第五章 第四节 放射性同位素-【优化探究】2025-2026学年新教材高中物理选择性必修第三册同步导学案配套PPT课件（粤教版）

第四节　放射性同位素 第五章　原子与原子核 [学习目标]　1.知道什么是放射性同位素和人工转变的放射性同位素。2.了解放射性同位素在生产和科学领域的应用和防护。 课时作业 巩固提升 要点1　放射性同位素的发现 要点2　放射性同位素的应用 要点3　射线的危害及防护 内容索引 要点1　放射性同位素的发现 一 4 梳理 必备知识 自主学习 1.同位素:在元素周期表中处于同一位置,具有相同　　　而　　　不同的原子,互称同位素。  2.放射性同位素 (1)定义:具有　　　　的同位素。  (2)类型:　　　　放射性同位素和　　　　放射性同位素。  3.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AlHe→PnP→Sie+ν。 质子数 中子数 放射性 天然　 人工 [例1]　氢有三种同位素,分别是氕H)、氘H)、氚H),则下列说法正确的是(　　) A.它们的质子数相等 B.它们的物理性质和化学性质均不相同 C.它们的核子数相等 D.它们的中子数相等 A 归纳 关键能力 合作探究 [解析]　任意一种元素的几种同位素,具有相同的质子数、核电荷数和核外电子数,且化学性质相同,但质量数(核子数)和中子数都不相等,故选项A正确。 二 要点2　放射性同位素的应用 8 1.射线的应用 (1)利用　　　　射线的穿透性来检查金属内部的缺陷。  (2)利用　　　　射线、　　　　射线的电离作用使空气分子电离变成导电气体,从而把聚集的静电引入地下。  (3)在农业上,利用射线防治害虫和　　　　。在医疗上,利用射线可以治疗疾病和消毒灭菌。  梳理 必备知识 自主学习 γ α　 β　 培育良种 2.示踪原子的应用 (1)示踪原子:因为　　　　元素能放出某种射线,所以可用探测仪器对它们进行踪迹显示,这种用途的放射性　　　　叫作示踪原子。  (2)应用:农业上研究磷肥的吸收情况;工业上检测机件的磨损情况;半导体制造工艺中探测杂质在半导体内的扩散情况;医学上作无损伤的疾病诊断等。 3.半衰期的应用 在地质和考古工作中,可利用放射性衰变的　　　　来推断地层或古代文物的年代。  放射性　 同位素 半衰期 [例2]　(多选)某医院利用放射线治疗肿瘤,被利用的放射源必须具备以下两个条件:(1)放出的射线有较强的穿透能力,能辐射到体内肿瘤所在处;(2)能在较长的时间内提供比较稳定的辐射强度。现有四种放射性同位素的放射线及半衰期如表所示。关于在表中所列的四种同位素,下列说法正确的是(　　) 归纳 关键能力 合作探究 同位素 钴60 锶90 锝99 氡222 放射线 γ β γ α 半衰期 5年 28年 6小时 3.8天 A.最适宜作为放疗使用的放射源应是钴60 B.最适宜作为放疗使用的放射源应是锶90 C.放射线的电离能力最强的放射源是锝99 D.放射线的电离能力最强的放射源是氡222 [答案]　AD [解析]　钴60放出的γ射线穿透能力强,半衰期长,选项A正确,B错误;α射线电离能力最强,γ射线的电离能力最弱,氡222放出的是α射线,选项C错误,D正确。 [针对训练]　1.(2024·广东湛江高二期中)我国科学家在1965年9月首先用人工方法合成了牛胰岛素。为了证明人工合成的牛胰岛素与天然的是否为同一物质,在人工合成牛胰岛素过程中掺了放射性14C,然后将人工合成的牛胰岛素与天然的混合得到了放射性14C分布均匀的结晶物,从而证明了两者是同一物质,为我国在国际上首先合成具有生物活性牛胰岛素提供了有力证据。在人工合成过程中掺入放射性14C的用途是 (　　) A.催化剂　　　　　　　　 B.媒介质 C.组成元素 D.示踪原子 D 解析:用放射性同位素代替非放射性同位素来制成各种化合物,再用仪器探测“放射性标记”,即用放射性同位素作为示踪原子,故选D。 2.(多选)(2024·广东江门高二期中)以下关于放射性元素产生的射线应用的说法,正确的是(　 　) A.经过射线照射的蔬菜可以保存更长时间 B.利用γ射线的穿透性强的特点,可以用它为人体探伤 C.α射线可以用来消除有害的静电 D.射线可以培育新的优良作物品种 ACD 解析:射线可以有效杀灭蔬菜中的微生物,经过射线照射的蔬菜可以保存更长时间,故A正确;γ 射线会造成电离辐射,对人体有巨大伤害,不可以用它为人体探伤,故B错误;α射线有很强的电离作用,可以用来消除有害的静电,故C正确;可以用γ射线处理种子,诱发其变异,培育出新品种,故D正确。 三 要点3　射线的危害及防护 18 1.危害 射线对物体有不同的穿透能力和电离能力,从而使物体或机体发生一些物理、　　　　或　　　　变化。如果人体长时间受到大剂量的射线照射,就会使细胞、组织、器官受到损伤,有时甚至会引发癌变,或造成下一代遗传上的缺陷。  梳理 必备知识 自主学习 化学　 生化 2.防护 (1)内照射防护 尽可能地隔断放射性物质进入人体的各种途径。 (2)外照射防护 通常采取　　　　　　　　、增大与辐射源间的距离、　　　　三种方式防护。  缩短受照射时间　 屏蔽射线 [例3]　放射性元素钋Po发生衰变时,会产生He和一种未知粒子X,并放出γ射线,其核反应方程为Po→XHe+γ,则(　　) A.原子核X的中子数为206 B.利用射线能杀伤癌细胞或阻止癌细胞分裂,所以人体可以经常照射 C.γ射线的电离作用很强,可用来消除有害静电 D.