第4节 放射性同位素-【金版新学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册同步课堂高效讲义教师用书（粤教版）

本讲义聚焦放射性同位素这一核心知识点，系统梳理其发现（同位素定义、人工放射性同位素的核反应方程）、应用（射线、示踪原子、半衰期）、危害防护（内照射与外照射防护）及衰变与匀强磁场、动量的综合应用，构建从基础概念到实际应用再到综合分析的学习支架。 通过情境导入（如α粒子轰击铝箔核反应分析）培养科学推理，师生互动（任务探讨同位素放射性及射线类型）促进质疑创新，结合贫铀炸弹危害、14C示踪原子等实例渗透科学态度与责任。课中辅助教师引导探究，课后通过针对练和随堂演练帮助学生巩固知识、查漏补缺。

第四节　放射性同位素 【素养目标】　1.知道放射性同位素的含义。　2.了解放射性同位素的应用。　3.知道放射性同位素的危害及防护方法。 知识点一　放射性同位素的发现 【情境导入】　1934年，约里奥­居里夫妇在用α粒子轰击铝箔时，产生了中子和另一种元素X，核反应方程为Al＋He→X＋n，计算X的质子数与质量数，并说明这是哪种元素？和磷P比较质子数、中子数有什么关系？ 提示：由质量数守恒和电荷数守恒可知Z＝15，A＝30，则X为磷的一种同位素P；与P具有相同的质子数，不同的中子数。 【教材梳理】 (阅读教材P118完成下列填空) 1．同位素：具有相同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，互称同位素。 2．放射性同位素 (1)定义：具有放射性的同位素。 (2)类型：天然放射性同位素和人工放射性同位素。 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：Al＋He→P＋n，P→Si＋e＋ν。 【师生互动】 任务1．所有的同位素都具有放射性吗？ 提示：否 学生用书↓第93页 任务2．放射性同位素放出的射线一定是α射线或β射线吗？ 提示：不一定 氢的三种同位素，分别是氕(H)、氘(H)和氚(H)，下列说法正确的是(　　) A．它们的质子数和核外电子数都相等 B．它们的质子数和中子数都相等 C．它们的核子数和中子数都相等 D．它们的中子数和核外电子数都相等 答案：A 解析：具有相同质子数、不同中子数的同一元素的不同原子互为同位素。核外电子数和质子数相等，所以它们的质子数和核外电子数都相等，但是中子数不相等，质子和中子统称为核子，由于中子数不相等，所以它们的核子数不相等，故选A。 知识点二　放射性同位素的应用　射线的危害及防护 【情境导入】　人工放射性同位素的放射强度易于控制，它的半衰期比天然放射性物质短得多，因此在生产和科学领域得以广泛的应用。 (1)能用α射线来测量金属板的厚度吗？ (2)γ射线照射食品延长保存期的原理是什么？ 提示：(1)不能。α射线穿透能力很弱，无法穿透金属板。 (2)用γ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。 【教材梳理】(阅读教材P119－P121完成下列填空) 1．放射性同位素的应用 放射性同位素的应用主要分为射线的应用、示踪原子的应用和半衰期的应用三类。 2．射线的危害及防护 (1)射线对物体具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、化学或生化变化。 (2)放射性防护可分成内照射防护和外照射防护。 ①内照射防护的基本原则是尽可能地隔断放射性物质进入人体的各种途径。 ②外照射防护通常有三种方式防护：缩短受照射时间、增大与辐射源间的距离、屏蔽射线。 【师生互动】　居里夫人为了提炼新物质，她必须每天都近距离接触那些放射性物质，最终，她也因患上放射性中毒导致的贫血症而离开人世。为什么观看居里夫人当年使用的笔记本仍需要穿防护服，为什么野外发出辉光的石头不能随便捡拾？ 提示：居里夫人的笔记本仍具有放射性；野外发出辉光的石头可能具有放射性，放射性元素放出的射线对人体组织有破坏作用，为防止受到伤害，不能随便捡拾野外发出辉光的石头。 (多选)关于放射性的应用，下列说法正确的是(　　) A．利用α射线使空气电离，把静电荷导走 B．利用β射线照射植物的种子，使产量显著增加 C．利用γ射线来治疗肺癌、食道癌等疾病 D．利用放射性同位素跟它的非放射性同位素的化学性质相同，作为示踪原子 答案：ACD 解析：α射线的电离作用很强，利用α射线的电离作用，使空气电离，把静电荷导走，A正确；γ射线对生物具有物理、化学作用，照射种子可使基因变异，可用于放射性治疗，β射线不具有生物作用，B错误，C正确；同位素的核外电子数相同，化学性质相同，放射性同位素带有“放射性标记”，可用探测器探测，可作为示踪原子，D正确。 针对练1.(2025·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 答案：A 解析：由题给信息可知，14C的用途是做示踪原子，故A正确，B、C、D错误。 学生用书↓第94页 针对练2.(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 答案：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。贫铀的辐射能是天然铀的60%，会对人体产生伤害，对环境造成污染，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B、C错误，A、D正确。 知识点三　原子核在匀强磁场中的衰变与动量的综合 1．两类衰变在匀强磁场中的径迹模型 (1)静止的原子核在磁场中发生衰变，其轨迹为两相切圆： ①α衰变时两圆外切； ②β衰变时两圆内切。 (2)根据m1v1＝m2v2和r＝＝知，半径较小的为新核，半径较大的为α粒子或β粒子，其特点对比如下表： 衰变类型 衰变方程 衰变后在匀强磁场中的轨迹 衰变后的轨迹特点 α衰变 X→Y＋He 两圆外切，α粒子半径大 β衰变 X→Y＋e 两圆内切，β粒子半径大 2.解答此类问题应把握以下三点 (1)原子核在释放α或β粒子的过程中系统的动量守恒、能量守恒、电荷数守恒、质量数守恒。 (2)由左手定则和轨迹的内切或外切判断磁场方向和释放粒子的电性。 (3)由洛伦兹力、牛顿第二定律以及动量守恒定律求解粒子轨迹半径和粒子电荷量的关系。 在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于衰变放射出某种粒子，结果得到一张两个相切圆1和圆2的径迹照片如图所示，已知两个相切圆半径分别为r1、r2，则下列说法正确的是(　　) A．原子核可能发生α衰变，也可能发生β衰变 B．径迹2可能是衰变后新核的径迹 C．若衰变方程是U→Th＋He，则衰变后新核和射出的粒子的动能之比为117∶2 D．若衰变方程是U→Th＋He，则r1∶r2＝1∶45 答案：D 解析：原子核衰变过程系统动量守恒，由动量守恒定律可知，衰变生成的两粒子动量方向相反，粒子速度方向相反，由左手定则可知，若生成的两粒子电性相反，则在磁场中的轨迹为内切圆，若电性相同，则在磁场中的轨迹为外切圆，所以生成的是电性相同的粒子，可能发生的是α衰变，不可能是β衰变，A错误；核反应过程系统动量守恒，原子核原来静止，初动量为零，由动量守恒定律可知，原子核衰变后生成的两核动量大小相等、方向相反，粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得qvB＝m，解得r＝＝，由于p、B大小都相等，则粒子电荷量q越大，其轨道半径r越小，由于新核的电荷量大于α粒子的电荷量，则新核的轨道半径小于α粒子的轨道半径，则径迹1为放出新核的运动轨迹，径迹2为α粒子的运动轨迹，B错误；根据动量守恒定律可知，新核Th和α粒子的动量大小相等，动能Ek＝，所以动能之比等于质量的反比，为2∶117，C错误；根据r＝解得r1∶r2＝q2∶q1＝1∶45，D正确。 针对练．(多选)钚239既可能发生α衰变，也可能发生β衰变。将钚239核置于匀强磁场中，衰变后粒子运动方向与磁场方向垂直，图中的a、b、c、d分别表示粒子的运动轨迹，则下列说法正确的是(　　) A．衰变过程中粒子的动量守恒 B．磁场方向垂直纸面向里 C．图甲是β衰变，图乙是α衰变 D．b为α粒子的运动轨迹，c为β粒子的运动轨迹 答案：AD 解析：衰变过程中，系统合外力为零，粒子的动量守恒，故A正确；粒子在磁场中做匀速圆周运动，磁场方向不同，粒子旋转的方向相反，由于α粒子和β粒子的速度方向未知，则不能判断磁场的方向，故B错误；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，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，而放射性元素放出β粒子时，β粒子与反冲核的速度方向相反，电性相反，则两个粒子受到的洛伦兹力方向相同，两个粒子的轨迹应为内切圆，则题图甲是α衰变，题图乙是β衰变，故C错误；放射性元素放出粒子时，两带电粒子的动量守恒，根据洛伦兹力提供向心力，有qvB＝m，可得轨迹半径为r＝＝，可得轨迹半径与动量成正比，与电荷量成反比，α粒子和β粒子的电荷量比反冲核的电荷量小，则α粒子和β粒子的轨迹半径比反冲核的轨迹半径大，b为α粒子的运动轨迹，c为β粒子的运动轨迹，故D正确。 学生用书↓第95页 1．同位素是指(　　) A．核子数相同而质子数不同的原子 B．核子数相同而中子数不同的原子 C．质子数相同而核子数不同的原子 D．中子数相同而核子数不同的原子 答案：C 解析：同位素是质子数相同、中子数不同的原子，核子数＝质子数＋中子数，所以同位素是核子数不同的原子。故选C。 2．(粤教版P123T3改编)很多人都听说过“点石成金”的故事。现在科学家在实验室里，用中子轰击汞可以得到金，核反应方程是n＋Hg→Au＋X，则X是(　　) A．氕核 B．氘核 C．氚核 D．氦核 答案：B 解析：根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为2，电荷数为1，为氘核。故选B。 3．核废料具有很强的放射性，需要妥善处理。下列说法正确的是(　　) A．放射性元素经过两个完整的半衰期后，将完全衰变殆尽 B．原子核衰变时电荷数守恒，质量数不守恒 C．改变压力、温度或浓度，将改变放射性元素的半衰期 D．过量放射性辐射对人体组织有破坏作用，但辐射强度在安全剂量内则没有伤害 答案：D 解析：根据半衰期的定义可知，放射性元素经过两个完整的半衰期后，还剩原来的未衰变，A错误；原子核衰变时电荷数和质量数都守恒，B错误；放射性元素的半衰期由原子核内部自身的因素决定，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系，因此改变压力、温度或浓度，放射性元素的半衰期不变，C错误；过量放射性辐射对人体组织有破坏作用，若辐射强度在安全剂量内则不会对人体组织造成伤害，D正确。 4.一个静止的铀核，放射一个α粒子而变为钍核，在匀强磁场中的径迹如图所示，则正确的说法是(　　) A．1是α，2是钍 B．1是钍，2是α C．3是α，4是钍 D．3是钍，4是α 答案：B 解析：铀核发生α衰变后变为钍核，α粒子和钍核都在匀强磁场中做匀速圆周运动，根据动量守恒定律可知，两粒子的速度方向相反，且都带正电；根据左手定则可知，运动轨迹为两个外切圆。α粒子和钍核的动量大小mv相等，根据R＝分析可知，电量大的轨道半径小，可知1是钍核的径迹，2是α粒子的径迹，故B正确，A、C、D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $