物理：新人教版选修3-5 19.4放射性的应用与防护(教案)

第十九章原子核新課標要求1．內容標準（1）知道原子核的組成。

知道放射性和原子核的衰變。

會用半衰期描述衰變速度，知道半衰期的統計意義。

（2）瞭解放射性同位素的應用。

知道射線的危害和防護。

例1 瞭解放射性在醫學和農業中的應用。

例2 調查房屋裝修材料和首飾材料中具有的放射性，瞭解相關的國家標準。

（3）知道核力的性質。

能簡單解釋輕核與重核內中子數、質子數具有不同比例的原因。

會根據質量數守恆和電荷守恆寫出核反應方程。

（4）認識原子核的結合能。

知道裂變反應和聚變反應。

關注受控聚變反應研究的進展。

（5）知道鏈式反應的發生條件。

瞭解裂變反應堆的工作原理。

瞭解常用裂變反應堆的類型。

知道核電站的工作模式。

（6）通過核能的利用，思考科學技術與社會的關係。

例3 思考核能開發帶來的社會問題。

（7）初步瞭解恒星的演化。

初步瞭解粒子物理學的基礎知識。

例4 瞭解加速器在核子物理、粒子物理研究中的作用。

2．活動建議：（1）通過查閱資料，瞭解常用的射線檢測方法。

（2）觀看有關核能利用的錄影片。

（3）舉辦有關核能利用的科普講座。

新課程學習19．4 放射性的應用與防護★新課標要求（一）知識與技能（1）知道什麼是核反應，會寫出人工轉變方程。

（2）知道什麼是放射性同位素，人造和天然放射性物質的主要不同點。

（3）瞭解放射性在生產和科學領域的應用。

（4）知道放射性污染及其對人類和自然產生的嚴重危害，瞭解防範放射線的措施，建立防範意識。

（二）過程與方法滲透和安全地開發利用自然資源的教育。

（三）情感、態度與價值觀培養學生收集資訊、應用已有知識、處理加工資訊、探求新知識的能力。

★教學重點人工轉變的兩個核反應方程及反應過程中遵循的規律。

★教學難點人工轉變的兩個核反應方程及反應過程中遵循的規律★教學方法教師啟發、引導，學生討論、交流。

★教學用具：1．掛圖，實驗器材模型，課件等。

2．多媒體教學設備一套：可供實物投影、放像、課件播放等。

★課時安排1 課時★教學過程（一）引入新課教師：前面已經學習了核反應的一種形式：衰變。

19.4 放射性的应用与防护[学习目标]（1）知道什么是核反应，会写出人工转变方程；（2）知道什么是放射性同位素，人造和天然放射性物质的主要不同点；（3）了解放射性在生产和科学领域的应用；（4）知道放射性污染及其对人类和自然产生的严重危害，了解防范放射线的措施，建立防范意识。

[教学过程]一、“走进教材学会学习”（迈向成功的起点）1、阅读教材76页“核反应”的有关内容，回答下列问题：人类第一次实现的原子核的人工转变的核反应方程是。

原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程称为，在核反应过程中和守恒。

2、阅读教材76页“人工放射性同位素”的有关内容，回答下列问题：有些物质的同位素也具有，如：427215He Al +→，人工放射性同位素的放射强度，还可以制成各种所需要的形状。

特别是它的半衰期，因此，放射性废料容易处理，所以，在生活和科技中有着广泛的应用，请列举几例。

3、阅读教材77页“放射性同位素的应用”的有关内容，回答下列问题：在轧钢厂可以利用γ射线对钢板进行自动控制。

在医疗方面，可以用钴60的γ射线对患了癌症的病人进行治疗。

利用射线照射种子，会使种子的遗传基因发生变异，可以培育出优良品种。

还可以抑制蔬菜发芽，延长保存期。

有的人工素可以作为“示踪原子”。

4、阅读教材78页“辐射与安全”的有关内容，回答下列问题：过量的射线对人体组织有作用，因此，在使用放射线时，必须严格遵守，注意人身安全；存在射线危险的地方，要尽量。

练习1、关于放射性同位素，下列说法正确的是 ( )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以生成另一种新元素C．放射性同位素只能是天然衰变时产生的，不能用人工方法测得D．以上说法都不对。

练习2、用中子轰击铝27，产生钠24和X粒子，钠24具有放射性，它衰变后生成镁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衰变练习3、一质子以107m/s的速度撞击一个静止的铝原子核后被俘获，铝原子核变成硅原子核。

