人教版(新教材)高中物理选择性必修3学案：2 第2课时 核反应 放射性同位素及其应用

人教版(新教材)高中物理选择性必修第三册PAGEPAGE1第2课时核反应放射性同位素及其应用〖学习目标〗1.知道核反应及其遵循的规律.2.知道什么是放射性同位素和人工转变的放射性同位素.3.了解放射性在生产和科学领域的应用和防护．一、核反应1．定义：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核或者发生状态变化的过程．2．原子核的人工转变：卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，核反应方程eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H.3．遵循规律：质量数守恒，电荷数守恒．二、放射性同位素及其应用1．放射性同位素：具有放射性的同位素．2．应用：(1)射线测厚仪：工业部门使用放射性同位素发出的射线来测厚度．(2)放射治疗．(3)培优、保鲜．(4)示踪原子：一种元素的各种同位素具有相同的化学性质，用放射性同位素代替非放射性的同位素后可以探测出原子到达的位置．三、辐射与安全1．人类一直生活在放射性的环境中．2．过量的射线对人体组织有破坏作用．在使用放射性同位素时，必须严格遵守操作规程，注意人身安全，同时，要防止放射性物质对水源、空气、用具等的污染．1．判断下列说法的正误．(1)用α粒子轰击氮原子核产生氧17和中子的过程是α衰变．(×)(2)衰变和原子核的人工转变均满足质量数守恒和电荷数守恒．(√)(3)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．(√)(4)任何放射性物质都可以作为示踪原子使用．(×)2．1956年李政道和杨振宁提出在弱相互作用中宇称不守恒，并由吴健雄用eq\o\al(60,27)Co放射源进行了实验验证．次年李、杨两人为此获得诺贝尔物理学奖.eq\o\al(60,27)Co的衰变方程是eq\o\al(60,27)Co→eq\o\al(A,Z)Ni＋eq\o\al(0,－1)e＋νe.其中νe是反中微子，它的电荷量为零，静止质量可认为是零.eq\o\al(60,27)Co的核外电子数为______，在上述衰变方程中，衰变产物eq\o\al(A,Z)Ni的质量数是________，核电荷数是________．〖答案〗276028〖解析〗eq\o\al(60,27)Co的核外电子数为27.由质量数守恒，知eq\o\al(A,Z)Ni的质量数为A＝60.由电荷数守恒，知eq\o\al(A,Z)Ni的核电荷数为Z＝27＋1＝28.一、核反应导学探究核反应的实质是什么？它符合哪些规律？〖答案〗核反应的实质就是将一种原子核在其他粒子的轰击之下转变成一种新的原子核，并产生新的粒子．符合质量数和电荷数守恒规律．知识深化条件用α粒子、质子、中子，甚至用γ光子轰击原子核使原子核发生转变.实质用粒子轰击原子核并不是粒子与核碰撞将原子核打开，而是粒子打入原子核内部使核发生了转变规律(1)质量数、电荷数守恒；(2)动量守恒原子核人工转变的三大发现(1)1919年卢瑟福发现质子的核反应方程：eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H(2)1932年查德威克发现中子的核反应方程：eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n(3)1934年约里奥—居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程：eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n；eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,＋1)e.核反应过程一般都是不可逆的，核反应方程不能用等号连接，只能用单向箭头表示反应方向(2021·广州市高二检测)完成下列核反应方程，并指出其中哪个是发现质子的核反应方程，哪个是发现中子的核反应方程．(1)eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(14,6)C＋________；(2)eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋________；(3)eq\o\al(10,5)B＋eq\o\al(1,0)n→________＋eq\o\al(4,2)He；(4)eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→________＋eq\o\al(1,0)n；(5)eq\o\al(56,26)Fe＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(57,27)Co＋________.〖答案〗(1)eq\o\al(1,1)H(2)eq\o\al(1,1)H，发现质子的核反应方程(3)eq\o\al(7,3)Li(4)eq\o\al(12,6)C，发现中子的核反应方程(5)eq\o\al(1,0)n书写核反应方程时要注意1．质量数守恒和电荷数守恒；2．中间用箭头，不能写成等号；3．核反应方程遵守质量数守恒而不是质量守恒，核反应过程中，一般会发生质量的变化．针对训练在中子、质子、电子、正电子、α粒子中选出一个适当的粒子，分别填在下列核反应式的横线上．(1)eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋________；(2)eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋________；(3)eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋________；(4)eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋________；(5)eq\o\al(235,92)U＋________→eq\o\al(90,38)Sr＋eq\o\al(136,54)Xe＋10eq\o\al(1,0)n；(6)eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋________.〖答案〗(1)eq\o\al(4,2)He(2)eq\o\al(1,0)n(3)eq\o\al(0,－1)e(4)eq\o\al(0,＋1)e(5)eq\o\al(1,0)n(6)eq\o\al(1,1)H〖解析〗在核反应过程中，遵循电荷数守恒和质量数守恒规律．对参与反应的所有基本粒子采用左下角(电荷数)配平，左上角(质量数)配平．未知粒子可根据其电荷数和质量数确定．如(1)中电荷数为92－90＝2，质量数为238－234＝4，由此可知为α粒子(eq\o\al(4,2)He)，同理确定其他粒子分别为：中子(eq\o\al(1,0)n)，电子(eq\o\al(0,－1)e)，正电子(eq\o\al(0,＋1)e)，中子(eq\o\al(1,0)n)，质子(eq\o\al(1,1)H)．二、放射性同位素及应用1．放射性同位素的分类(1)天然放射性同位素．(2)人工放射性同位素．2．放射性同位素的主要作用(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——利用γ射线照射种子，会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)做示踪原子——利用放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质．(4)医学上——利用γ射线的高能量治疗癌症．(2021·上海市奉贤区高二期中)用人工方法得到放射性同位素，这是一个很重要的发现，天然的放射性同位素只不过40多种，而今天通过核反应生成的人工放射性同位素已达3000多种，每种元素都有放射性同位素．放射性同位素在工业、农业、医疗卫生和科学研究的许多方面得到了广泛的应用．(1)带电的验电器在放射线照射下电荷会很快消失．其原因是________．A．射线的贯穿作用B．射线的电离作用C．射线的物理、化学作用D．以上三个选项都不是(2)如图1是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图．如果工厂生产的是厚度1毫米的铝板，在α、β、γ三种射线中，你认为对铝板的厚度控制起主要作用的是________射线．图1(3)在我国首先用人工方法合成牛胰岛素时，需要证明人工合成的牛胰岛素结晶跟天然牛胰岛素的结晶是同一种物质，为此曾采用放射性同位素14C做________．〖答案〗(1)B(2)β(3)示踪原子〖解析〗(1)因放射线的电离作用，空气中的与验电器所带电荷电性相反的离子与验电器所带电荷相互中和，从而使验电器所带电荷消失．(2)α射线穿透物质的本领弱，不能穿透厚度1毫米的铝板，因而探测器不能探测，γ射线穿透物质的本领极强，穿透1毫米厚铝板和几毫米厚铝板打在探测器上很难分辨．β射线也能够穿透1毫米甚至几毫米厚的铝板，但厚度不同，穿透后β射线中的电子运动状态不同，探测器容易分辨．(3)把掺入14C的人工合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素混合在一起，经过多次重新结晶后，得到了放射性14C分布均匀的牛胰岛素结晶，这就证明了人工合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素完全融为一体，它们是同一种物质．这种把放射性同位素的原子掺到其他物质中去，让它们一起运动、迁移，再用放射性探测仪器进行追踪，就可以知道放射性原子通过什么路径，运动到哪里了，是怎样分布的，从而可以了解某些不容易查明的情况或规律．人们把这种放射性同位素叫示踪原子．(2020·全国高三课时练习)下表给出了放射性同位素的辐射线和半衰期．在医疗技术中，常用放射线治疗肿瘤，其放射线必须满足：①具有较强的穿透能力，以辐射到体内的肿瘤处；②在较长时间内具有相对稳定的辐射强度．为此所选择的放射源应为()同位素钋210锝99钴60锶90辐射线αγγβ半衰期138天6小时5年28年A.钋210 B．锝99C．钴60 D．锶90〖答案〗C〖解析〗因放射线要有较强的穿透能力，所以应为γ射线，要使其在较长时间内具有相对稳定的辐射强度，放射源应具有较长的半衰期，C正确．1.(核反应方程)如图2所示，国家大科学工程——中国散裂中子源(CSNS)于2017年8月28日首次打靶成功，获得中子束流，可以为诸多领域的研究和工业应用提供先进的研究平台．下列核反应中放出的粒子为中子的是()图2A.eq\o\al(14,7)N俘获一个α粒子，产生eq\o\al(17,8)O并放出一个粒子B.eq\o\al(27,13)Al俘获一个α粒子，产生eq\o\al(30,15)P并放出一个粒子C.eq\o\al(11,5)B俘获一个质子，产生eq\o\al(8,4)Be并放出一个粒子D.eq\o\al(6,3)Li俘获一个质子，产生eq\o\al(3,2)He并放出一个粒子〖答案〗B〖解析〗根据核反应中质量数和电荷数守恒，各选项核反应方程如下：eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H，故A错；eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n，故B对；eq\o\al(11,5)B＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(8,4)Be＋eq\o\al(4,2)He，故C错；eq\o\al(6,3)Li＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(4,2)He，故D错．2．(核反应方程)(多选)(2021·高二课时练)以下是物理学史上3个著名的核反应方程x＋eq\o\al(7,3)Li→2yy＋eq\o\al(14,7)N→x＋eq\o\al(17,

