新教材高中物理第5章原子与原子核第4节放射性同位素教师用书粤教版选择性

第四节放射性同位素[核心素养·明目标]核心素养学习目标物理观念知道放射性同位素的概念，了解放射性同位素的三种应用和两种防护，能解释相关的自然现象科学思维掌握放射性同位素的特点，能具体了解三种应用和两种防护，能解决相关的问题科学探究与他人合作在老师的指导下探究相关的放射性问题，学会观察和交流，提高科学探究的能力科学态度与责任基于放射性同位素在现实生活中的应用事实证据，培养提出创造性见解的能力，充分了解示踪原子在生物大分子方面的应用，激发探索科学的兴趣知识点一放射性同位素的发现1．同位素：这些具有相同质子数而中子数不同的原子，在元素周期表中处于同一位置，因而互称同位素．如氕(eq\o\al(1,1)H)、氘(eq\o\al(2,1)H)和氚(eq\o\al(3,1)H)就是氢的一组同位素．2．放射性同位素：具有放射性的同位素，叫作放射性同位素．如eq\o\al(30,15)P是磷的一种放射性同位素．放射性同位素分为天然放射性同位素和人工制造的放射性同位素两类．知识点二放射性同位素的应用1．放射性同位素的应用主要分为三类：射线的应用，示踪原子的应用和半衰期的应用．2．射线的应用：可以用γ射线的穿透性检查金属内部的缺陷，利用α射线、β射线使空气电离导走静电，防治害虫、培育良种，治疗疾病、消毒灭菌等．3．示踪原子的应用(1)示踪原子：由于放射性元素能放出某种射线，因此可用探测仪器对它们进行踪迹显示，这种用途的放射性同位素叫作示踪原子．(2)应用：在农业施肥、工业机件磨损检测、无损伤的疾病诊断等方面应用．4．半衰期主要应用在地质和考古工作中．人工放射性同位素的优点：①放射强度容易控制②形状容易控制③半衰期短，废料容易处理．知识点三射线的危害及防护1．射线的危害：α射线、β射线、γ射线、X射线和中子射线具有不同的穿透能力和电离能力，对人体都有不同程度的危害．2．防护：放射性防护可分成内照射防护和外照射防护．3．内照射危害：指已经进入体内的放射性同位素仍然在体内产生有害影响．防护措施：尽可能地隔断放射性物质进入人体的各种途径．4．外照射的特点：是只有当机体处于辐射场中，才会引起辐射损伤，当机体离开辐射场合，就不再受照射．5．三种方式防护(1)缩短受照射时间．(2)增大与辐射源间的距离．(3)屏蔽射线．放射性防护最好的办法是远离放射源和用铅作为屏蔽装置．1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)利用放射性同位素放出的γ射线可以给金属探伤．()(2)利用放射性同位素放出的射线消除有害的静电积累．()(3)利用放射性同位素放出的射线保存食物．()(4)医疗照射是利用放射性，对人和环境没有影响．()[答案](1)√(2)√(3)√(4)×2．(多选)下列关于放射性同位素的一些应用的说法中正确的是()A．利用放射性消除静电是利用射线的穿透作用B．利用射线探测机器部件内部的砂眼或裂纹是利用射线的穿透作用C．利用射线改良品种是因为射线可使DNA发生变异D．放射性同位素的半衰期是相同的BC[消除静电是利用射线的电离作用使空气导电，A错误；探测机器部件内部的砂眼或裂纹和改良品种分别是利用它的穿透作用和射线可使DNA发生变异，BC正确；不同的放射性同位素的半衰期是不同的，D错误．]3．(多选)以色列对加沙地带的哈马斯组织发动了代号为“铸铅”的军事打击行动，轰炸了加沙的大型工程设施，据报道，以色列在为期20多天的以巴军事战争中使用了白磷弹和贫铀弹．其中贫铀弹是从金属铀中提炼铀235以后的副产品，其主要成分是铀238.贫铀炸弹贯穿力是常规炸弹的9倍，杀伤力极大而且残留物可长期危害环境，下列关于其残留物长期危害环境的理由正确的是()A．爆炸后的弹片存在放射性，对环境产生长期危害B．爆炸后的弹片不会对人体产生危害，对环境产生长期危害C．铀238的衰变速度很快D．铀的半衰期很长AD[天然放射现象周期很长，会对环境和生物造成长期的影响，故AD正确，BC错误．]考点1放射性同位素的应用人工制造的放射性同位素的放射强度易于控制，它的半衰期比天然放射性物质短得多，因此在生产和科学领域得以广泛的应用．(1)能用α射线来测量金属板的厚度吗？(2)γ射线照射食品延长保存期的原理是什么？[提示](1)不能．(2)用γ射线照射食品可以杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期．