高中物理 第4章 从原子核到夸克 4.3 让射线造福人类导学案 沪科版选修

1、学案3让射线造福人类学习目标定位 1.知道什么是放射性同位素以及获得放射性同位素的方法.2.了解探测射线的几种仪器和方法.3.知道放射性同位素的常见应用1三种射线(1)射线是氦核流，它具有很强的电离作用，但穿透能力很弱；(2)射线是高速运动的电子流，它有较强的穿透能力，但电离作用较弱；(3)射线是能量很高的电磁波，它的电离作用很弱，穿透作用很强2半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变的时间，叫做这种元素的半衰期半衰期只与核内部自身的因素有关3第一种放射性同位素的发现1934年，约里奥居里夫妇在用粒子轰击铝箔时，发现了一种具有放射性的新元素P，这种新元素能不断地放射出正电子，核反应方程为：He

2、AlPnPSie4放射性同位素知多少天然放射性同位素只有几十种，而人们利用原子反应堆和加速器生产的放射性同位素已达2_000多种5探测射线的仪器和方法(1)计数器原理：计数器的主要部分是计数管射线进入管内，使管内气体发生一连串的电离，从而使计数管电路中出现一个相当强的脉冲电流作用：记录粒子进入管的次数(2)云室原理：射线使气体分子电离产生离子，过饱和汽以这些离子为核心凝结成一条雾迹作用：显示粒子的径迹(3)乳胶照相原理：高速运动的带电粒子能使照相底片感光作用：记录粒子径迹6射线的应用(1)作为射线源检查物体内部情况，检查产品的密度和厚度利用射线的生物效应，消灭害虫、杀菌消毒、治疗癌症等利用射线

3、的化学效应，促进高分子化合物的聚合反应，以制造各种塑料或改善塑料的性能等(2)作为示踪原子一种元素的各种同位素具有相同的化学性质，而用放射性同位素制成的化合物，经历各种过程时会不断地放出射线，由此可以掌握它的踪迹7放射性污染及其防护(1)危害：过强的射线(包括电磁辐射)会对生物体造成危害(2)防护使用放射性物质时必须严格遵守操作规程，不准用手接触；废弃不用的放射性物质，应交有关部门处理，或者在指定地点深埋于地下，并远离水源特别要注意防止放射性物质对空气、水源和食品的污染.一、对核反应方程的再认识例1完成下列核反应方程，并说明哪些属于人工转变核反应，哪些属于衰变，及人工转变核反应和衰变有什么不同

4、(1)N()OH(2)BeHeC()(3)BHe()n(4)AlHeP()，PSi()(5)Lin()He(6)Co()Co(7)UTh()(8)ThPa()答案(1)N(He)OH，人工转变核反应(2)BeHeC(n)，人工转变核反应(3)BHe(N)n，人工转变核反应(4)AlHeP(n)，人工转变核反应PSi(e)，衰变(5)Lin(H)He，人工转变核反应(6)Co(n)Co，人工转变核反应(7)UTh(He)，衰变(8)ThPa(e)，衰变人工转变核反应和衰变的比较见要点提炼 要点提炼人工转变核反应与衰变的比较1不同点：原子核的人工转变，是一种核反应，是其他粒子与原子核相碰撞的结果，

5、需要一定的装置和条件才能发生；而衰变是原子核的自发变化，它不受物理、化学条件的影响2相同点：人工转变与衰变过程一样，在发生的过程中质量数与电荷数都守恒；反应前后粒子总动量守恒二、放射性同位素的应用要点提炼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人工放射性同位素的优势(1)种类多天然放射性同位素只有几十种，而人工放射性同位素有2 000多种(2)放射强度容易控制(3)可制成各种所需的形状(4)半衰期短，废料易处理3放射性同位素的应用(1)工业部门使用射线测厚度利用射线的穿透特性(2)农业应用射线使种子的遗传基因发生变异，杀死腐败细菌、抑制发芽等(3)做示踪原子利用放射

6、性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质例2近几年来，我国北京、上海、山东、洛阳、广州等地引进了十多台刀，治疗患者5 000余例，效果极好，成为治疗肿瘤的最佳仪器令人感叹的是，用刀治疗时不用麻醉，病人清醒，时间短，半小时内完成手术，无需住院，因而刀被誉为“神刀”据报道，我国自己研制的旋转式刀性能更好，其即将进入各大医院为患者服务刀治疗肿瘤主要是利用()A射线具有很强的穿透能力B射线具有很强的电离作用C射线波长很短具有很高的能量D射线很容易绕过阻碍物到达脑肿瘤位置解析射线是一种波长很短的电磁波，具有较高的能量，它的穿透本领很强，甚至可以穿透几厘米厚的铅板，但它的电离作用很弱用刀治疗脑肿瘤时，通常

