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2019-2020年高中物理 第3章 原子核與放射性 3.3 放射性的應(yīng)用與防護教案 魯科版選修3-5 ●課標要求 知識與技能 1.了解放射性的應(yīng)用． 2．知道放射線的危害與防護． 過程與方法 滲透安全地開發(fā)利用自然資源的教育． 情感態(tài)度與價值觀 培養(yǎng)學(xué)生收集信息、應(yīng)用已有知識、處理加工信息、探求新知識的能力. ●課標解讀 1．了解放射性在生產(chǎn)和科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，使學(xué)生了解射線的貫穿本領(lǐng)、電離作用，以及射線的物理、化學(xué)和生物作用． 2．知道放射性污染及其對人類和自然產(chǎn)生的嚴重危害，了解防范放射性的措施，建立防范意識． ●教學(xué)地位 教師應(yīng)首先使學(xué)生回顧放射性及放射線的概念、產(chǎn)生、特點．要讓學(xué)生知道，一方面，有的放射性物質(zhì)在地球誕生時就存在，如鈾、釷、鐳等，它們叫天然放射性物質(zhì)，另一方面，人類出于不同的目的制造了一些具有放射性的物質(zhì)，這種物質(zhì)叫人工放射性物質(zhì)． 此外，教師要緊緊圍繞放射線的特點說明它們的作用、危害及防護措施．教學(xué)中可以讓學(xué)生在課前自己收集關(guān)于放射性的作用、危害及防護等方面的信息，讓學(xué)生在班上交流和討論，發(fā)表個人見解． ●新課導(dǎo)入建議 問題導(dǎo)入 放射性同位素的放射強度易于控制，它的半衰期比天然放射性物質(zhì)短得多，因此在生產(chǎn)和科學(xué)領(lǐng)域得以廣泛的應(yīng)用．你知道放射性有哪些應(yīng)用嗎？ ●教學(xué)流程設(shè)計 ??? ? ??? ? 步驟8：先由學(xué)生自己總結(jié)本節(jié)的主要知識，教師點評，安排學(xué)生課下完成【課后知能檢測】 課　標　解　讀 重　點　難　點 1.知道放射性同位素，了解放射性在生產(chǎn)和科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用． 2．知道放射性污染及其對人類和自然產(chǎn)生的嚴重危害，了解防護放射性的措施，建立防范意識. 1.了解放射性在生產(chǎn)和科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用．(重點) 2．知道射線的危害和防護．(重點) 3．放射性同位素在科技領(lǐng)域的應(yīng)用．(難點) 放射性的應(yīng)用 1.基本知識 (1)利用放射線使細胞變異或損害的特點，輻射育種、食品輻射保存、放射性治療等． (2)放射性同位素電池：把放射性同位素衰變時釋放的能量轉(zhuǎn)換成電能的裝置． (3)γ射線探傷：利用了γ射線穿透能力強的特點． (4)作為示蹤原子對有關(guān)生物大分子結(jié)構(gòu)及其功能進行研究． 2．思考判斷 (1)利用放射性同位素放出的γ射線可以給金屬探傷．(√) (2)利用放射性同位素放出的射線消除有害的靜電積累．(√) (3)利用放射性同位素放出的射線保存食物．(√) 3．探究交流 放射性元素為什么能做示蹤原子？ 【提示】　由于放射性同位素不斷發(fā)出輻射，無論它運動到哪里，都很容易用探測器探知它的下落，因此可以用作示蹤物來辨別其他物質(zhì)的運動情況和變化規(guī)律．這種放射性示蹤物稱為示蹤原子或標記原子． 放射性污染和防護 1.基本知識 (1)放射性污染的主要來源 ①核爆炸；②核泄漏；③醫(yī)療照射． (2)為了防止放射線的破壞，人們主要采取以下措施 ①密封防護； ②距離防護； ③時間防護； ④屏蔽防護． 2．思考判斷 (1)核泄漏會造成嚴重的環(huán)境污染．(√) (2)醫(yī)療照射是利用放射性，對人和環(huán)境沒有影響．() (3)密封保存放射性物質(zhì)是常用的防護方法．(√) 3．