2018年鲁科版高二物理选修3-5教师用书:第3章第3节放射性的应用与防护

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2018年鲁科版高二物理选修3-5教师用书:第3章第3节放射性的应用与防护

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莲山 课件 w w w.5Y k J.C om 第3节 放射性的应用与防护
学 习 目 标 知 识 脉 络
1.知道什么是放射性同位素和人工放射性同位素.(重点)
2.了解放射性在生产和科学领域的应用.(重点)
2.知道放射性污染及其对人类和自然产生的严重危害,了解防护放射性的措施,建立防范意识.(重点) 
 
放 射 性 的 应 用
 
[先填空]
1.放射性同位素的应用主要分为两类:一是利用射线的电离作用、穿透能力等性质;二是作为示踪原子.
2.射线特性的利用
(1)辐射育种、食品辐射保存、放射性治疗等.
(2)放射性同位素电池:把放射性同位素衰变时释放的能量转换成电能的装置.
(3)γ射线探伤:利用了γ射线穿透能力强的特点.
3.作为示踪原子:用仪器探测放射性同位素放出的射线,可以查明放射性元素的行踪,好像带有“标记”一样.人们把具有这种用途的放射性同位素叫作示踪原子.
[再判断]
1.利用放射性同位素放出的γ射线可以给金属探伤.(√)
2.利用放射性同位素放出的射线消除有害的静电积累.(√)
3.利用放射性同位素放出的射线保存食物.(√)
[后思考]
放射性元素为什么能做示踪原子?
【提示】 由于放射性同位素不断发出辐射,无论它运动到哪里,都很容易用探测器探知它的下落,因此可以用作示踪物来辨别其他物质的运动情况和变化规律.这种放射性示踪物称为示踪原子或标记原子.
 
[核心点击]
1.分类:可分为天然放射性同位素和人工放射性同位素两种,天然放射性同位素不过40多种,而人工放射性同位素已达1 000多种,每种元素都有自己的放射性同位素.
2.人工放射性同位素的优点
(1)放射强度容易控制;
(2)可以制成各种所需的形状;
(3)半衰期比天然放射性物质短得多,放射性废料容易处理.因此,凡是用到射线时,用的都是人工放射性同位素.
3.放射性同位素的主要应用
(1)利用它的射线.
①工业部门使用射线测厚度——利用γ射线的穿透特性;
②农业应用——γ射线使种子的遗传基因发生变异,杀死使食物腐败的细菌,抑制蔬菜发芽,延长保存期等;
③医疗上——利用γ射线的高能量治疗癌症.
(2)作为示踪原子:放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质,通过探测放射性同位素的射线确定其位置.
 
1.(多选)下列关于放射性同位素的一些应用的说法中正确的是(  )
A.利用放射性消除静电是利用射线的穿透作用
B.利用射线探测机器部件内部的砂眼或裂纹是利用射线的穿透作用
C.利用射线改良品种是因为射线可使DNA发生变异
D.放射性同位素的半衰期是相同的
【解析】 消除静电是利用射线的电离作用使空气导电,A错误;探测机器部件内部的砂眼或裂纹和改良品种分别是利用它的穿透作用和射线可使DNA发生变异,B、C正确;不同的放射性同位素的半衰期是不同的,D错误.
【答案】 BC
2.(多选)下列说法正确的是(  )
A.给农作物施肥时,在肥料里放一些放射性同位素,是因为农作物吸收放射性同位素后生长更好
B.输油管道漏油时,可以在输的油中放一些放射性同位素探测其射线,确定漏油位置
C.天然放射元素也可以作为示踪原子加以利用,只是含量较少,经济上不划算
D.放射性元素被植物吸收,其放射性不会发生改变
【解析】 放射性元素与它的同位素的化学性质相同,但是利用放射性元素可以确定农作物在各季节吸收含有哪种元素的肥料.无论植物吸收含放射性元素的肥料,还是无放射性肥料,植物生长是相同的,A错误;人工放射性同位素,含量易控制,衰变周期短,不会对环境造成永久污染,而天然放射性元素,剂量不易控制、衰变周期长、会污染环境,所以不用天然放射元素,C错误;放射性是原子核的本身性质,与元素的状态、组成等无关,D正确;放射性同位素可作为示踪原子,是因为它不改变元素的化学性质,故B正确.
【答案】 BD
3.γ刀已成为治疗脑肿瘤的最佳仪器,用γ刀治疗时不用麻醉,病人清醒,时间短,半小时完成手术,无需住院,因而γ刀被誉为“神刀”.据报道,我国自己研制的旋式γ刀性能更好,即将进入各大医院为患者服务.γ刀治疗脑肿瘤主要是利用γ射线很强的________能力和很________的能量.
【解析】 γ刀治疗脑肿瘤主要是利用γ射线很强的穿透能力和很高的能量.
【答案】 穿透 高
 