为防止射线泄漏,可将放射性元素钋Po密封于铅盒中 归纳 关键能力 合作探究 D [解析]　根据核反应方程遵循质量数守恒有y=210-4=206,则原子核X的中子数为206-82=124,故A错误;大剂量的射线照射会对人体造成某些损害,放射性元素也能损伤遗传物质,引起基因突变和染色体畸变,使一代甚至几代受害,故B错误;γ射线的穿透作用很强,α射线的电离作用很强,故C错误;为防止射线泄漏,可将放射性元素密封于铅盒中以避免射线对人体造成伤害和放射性元素对环境造成放射性污染,故D正确。 [针对训练]　3.(多选)联合国环境公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 解析:贫铀,是从金属铀中提炼出核材料铀235以后得到的副产品,其主要成分是放射性较弱的铀238,故称贫化铀,简称贫铀。贫铀的辐射能仅是天然铀的60%,虽然弱一些,但并无本质减少,会对人体产生伤害,对环境造成污染,故A项正确,B项错误;在自然界中存在铀的三种同位素(铀234、235、238),均带有放射性,拥有非常长的半衰期(数亿年至数十亿年),故C项错误,D项正确。 四 课时作业 巩固提升 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 [A组　基础巩固练] 1.(多选)下列有关放射性同位素P的说法,正确的是(　　) A.P与X互为同位素 BP与其同位素有相同的化学性质 C.用P制成化合物后它的半衰期变长 DP能释放正电子,可用作示踪原子,观察磷肥对植物的影响 BD 解析:同位素有相同的质子数,不同的质量数,故A错误;同位素有相同的化学性质,故B正确;半衰期与物理、化学状态无关,故C错误P为放射性同位素,可用作示踪原子,故D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2.放射性元素Np的半衰期很短,在使用人工的方法制造后才被发现。已知Np经过一系列α衰变和β衰变后变成Bi,其中发生α衰变的次数为(　　) A.4　　　　　　　　　　 B.5 C.6 D.7 解析:每发生一次α衰变,则质量数减小4,电荷数减小2,而每发生一次β衰变,质量数不变,则发生α衰变的次数为=7次,故选项D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 D 3.“核电池”是利用放射性物质衰变会释放出能量的原理制成的,某“核电池”衰变方程为Pu→XY,则下列说法正确的是(　　) A.Pu发生的是α衰变 BPu发生的是β衰变 CX比Pu的中子数少4个 D.在月球上Pu衰变得比在地球上快些 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 A 解析:根据质量数和核电荷数守恒可得n=238-234=4,m=94-2=92,因此Y为α粒子Pu发生的是α衰变,选项A正确,B错误;X质量数比Pu少4个,核电荷数少2个,因此中子数少2个,选项C错误;元素的半衰期由原子核内部自身因素决定,不会随着地理位置的改变而改变,选项D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 4.(多选)如图甲所示,国际原子能机构在2007年2月15日公布了核辐射警示新标志,新标志为黑框红底三角,内有一个辐射波标记、一个骷髅头标记和一个逃跑的人形。核辐射会向外释放3种射线:α射线带正电,β射线带负电,γ射线不带电。现有甲、乙两个原子核,原来都静止在同一匀强磁场中,其中一个核放出一个α粒子,另一个核放出一个β粒子,得出图乙所示的4条径迹,则(　　) A.磁场的方向一定垂直于纸面向里 B.甲核放出的是α粒子,乙核放出的是β粒子 C.a为α粒子的径迹,d为β粒子的径迹 D.b为α粒子的径迹,c为β粒子的径迹 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 BD 解析:根据左手定则分析,磁场的方向无论是垂直纸面向里还是垂直纸面向外,在匀强磁场中的轨迹形状一样,A错误;衰变过程满足动量守恒,粒子与新核的动量大小相等,方向相反,根据带电粒子在磁场中运动不难分析,若轨迹为外切圆,则为α衰变,所以甲核放出的是α粒子,乙核放出的是β粒子,B正确;由于衰变过程动量守恒,初状态总动量为零,所以末状态两粒子动量大小相等,又由R=知半径与电量成反比,所以b为α粒子的径迹,c为β粒子的径迹,C错误,D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 5.(2024·广东珠海高二期中)医学界通过14C标记的C60发现一种C60的羧酸衍生物,在特定条件下可以通过断裂DNA抑制艾滋病病毒的繁殖,则14C的用途是(　　) A.示踪原子 B.电离作用 C.催化作用 D.贯穿作用 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 A 解析:14C具有放射性,可以用它标记C60,通过其放射性发现一种C60的羧酸衍生物,14C的用途是示踪原子,故A正确,B、C、D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 6.放射性在工农业生产和科学研究中有广泛的应用,下列关于放射性的应用与防护,说法不正确的是(　　) A.利用γ射线照射食品,可以杀死使食物腐败的细菌,延长保质期 B.利用示踪原子可以研究生物大分子的结构和功能 C.利用射线的贯穿作用,可以制成射线测厚装置 D.