人教版(新教材)高中物理選擇性必修第三冊PAGEPAGE3第2課時核反應放射性同位素及其應用〖學習目標〗1.知道核反應及其遵循的規律.2.知道什么是放射性同位素和人工轉變的放射性同位素.3.了解放射性在生產和科學領域的應用和防護．一、核反應1．定義：原子核在其他粒子的轟擊下產生新原子核或者發生狀態變化的過程．2．原子核的人工轉變：盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核，核反應方程eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H.3．遵循規律：質量數守恒，電荷數守恒．二、放射性同位素及其應用1．放射性同位素：具有放射性的同位素．2．應用：(1)射線測厚儀：工業部門使用放射性同位素發出的射線來測厚度．(2)放射治療．(3)培優、保鮮．(4)示蹤原子：一種元素的各種同位素具有相同的化學性質，用放射性同位素代替非放射性的同位素后可以探測出原子到達的位置．三、輻射與安全1．人類一直生活在放射性的環境中．2．過量的射線對人體組織有破壞作用．在使用放射性同位素時，必須嚴格遵守操作規程，注意人身安全，同時，要防止放射性物質對水源、空氣、用具等的污染．1．判斷下列說法的正誤．(1)用α粒子轟擊氮原子核產生氧17和中子的過程是α衰變．(×)(2)衰變和原子核的人工轉變均滿足質量數守恒和電荷數守恒．(√)(3)用γ射線照射食品可以殺死使食物腐敗的細菌，抑制蔬菜發芽，延長保存期．(√)(4)任何放射性物質都可以作為示蹤原子使用．(×)2．1956年李政道和楊振寧提出在弱相互作用中宇稱不守恒，并由吳健雄用eq\o\al(60,27)Co放射源進行了實驗驗證．次年李、楊兩人為此獲得諾貝爾物理學獎.eq\o\al(60,27)Co的衰變方程是eq\o\al(60,27)Co→eq\o\al(A,Z)Ni＋eq\o\al(0,－1)e＋νe.其中νe是反中微子，它的電荷量為零，靜止質量可認為是零.eq\o\al(60,27)Co的核外電子數為______，在上述衰變方程中，衰變產物eq\o\al(A,Z)Ni的質量數是________，核電荷數是________．〖答案〗276028〖解析〗eq\o\al(60,27)Co的核外電子數為27.由質量數守恒，知eq\o\al(A,Z)Ni的質量數為A＝60.由電荷數守恒，知eq\o\al(A,Z)Ni的核電荷數為Z＝27＋1＝28.一、核反應導學探究核反應的實質是什么？它符合哪些規律？〖答案〗核反應的實質就是將一種原子核在其他粒子的轟擊之下轉變成一種新的原子核，并產生新的粒子．符合質量數和電荷數守恒規律．知識深化條件用α粒子、質子、中子，甚至用γ光子轟擊原子核使原子核發生轉變.實質用粒子轟擊原子核并不是粒子與核碰撞將原子核打開，而是粒子打入原子核內部使核發生了轉變規律(1)質量數、電荷數守恒；(2)動量守恒原子核人工轉變的三大發現(1)1919年盧瑟福發現質子的核反應方程：eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H(2)1932年查德威克發現中子的核反應方程：eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n(3)1934年約里奧—居里夫婦發現放射性同位素和正電子的核反應方程：eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n；eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,＋1)e.核反應過程一般都是不可逆的，核反應方程不能用等號連接，只能用單向箭頭表示反應方向(2021·廣州市高二檢測)完成下列核反應方程，并指出其中哪個是發現質子的核反應方程，哪個是發現中子的核反應方程．(1)eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(14,6)C＋________；(2)eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋________；(3)eq\o\al(10,5)B＋eq\o\al(1,0)n→________＋eq\o\al(4,2)He；(4)eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→________＋eq\o\al(1,0)n；(5)eq\o\al(56,26)Fe＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(57,27)Co＋________.〖答案〗(1)eq\o\al(1,1)H(2)eq\o\al(1,1)H，發現質子的核反應方程(3)eq\o\al(7,3)Li(4)eq\o\al(12,6)C，發現中子的核反應方程(5)eq\o\al(1,0)n書寫核反應方程時要注意1．