第5章 第4节 放射性同位素-【金版教程】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册创新导学案word（粤教版2019）

.o. 学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.ZxXk.c0m○ 您身边的互联网+教辅专家 第四节 放射性同位素 核心素养定位>> 1.知道什么是放射性同位素和人工放射性同位素2.了解放射性同位素在生产和科学领域的应 用和射线的危害及防护 课前自主学习 KE QIAN ZI ZHU XUE XI 放射性同位素的发现 1.同位素：具有相同pl0)质子数而中子数不同的原子，在元素周期表中处于同一位置， 因而互称同位素。 2.放射性同位素：具有splO2)放射性的同位素，叫作放射性同位素. 二放射性同位素的应用 1.射线的应用 (I)工业上利用splO)Y射线的穿透性来检查金属内部的缺陷. (2)在化纤、纺织等工业生产中，利用sp1102)a射线、sp1O3)B射线的电离作用使空气分 子电离变成导电气体，消除有害静电， (3)在农业上，利用射线防治害虫和plO4培有良种.在医疗上，利用射线可以治疗疾病和 消毒灭菌 2.示踪原子的应用 (I)示踪原子：由于sp05)放射性元素能放出某种射线，因此可用探测仪器对它门进行踪迹 显示，这种用途的放射性splO6同位素叫作示踪原子， (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：半导体制造工艺中深测 杂质在半导体内的扩散情况：医学上的疾病诊断等， 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半衰期来推断地层或古代文物的pl07)年代 三射线的危害及防护 1.危害 射线对物体具有不同的spl0)穿透能力和spl02)电离能力，从而使物体或机体发生一些 物理、spl03)化学或spl104)生化变化 2.防护 (1)内照射防护 尽可能地隔断spl05)放射性物质进入人体的各种途径. (2)外照射防护 通常采取spl06)缩短受照射时间、增大与辐射源间的距离、spl07)屏被射线三种方式防 护 学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.ZXXk.com● 您身边的互联网+教辅专家 课前检测 1.判一判 (1)所有的同位素都具有放射性.() (②)人工放射性同位素比天然放射性元素半衰期长.() (3)用Y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，() 提示：1)×(2)×(3)√(4)× 2.想一想 医学上做射线治疗的放射性元素，应用半衰期长的还是短的？为什么？ 提示：用半衰期短的.因为半衰期短的放射性废料容易处理， 课堂探究评价 KE TANG TAN JIU PING JIA 课堂任务☑ 放射性同位素及衰变的类型 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”· 不可见粒子 质子 师生互动 活动1：如图甲，1932年，约里奥一居里夫妇用ā粒子轰击铍箔时，探测到一种中性粒子射 线，这种射线能从石蜡中打出质子，查德威克重复此实验，通过计算发现这种中性粒子就是 卢瑟福预言的中子1934年，约里奥一居里夫妇将图甲中的铍箔替换为铝箔（铝27），也探测到 了中子，请写出核反应方程， 提示：2713Al+42He→3015P+10m 活动2：在上述α粒子轰击铝箔的实验中，还探测到了一种带正电的粒子，拿走a粒子放射 源后，铝箔虽不再发射中子，但仍继续发射带正电的粒子，而且这种放射性随时间衰减的规 律跟天然放射性一样.这种粒子在处于匀强磁场的云室中的轨迹如图乙，其轨迹形状与以相 等速率射入的电子的轨迹形状相同，但偏转方向相反，请写出这种粒子的符号， 2 学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 提示：01e 活动3：上述粒子叫正电子，是1932年安德森观测宇宙射线的云室照射时发现的.