第五章　2　第2课时　核反应　放射性同位素及其应用 学案（学生版+教师版）—2024年春高中物理人教版选择性必修三

第2课时　核反应　放射性同位素及其应用
[学习目标]　
1.知道核反应及其遵循的规律，会正确书写核反应方程式(重难点)。
2.知道人工放射性同位素，了解放射性同位素在生产和科学领域的应用。
一、核反应
1．核反应：原子核在其他粒子的轰击下产生____________或者发生状态变化的过程。
(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。
2．原子核人工转变的三大发现
(1)1919年卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，发现了质子，N＋He―→____________＋H。
(2)1932年查德威克用α粒子轰击铍，发现了中子：Be＋He→____________＋n。
(3)1934年约里奥—居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程Al＋He→________＋n，__________→Si＋e。
3．遵循规律：________守恒，________守恒。
衰变和原子核的人工转变有什么不同？
____________________________________________________________________________________________________________________________________
例1　完成下列核反应方程，并指出其中哪个是发现质子的核反应方程，哪个是发现中子的核反应方程。
(1)N＋n→C＋________；
(2)N＋He→O＋________；
(3)B＋n→________＋He；
(4)Be＋He→________＋n；
(5)Fe＋H→Co＋________。
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书写核反应方程时要注意
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．核反应方程遵守质量数守恒而不是质量守恒，核反应过程中，一般会发生质量的变化。
例2　(2022·湖北卷)上世纪四十年代初，我国科学家王淦昌先生首先提出证明中微子存在的实验方案：如果静止原子核Be俘获核外K层电子，可生成一个新原子核X，并放出中微子νe，即Be＋e―→X＋νe。根据核反应后原子核X的动能和动量，可以间接测量中微子的能量和动量，进而确定中微子的存在。下列说法正确的是(　　)
A．原子核X是Li
B．核反应前后的总质子数不变
C．核反应前后总质量数不同
D．中微子νe的电荷量与电子的相同
二、放射性同位素及其应用　辐射与安全
1．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)与天然放射性物质相比，人工放射性同位素的资源______，放射强度容易______，半衰期比较______，因此放射性废料容易________，获得了广泛的应用。
2．应用：
(1)射线测厚仪：工业部门使用放射性同位素发出的射线来测厚度。
(2)放射治疗：利用放射性同位素发出的射线破坏癌细胞组织。
(3)培优、保鲜：利用放射性同位素放出的射线照射种子培养优良品种等。
(4)示踪原子：一种元素的各种同位素具有相同的化学性质，用放射性同位素替换非放射性的同位素后可以探测出原子到达的位置。
3．辐射与安全：人类一直生活在放射性的环境中，过量的射线对人体组织有________作用。要防止____________对水源、空气、用具等的污染。
例3　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
例4　“心脏灌注显像”的检测技术是将含放射性元素锝(Tc)的注射液注入被检测者的动脉中，经40分钟后，对被检测者的心脏进行造影，血管被堵塞的部分由于无放射性物质到达而无放射线射出。医生根据显像情况判断被检测者的心脏血管有无病变。若检测用的Tc是表中的一种，则可能是(　　)
同位素 半衰期
95mTc 61天
96Tc 4.3天
97mTc 91天
99mTc 6.01小时
A.95mTc B．96Tc
C．97mTc D．99mTc
例5　以下关于放射性元素产生的射线的应用，说法错误的是(　　)
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
第2课时　核反应　放射性同位素及其应用
[学习目标]　1.知道核反应及其遵循的规律，会正确书写核反应方程式(重难点)。2.知道人工放射性同位素，了解放射性同位素在生产和科学领域的应用。
一、核反应
1．核反应：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核或者发生状态变化的过程。
(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。
2．原子核人工转变的三大发现
(1)1919年卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，发现了质子，N＋He―→O＋H。
(2)1932年查德威克用α粒子轰击铍，发现了中子：Be＋He→C＋n。
(3)1934年约里奥—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。
3．遵循规律：质量数守恒，电荷数守恒。
衰变和原子核的人工转变有什么不同？
答案　衰变是具有放射性的不稳定核自发进行的变化，原子核的人工转变是用α粒子、质子、中子或γ光子轰击原子核发生的变化。
例1　完成下列核反应方程，并指出其中哪个是发现质子的核反应方程，哪个是发现中子的核反应方程。
(1)N＋n→C＋________；
(2)N＋He→O＋________；
(3)B＋n→________＋He；
(4)Be＋He→________＋n；
(5)Fe＋H→Co＋________。
答案　(1)H
(2)H，发现质子的核反应方程
(3)Li
(4)C，发现中子的核反应方程
(5)n
书写核反应方程时要注意
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．核反应方程遵守质量数守恒而不是质量守恒，核反应过程中，一般会发生质量的变化。
例2　(2022·湖北卷)上世纪四十年代初，我国科学家王淦昌先生首先提出证明中微子存在的实验方案：如果静止原子核Be俘获核外K层电子，可生成一个新原子核X，并放出中微子νe，即Be＋e―→X＋νe。根据核反应后原子核X的动能和动量，可以间接测量中微子的能量和动量，进而确定中微子的存在。下列说法正确的是(　　)
A．原子核X是Li
B．核反应前后的总质子数不变
C．核反应前后总质量数不同
D．中微子νe的电荷量与电子的相同
答案　A
解析　根据质量数守恒和电荷数守恒可知，X的质量数为7，电荷数为3，即原子核X是Li，A正确，C
错误；由选项A可知，原子核X是Li，则核反应方程为Be＋e―→Li＋νe，则反应前的总质子数为4，反应后的总质子数为3，B错误；中微子不带电，则中微子νe的电荷量与电子的不相同，D错误。
二、放射性同位素及其应用　辐射与安全
1．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)与天然放射性物质相比，人工放射性同位素的资源丰富，放射强度容易控制，半衰期比较短，因此放射性废料容易处理，获得了广泛的应用。
2．应用：
(1)射线测厚仪：工业部门使用放射性同位素发出的射线来测厚度。
(2)放射治疗：利用放射性同位素发出的射线破坏癌细胞组织。
(3)培优、保鲜：利用放射性同位素放出的射线照射种子培养优良品种等。
(4)示踪原子：一种元素的各种同位素具有相同的化学性质，用放射性同位素替换非放射性的同位素后可以探测出原子到达的位置。
3．辐射与安全：人类一直生活在放射性的环境中，过量的射线对人体组织有破坏作用。要防止放射性物质对水源、空气、用具等的污染。
例3　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
答案　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。
例4　“心脏灌注显像”的检测技术是将含放射性元素锝(Tc)的注射液注入被检测者的动脉中，经40分钟后，对被检测者的心脏进行造影，血管被堵塞的部分由于无放射性物质到达而无放射线射出。医生根据显像情况判断被检测者的心脏血管有无病变。若检测用的Tc是表中的一种，则可能是(　　)
同位素 半衰期
95mTc 61天
96Tc 4.3天
97mTc 91天
99mTc 6.01小时
A.95mTc B．96Tc C．97mTc D．99mTc
答案　D
解析　由题意可知，检测用的Tc半衰期即不能太长，太长了对人体产生的伤害较大，注射液注入被检测者动脉中40分钟后对心脏进行造影，99mTc的半衰期为6.01 h，则99mTc最合适。故选D。
例5　以下关于放射性元素产生的射线的应用，说法错误的是(　　)
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
答案　B
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，不符合题意；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，符合题意；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，不符合题意；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，不符合题意。