7、是同时用多束射线，使它们穿透脑颅和健康区域在肿瘤处会聚，利用射线的高能量杀死肿瘤细胞综上所述，正确选项为A、C.答案AC针对训练正电子发射计算机断层显像(PET)的基本原理是：将放射性同位素15O注入人体，参与人体的代谢过程.15O在人体内衰变放出正电子，与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清晰的图像根据PET原理，回答下列问题：(1)写出15O的衰变和正负电子湮灭的方程式(2)将放射性同位素15O注入人体，15O的主要用途是()A利用它的射线B作为示踪原子C参与人体的代谢过程D有氧呼吸(3)PET中所选的放射性同位素的半衰期应_(填“长”或“短”或“长短

8、均可”)答案(1)ONe，ee2(2)B(3)短解析(1)由题意得：ONe，ee2(2)将放射性同位素15O注入人体后，由于它能放出正电子，从而被探测器探测到，所以它的用途是作为示踪原子，B对(3)根据同位素的用途，为了减小对人体的伤害，半衰期应该很短图1例3如图1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、三种射线，而根据设计，该生产线压制的是3 mm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_一些解析射线不能穿过3 mm厚的铝板，射线又很容易穿过3 mm厚的铝板

9、，基本不受铝板厚度的影响，而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射线的强度发生较明显变化所以应是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大一些答案大1在工业生产中，某些金属材料内部出现的裂痕是无法直接观察到的，如果不能够发现它们，可能会给生产带来极大的危害自从发现放射线后，则可以利用放射线进行探测，这是利用了()A原子核在衰变中产生的HeB射线的带电性质C射线的穿透本领D放射性元素的示踪本领答案C解析射线的穿透本领较强，可以用来进行金属探伤，故正确答案为C.2下列应用中把放射性同位素作为示踪原子的是()A射线探伤仪B利用含有放射性

10、I的油，检测地下输油管的漏油情况C利用Co治疗肿瘤等疾病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答案BD解析射线探伤仪利用了射线的穿透能力，所以选项A错误利用含有放射性I的油，可以记录油的运动踪迹，可以检查管道是否漏油，所以选项B正确利用Co治疗肿瘤等疾病，利用了射线的穿透能力和高能量，所以选项C错误把含有放射性元素的肥料施给农作物，可以记录放射性元素的踪迹，用以检测确定农作物吸收养分的规律，所以选项D正确3关于放射性同位素的应用，下列说法中正确的有()A放射线改变了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利用射线的穿透性可以为金属探伤，也能进行

11、人体的透视C用放射线照射作物种子使其DNA发生变异，其结果一定是更优秀的品种D用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答案D解析利用放射线消除有害静电是利用放射线的电离作用，使空气分子电离成为导体，将静电消除射线对人体细胞伤害太大，不能用来进行人体透视作物种子发生的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用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本题正确选项为D.4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，而今天人工制造的放射性同位素已达2 000多种，每种元素都有放射性同位素放射性同位素在工业

12、、农业、医疗卫生和科学研究等许多方面得到了广泛的应用(1)带电的验电器在放射线的照射下电荷会很快消失，其原因是()A射线的穿透作用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)图2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为1毫米的铝板，在、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2(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的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)(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电性相反的离子与之中和，从而使验电器

13、所带电荷消失(2)射线穿透物质的本领弱，不能穿透厚度为1毫米的铝板，因而探测器不能探测，射线穿透物质的本领极强，穿透1毫米厚的铝板和几毫米厚的铝板打在探测器上很难分辨射线也能够穿透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的结晶，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

14、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作这种用途的放射性同位素叫做示踪原子.基础题1人工放射性同位素被用作示踪原子，主要是因为()A人工放射性同位素不改变其化学性质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半衰期与元素所处的物理、化学状态无关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踪原子，主要是用人工放射性同位素代替没有放射性的同位素参与正常的物理、化学、生物过程，既要利用化学性质相同，也要利用衰变规律不受物理、化学变化的影响，同时还要考虑放射性废料容易处理，因此选项A、B、C正确，选项D错误2对放射性的应用和防护，下列说法正确的是()