放射治疗利用了射线对病灶细胞的电离作用 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 D 解析:用γ射线照射食品,可以杀死使食物腐败的细菌,延长保存期,故A正确;利用示踪原子可以研究生物大分子的结构和功能,故B正确;利用射线的贯穿作用,可以制成射线测厚装置,故C正确;放射治疗利用了射线对病灶细胞的破坏作用,故D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 7.(2024·广东汕头高二期末)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性质使其不再因摩擦而生电,因此达到消除有害静电的目的 B.利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤,也能进行人体的透视 C.用放射线照射作物种子能使其DNA发生变异,其结果一定是成为更优秀的品种 D.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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 D 解析:利用放射线消除有害静电是利用α射线的电离性,使空气分子电离成导体,将静电导出,故A错误;利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤,γ射线对人体细胞伤害太大,因此不能用来进行人体透视,故B错误;DNA变异并不一定都是有益的,也有有害的一面,故C错误;γ射线对人体细胞伤害太大,在用于治疗肿瘤时要严格控制剂量,故D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 [B组　综合强化练] 8.(多选)(2024·广东佛山高二期中)静止在匀强磁场中的放射性元素镭的原子核Ra),当它放出一个α粒子后变成了氡核Rn)。假设α粒子和氡核的速度方向都与磁场方向垂直,它们在匀强磁场中的运动轨迹如图所示(图中直径没有按比例画),则下列叙述符合事实的是(　　) A.该核反应方程式为Ra→RnHe B.轨迹1对应α粒子 C.α粒子与氡核的动量相同 D.α粒子与氡核在匀强磁场中做匀速圆周运动时环绕方向相同 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 AD 解析:根据原子核衰变,电荷数和质量数守恒,故A正确。放射性元素放出α粒子时,α粒子与反冲核的速度方向相反,不受外力作用,动量等大反向,而电性相同,则两个粒子受到的洛伦兹力方向相反,两个粒子的轨迹应为外切圆,两个粒子做圆周运动环绕方向相同;衰变后产生的新核电量大于α粒子的电量,根据R==,可知电量小的α粒子轨迹半径大于新核轨迹半径,所以B、C错误,D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 9.贫铀炸弹是一种杀伤力很强的武器,贫铀是提炼铀235以后的副产品,其主要成分为铀238,贫铀炸弹不仅有很强的穿透能力,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患上皮肤癌和白血病。下列叙述错误的是(　　) A.铀238的衰变方程式为U→ThHe BU和U互为同位素 C.人患皮肤癌和白血病是因为核辐射导致了基因突变 D.贫铀炸弹的穿透能力很强,也是因为它的放射性 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 D 解析:铀238具有放射性,放出一个α粒子,变成钍234,A正确;铀238和铀235质子数相同,互为同位素,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,C正确;贫铀炸弹的穿透力很强,是因为它的弹芯是由高密度、高强度的铀合金组成,所以其穿透力远远超过一般炸弹,D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 [C组　培优选做练] 10.(2024·中山高二期末)一个静止的镭核Ra发生衰变放出一个粒子变为氡核Rn。已知镭核226质量为226.025 4 u,氡核222质量为222.016 3 u,放出粒子的质量为4.002 6 u,1 u相当于931.5 MeV的能量。 (1)写出核反应方程。 (2)求镭核衰变放出的能量。 (3)若衰变放出的能量均转变为氡核和放出粒子的动能,求放出粒子的动能。 答案:(1Ra→RnHe　(2)6.05 MeV (3)5.94 MeV 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 解析:(1)核反应方程为Ra→RnHe。 (2)镭核衰变放出的能量为ΔE=Δm·c2 =(226.025 4-4.002 6-222.016 3)×931.5 MeV ≈6.05 MeV。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 (3)镭核衰变前静止,镭核衰变时动量守恒,则由动量守恒定律可得mRnvRn-mαvα=0 ① 又因为衰变放出的能量转变为氡核和α粒子的动能,则 ΔE=mRn+mα ② 由①②可得 Eα=·ΔE=×6.05 MeV≈5.94 MeV。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 $$