)Z分別為60和28. (2)衰變過程遵守動量守恒定律．原來靜止的核動量為零，分裂成兩個粒子后，這兩個粒子的動量和應(yīng)還為零，則兩粒子徑跡必在同一直線上． 現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)Ni和　0－1e的運動徑跡不在同一直線上，如果認(rèn)為衰變產(chǎn)物只有Ni和　0－1e，就一定會違背動量守恒定律． (3)用γ射線照射種子，會使種子的遺傳基因發(fā)生突變，從而培育出優(yōu)良品種． 6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375