15、A放射线能杀伤癌细胞或阻止癌细胞分裂，对人体的正常细胞不会有伤害作用B核工业废料要放在厚厚的重金属箱内，沉于海底C射线探伤仪中的放射源必须存放在特制的容器里，而不能随意放置D对可能有放射性污染的场所或物品进行检测是很有必要的答案BCD解析放射线能杀伤癌细胞或阻止癌细胞分裂，但也会对人体的正常细胞有伤害，选项A错正因为放射性具有伤害作用，选项B、C、D均正确3联合国环境署对科索沃地区的调查表明，北约对南联盟进行的轰炸中，大量使用了贫铀炸弹贫铀是从天然铀中提炼铀235以后的副产品，其主要成分为铀238，贫铀炸弹穿透能力是常规炸弹的9倍，杀伤力极大，而且其残留物长期危害环境下列关于其残留物长期危害环

16、境的理由正确的是()A由于爆炸后的弹片存在放射性，会对环境产生长期危害B铀的半衰期很长C铀的半衰期很短D铀是易溶于水的有毒物质，人饮用溶有铀的水会中毒而亡答案AB解析贫铀炸弹爆炸后，弹片中仍含有半衰期很长的铀，故爆炸后的残留物仍会长时间对周围环境产生污染，故选A、B.4用计数器测定放射源的放射强度为每分钟405次，若将一张厚纸板放在计数器与放射源之间，计数器几乎测不到射线.10天后再次测量，测得该放射源的放射强度为每分钟101次，则下列关于射线性质及它的半衰期的说法正确的是()A放射源射出的是射线B放射源射出的是射线C这种放射性元素的半衰期是5天D这种放射性元素的半衰期是2.5天答案AC解析一

17、张厚纸板几乎就能把射线挡住，说明射线为射线因为每分钟的衰变次数与物质中所含原子核的数目成正比，10天后放射性元素的原子核个数只有原来的，说明经过了两个半衰期，故半衰期为5天51934年，约里奥居里夫妇在用粒子轰击铝箔靶时，除探测到预料中的中子外，还探测到正电子，粒子停止轰击后，铝箔靶仍继续发射正电子，这是因为反应生成了放射性同位素(1)完成上述反应的核反应方程式AlHe_n；_Sie(2)放射性同位素的作用有_答案(1)PP(2)作为放射源；作为示踪原子能力题6将威耳逊云室置于磁场中，一个静止在磁场中的放射性同位素原子核P，放出一个正电子后变成原子核Si，能近似反映正电子和Si核轨迹的是()答

18、案B解析把放出的正电子和衰变生成物Si核看成一个系统，根据动量守恒定律知正电子和Si核运动方向一定相反，C、D可排除由qvBm得，R，因为动量mv相等，故R，即，可见Si核的运动半径较小，选B.7现在有很多医院都引进了一种被称为“心脏灌注显像”的检测技术，即将若干毫升放射性锝的注射液注入被检测者的动脉中，经过40分钟，这些锝的注射液通过血液循环均匀地分布到血液中，这时对被检测者的心脏进行造影，心脏血管正常的位置由于放射性物质随血液到达而显示有射线射出，心脏血管被堵塞的部分由于无放射性物质到达而无射线射出，医生根据显像情况就可以判定被检测者心脏血管有无病变并判断病变的位置你认为放射性锝的半衰期应

19、该最接近()A6分钟 B6小时C6天 D6个月答案B解析医学检查时要让放射线对人的危害尽可能小，示踪原子不能长时间留在人体内，因而半衰期要小又由于锝的注射液通过血液循环均匀地分布到血液中需要40分钟，为了达到检测的目的，其半衰期应该接近6小时为最好，故选B.8放射性同位素14C被考古学家称为“碳钟”，它可以用来推断古生物体死亡的年代，此项研究成果获得1960年诺贝尔化学奖(1)宇宙射线中高能量的中子碰撞空气中的氮原子后，就会生成14C,14C很不稳定，容易发生衰变，其半衰期约为5 730年，试写出14C形成和衰变的方程(2)14C的形成和衰变通常是平衡的，即空气中生物活体中14C的含量是不变的，当机体死亡后，机体内的14C的含量将会不断减小某考古小组挖掘到一块动物骨骼，经测定14C还剩余12.5%，试推测该动物生存年代距今约多少年？答案(1)见解析(2)17