2019-2020学年高中物理 第4章 第3节 放射性同位素课件 粤教版选修3-5

第四章原子核第三节放射性同位素[学习目标]1.知道什么是核反应，能够熟练写出核反应方程．(重点)2.知道放射性同位素和人工放射性同位素及其核反应方程．(难点)3.了解放射性在生产和科学领域的应用.4.知道射线的危害及防护．自主预习探新知一、核反应1．定义：利用天然放射性的高速粒子或利用人工加速的粒子去原子核，以产生原子核，这个过程叫做核反应．2．反应能：中所放出或吸收的能量叫做反应能．3．两个典型的核反应方程(1)质子的发现：147N＋42He→＋.(2)中子的发现：94Be＋42He→＋.轰击148O126C10n11H核反应新的二、放射性同位素及其应用1．放射性同位素(1)具有相同而不同的原子，在元素周期表中处于位置，因而互称同位素．(2)具有的同位素，叫做放射性同位素．(3)发现正电子的核反应方程2713Al＋42He→＋10n3015P→3014Si＋＋ν.ν代表，它是一种，质量质子数近似为零．中性粒子中微子放射性同一中子数3015P01e二、放射性同位素及其应用2．放射性同位素的应用放射性同位素的应用主要分为三类：(1)的应用；(2)的应用；(3)的应用．射线半衰期示踪原子二、放射性同位素及其应用3．放射线的危害及防护(1)危害人体受到长时间大剂量的射线照射，就会使、、器官受到损伤，破坏人体分子结构，有时甚至会引发癌症，或者造成下一代遗传上的缺陷，过度照射时，人常常会出现、四肢无力、等多种症状，重者甚至死亡．细胞贫血头痛DNA组织二、放射性同位素及其应用(2)防护辐射防护的基本方法有防护、防护和防护．要防止放射性物质对水源、空气、用具、工作场所的污染，要防止射线过多地长时间地照射人体．时间屏蔽距离1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)无论是核衰变还是其他核反应，方程两边总的质量数和电荷数是守恒的．()(2)核反应方程遵守质量数守恒，即核反应过程中，质量不变化．()(3)利用示踪原子来推断地层或古代文物的年代．()√××(4)可以利用放射性同位素的射线进行无损探伤，生物育种等．()(5)医学上做射线治疗用的放射性元素，应选半衰期长的．()√×2．(多选)以下是物理学史上3个著名的核反应方程x＋73Li→2yy＋147N→x＋178Oy＋94Be→z＋126Cx、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．y为α粒子C．y为电子D．z为中子BD[根据质量数守恒和电荷数守恒可以确定x为质子11H，y为42He即α粒子，z为中子10n.]3．(多选)有关放射性同位素3015P的下列说法，正确的是()A.3015P与3014X互为同位素B.3015P与其同位素有相同的化学性质C．用3015P制成化合物后它的半衰期变长D．含有3015P的磷肥释放正电子，可用作示踪原子，观察磷肥对植物的影响BD[同位素有相同的质子数，不同的中子数，所以选项A错误；半衰期与元素所处的化学状态没有关系，3015P制成化合物后它的半衰期不变，选项C错误．]合作探究攻重难核反应及核反应方程的书写1.对核反应的认识(1)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．(2)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．(3)遵循规律：反应前、后电荷数和质量数守恒．2．常见的人工转变核反应(1)卢瑟福发现质子147N＋42He→178O＋11H.(2)查德威克发现中子94Be＋42He→126C＋10n.(3)居里夫妇人工制造同位素42He＋2713Al→3015P＋10n.3015P具有放射性，自发地放出正电子(01e)，与天然放射现象遵循相同的规律，衰变方程：3015P→3014Si＋01e＋ν.3．书写核反应方程时的注意事项(1)核反应指的是在原子核内部核子数发生相应的变化，而化学反应指的是在原子核外最外层电子数发生变化，二者存在本质的不同．(2)核反应过程一般都不是可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向，不能用等号连接．(3)核反应的生成一定要以实验事实为基础，不能依据两个守恒规律杜撰出生成物与核反应方程．(4)核反应遵循质量数守恒，而不是质量守恒，核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化(质量亏损)且释放出核能．【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20278Pt.制取过程如下：(1)用质子轰击铍靶94Be产生快中子；(2)用快中子轰击汞20480Hg，反应过程可能有两种：①生成20278Pt，放出氦原子核；②生成20278Pt，同时放出质子、中子．(3)生成的20278Pt发生两次衰变，变成稳定的原子核汞20280Hg.写出上述核反应方程．[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)94Be＋11H→95B＋10n.(2)①20480Hg＋10n→20278Pt＋32He.②20480Hg＋10n→20278Pt＋211H＋10n.(3)20278Pt→20279Au＋0－1e，20279Au→20280Hg＋0－1e.[答案]见解析书写核反应方程的四条重要原则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．