约里奥 一居里夫妇1934年的实验中，拿走ā粒子放射源后，除了探测到正电子，还有一种质量为0 的中性粒子携带部分能量，称为中微子￥请写出实验中原子核发射正电子和中微子的方程， 提示：3015P→3014Si+01e+v 得 出 结 论 1.同位素 ()原子核内的质子数决定了核外电子的数目，也决定了电子在核外分布的情况，进而决定了 元素的化学性质，因此，同种元素的原子，质子数相同，核外电子数也相同，所以有相同的 化学性质，但它们的中子数可能不同，所以它们的物理性质不同.这些核中质子数相同而中 子数不同的原子，在元素周期表中处于同一位置，因而互称同位素， (②)具有放射性的同位素叫作放射性同位素，放射性同位素分为人工放射性同位素与天然放射 性同位素，人工放射性同位素也有一一定的半衰期. 2.原子核的衰变 (1)衰变类型 a衰变：AZX→A-4Z-2Y+42He: B衰变：AZX一AZ+1Y+0-1e (2)衰变规律：原子核衰变时电荷数和质量数都守恒. 拓展：衰变的实质 ()衰变：在一定条件下，原子核中的两个中子和两个质子会结合起来形成a粒子，并被释 放出来，此时原子核就发生了a衰变， (2)B衰变：原子核中的中子转化成一个质子且放出一个电子即B粒子，使核电荷数增加1.但 B衰变不改变原子核的质量数.其转化方程是：10n一11H+0一1e (③)y射线的产生：原子核的能量也跟原子的能量一样，其变化是不连续的，也只能取一系列 不连续的数值，因此也存在着能级，同样是能级越低越稳定，放射性的原子核在发生ā衰变、 B衰变时，产生的新核处于高能级，这时它要向低能级跃迁，能量以Y光子的形式辐射出来.因 此，y射线经常是伴随a射线和B射线产生的， 当放射性物质连续衰变时，原子核中有的发生ā衰变，有的发生B衰变，同时伴随着Y射线 辐射.这时，放射性物质发出的射线中就会同时具有a、B、Y三种射线. 实践提升 例1（多选）天然放射性元素23290Th(钍)经过一系列a衰变和B衰变之后，变成20882P(铅). 下列论断中正确的是() A.衰变过程共有6次a衰变和4次B衰变 学科网书城围 品牌书店·知名教辅·正版资源 15.2 zxxk.com○ 您身边的互联网+教辅专家 B.铅核比钍核少8个质子 C.B衰变所放出的电子来自原子核外轨道 D.钍核比铅核多24个中子 o医践探究Q)衰变后新核质量数减少是什么原因导致的？ 提示：ā表变引起的，B衰变不引起质量数的变化。 (2)如何确定B蓑变次数？ 提示：ā表变次数x=232一2084=6，结合电荷数的变化情况再判断B衰变次数， [规范解答]由于B衰变不会引起质量数的减少，故可先根据质量数的减少确定α衰变的次 数为：x=232一2084=6，再结合电荷数的变化情况和衰变规律来判定B衰变的次数y应满足： 2x一y=90-82=8,得y=2x-8=4,A正确：钍232核中的中子数为232-90=142，铅208 核中的中子数为208一82=126，所以钍核比铅核多16个中子，铅核比钍核少8个质子，B 正确，D错误：B衰变所放出的电子来自原子核内，C错误」 [答案]AB 规律点拨 衰变次数的判断方法和技巧 (I1)方法：设放射性元素AZX经过n次a衰变和m次B衰变后，变成稳定的新元素A'Z ’Y,则衰变方程为： AZX--A'Z'Y+n42He+moje 根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程： A=A'+4n,Z=Z+2n-m. (②)技巧：为了确定衰变次数，一般先由质量数的改变确定（衰变的次数（这是因为B衰变 的次数多少对质量数没有影响)，然后根据电荷数变化确定B衰变的次数（▣衰变一次减少2 个质子，B衰变一次增加1个质子). [变式训练1一1]碘131(131530治疗是临床上常用的一种治疗甲亢的方法，它是通过含有B 射线的碘被甲状腺吸收，来破坏甲状腺组织，使甲状腺合成和分泌甲状腺激素水平减少来达 到治愈甲亢的目的.已知碘131发生B衰变的半衰期为8天，则以下说法正确的是() A.碘131的衰变方程为13153I→13154Xe+0-1e B.13154Xe核比13153I核多一个中子 C.32g碘131样品，经16天后大约有8g样品发生了B衰变 D.