放射性同位素的应用技巧
(1)用射线来测量厚度,一般不选取α射线是因为其穿透能力太差,更多的是选取γ射线,也有部分选取β射线的.
(2)给病人治疗癌症、培育优良品种、延长食物保质期一般选取γ射线.
(3)使用放射线时安全是第一位的.
 
 
放 射 性 污 染 和 防 护
 
[先填空]
1.放射性污染的主要来源
(1)核爆炸;(2)核泄漏;(3)医疗照射.
2.为了防止放射线的破坏,人们主要采取以下措施
(1)密封防护;
(2)距离防护;
(3)时间防护;
(4)屏蔽防护.
[再判断]
1.核泄漏会造成严重的环境污染.(√)
2.医疗照射是利用放射性,对人和环境没有影响.(×)
3.密封保存放射性物质是常用的防护方法.(√)
[后思考]
放射性污染危害很大,放射性穿透力很强,是否无法防护?
【提示】 放射线危害很难防护,但是通过屏蔽、隔离等措施可以进行有效防护,但防护的有效手段是提高防范意识.
 
[核心点击]
污染与防护 举例与措施 说明
污染 核爆炸 核爆炸的最初几秒钟辐射出来的主要是强烈的γ射线和中子流,长期存在放射性污染
 核泄漏 核工业生产和核科学研究中使用的放射性原材料,一旦泄漏就会造成严重污染
 医疗照射 医疗中如果放射线的剂量过大,也会导致病人受到损害,甚至造成病人死亡
防护 密封防护 把放射源密封在特殊的包壳里,或者用特殊方法覆盖,以防止射线泄漏
 距离防护 距放射源越远,人体吸收放射线的剂量就越少,受到的危害就越轻
 时间防护 尽量减少受辐射的时间
 屏蔽防护 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
 
4.(多选)关于国际通用的辐射警示标志,下列说法正确的是(  )
A.国际通用的辐射警示标志是毒性标志的骷髅
B.国际通用的辐射警示标志是以黄色为背景的黑色的圆形中心和三个黑色叶瓣的图形
C.有此项标志的地方是有辐射警示危险的地方
D.没有特别的极其特殊的需要远离有国际通用的辐射警示标志的地方
【解析】 国际通用的辐射警示标志是以黄色为背景的黑色的圆形中心和三个黑色叶瓣的图形,A错,B正确;因为放射性的危险性和放射性的强穿透性,所以要远离有放射性的地方,C、D正确.
【答案】 BCD
5.核能是一种高效的能源.
(1)在核电站中,为了防止放射性物质泄漏,核反应堆有三道防护屏障:燃料包壳、压力壳和安全壳.
 
图3­3­1
结合图3­3­1甲可知,安全壳应当选用的材料是________.
(2)图乙是用来监测工作人员受到辐射情况的胸章,通过照相底片被射线感光的区域,可以判断工作人员受到何种辐射.当胸章上1 mm铝片和3 mm铝片下的照相底片被感光,而铅片下的照相底片未被感光时,结合图甲分析可知工作人员一定受到了________射线的辐射;当所有照相底片被感光时,工作人员一定受到了________射线的辐射.
【解析】 (1)核反应堆最外层是厚厚的水泥防护层,以防止射线外泄,所以安全壳应选用的材料是混凝土.
(2)β射线可穿透几毫米厚的铝片,而γ射线可穿透几厘米厚的铅板.
【答案】 (1)混凝土 (2)β γ
 
射线具有一定的能量,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和化学变化.如果人体受到长时间大剂量的射线照射,就会使细胞器官组织受到损伤,破坏人体DNA分子结构,有时甚至会引发癌症,或者造成下一代遗传上的缺陷.
 