質量數守恒和電荷數守恒；2．中間用箭頭，不能寫成等號；3．核反應方程遵守質量數守恒而不是質量守恒，核反應過程中，一般會發生質量的變化．針對訓練在中子、質子、電子、正電子、α粒子中選出一個適當的粒子，分別填在下列核反應式的橫線上．(1)eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋________；(2)eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋________；(3)eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋________；(4)eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋________；(5)eq\o\al(235,92)U＋________→eq\o\al(90,38)Sr＋eq\o\al(136,54)Xe＋10eq\o\al(1,0)n；(6)eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋________.〖答案〗(1)eq\o\al(4,2)He(2)eq\o\al(1,0)n(3)eq\o\al(0,－1)e(4)eq\o\al(0,＋1)e(5)eq\o\al(1,0)n(6)eq\o\al(1,1)H〖解析〗在核反應過程中，遵循電荷數守恒和質量數守恒規律．對參與反應的所有基本粒子采用左下角(電荷數)配平，左上角(質量數)配平．未知粒子可根據其電荷數和質量數確定．如(1)中電荷數為92－90＝2，質量數為238－234＝4，由此可知為α粒子(eq\o\al(4,2)He)，同理確定其他粒子分別為：中子(eq\o\al(1,0)n)，電子(eq\o\al(0,－1)e)，正電子(eq\o\al(0,＋1)e)，中子(eq\o\al(1,0)n)，質子(eq\o\al(1,1)H)．二、放射性同位素及應用1．放射性同位素的分類(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作用(1)工業部門使用射線測厚度——利用γ射線的穿透特性．(2)農業應用——利用γ射線照射種子，會使種子的遺傳基因發生變異，殺死使食物腐敗的細菌、抑制蔬菜發芽、延長保存期等．(3)做示蹤原子——利用放射性同位素與非放射性同位素有相同的化學性質．(4)醫學上——利用γ射線的高能量治療癌癥．(2021·上海市奉賢區高二期中)用人工方法得到放射性同位素，這是一個很重要的發現，天然的放射性同位素只不過40多種，而今天通過核反應生成的人工放射性同位素已達3000多種，每種元素都有放射性同位素．放射性同位素在工業、農業、醫療衛生和科學研究的許多方面得到了廣泛的應用．(1)帶電的驗電器在放射線照射下電荷會很快消失．其原因是________．A．射線的貫穿作用B．射線的電離作用C．射線的物理、化學作用D．以上三個選項都不是(2)如圖1是工廠利用放射線自動控制鋁板厚度的裝置示意圖．如果工廠生產的是厚度1毫米的鋁板，在α、β、γ三種射線中，你認為對鋁板的厚度控制起主要作用的是________射線．圖1(3)在我國首先用人工方法合成牛胰島素時，需要證明人工合成的牛胰島素結晶跟天然牛胰島素的結晶是同一種物質，為此曾采用放射性同位素14C做________．〖答案〗(1)B(2)β(3)示蹤原子〖解析〗(1)因放射線的電離作用，空氣中的與驗電器所帶電荷電性相反的離子與驗電器所帶電荷相互中和，從而使驗電器所帶電荷消失．(2)α射線穿透物質的本領弱，不能穿透厚度1毫米的鋁板，因而探測器不能探測，γ射線穿透物質的本領極強，穿透1毫米厚鋁板和幾毫米厚鋁板打在探測器上很難分辨．β射線也能夠穿透1毫米甚至幾毫米厚的鋁板，但厚度不同，穿透后β射線中的電子運動狀態不同，探測器容易分辨．(3)把摻入14C的人工合成的牛胰島素與天然牛胰島素混合在一起，經過多次重新結晶后，得到了放射性14C分布均勻的牛胰島素結晶，這就證明了人工合成的牛胰島素與天然牛胰島素完全融為一體，它們是同一種物質．這種把放射性同位素的原子摻到其他物質中去，讓它們一起運動、遷移，再用放射性探測儀器進行追蹤，就可以知道放射性原子通過什么路徑，運動到哪里了，是怎樣分布的，從而可以了解某些不容易查明的情況或規律．人們把這種放射性同位素叫示蹤原子．(2020·全國高三課時練習)下表給出了放射性同位素的輻射線和半衰期．在醫療技術中，常用放射線治療腫瘤，其放射線必須滿足：①具有較強的穿透能力，以輻射到體內的腫瘤處；②在較長時間內具有相對穩定的輻射強度．為此所選擇的放射源應為()同位素釙210锝99鈷60鍶90輻射線αγγβ半衰期138天6小時5年28年A.釙210 B．