探究交流 放射性污染危害很大，放射性穿透力很強，是否無法防護？ 【提示】　放射線危害很難防護，但是通過屏蔽、隔離等措施可以進行有效防護，但防護的有效手段是提高防范意識. 放射性的應(yīng)用 【問題導(dǎo)思】　 1．利用γ射線可檢查金屬內(nèi)部有無裂紋，這是利用γ射線的什么作用？ 2．利用α、β射線可消除靜電積累，是因為α、β射線有什么特性？ 3．利用示蹤原子的放射性元素其半衰期是長好還是短好？ 1．放射出的射線的利用 (1)利用γ射線的貫穿本領(lǐng)：利用60Co放出的很強的γ射線來檢查金屬內(nèi)部有沒有砂眼和裂紋，這叫γ射線探傷．利用γ射線可以檢查30 cm厚的鋼鐵部件．利用放射線的貫穿本領(lǐng)，可用來檢查各種產(chǎn)品的厚度、密封容器中的液面高度等，從而自動控制生產(chǎn)過程． (2)利用射線的電離作用：放射線能使空氣電離，從而可以消除靜電積累，防止靜電產(chǎn)生的危害． (3)利用γ射線對生物組織的物理、化學(xué)效應(yīng)使種子發(fā)生變異，培育優(yōu)良品種． (4)利用放射性產(chǎn)生的能量轟擊原子核，實現(xiàn)原子核的人工轉(zhuǎn)變． (5)在醫(yī)療上，常用來控制病變組織的擴大． 2．作為示蹤原子 (1)在工業(yè)上，可用示蹤原子檢查地下輸油管道的漏油情況． (2)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，可用示蹤原子確定植物在生長過程中所需的肥料和合適的施肥時間． (3)在醫(yī)學(xué)上，可用示蹤原子幫助確定腫瘤的部位和范圍． 　下列關(guān)于放射性同位素的一些應(yīng)用的說法中正確的是(　　) A．利用放射性消除靜電是利用射線的穿透作用 B．利用射線探測機器部件內(nèi)部的砂眼或裂紋是利用射線的穿透作用 C．利用射線改良品種是因為射線可使DNA發(fā)生變異 D．在研究農(nóng)作物合理施肥中是以放射性同位素作為示蹤原子 【解析】　消除靜電是利用射線的電離作用使空氣導(dǎo)電，A錯誤．探測機器部件內(nèi)部的砂眼或裂紋和改良品種分別是利用它的穿透作用和射線可使DNA發(fā)生變異，B、C正確；研究農(nóng)作物對肥料的吸收是利用其作示蹤原子，D正確． 【答案】　BCD 應(yīng)用放射線的特性解決問題時，首先應(yīng)該熟練掌握放射線的各種特性，如射線的電離作用、穿透能力等特性；其次是應(yīng)該明確所要解決的問題與射線的哪種特性有關(guān)，應(yīng)該使用放射線的哪些特性才能達到目的. 1．在放射性同位素的應(yīng)用中，下列做法正確的是(　　) A．應(yīng)該用α射線探測物體的厚度 B．應(yīng)該用α粒子放射源制成“煙霧報警器” C．醫(yī)院在利用放射線診斷疾病時用半衰期較長的放射性同位素 D．作為示蹤原子能研究農(nóng)作物在各季節(jié)吸收肥料成分的規(guī)律 【解析】　由于α粒子的穿透能力很弱，所以無法用α射線探測物體的厚度，煙霧報警器是利用射線的電離作用，α粒子的電離作用很強，故A項錯誤，B項正確．人體長時間接觸放射線會影響健康，所以診斷疾病時應(yīng)該用半衰期較短的放射性同位素，利用示蹤原子可確定植物在生長過程中所需要的肥料和合適的施肥時間，故C項錯誤，D項正確． 【答案】　BD 放射性的污染和防護 【問題導(dǎo)思】　 1．放射性元素的污染主要體現(xiàn)在哪幾方面？ 2．如何才能有效防護放射性元素的污染？ 污染與防護 舉例與措施 說明 污染 核爆炸 核爆炸的最初幾秒鐘輻射出來的主要是強烈的 γ射線和中子流，長期存在放射性污染 核泄漏 核工業(yè)生產(chǎn)和核科學(xué)研究中使用放射性原材料，一旦泄漏就會造成嚴重污染 醫(yī)療照射 醫(yī)療中如果放射線的劑量過大，也會導(dǎo)致病人受到損害，甚至造成病人的死亡 防護 密封防護 把放射源密封在特殊的包殼里，或者用特殊的方法覆蓋，以防止射線泄漏 距離防護 距放射源越遠，人體吸收的劑量就越少，受到的危害就越輕 時間防護 盡量減少受輻射的時間 屏蔽防護 在放射源與人體之間加屏蔽物能起到防護作用．