4.3 放射性同位素 学案（2020年粤教版高中物理选修3-5）

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1、第三节第三节 放射性同位素放射性同位素 学科素养与目标要求 物理观念：1.知道什么是核反应和反应能.2.知道什么是放射性同位素.3.了解放射性同位素在 生产和科学领域的应用.4.了解射线的危害与防护. 科学思维：会书写核反应方程. 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，这 个过程叫做核反应. 2.反应能 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. 3.遵循规律：质量数和电荷数总是守恒的. 4.发现质子和中子的核反应方程 (1)卢瑟福用 粒子轰击氮核而发现质子的核反应方程14

2、 7N 4 2He 17 8O 1 1H. (2)查德威克用 粒子轰击铍从而发现中子的核反应方程94Be42He12 6C 1 0n. 二、放射性同位素 1.同位素：具有相同质子数而中子数不同的原子，互称同位素. 2.放射性同位素：具有放射性的同位素，叫做放射性同位素. 3.约里奥 居里夫妇用 粒子轰击铝箔时发现正电子的核反应方程为：27 13Al 4 2He 30 15P 1 0n， 30 15P 30 14Si 0 1e，其中 30 15P 是 31 15P 的一种放射性同位素. 三、放射性同位素的应用 1.利用放射性同位素放出的射线可进行 探伤、消除静电、培育良种、治疗癌症. 2.放射性

3、同位素可以作为示踪原子. 3.利用元素的半衰期可推断地层或古代文物的年代. 4.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. 1.判断下列说法的正误. (1)核反应是用粒子轰击原子核，利用粒子与原子核的碰撞将原子核打开.( ) (2)卢瑟福利用 粒子轰击铍并发现了中子.( ) (3)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.( ) (4)每种元素都有自己的天然放射性同位素.( ) (5)用 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.( ) 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60 27Co 放射源进

4、行了 实验验证.次年李、杨两人因此获得诺贝尔物理学奖.60 27Co 的衰变方程是 60 27Co A ZNi 0 -1ee.其 中 e是反中微子，它的电荷量为零，静止质量可认为是零.60 27Co 的核外电子数为_，在上 述衰变方程中，衰变产物A ZNi 的质量数是_，核电荷数是_. 答案 27 60 28 解析 60 27Co 的核外电子数为 27.由质量数守恒， 知 A ZNi 的质量数为 A60.由电荷数守恒， 知 A ZNi 的核电荷数为 Z27128. 一、核反应及核反应方程 1.核反应的条件 用 粒子、质子、中子，甚至用 光子轰击原子核使原子核发生转变. 2.核反应的规律 质量数

5、守恒，电荷数守恒. 3.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： 14 7N42He17 8O11H (2)1932 年查德威克发现中子的核反应方程： 9 4Be 4 2He 12 6C 1 0n (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： 27 13Al 4 2He 30 15P 1 0n； 30 15P 30 14Si 0 1e. 4.人工转变与衰变的比较 (1)不同点：人工转变是其他粒子与原子核相碰撞的结果，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

6、一样，在发生过程中质量数与电荷数都守恒. 例 1 1993 年，中国科学院上海原子核研究所制得了一种新的铂元素的同位素202 78Pt.制取过 程如下： (1)用质子轰击铍钯94Be 产生快中子； (2)用快中子轰击汞204 80Hg，反应过程可能有两种： 生成202 78Pt，放出氦原子核； 生成202 78Pt，同时放出质子、中子 (3)生成的202 78Pt 发生两次衰变，变成稳定的原子核汞 202 80Hg. 写出上述核反应方程. 答案 见解析 解析 根据质量数守恒、 电荷数守恒， 确定新生核的电荷数和质量数， 然后写出核反应方程： (1)94Be11H95B10n (2)204 80

7、Hg 1 0n 202 78Pt 3 2He. 204 80Hg 1 0n 202 78Pt2 1 1H 1 0n. (3)202 78Pt 202 79Au 0 1e，202 79Au 202 80Hg 0 1e. 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 完成下列核反应方程，并指出其中_是发现质子的核反应方程，_ 是发现中子的核反应方程. (1)14 7N 1 0n 14 6C_ (2)14 7N 4 2He 17 8O_ (3)10 5B 1 0

8、n_ 4 2He (4)94Be42He_10n (5)56 26Fe 2 1H 57 27Co_ 答案 见解析 解析 (1)14 7N 1 0n 14 6C 1 1H (2)14 7N 4 2He 17 8O 1 1H (3)10 5B 1 0n 7 3Li 4 2He (4)94Be42He12 6C 1 0n (5)56 26Fe 2 1H 57 27Co 1 0n 其中发现质子的核反应方程是(2)，发现中子的核反应方程是(4). 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应用 (1)工业部门使用射线测厚度利

9、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 射线的高能量治疗癌症. 例 2 正电子发射型计算机断层显像(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象.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

10、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.参与有氧呼吸 (3)PET 中所选的放射性同位素的半衰期应_.(填“长”“短”或“长短均可”) 答案 (1)15 8O 15 7N 0 +1e 0 +1e 0 1e2 (2)B (3)短 解析 (1)由题意得15 8O15 7N 0 +1e， 0 +1e 0 1e2.(2)将放射性同位素 15O 注入人体后， 由于它 能放出正电子，并能与人体内的负电子产生一对光子，从而被探测器探测到，所以它的用途 是作为示踪原子，B 正确. (3)根据同位素的用途，为了减小对人体的伤害，半衰期应该短. 1.(核

11、反应的理解)卢瑟福通过实验首次实现了原子核的人工转变，其核反应方程为：42He 14 7N 17 8O 1 1H，下列说法错误的是( ) A.卢瑟福通过该实验提出了原子核式结构模型 B.实验中是用 粒子轰击氮核 C.卢瑟福通过该实验发现了质子 D.原子核在人工转变的过程中，电荷数一定守恒 答案 A 解析 卢瑟福用 粒子轰击金箔散射的实验，提出了原子的核式结构模型，故 A 错误；用 粒子轰击氮核首次实现了原子核的人工转变，并发现了质子，故 B、C 正确；核反应方程质 量数和电荷数是守恒的，故 D 正确. 2.(核反应方程的书写)用中子轰击氧原子核的核反应方程为16 8O 1 0n a 7N 0

12、bX， 对式中 X、 a、 b 的判断正确的是( ) A.X 代表中子，a17，b1 B.X 代表电子，a17，b1 C.X 代表正电子，a17，b1 D.X 代表质子，a17，b1 答案 C 解析 根据质量数、电荷数守恒可知 a17，b1，因此 X 表示01e，为正电子，故 C 正确， A、B、D 错误. 3.(放射性同位素的理解)(多选)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，都具有一定的半衰期 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的，不能用人工方法制得 D.大部分放射性同位素都是人工转变后获得的 答案 ABD 解析 放射性同位素也具有放射性，半衰期也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 错误，D 正确. 4.(放射性同位素的应用)在放射性同位素的应用中，下列做法正确的是( ) A.应该用 射线探测物体的厚度 B.应该用 粒子放射源制成“烟雾报警器” C.医院在利用放射线诊断疾病时，用半衰期较长的放射性同位素 D.放射育种中利用 射线照射种子，使其遗传基因发生变异 答案 D