1．同位素原子核内的质子数决定了核外电子的数目，进而也决定了元素的化学性质，同种元素的质子数相同，核外电子数也相同，所以有相同的化学性质，但它们的中子数可以不同，所以它们的物理性质不同．把具有相同质子数、不同中子数的原子互称为同位素．具有放射性的同位素有两类：一类是天然放射性同位素，有六十几种，二类是有一千多种人工制造的放射性同位素，在实际应用中主要是人工制造的放射性同位素．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)半衰期比天然放射性物质短得多，放射性废料容易处理．因此，凡是用到射线时，用的都是人工放射性同位素．3．放射性同位素的主要应用(1)利用它的射线：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，杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期等；③医疗上——利用γ射线的高能量治疗癌症．(2)作为示踪原子：放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质，通过探测放射性同位素的射线确定其位置．【典例1】(多选)下列说法正确的是()A．给农作物施肥时，在肥料里放一些放射性同位素，是因为农作物吸收放射性同位素后生长更好B．输油管道漏油时，可以在输的油中放一些放射性同位素探测其射线，确定漏油位置C．天然放射元素也可以作为示踪原子加以利用，只是含量较少，经济上不划算D．放射性元素被植物吸收，其放射性不会发生改变[思路点拨](1)同位素的化学性质相同，农作物吸收生长情况相同．(2)人工放射性同位素比天然放射性同位素更易控制．BD[放射性元素与它的同位素的化学性质相同，但是利用放射性元素可以确定农作物在各季节吸收含有哪种元素的肥料．无论植物吸收含放射性元素的肥料，还是无放射性肥料，植物生长是相同的，A错误；人工放射性同位素，含量易控制，衰变周期短，不会对环境造成永久污染，而天然放射性元素，剂量不易控制、衰变周期长、会污染环境，所以不用天然放射元素，C错误；放射性是原子核的本身性质，与元素的状态、组成等无关，D正确；放射性同位素可作为示踪原子，是因为它不改变元素的化学性质，B正确．]放射性同位素的应用技巧(1)用射线来测量厚度，一般不选取α射线是因为其穿透能力太差，更多的是选取γ射线，也有部分选取β射线的．(2)给病人治疗癌症、培育优良品种、延长食物保质期一般选取γ射线．(3)使用放射线时安全是第一位的．eq\o([跟进训练])1．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射线的贯穿能力可以为金属探伤，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D[利用射线消除有害静电是利用射线的电离性，使空气分子电离，将静电中和，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．]考点2射线的危害及防护射线在人们心里是一个恶魔，谈核色变，怎样进行有效的防护呢？放射性物质危险警告标志[提示]其实射线并不可怕，可怕的是无知，只要熟知各种射线的特点，就可以避开射线对我们的危害，如图所示，从图中你可能有所体会．污染与防护举例与措施说明污染核爆炸核爆炸的最初几秒钟辐射出来的主要是强烈的γ射线和中子流，长期存在放射性污染核泄漏核工业生产和核科学研究中使用的放射性原材料，一旦泄漏就会造成严重污染医疗照射医疗中如果放射线的剂量过大，也会导致病人受到损害，甚至造成病人死亡防护密封防护把放射源密封在特殊的包壳里，或者用特殊方法覆盖，以防止射线泄漏距离防护距放射源越远，人体吸收放射线的剂量就越少，受到的危害就越轻时间防护尽量减少受辐射的时间屏蔽防护在放射源与人体之间加屏蔽物能起到防护作用，铅的屏蔽作用最好【典例2】(多选)贫铀炸弹是一种杀伤力很强的武器．贫铀是提取铀235以后的废料，其主要成分为铀238.贫铀炸弹有很强的穿甲能力，而且铀238具有放射性，残留物可长期对环境起破坏作用而造成污染．人长期生活在该环境中会受到核辐射而易患上皮肤癌和白血病．下列结论正确的是()A．铀238的衰变方程式为eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(234,90)ThB．