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学业达标]
1.(多选)关于放射性同位素,以下说法正确的是(  )
A.放射性同位素与放射性元素一样,都具有一定的半衰期,衰变规律一样
B.放射性同位素衰变可生成另一种新元素
C.放射性同位素只能是天然衰变时产生的,不能用人工方法制得
D.放射性同位素可用于培育良种
【解析】 放射性同位素也具有放射性,半衰期也不受物理和化学因素的影响,衰变后形成新的原子核,选项A、B正确;大部分放射性同位素都是人工转变后获得的,选项C错误;放射性同位素放出的射线照射种子,可使种子内的遗传物质发生变异,从而培育出良种,D正确.
【答案】 ABD
2.(多选)关于放射性的应用与防护,下列说法正确的是(  )
A.通过原子核的人工转变可以发现和制造新元素
B.在人工核反应过程中,质量守恒
C.利用示踪原子可以研究生物大分子的结构
D.人类一直生活在放射性的环境中
【解析】 通过原子核的人工转变可以发现和制造新元素,A项正确;在人工核反应过程中,质量数守恒,B项错;利用示踪原子可以研究生物大分子的结构,C项正确;人类一直生活在放射性的环境中,地球上的每个角落都有射线,D项正确.
【答案】 ACD
3.(多选)放射性同位素钴60能放出较强的γ射线,其强度容易控制,这使得γ射线得到广泛应用.下列选项中,属于γ射线应用的是(  ) 【导学号:64772045】
A.医学上制成γ刀,无需开颅即可治疗脑肿瘤
B.机器运转时常产生很多静电,用γ射线照射机器可将电荷导入大地
C.铝加工厂将接收到的γ射线信号输入计算机,可对薄铝板的厚度进行自动控制
D.用γ射线照射草莓、荔枝等水果,可延长保存期
【解析】 γ射线的电离作用很弱,不能使空气电离成为导体,B错误;γ射线的穿透能力很强,薄铝板的厚度变化时,接收到的信号强度变化很小,不能控制铝板厚度,C错误;γ射线能量很大,可以杀菌,延长水果的保存期,对肿瘤细胞有很强的杀伤作用,故A、D正确.
【答案】 AD
4.下列哪些应用是把放射性同位素不是作为示踪原子的(  )
A.利用含有放射性碘131的油,检测地下输油管的漏油情况
B.把含有放射性元素的肥料施给农作物,利用探测器的测量,找出合理的施肥规律
C.利用射线探伤法检查金属中的砂眼和裂纹
D.给怀疑患有甲状腺病的病人注射碘131,以判断甲状腺的器质性和功能性疾病
【解析】 利用射线探伤法检查金属中的砂眼和裂纹是利用γ射线穿透能力强的特点,医学上利用“放疗”治疗恶性肿瘤,利用的是射线照射,而不是作为示踪原子.
【答案】 C
5.(多选)防止放射性污染的防护措施有(  )
A.将废弃的放射性物质进行深埋
B.将废弃的放射性物质倒在下水道里
C.接触放射性物质的人员穿上铅防护服
D.严格和准确控制放射性物质的放射剂量
【解析】 因为放射性物质残存的时间太长,具有辐射性,故应将其深埋,A对、B错;铅具有一定的防止放射性的能力,接触放射性物质的人员穿上铅防护服,并要控制一定的放射剂量.故C、D对.
【答案】 ACD
6.(多选)关于放射性同位素的应用,下列说法中正确的是(  )
A.放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电,从而达到消除有害静电的目的
B.利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤,也能进行人体透视
C.用放射线照射作物种子使其DNA发生变异,其结果也不一定是更优良的品种
D.用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量,以免对人体正常组织造成太大的伤害
【解析】 利用放射线消除有害静电是利用放射线的电离性,使空气分子电离成为导体,将静电导出,A错误;γ射线对人体细胞伤害太大,不能用来进行人体透视,用于人体透视的是X射线,故B错误;作物种子发生的DNA突变不一定都是有益的,还要经过筛选才能培育出优秀品种,C正确;用γ射线治疗肿瘤对人体肯定有副作用,因此要科学地控制剂量,D正确.
【答案】 CD
7.放射性在技术上有很多应用,不同的放射源可用于不同目的.下表列出了一些放射性元素的半衰期和可供利用的射线.
元素 射线 半衰期
钋210 α 138天
氡222 β 3.8天
锶90 β 28年
铀238 α、β、γ 4.5×109年
某塑料公司生产聚乙烯薄膜,方法是让厚的聚乙烯膜通过轧辊把聚乙烯膜轧薄,利用适当的放射线来测定通过轧辊后的薄膜厚度是否均匀,可利用的元素是________.
【解析】 要测定聚乙烯薄膜的厚度,则要求射线可以穿透薄膜,因此α射线不合适;另外,射线穿透作用还要受薄膜厚度影响,γ射线穿透作用最强,薄膜厚度不会影响γ射线穿透,所以只能选用β射线,而氡222半衰期太小,铀238半衰期太长,所以只有锶90较合适.
【答案】 锶90
8.如图3­3­2所示是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图.
 