鉛的屏蔽作用最好 　聯(lián)合國環(huán)境公署對科索沃地區(qū)的調(diào)查表明，北約對南聯(lián)盟進行的轟炸中，大量使用了貧鈾炸彈．貧鈾是從金屬中提煉鈾235以后的副產(chǎn)品，其主要成分為鈾238，貧鈾炸彈貫穿力是常規(guī)炸彈的9倍，殺傷力極大，而且殘留物可長期危害環(huán)境．下列關(guān)于其殘留物長期危害環(huán)境的理由正確的是(　　) ①由于爆炸后的彈片存在放射性，對環(huán)境產(chǎn)生長期危害 ②爆炸后的彈片不會對人體產(chǎn)生危害 ③鈾238的衰變速率很快 ④鈾的半衰期很長 A．①②　　　B．③　　　C．①④　　　D．②④ 【審題指導(dǎo)】　解答本題注意以下兩點： (1)放射性元素會對環(huán)境造成污染． (2)“長期危害環(huán)境”說明鈾半衰期長． 【解析】　貧鈾炸彈爆炸后，長期存在放射性污染，鈾的半衰期很長，則C正確，A、B、D錯誤． 【答案】　C 射線具有一定的能量，對物體具有不同的穿透能力和電離能力，從而使物體或機體發(fā)生一些物理和化學(xué)變化.如果人體受到長時間大劑量的射線照射，就會使細胞器官組織受到損傷，破壞人體DNA分子結(jié)構(gòu)，有時甚至?xí)l(fā)癌癥，或者造成下一代遺傳上的缺陷. 2．對放射性的應(yīng)用和防護，下列說法正確的是(　　) A．放射線能殺傷癌細胞或阻止癌細胞分裂，對人體的正常細胞不會有傷害作用 B．核工業(yè)廢料要放在厚厚的重金屬箱內(nèi)，沉于海底 C．γ射線探傷儀中的放射源必須存放在特制的容器里，而不能隨意放置 D．對可能有放射性污染的場所或物品進行檢測是很有必要的 【解析】　放射線能殺傷癌細胞或阻止癌細胞分裂，但也會對人體的正常細胞有傷害，選項A錯，正因為放射線具有傷害作用，選項B、C、D均是正確的． 【答案】　BCD 綜合解題方略——γ射線的應(yīng)用 　(xx寧德檢測)近年來，γ刀已成為治療腦腫瘤的最佳儀器，令人感嘆的是，用γ刀治療時不用麻醉，病人清醒，時間短，半小時內(nèi)完成任務(wù)，無需住院，因而γ刀被譽為“神刀”．據(jù)報道，我國自己研制的螺旋式γ刀性能更好，即將進入各大醫(yī)院為患者服務(wù)．則γ刀治療腦腫瘤主要是利用了 (　　) A．γ射線具有很強的貫穿本領(lǐng) B．γ射線具有很強的電離本領(lǐng) C．γ射線具有很高的能量 D．γ射線可以很容易地繞過阻礙物到達目的地 【規(guī)范解答】　γ射線是一種波長很短的電磁波，具有較高的能量，它的貫穿本領(lǐng)很強，甚至可以穿透幾厘米厚的鉛板，但它的電離作用很?。玫吨委熌X腫瘤時，通常是同時用多束γ射線，使它們穿透腦顱和健康區(qū)域在病灶處會聚，利用γ射線的高能量殺死腫瘤細胞，故正確的選項為A、C. 【答案】　AC γ射線特性及應(yīng)用 1．γ射線的貫穿本領(lǐng)強． 2．γ射線可以對生物組織起物理和化學(xué)作用，能使種子發(fā)生變異、培育良種和滅菌消毒． 3．γ射線具有較高的能量，在醫(yī)療上，常用以擬制甚至殺死病變組織，還可以轟擊原子核，誘發(fā)核反應(yīng)． 【備課資源】(教師用書獨具) 放射線的危害 對于放射線的危害，人們既熟悉又陌生．在常人的印象里，它是與威力無比的原子彈、氫彈的爆炸聯(lián)系在一起的，隨著全世界和平利用核能呼聲的高漲，核武器的禁止使用，核試驗的大大減少，人們似乎已經(jīng)遠離放射線的危害．然而，近年來，隨著放射性同位素及射線裝置在工農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、科研等各個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，放射線危害的可能性卻在增大． 1999年9月30日，日本刺成縣JCO公司的鈾濃縮加工廠發(fā)生了一起嚴重的核泄漏事故，有三名工人遭受嚴重核輻射，當(dāng)救援人員把他們送到當(dāng)?shù)蒯t(yī)院時，他們已經(jīng)昏迷不醒．同時這次事故致使工廠周圍臨近地區(qū)遭受不同程度的污染，輻射量是正常值的一萬倍，放射線的危害再一次向人類敲響警鐘． 什么是放射性同位素？它是怎樣造成危害的呢？在元素周期表中，占據(jù)同一個位置，核電荷數(shù)相同，但是質(zhì)量數(shù)不同的，稱為同位素．鈾有好幾種同位素，比如說鈾235、鈾238、鈾233、鈾234、鈾236都屬于鈾的同位素．什么是放射性同位素？就是能夠自發(fā)地放出射線的同位素，叫放射性同位素． 放射性同位素放出的射線是一種特殊的、既看不見也摸不著的物質(zhì)，因此有人把它比喻為“魔線”．如何對它進行防護，以減少射線的危害呢？使用電離輻射源的一切實踐活動，都必須遵從放射防護的三原則，也就是：第一，實踐正當(dāng)化；第二，防護最優(yōu)化；第三，個人劑量限制． 輻射防護的基本方法有三條：第一，時間防護；第二，距離防護；第三，屏蔽防護．值得注意的是，醫(yī)生使用射線裝置給病人診治病癥時，要根據(jù)病人的實際需要，權(quán)衡利弊，做到安全合理地使用射線裝置．并耐心勸導(dǎo)那些主動要求但不需要使用射線裝置診治的病人，引導(dǎo)他們走出誤區(qū)，并非一定要使用先進的醫(yī)療設(shè)備才可以治療百?。硗?，隨著人們對居室美化裝修的升溫，居室污染也在加?。湓蛑痪褪悄承┙ㄖ牧戏懦龅奈蹥庾魉?，但是只要我們的居室經(jīng)常通風(fēng)換氣，污染就可以減少，趨利避害，讓放射性同位素及射線裝置造福人類. 1．在放射性同位素的應(yīng)用中，下列做法正確的是(　　) A．應(yīng)該用α射線探測物體的厚度 B．應(yīng)該用γ粒子放射源制成煙霧報警器 C．醫(yī)院在利用放射線診斷疾病時用半衰期較長的放射性同位素 D．放射育種中利用γ射線照射種子使遺傳基因發(fā)生變異 【解析】　由于α粒子的穿透能力很弱，無法用其探測物體的厚度，故A錯誤；煙霧報警器是利用射線的電離作用，而γ粒子的電離作用很弱，故B錯誤；人體長期接觸放射線會影響健康，診斷疾病時應(yīng)該利用半衰期短的同位素，故C錯誤；放射育種是利用γ射線照射種子改變遺傳基因，故D正確． 【答案】　D 2．防止放射性污染的防護措施有(　　) A．將廢棄的放射性物質(zhì)進行深埋 B．將廢棄的放射性物質(zhì)倒在下水道里 C．接觸放射性物質(zhì)的人員穿上鉛防護服 D．嚴格和準確控制放射性物質(zhì)的放射劑量 【解析】　因為放射性物質(zhì)殘存的時間太長，具有輻射性，故應(yīng)將其深埋，A對、B錯；鉛具有一定的防止放射性的能力，接觸放射性物質(zhì)的人員穿上鉛防護服，并要控制一定的放射劑量．故C、D對． 【答案】　ACD 3．下列哪些應(yīng)用是把放射性同位素作為示蹤原子的(　　) A．利用含有放射性碘131的油，檢測地下輸油管的漏油情況 B．把含有放射性元素的肥料施給農(nóng)作物，利用探測器的測量，找出合理的施肥規(guī)律 C．利用射線探傷法檢查金屬中的砂眼和裂紋 D．給懷疑患有甲狀腺病的病人注射碘131，以判斷甲狀腺的器質(zhì)性和功能性疾病 【解析】　利用射線探傷法檢查金屬中的砂眼和裂紋是利用γ射線穿透能力強的特點，因此選項C不屬于示蹤原子的應(yīng)用． 【答案】　ABD 4．核能是一種高效的能源． (1)在核電站中，為了防止放射性物質(zhì)泄漏，核反應(yīng)堆有三道防護屏障：燃料包殼、壓力殼和安全殼． 圖3－3－1 結(jié)合圖3－3－1甲可知，安全殼應(yīng)當(dāng)選用的材料是________． (2)圖乙是用來監(jiān)測工作人員受到輻射情況的胸章，通過照相底片被射線感光的區(qū)域，可以判斷工作人員受到何種輻射．當(dāng)胸章上1 mm鋁片和3 mm鋁片下的照相底片被感光，而鉛片下的照相底片未被感光時，結(jié)合圖甲分析可知工作人員一定受到了________射線的輻射；當(dāng)所有照相底片被感光時，工作人員一定受到了________射線的輻射． 【解析】　(1)核反應(yīng)堆最外層是厚厚的水泥防護層．防止射線外泄，所以安全殼應(yīng)選用的材料是混凝土． (2)β射線可穿透幾毫米厚的鋁片，而γ射線可穿透幾厘米厚的鉛板． 【答案】　(1)混凝土　(2)β　γ