沪教版高中物理选修1-2 6.2一把双刃剑——放射性的应用与防护_学案1

一把双刃剑——放射性的应用与防护

【学习目标】
1．了解什么是同位素及放射性同位素。
2．知道放射性同位素的特性与应用。
3．了解放射性污染及如何防护。
【学习重难点】
1．如何理解同位素及放射性同位素的概念，放射性同位素有何应用，有何污染，如何防护。
2．如何根据放射同位素的衰变规律，正确写出衰变方程，求解有关衰变问题。
【学习过程】
1．理解障碍
认真阅读教材查阅相关资料，了解同位素及放射性同位素的有关知识。
（1）我们可以从以下方面了解同位素：
①质子数相同而中子数不同的原子互称 。
②同种元素的不同的同位素在元素周期表上具有相同的位置(原子序数相同)，它们的核电荷数相同，具有相同的 。
③同种元素的各种同位素的中子数不同，因此它们的物理性质有差异。
④同一种元素的多种同位素中，有稳定的，也有不稳定的，不稳定的同位素会自发地放出α粒子或正负β粒子衰变为新的元素，这种不稳定的同位素就叫放射性同位素，放射性同位素有天然的40多种，也有人工转变的1000多种，具有广泛的应用。
（2）对放射性同位素的应用主要有两大方面的应用，一是： 。二是： 。
①对于放射性同位素放出的射线的利用。
A．利用放出的γ射线检查金属部件是否存在砂眼裂痕等，即利用γ射线探伤。
B．利用射线的贯穿本领与物质厚度和密度的关系，来检查各种产品的厚度和密封容器中的液体的高度等，从而实现自动控制。
C．利用射线使空气电离而把空气变成导电气体，以消除化纤、 纺织品上的静电。
D．利用射线照射植物，引起植物变异而培育良种，也可以利用它杀菌，治病(如放疗)等。
②做示踪原子：
由于放射性同位素跟同种元素的非放射性同位素具有相同的化学性质，如果在某种元素掺进一些放射性同位素，那么元素无论走到哪里，它的放射性同位素也经过同样的过程。而放射性元素不断放出射线，再利用仪器探测这些射线，即可知道元素的行踪。
例如：在给农作物施肥时，在肥料里放一些放射性同位素，可以知道农作物在各季节吸收含有哪种元素的肥料，吸收多少。利用示踪原子还可以检查输油管道上的漏油位置。在生物学研究方面同位素示踪技术也起着十分重要的作用，如结晶牛胰岛素的人工合成以及遗传密码，细胞膜受体，RNA—DNA逆转录等，使生物化学从静态进入动态，从细胞水平进入分子水平，使人类对生命基本现象的认识开辟了一条新的途径。
（3）放射性污染和防护：
过量的放射性会对环境造成污染，对人类和自然界产生破坏作用，如原子弹爆炸，核电站泄露等。为了防止一些人工合成的放射性物质以及一些天然物质所放出的过量放射性对人类和自然界的破坏，人们需要采取有效的防范措施。如：核电站的核反应堆外层用厚厚的水泥来防止放射线的外泄；用过的核废料要放在很厚的重金属箱内，并埋在深海里等。
2．解题障碍
分析推理法解物理问题
（1）根据质量数和电荷数守恒，写出衰变方程，再根据新核的核电荷数确定它是哪种元素。
例1 用中子轰出铝27，产生钠24和x粒子、钠24具有放射性，它衰变后变成镁24，则x粒子和钠的衰变过程分别是
A．质子、α衰变
B．电子、α衰变
C．α粒子、β衰变
D．正电子、β衰变
解析：利用一些放射线轰出某些原子核，能实现原子核的人工转变，并可以得到一些元素的放射性同位素，它们和天然放射性元素一样可不断地衰变，也有半衰期，且反应前后质量数、电荷数守恒，中子轰出铝24的核反应分程为 Al＋ n→ Na＋ He，钠24衰变后变成镁24的核反应分程为 Na→ Mg＋ e，因此x粒子是α粒子，钠24的衰变为β衰变，故正确选项为C．
（2)根据放射性元素的衰变规律，探讨实际应用问题，如：测动物体内血液含量，水库中水的存储量等
例2 一小瓶含有某种放射性同位素的溶液，每分钟衰变6000次，将它注射到某人的血液中，经过15 h后从此人身上取出10 mL的血液，测得每分钟有2次衰变，已知这种同位素的半衰期为5 h，试计算这个人血液的总体积为多少？
解析：根据放射性元素的衰变规律可知，放射性元素在单位时间内的衰变数量与放射性元素的含量成正比，设原来溶液中放射性同位素的含量为m0，经过15 h后变为m，则m＝m0()15/5＝m0
设取出的10 ml的血液中放射性同位素的质量为m′，人体内的血液体积为V，如果认为含放射性的溶液在血液中是均匀分布的。则有，故V＝V′，又由单位时间衰变数量与放射性物质的含量成正比，即，所以V＝V′＝×10 mL＝3.75×103 ml
【达标检测】
1．1965年，我国科学家首次用人工方法合成的结晶牛胰岛素与天然牛胰岛素是同一种物质，所使用的鉴别技术是（ ）
A．光谱分析
B．同位素示踪原子
C．化学分析
D．测定介电常数
2．硼10俘获一个α粒子后生成氮13放出x粒子，而氮13是不稳定的，它放出y粒子而变成碳13．那么x和y粒子分别是（ ）
A．质子和电子
B．质子和中子
C．中子和正电子
D．中子和电子
3．一个原子核是Bi，关于这个原子核，下列说法中正确的是（ ）
A．核外有83个电子、核内有127个质子
B．核外有83个电子、核内有83个质子
C．核内有83个质子、127个中子
D．核内有210个核子
4．用射线检查金属内部有无砂眼和裂纹所根据的物理原理是（ ）
A．利用α射线的电离本领
B．利用γ射线的贯穿本领
C．利用β射线的带电性质
D．利用射线对生物体的物理、化学效应
5．下列哪些应用是把放射性同位素作为示踪原子（ ）
A．γ射线探伤
B．利用放射性元素碘131的放射线，检测地下输油管道的漏油情况
C．利用钴60治疗肿瘤
D．把含有放射性元素的肥料给农作物施肥，用检测放射性的办法确定放射性元素在农作物体内的吸收和分布情况，找出合理的施肥规律
6．一瓶含有放射性同位素的溶液，测得平均每分钟内有8×1014个原子发生衰变，已知该同位素的半衰期为2天，衰变后的物质不具有放射性，现将该溶液倒入水库，设10天后溶液均匀分布到水库中，这时从水库中取出1 cm3的水，测得平均每分钟内有20个原子核发生衰变，试由此推算该水库中现存的水量。