升高温度可能会缩短碘131的半衰期 答案A 解析原子核B衰变过程中放出电子，根据质量数守恒和电荷数守恒可知，碘131的衰变方 9 学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 程为13153I→13154Xe十0-1e,故A正确：13154Xe核比13153I核少一个中子，故B错误： 32g碘131样品，经16天，即经过2个半衰期，由半衰期公式可知m套=m as4 alcol(f12m=8g,即大约有8g样品未发生衰变，衰变的质量为24g,故C错误； 放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没 有关系，因此升高温度不会影响原子核的半衰期，故D错误， [变式训练1一2]俄科学家2010年成功合成了具有极强放射性的117号新元素，该元素被命 名为钿，符号为Ts,是在实验室人工创造的卤族元素.钿元素有两种同位素，其中一种有176 个中子，而另一种有177个中子，则： ()该元素两种同位素的原子核的电荷数分别为 原子的核外电子数分别 为 (2)该元素两种同位素的原子核的质量数分别为 (③)该元素的两种同位素用原子核符号表示分别为 答案(1)117117117117 (2)293294(3)293117Ts294117Ts 解析（①）元素的原子序数等于该元素原子核的电荷数，等于核内质子数，故117号元素的原 子核电荷数和核内质子数均为117，原子呈电中性，故核外电子数等于核内质子数，也均为 117 (②)原子核的质量数等于质子数与中子数之和，故该元素中子数为176的同位素的原子核的质 量数为117+176=293，中子数为177的同位素的原子核的质量数为117+177=294 (3)元素符号一般用AZX表示，其中A表示质量数，Z表示电荷数，则中子数为176的原子核 的符号为293117Ts,中子数为177的原子核的符号为294117Ts 课堂任务② 放射性同位素的应用 射线的危害及防护 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动” 放大器 厚度控制装置 探测器色 塑料板 或金属板 放射性 同位素 甲射线测厚装置 学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 15.ZXXk.com● 您身边的互联网+教辅专家 OH OH OH H0-P-0-P-0-CH0 OHOH KH H ADP 乙生物体内的ATP-ADP循环示意图 师生互动 活动1：通过核反应生成的人工放射性同位素已达3000多种，应用极其广泛.如图甲所示利 用的是放射性同位素的什么特性？ 提示：利用的是放射性同位素发出的射线能够贯穿一定厚度的物质，根据透过射线的强度测 物质的厚度， 活动2：如图乙是生物体中很常见的一种生物化学反应.如果用半衰期为14天的放射性3215P 代替稳定的3115P,该化学反应还能进行吗？这样的替代有什么用途？ 提示：3215P与3115P的核电荷数和核外电子数相同，所以两者化学性质相同，故用3215P 代替3115P,该化学反应仍能进行.3215P能发出放射线，如果用磷的放射性同位素3215P制 成肥科，经植物吸收后，每隔一定时间用探测器测量植株各部位的放射性强度，就能研究植 物在什么时候对磷的吸收率最高，磷在作物内能存留多长时间，磷在作物体内的分布情况等， 得出结论 1.放射性同位素的应用 ()人工放射性同位素的优势 ①放射强度容易控制 ②半衰期短，废料易处理. (②)放射性同位素的主要应用 ①利用它的射线 a.利用y射线的穿透本领，可用Y射线探伤、测厚等. 6 学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 5.ZXXk.com● 您身边的互联网+教辅专家 b.利用a射线、B射线的电离作用，可消除有害静电， ©.利用Y射线对生物组织的物理和化学作用，可用来使种子发生变异，培育良种，灭菌消毒 d.利用放射线的能量，在医疗上，常用以抑制甚至杀死病变组织；还可以轰击原子核，诱发 核反应。 ②作示踪原子 a.在农业生产中，探测农作物在不同的季节对元素的需求。 b.在工业上，检查输油管道上的漏油位置 ℃.在生物医疗上，可以检查人体对某元素的吸收情况，也可以帮助确定肿瘤的部位和范围。 d.