8)Oy＋eq\o\al(9,4)Be→z＋eq\o\al(12,

6)Cx、y和z是3种不同的粒子，下列说法正确的是()A．x为α粒子 B．x为质子C．y为α粒子 D．z为中子〖答案〗BCD〖解析〗根据质量数守恒和电荷数守恒可以确定x为质子eq\o\al(1,1)H，y为eq\o\al(4,2)He核即α粒子，z为中子eq\o\al(1,0)n，故B、C、D正确．3．(放射性同位素)(多选)下列有关放射性同位素eq\o\al(30,15)P的说法，正确的是()A.eq\o\al(30,15)P与eq\o\al(30,14)X互为同位素B.eq\o\al(30,15)P与其同位素有相同的化学性质C.用eq\o\al(30,15)P制成化合物后它的半衰期变长D.eq\o\al(30,15)P能释放正电子，可用作示踪原子，观察磷肥对植物的影响〖答案〗BD〖解析〗同位素有相同的质子数，不同的质量数，故A错；同位素有相同的化学性质，故B对；半衰期与物理、化学状态无关，故C错；eq\o\al(30,15)P为放射性同位素，可用作示踪原子，故D对．4．(放射性同位素的应用)放射性同位素发出的射线在科研、医疗、工业等诸多方面得到了广泛的应用，下列有关放射线应用的说法中正确的是()A．放射线改变了布料的