能量守恒(中学阶段不作要求)；4．核反应必须是实验中能够发生的．1．(1)完成下列核反应方程：A.42He＋115B→147N＋________B.42He＋2311Na→________＋11HC.42He＋94Be→126C＋________D.42He＋2713Al→3015P＋________(2)在(1)的四个方程中，发现中子的核反应方程是________，发现放射性同位素的方程是________．[解析](1)由核反应的规律：质量数、电荷数守恒可以判断A、C、D选项中的三个核反应生成物中都有中子．而B项中的核反应的生成物应为2912Mg.(2)查德威克发现中子的核反应方程为C，约里奥—居里夫妇发现放射性同位素的核反应方程为D.[答案](1)10n2612Mg10n10n(2)CD放射性同位素及其应用1.放射性同位素分类可分为天然放射性同位素和人工放射性同位素两种，天然放射性同位素不过40多种，而人工放射性同位素已达1000多种，每种元素都有自己的放射性同位素．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．【例2】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________．(选填“长”“短”或“长短均可”)[解析](1)由题意得158O→157N＋0＋1e，0＋1e＋0－1e→2γ.(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，所以它的用途为作为示踪原子．B正确．(3)根据同位素的用途，为了减小对人体的伤害，半衰期应该很短．[答案](1)158O→157N＋0＋1e，0＋1e＋0－1e→2γ(2)B(3)短放射性同位素应用的两点提醒1．利用它的射线：α射线的电离作用，γ射线的贯穿本领和生物作用，β射线的贯穿本领．2．作为示踪原子：多数情况下用β射线，因为γ射线难以探测到．2．(多选)放射性同位素被广泛应用，下列说法正确的是()A．放射性同位素的半衰期都比较短，对环境的危害较小B．放射性同位素能够消除静电是因为其发出的γ射线C．用放射性同位素参与化学反应可以起到示踪的作用D．放射性同位素可以作为核燃料进行发电AC[放射性同位素的半衰期都比较短，衰变的快，对环境的危害较小，A选项正确；α射线能使空气分子电离成导体，能够消除静电，γ射线的电离本领较小，穿透本领强，B选项错误；根据放射性同位素的应用可知，用放射性同位素参与化学反应可以起到示踪的作用，C选项正确；放射性的同位素大多是人工合成的同位素，成本高，存在量较少，不能作为核燃料进行发电，D选项错误．]课堂小结1.原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应.2.在核反应中，质量数守恒，电荷数守恒.3.1934年，约里奥·居里夫妇发现了人工放射性同位素.4.放射性同位素有很多应用，如应用它的射线，或把它作为示踪原子；放射性同位素也有很多危害．过量的射线对人体组织有破坏作用，同时对水源、空气等也有污染.知识脉络当堂达标固双基1．美国医生用123I对老布什总统诊断，使其很快恢复健康，123I的特性是()A．半衰期长，并迅速从体内清除B．半衰期长，并缓慢从体内清除C．半衰期短，并迅速从体内清除D．半衰期短，并缓慢从体内清除C[在人体内作为示踪原子应该是半衰期短，并能迅速从体内消除的元素，以减小危害和遗留．]2．(多选)下列哪些应用是把放射性同位素作为示踪原子()A．γ射线探伤仪B．利用含有放射性碘131的油，检测地下输油管的漏油情况C．利用钴60治疗肿瘤等疾病D．把含有放射性元素的肥料施给农作物，用检测放射性的办法确定放射性元素在农作物内转移和分布情况，找出合理施肥的规律BD[A是利用了γ射线的穿透性；C利用了γ射线的生物作用；B、D是利用示踪原子．]3．用人工方法得到放射性同位素，这是一个很重要的发现，天然放射性同位素只不过40几种，而今天人工制造的同位素已达1000多种，每种元素都有放射性同位素，放射性同位素在农业、医疗卫生、科研等许多方面得到广泛应用．(1)如图是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图，如工厂生产的是厚度为1mm的铝板，在α、β、γ三种射线中，你认为对铝板的厚度起主要作用的是________射线．(2)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结晶是同一物质，为此曾采用放射性同位素碳14作________．[解析](1)β射线起主要作用，因为α射线的贯穿本领很小，一张薄纸就能把它挡住，更穿不过1mm的铝板；γ射线的贯穿本领很强，能穿过几厘米的铅板，1mm左右的铝板厚度发生变化时，透过铝板的γ射线强度变化不大；β射线的贯穿本领较强，能穿过几毫米的铝板，当铝板厚度发生变化时，透过铝板的β射线强度变化较大，探测器可明显地反映出这种变化，使自动化系统做出相应的反应．(2)把掺入碳14的人工合成牛胰岛素与天然牛胰岛素混合在一起，经多次重新结晶后，得到了放射性碳14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合为一体，它们是同一物质．把这种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，从而可了解某些不容易查明的情况或规律，人们把这种用途的放射性同位素叫作示踪原子．[答案](1)β(2)示踪原子