近年来，有关生物大分子的结构及其功能的研究，几乎都要借助于示踪原子 ③半衰期的应用 利用放射性衰变的半衰期可以推断地层矿物、古代文物的年代。 2.射线的危害及防护 ()危害：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，或者造成下一代遗传上的缺陷， (2)防护 内照射防护 尽可能地隔析放射性物质进入人体的各种途径 时间防护 尽量减少受辐射的时间 距离防护 距放射源越远，人体吸收的剂量就越少，受到的危害就越轻 外照射防护 把放射源密封在特殊的包壳里，或者用特殊的方法覆盖，以 屏薇防护 防止射线泄漏：在放射源与人体之间加屏蔽物能起到防护作 用，铅的屏蔽作用最好 实践提升 例2现在很多心血管专科医院引进了一种被称为“心脏灌注显像”的检测技术，方法是将 若干毫升含放射性元素的注射液注入被检测者的动脉，经过40m后，这些含放射性物质的 注射液通过血液循环均匀地分布在血液中，这时对被检测者的心脏进行造影.心脏血管正常 的位置由于有放射性物质随血液到达而显示出有射线射出，心脏血管被堵塞的部分由于无放 射性物质到达，将无射线射出，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 判定病变位置.下表（表中“”指同核异能原子核）最适合做检测用放射性元素的是() 同位素 211Bi 128 99mTc 95mTc 放射线 B y 2 半衰期 2 min 25 min 6h 61天 A.2Bi B,128 C.99mTc D.95mTc 7 学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.2XXk.com● 您身边的互联网+教辅专家 实践探究(Q)用于医学检测的放射性元素的半衰期有什么要求？ 提示：半表期不能太长，也不能太短， (②)从射线穿透性和安全性方面考虑，用于医学检测的放射性元素还应有什么特点？ 提示：放射性元素的射线能穿透人体组织，且电离作用较弱， [规范解答】ā射线无法穿透人体组织被仪器检测，且电离作用太强，进入人体后对人体危 害极大，A不符合题意，阝射线难以穿透人体组织被仪器检测，且电离作用较强，对人体危 害较大，B不符合题意，Y射线可以穿透人体组织被仪器检测，且电离作用很弱，对人体危 害极小，故应选用Y射线，但要注意所选放射性元素半衰期既不能太长，也不能太短；半衰 期过长，对人体造成长期辐射，半衰期过短，在放射期内放射性物质的注射液尚未均匀地分 布在血液中而无法完成检测，C符合题意，D不符合题意. [答案]C 规律点拨 对于放射性同位素的应用，既要考虑功能性（如半衰期合适、射线强度可检 测)，也要考虑安全性（如射线的强度、对生物组织的电离破坏作用）， [变式训练2]放射性元素钋21084Po发生衰变时，会产生42H和一种未知粒子X,并放出 Y射线，其衰变方程为21084Po一y82X+42He+Y,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.Y射线的电离作用很强，可用来消除有害静电 D.为防止射线淮漏，可将放射性元素钋21084Po密封于铅盒中 答案D 解析根据衰变方程遵循质量数守恒有y=210一4=206，则原子核X的中子数为206一82= 124,故A错误；大剂量的射线照射会对人体和动物造成某些损害，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：Y射线的穿透作用 很强，射线的电离作用很强，故C错误；为了防止射线的泄漏，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物质对环境造成放射性污染，故D正确. 课后课时作业 KE HOU KE SHI ZUO YE A组令合格性水平训练 1.(放射性同位素的应用)ā、β和y射线穿透物质的能力是不同的，为把辐射强度减到一半， 所需铝板的厚度分别为0.0005cm、0.05cm和8cm.工业部门可以使用射线米测厚度.如图所 示，轧钢厂的热轧机上可以安装射线测厚仪，仪器探测到的射线强度与钢板的厚度有关，轧 出的钢板越厚，透过的射线越弱.因此，将射线测厚仪接收到的信号输入计算机，就可以对 钢板的厚度进行自动控制.