锝99C．鈷60 D．鍶90〖答案〗C〖解析〗因放射線要有較強的穿透能力，所以應為γ射線，要使其在較長時間內具有相對穩定的輻射強度，放射源應具有較長的半衰期，C正確．1.(核反應方程)如圖2所示，國家大科學工程——中國散裂中子源(CSNS)于2017年8月28日首次打靶成功，獲得中子束流，可以為諸多領域的研究和工業應用提供先進的研究平臺．下列核反應中放出的粒子為中子的是()圖2A.eq\o\al(14,7)N俘獲一個α粒子，產生eq\o\al(17,8)O并放出一個粒子B.eq\o\al(27,13)Al俘獲一個α粒子，產生eq\o\al(30,15)P并放出一個粒子C.eq\o\al(11,5)B俘獲一個質子，產生eq\o\al(8,4)Be并放出一個粒子D.eq\o\al(6,3)Li俘獲一個質子，產生eq\o\al(3,2)He并放出一個粒子〖答案〗B〖解析〗根據核反應中質量數和電荷數守恒，各選項核反應方程如下：eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H，故A錯；eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n，故B對；eq\o\al(11,5)B＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(8,4)Be＋eq\o\al(4,2)He，故C錯；eq\o\al(6,3)Li＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(4,2)He，故D錯．2．(核反應方程)(多選)(2021·高二課時練)以下是物理學史上3個著名的核反應方程x＋eq\o\al(7,3)Li→2yy＋eq\o\al(14,7)N→x＋eq\o\al(17,

8)Oy＋eq\o\al(9,4)Be→z＋eq\o\al(12,

6)Cx、y和z是3種不同的粒子，下列說法正確的是()A．x為α粒子 B．x為質子C．y為α粒子 D．z為中子〖答案〗BCD〖解析〗根據質量數守恒和電荷數守恒可以確定x為質子eq\o\al(1,1)H，y為eq\o\al(4,2)He核即α粒子，z為中子eq\o\al(1,0)n，故B、C、D正確．3．(放射性同位素)(多選)下列有關放射性同位素eq\o\al(30,15)P的說法，正確的是()A.eq\o\al(30,15)P與eq\o\al(30,14)X互為同位素B.eq\o\al(30,15)P與其同位素有相同的化學性質C.用eq\o\al(30,15)P制成化合物后它的半衰期變長D.eq\o\al(30,15)P能釋放正電子，可用作示蹤原子，觀察磷肥對植物的影響〖答案〗BD〖解析〗同位素有相同的質子數，不同的質量數，故A錯；同位素有相同的化學性質，故B對；半衰期與物理、化學狀態無關，故C錯；eq\o\al(30,15)P為放射性同位素，可用作示蹤原子，故D對．4．(放射性同位素的應用)放射性同位素發出的射線在科研、醫療、工業等諸多方面得到了廣泛的應用，下列有關放射線應用的說法中正確的是()A．放射線改變了布料的性質使其不再因摩擦而生電，因此達到消除有害靜電的目的B．利用γ射線的貫穿性可以為金屬探傷，也能進行人體的透視C．用放射線照射作物種子能使其DNA發生變異，其結果一定是成為更優秀的品種D．用γ射線治療腫瘤時一定要嚴格控制劑量，以免對人體正常組織造成太大的傷害〖答案〗D〖解析〗利用放射線消除有害靜電是利用α射線的電離性，使空氣分子電離成導體，將靜電放出，故A錯誤；利用γ射線的貫穿性可以為金屬探傷，γ射線對人體細胞傷害太大，因此不能用來人體透視，故B錯誤；DNA變異并不一定都是有益的，也有有害的一面，故C錯誤；射線對人體細胞傷害太大，在用于治療腫瘤時要嚴格控制劑量，故D正確．第2課時核反應放射性同位素及其應用〖學習目標〗1.知道核反應及其遵循的規律.2.知道什么是放射性同位素和人工轉變的放射性同位素.3.了解放射性在生產和科學領域的應用和防護．一、核反應1．定義：原子核在其他粒子的轟擊下產生新原子核或者發生狀態變化的過程．2．原子核的人工轉變：盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核，核反應方程eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H.3．遵循規律：質量數守恒，電荷數守恒．二、放射性同位素及其應用1．放射性同位素：具有放射性的同位素．2．應用：(1)射線測厚儀：工業部門使用放射性同位素發出的射線來測厚度．(2)放射治療．(3)培優、保鮮．(4)示蹤原子：一種元素的各種同位素具有相同的化學性質，用放射性同位素代替非放射性的同位素后可以探測出原子到達的位置．三、輻射與安全1．人類一直生活在放射性的環境中．2．過量的射線對人體組織有破壞作用．在使用放射性同位素時，必須嚴格遵守操作規程，注意人身安全，同時，要防止放射性物質對水源、空氣、用具等的污染．1．判斷下列說法的正誤．(1)用α粒子轟擊氮原子核產生氧17和中子的過程是α衰變．(×)(2)衰變和原子核的人工轉變均滿足質量數守恒和電荷數守恒．(√)(3)用γ射線照射食品可以殺死使食物腐敗的細菌，抑制蔬菜發芽，延長保存期．(√)(4)任何放射性物質都可以作為示蹤原子使用．(×)2．1956年李政道和楊振寧提出在弱相互作用中宇稱不守恒，并由吳健雄用eq\o\al(60,27)Co放射源進行了實驗驗證．次年李、楊兩人為此獲得諾貝爾物理學獎.eq\o\al(60,27)Co的衰變方程是eq\o\al(60,27)Co→eq\o\al(A,Z)Ni＋eq\o\al(0,－1)e＋νe.其中νe是反中微子，它的電荷量為零，靜止質量可認為是零.eq\o\al(60,27)Co的核外電子數為______，在上述衰變方程中，衰變產物eq\o\al(A,Z)Ni的質量數是________，核電荷數是________．〖答案〗276028〖解析〗eq\o\al(60,27)Co的核外電子數為27.由質量數守恒，知eq\o\al(A,Z)Ni的質量數為A＝60.由電荷數守恒，知eq\o\al(A,Z)Ni的核電荷數為Z＝27＋1＝28.一、核反應導學探究核反應的實質是什么？它符合哪些規律？〖答案〗核反應的實質就是將一種原子核在其他粒子的轟擊之下轉變成一種新的原子核，并產生新的粒子．符合質量數和電荷數守恒規律．知識深化條件用α粒子、質子、中子，甚至用γ光子轟擊原子核使原子核發生轉變.實質用粒子轟擊原子核并不是粒子與核碰撞將原子核打開，而是粒子打入原子核內部使核發生了轉變規律(1)質量數、電荷數守恒；(2)動量守恒原子核人工轉變的三大發現(1)1919年盧瑟福發現質子的核反應方程：eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H(2)1932年查德威克發現中子的核反應方程：eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n(3)1934年約里奧—居里夫婦發現放射性同位素和正電子的核反應方程：eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n；eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,＋1)e.核反應過程一般都是不可逆的，核反應方程不能用等號連接，只能用單向箭頭表示反應方向(2021·廣州市高二檢測)完成下列核反應方程，并指出其中哪個是發現質子的核反應方程，哪個是發現中子的核反應方程．(1)eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(14,6)C＋________；(2)eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋________；(3)eq\o\al(10,5)B＋eq\o\al(1,0)n→________＋eq\o\al(4,2)He；(4)eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→________＋eq\o\al(1,0)n；(5)eq\o\al(56,26)Fe＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(57,27)Co＋________.〖答案〗(1)eq\o\al(1,1)H(2)eq\o\al(1,1)H，發現質子的核反應方程(3)eq\o\al(7,3)Li(4)eq\o\al(12,6)C，發現中子的核反應方程(5)eq\o\al(1,0)n書寫核反應方程時要注意1．質量數守恒和電荷數守恒；2．中間用箭頭，不能寫成等號；3．核反應方程遵守質量數守恒而不是質量守恒，核反應過程中，一般會發生質量的變化．針對訓練在中子、質子、電子、正電子、α粒子中選出一個適當的粒子，分別填在下列核反應式的橫線上．(1)eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋________；(2)eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋________；(3)eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋________；(4)eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋________；(5)eq\o\al(235,92)U＋________→eq\o\al(90,38)Sr＋eq\o\al(136,54)Xe＋10eq\o\al(1,0)n；(6)eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋________.