eq\o\al(238,92)U和eq\o\al(235,92)U互为同位素C．人患皮肤癌和白血病可能是因为核辐射导致了基因突变D．贫铀炸弹的穿甲能力很强，也是因为它的放射性[思路点拨](1)衰变方程等式两边质量数和电荷数都守恒．(2)核辐射的危害主要是射线对人体的杀伤作用和诱引基因突变．ABC[铀238具有放射性，放出一个α粒子，变成钍234，选项A正确；铀238和铀235质子数相同，故互为同位素，选项B正确；核辐射能导致基因突变，是皮肤癌和白血病的诱因之一，选项C正确；贫铀炸弹的穿甲能力很强，是因为它的弹芯是由高密度、高强度、高韧性的铀合金组成，袭击目标时产生高温化学反应，所以其爆炸力、穿透力远远超过一般炸弹，选项D错．]eq\o([跟进训练])2．核能是一种高效的能源．(1)在核电站中，为了防止放射性物质泄漏，核反应堆有三道防护屏障：燃料包壳、压力壳和安全壳．甲乙结合图甲可知，安全壳应当选用的材料是________．(2)图乙是用来监测工作人员受到辐射情况的胸章，通过照相底片被射线感光的区域，可以判断工作人员受到何种辐射．当胸章上1mm铝片和3mm铝片下的照相底片被感光，而铅片下的照相底片未被感光时，结合图甲分析可知工作人员一定受到了________射线的辐射；当所有照相底片被感光时，工作人员一定受到了________射线的辐射．[解析](1)核反应堆最外层是厚厚的水泥防护层，以防止射线外泄，所以安全壳应选用的材料是混凝土．(2)β射线可穿透几毫米厚的铝片，而γ射线可穿透几厘米厚的铅板．[答案](1)混凝土(2)βγ1．物理观念：同位素、放射性同位素及放射性同位素的应用与防护．2．科学思维：放射性同位素的三类应用和两类防护．3．科学方法：实验法、观察法、理论与实际相结合的方法等．1．(多选)以下说法正确的是()A．通过原子核的人工转变可以发现和制造新元素B．在人工核反应过程中，质量守恒C．利用示踪原子可以研究生物大分子的结构D．人类一直生活在放射性的环境中ACD[通过原子核的人工转变可以发现和制造新元素，A项正确；在人工核反应过程中，质量数守恒，B项错误；利用示踪原子可以研究生物大分子的结构，C项正确；人类一直生活在放射性的环境中，地球上的每个角落都有射线，D项正确．]2．(多选)下列说法中正确的是()A．1896年，法国的玛丽·居里首先发现了天然放射线B．查德威克通过实验验证了原子核内有中子C．人类认识原子核的复杂结构并进行研究是从发现天然放射现象开始的D．氢有三种同位素[氕(eq\o\al(1,1)H)、氘(eq\o\al(2,1)H)、氚(eq\o\al(3,1)H)]化学性质不同BC[贝可勒尔首先发现了天然放射现象，故A错误；查德威克通过实验验证了原子核内有中子，故B正确；人类认识原子核的复杂结构并进行研究是从发现天然放射现象开始的，故C正确；同位素最外层电子排布相同，化学性质几乎完全相同，故D错误．]3．(多选)已知eq\o\al(228,88)Ra是eq\o\al(226,88)Ra的一种同位素，则下列说法正确的是()A．它们具有相同的质子数和不同的质量数B．它们具有相同的中子数和不同的原子序数C．它们具有相同的核电荷数和不同的中子数D．它们具有相同的核外电子数和不同的化学性质AC[原子核的原子序数与核内质子数、核电荷数、核外电子数都是相等的，且原子核内的质量数(核子数)等于核内质子数与中子数之和．由此知这两种镭的同位素核内的质子数均为88，核子数分别为228和226，中子数分别为140和138；原子的化学性质由核外电子数决定，因为它们的核外电子数相同，所以它们的化学性质也相同．故正确答案为AC．]4．关于放射性同位素的应用，下列说法正确的是()A．利用γ射线使空气电离，消除静电B．利用β射线照射植物的种子，使产量显著增加C．利用α射线来治疗肺癌、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学性质相同，作为示踪原子D[γ射线的电离本领最弱，故消除静电的效果最差，而用α射线消除静电效果最好，故A错．人们利用γ射线照射种子，可以使种子内的遗传基因发生变异，培育出新的优良品种，故B错．治疗肺癌用的“γ刀”是利用了γ射线具有很高的能量，穿透能力很强的特性，故C错．放射性同位素与其非放射性同位素具有相同的化学性质和不同的物理性质，可作为示踪原子，D正