如果钢板的厚度需要控制为5©m,请推测测厚仪使用的射线是 8 学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 1b.2 zxxk.com● 您身边的互联网+教辅专家 放大器 厚度控制装置 探测器乌 铜板 6 放射性 同位素 A.a射线 B.B射线 C.y射线 D.可见光 答案C 解析钢和铝都是金属，根据题意可知，为把4射线、B射线、Y射线的辐射强度减到一半， 所需钢板的厚度分别约为远小于1毫米、略小于1毫米、几厘米，所以为了能够准确测量5 cm厚钢板的厚度，探测射线应该用Y射线，故A,B、D错误，C正确. 2.(衰变)原子核X经过一次a衰变成为原子核Y,原子核Y再经一次B衰变成为原子核Z, 则下列说法中正确的是() A.核X的中子数比核Z的中子数多2 B.核X的质子数比核Z的质子数多5 C.核Z的质子数比核X的质子数少1 D.原子核X的中性原子的核外电子数比原子核Y的中性原子的核外电子数少1 答案C 解析根据衰变规律，发生一次α衰变减少两个质子和两个中子，发生一次B衰变减少一个 中子而增加一个质子，中性原子的核外电子数等于质子数.故A、B、D错误，C正确 3.(衰变)如图，一个原子核X经图中所示的一系列ā、B衰变后，生成稳定的原子核Y,在 此过程中放射出电子的总个数为() 中子数 146 142 138 134 130 126 122f由 8M084 88 92质千数 A.6 B.8 C.10 D.14 9 学科网书城圆 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 答案A 解析由题图可知，这一系列衰变前后的原子核分别为23892X和20682Y,设此过程共经 过a次a衰变，b次B衰变，由衰变过程中电荷数与质量数守恒可得238=206十4a,92=82 +2a一b,解得a=8,b=6,故此过程中共放射出6个电子，A正确. 4.(衰变)核电池又叫“放射性同位素电池”，它是通过半导体换能器将同位素在衰变过程中 放出的射线转变为电能而制造成的.核电池已成功地用作航天器的电源、心脏起搏器电源和 一些特殊军事用途.已知“嫦娥四号”上有一块备用的核燃料电池，核燃料为23894Pu,其 半衰期为88年，23894Pu的衰变方程为23894Pu→234mX十n2Y,下列说法正确的是() A.23894Pu核比X核多4个中子 B.该元素衰变的速度随所处环境的压强和温度的变化而发生变化 C.8个23894Pu原子核经过352年一定还剩1个 D.该衰变的类型为ā衰变，其实质是原子核内部两个质子和两个中子结合成一个ā粒子从 原子核中放射出来 答案D 解析衰变过程质量数和电荷数守恒，则94=m十2,238=234十n,可知m=92,n=4,故 23894Pu的中子数为238-94=144，X的中子数为234-92=142,23894Pu核比X核多2 个中子，A错误：放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，而与原子所处的化 学状态和外部条件没有关系，B错误；衰变规律是统计规律，只适用于大量原子核，对少数 原子核不适用，不能由半衰期推算少数原子核发生衰变的时间，C错误：由A项分析知，42Y 为42He,即该衰变的类型为a衰变，cu粒子从原子核中射出，D正确. 5.(放射性同位素及其应用)（多选）下列有关放射性同位素3015P的说法中，正确的是() A.3015P与3014X互为同位素 B.3015P与其同位素具有相同的化学性质 C.用3015P制成化合物后它的半衰期变短 D.含有3015P的磷肥能释放正电子，可用来作示踪原子，以便观察磷肥对植物的影响 答案BD 解析同位素具有相同的质子数，化学性质相同，A错误，B正确：放射性元素的半衰期由 核本身的因素决定，与原子所处的物理状态或化学状态无关，C错误：含有3015P的磷肥能 释放出正电子，可作为示踪原子，D正确. 6.(综合)贫铀炸弹是一种杀伤力很强的武器，贫轴是提炼轴235以后的副产品，其主要成分 为铀238，贫轴炸弹不仅有很强的穿甲能力，而且轴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悲上皮肤癌和白血病.下列 叙述错误的是() 10