〖答案〗(1)eq\o\al(4,2)He(2)eq\o\al(1,0)n(3)eq\o\al(0,－1)e(4)eq\o\al(0,＋1)e(5)eq\o\al(1,0)n(6)eq\o\al(1,1)H〖解析〗在核反應過程中，遵循電荷數守恒和質量數守恒規律．對參與反應的所有基本粒子采用左下角(電荷數)配平，左上角(質量數)配平．未知粒子可根據其電荷數和質量數確定．如(1)中電荷數為92－90＝2，質量數為238－234＝4，由此可知為α粒子(eq\o\al(4,2)He)，同理確定其他粒子分別為：中子(eq\o\al(1,0)n)，電子(eq\o\al(0,－1)e)，正電子(eq\o\al(0,＋1)e)，中子(eq\o\al(1,0)n)，質子(eq\o\al(1,1)H)．二、放射性同位素及應用1．放射性同位素的分類(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作用(1)工業部門使用射線測厚度——利用γ射線的穿透特性．(2)農業應用——利用γ射線照射種子，會使種子的遺傳基因發生變異，殺死使食物腐敗的細菌、抑制蔬菜發芽、延長保存期等．(3)做示蹤原子——利用放射性同位素與非放射性同位素有相同的化學性質．(4)醫學上——利用γ射線的高能量治療癌癥．(2021·上海市奉賢區高二期中)用人工方法得到放射性同位素，這是一個很重要的發現，天然的放射性同位素只不過40多種，而今天通過核反應生成的人工放射性同位素已達3000多種，每種元素都有放射性同位素．放射性同位素在工業、農業、醫療衛生和科學研究的許多方面得到了廣泛的應用．(1)帶電的驗電器在放射線照射下電荷會很快消失．其原因是________．A．射線的貫穿作用B．射線的電離作用C．射線的物理、化學作用D．以上三個選項都不是(2)如圖1是工廠利用放射線自動控制鋁板厚度的裝置示意圖．如果工廠生產的是厚度1毫米的鋁板，在α、β、γ三種射線中，你認為對鋁板的厚度控制起主要作用的是________射線．圖1(3)在我國首先用人工方法合成牛胰島素時，需要證明人工合成的牛胰島素結晶跟天然牛胰島素的結晶是同一種物質，為此曾采用放射性同位素14C做________．〖答案〗(1)B(2)β(3)示蹤原子〖解析〗(1)因放射線的電離作用，空氣中的與驗電器所帶電荷電性相反的離子與驗電器所帶電荷相互中和，從而使驗電器所帶電荷消失．(2)α射線穿透物質的本領弱，不能穿透厚度1毫米的鋁板，因而探測器不能探測，γ射線穿透物質的本領極強，穿透1毫米厚鋁板和幾毫米厚鋁板打在探測器上很難分辨．β射線也能夠穿透1毫米甚至幾毫米厚的鋁板，但厚度不同，穿透后β射線中的電子運動狀態不同，探測器容易分辨．(3)把摻入14C的人工合成的牛胰島素與天然牛胰島素混合在一起，經過多次重新結晶后，得到了放射性14C分布均勻的牛胰島素結晶，這就證明了人工合成的牛胰島素與天然牛胰島素完全融為一體，它們是同一種物質．這種把放射性同位素的原子摻到其他物質中去，讓它們一起運動、遷移，再用放射性探測儀器進行追蹤，就可以知道放射性原子通過什么路徑，運動到哪里了，是怎樣分布的，從而可以了解某些不容易查明的情況或規律．人們把這種放射性同位素叫示蹤原子．(2020·全國高三課時練習)下表給出了放射性同位素的輻射線和半衰期．在醫療技術中，常用放射線治療腫瘤，其放射線必須滿足：①具有較強的穿透能力，以輻射到體內的腫瘤處；②在較長時間內具有相對穩定的輻射強度．為此所選擇的放射源應為()同位素釙210锝99鈷60鍶90輻射線αγγβ半衰期138天6小時5年28年A.釙210 B．锝99C．鈷60 D．鍶90〖答案〗C〖解析〗因放射線要有較強的穿透能力，所以應為γ射線，要使其在較長時間內具有相對穩定的輻射強度，放射源應具有較長的半衰期，C正確．1.(核反應方程)如圖2所示，國家大科學工程——中國散裂中子源(CSNS)于2017年8月28日首次打靶成功，獲得中子束流，可以為諸多領域的研究和工業應用提供先進的研究平臺．下列核反應中放出的粒子為中子的是()圖2A.eq\o\al(14,7)N俘獲一個α粒子，產生eq\o\al(17,8)O并放出一個粒子B.eq\o\al(27,13)Al俘獲一個α粒子，產生eq\o\al(30,15)P并放出一個粒子C.eq\o\al(11,5)B俘獲一個質子，產生eq\o\al(8,4)Be并放出一個粒子D.eq\o\al(6,3)Li俘獲一個質子，產生eq\o\al(3,2)He并放出一個粒子〖答案〗B〖解析〗根據核反應中質量數和電荷數守恒，各選項核反應方程如下：eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H，故A錯；eq\o\al(27,13