图3­3­2
(1)请简述自动控制的原理;
(2)如果工厂生产的是厚度为2 mm的铝板,在α、β和γ三种射线中,哪一种对铝板的厚度控制起主要作用?为什么?
【解析】 (1)放射线具有穿透本领,如果向前移动的铝板的厚度有变化,则探测器接收到的放射线的强度就会随之变化,将这种变化转变为电信号输入到相应的装置,使之自动地控制图中右侧的两个轮间的距离,达到自动控制铝板厚度的目的.
(2)β射线起主要作用,因为α射线的贯穿本领很小,穿不过2毫米的铝板;γ射线的贯穿本领很强,能穿过几厘米的铅板,2毫米左右的铝板厚度发生变化时,透过铝板的γ射线强度几乎不发生变化;β射线的贯穿本领较强,能穿过几毫米厚的铝板,当铝板厚度发生变化时,透过铝板的β射线强度变化较大,探测器可明显地反映出这种变化,使自动化系统做出相应的反应.
【答案】 见解析
能力提升]
9.我国科学家首次用人工方法合成的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(  ) 【导学号:64772104】
A.光谱分析
B.同位素示踪原子
C.微电子技术
D.纳米技术
【解析】 人工合成的牛胰岛素中掺入14 6C作为示踪原子,跟天然牛胰岛素混合,多次重新结晶,结果14 6C均匀分布,证明了人工合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素是同一物质,故选B.
【答案】 B
10.(多选)贫铀炸弹是一种杀伤力很强的武器,贫铀是提炼铀235以后的副产品,其主要成分为铀238,贫铀炸弹不仅有很强的穿甲能力,而且铀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患上皮肤癌和白血病.下列结论正确的是(  )
A.铀238的衰变方程式为:238 92U→234 90Th+42He
B.235 92U和238 92U互为同位素
C.人患皮肤癌和白血病是因为核辐射导致了基因突变
D.癌症病人可以生活在遭受贫铀炸弹破坏的环境里,以达到放射性治疗的效果
【解析】 铀238具有放射性,放出一个α粒子,变成钍234,A正确.铀238和铀235质子数相同,故互为同位素,B正确.核辐射能导致基因突变,是皮肤癌和白血病的诱因之一,C正确.医学上利用放射线治疗癌症是有放射位置和放射剂量限制的,不能直接生活在被贫铀炸弹破坏的环境里,D错.
【答案】 ABC
11.如图3­3­3甲是α、β、γ三种射线穿透能力的示意图,图乙是工业上利用射线的穿透性来检查金属内部的伤痕的示意图,请问图乙中的检查是利用了________射线.
 
图3­3­3
【解析】 由题图甲可知,γ射线的穿透性最强,且能穿透钢板,其他两种射线不能穿透钢板.
【答案】 γ
12.一个静止在匀强磁场中的放射性同位素原子核3015P,放出一个正电子后变成一个新原子核.
(1)写出核反应方程;
(2)求正电子和新核做圆周运动的半径之比.
【解析】 (1)3015P→3014Si+ 0+1e.
(2)由洛伦兹力提供向心力,即qvB=mv2r,所以做匀速圆周运动的半径为r=mvqB.衰变时放出的正电子与反冲核Si的动量大小相等,因此在同一个磁场中做圆周运动的半径与它们的电荷量成反比,即rerSi=qSiqe=141.
【答案】 (1)略 (2)141 文 章来源
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