放射性的应用与防备教课目的（一）知识与技术（1）知道什么是核反响，会写出人工转变方程。

（2）知道什么是放射性同位素，人造和天然放射性物质的主要不一样点。

（3）认识放射性在生产和科学领域的应用。

（4）知道放射性污染及其对人类和自然产生的严重危害，认识防备放射线的举措，成立防备意识。

（二）过程与方法浸透和安全地开发利用自然资源的教育。

（三）感情、态度与价值观培养学生采集信息、应用已有知识、办理加工信息、探究新知识的能力。

教课重点人工转变的两个核反响方程及反响过程中按照的规律。

教课难点人工转变的两个核反响方程及反响过程中按照的规律教课方法教师启迪、指引，学生议论、沟通。

教课器具1．挂图，实验器械模型，课件等。

2．多媒体教课设施一套：可供实物投影、放像、课件播放等。

课时安排1课时教课过程（一）引入新课教师口述：前面我们已经学习了放射性元素的衰变。

请同学们思虑放射性元素的衰变对人们的影响。

老师指引学生从放射性元素的对人们踊跃和悲观的影响两个方面回答。

教师口述：这节课我们就来学习放射性的应用和防备。

（二）进行新课1．核反响：原子核在其余粒子的轰击下产生新原子核的过程叫核反响。

人工转变核反响方程147 N24He178 O11H49 Be24He126C01n重点提示天然放射性元素会产生自觉核衰变，不属于核反响.误区警告(1) 核反响过程一般都是不行逆的，所以核反响方程只好用单向箭头表示反响方向，不可以用等号连结.(2)核反响的生成物必定要以实验为基础，不可以只依照两个守恒定律凭空杜撰出生成物来写核反响方程 .(3)核反响中按照质量数守恒而不是质量守恒，核反响过程中反响前后的总质量一般会发生变化而开释出或汲取能量 .2.核反响方程(1) 在核反响中，参加反响的原子核内的核子(质子和中子)将从头摆列或发生转变.用原.子核的符号来表示核反响前后各原子核变化状况的式子称为核反响方程原子核反响方程一般用以下方程表示i+T → 1+R式中 i 为入射粒子，T 为靶原子核，R 为生成原子核，l 为出射粒子 .出射粒子 l 能够与入射粒子i 相同，此种过程称为散射，假如散射中动能不变，称为弹性散射，假如散射中动能改变，则称为非弹性散射，若在散射过程中，原子核种类不变，但也广义地称为核反响.例：写出以下原子核人工转变的核反响方程。

第3、4节探测射线的方法__放射性的应用与防护1．1912年英国物理学家威耳逊发明了威耳逊云室。

2．射线可使气体或液体电离，使照相乳胶感光，使荧光物质产生荧光。

3．原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应。

4．在核反应中，质量数守恒，电荷数守恒。

5．1928年由德国物理学家盖革与米勒研制成功了用于探测射线的盖革－米勒计数器。

6．1934年，约里奥—居里夫妇发现了人工放射性同位素。

7．放射性同位素有很多应用，如应用它的射线，或把它作为示踪原子；放射性同位素也有很多危害。

过量的射线对人体组织有破坏作用，同时对水源、空气等也有污染。

一、探测射线的方法1．探测方法组成射线的粒子会使气体或液体(1)电离，以这些离子为核心，过饱和的蒸气会产生雾，过热液体会产生滴气泡。

射线能使照相乳胶(2)感光。

(3)射线能使荧光物质产生。

荧光2．探测仪器(1)威耳逊云室①原理：粒子在云室内气体中飞过，使沿途的气体分子电离，过饱和酒精蒸气就会以这些离子为核心凝结成雾滴，于是显示出射线的径迹。

②粒子径迹形状：α粒子的径迹直而粗β粒子的径迹比较细，而且常常弯曲γ粒子的电离本领很小，在云室中一般看不到它的径迹(2)气泡室：气泡室的原理同云室的原理类似，所不同的是气泡室里装的是液体，如液态氢。

粒子通过过热液体时，在它的周围产生气泡而形成粒子的径迹。

(3)盖革－米勒计数器①原理：在金属丝和圆筒间加上一定的电压，这个电压稍低于管内气体的电离电压，当某种射线粒子进入管内时，它使管内的气体电离，产生电子……这样，一个射线粒子进入管中后可以产生大量电子，这些电子到达阳极，正离子到达阴极，在电路中产生一次脉冲放电，利用电子仪器可以把放电次数记录下来。

②优点：G­M计数器非常灵敏，使用方便。

③缺点：只能用来计数，不能区分射线的种类。

二、核反应和放射线的应用与防护1．核反应(1)定义：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程。

2018〜2019学年第二学期芜湖县第一中学电子教学设计课题：第四节放射性的应用与防护❷2018〜2019学年第二学期芜湖县第一中学电子教学设计(一)引入新课教师：前面已经学习了核反应的一种形式：衰变。

本节课我们要学习核反应的另一种形式：人工转变以及人工转变产生的放射性同位素的应用和核辐射的防护。

(二)新课教学1、核反应定义：原子核在其它粒子的轰击下产生新原子核的过程叫核反应。

在核反应中质量数守恒、电荷数守恒。

人工转变核反应方程：；N+：HeT；O+；H：Be+；HeT ；n例：写出下列原子核人工转变的核反应方程。

(1)ii23Na俘获1个a粒子后放出1个质子(2)i327Al俘获1个a粒子后放出1个中子(3)816O俘获1个中子后放出1个质子(4)1430Si俘获1个质子后放出1个中子学生活动：理解并记住核反应方程，通过方程理解核反应中遵循的规律。

2、人工放射性同位素(1)放射性同位素：有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素。

放射性同位素有天然和人造两种，它们的化学性质相同。

(2)人工放射性同位素..A^；He 'i；P'；(3)人工放射性同位素的优点：放射强度容易控制，形状容易控制，半衰期短，废料容易处理。

(4)凡是用到射线时，都用人造放射性同位素学生活动：从这部分开始主要为学生自习和上网查找资料，一方面要掌握书本的知识，另一方面要扩展自己的知识面，同时有问题的地方及时向老师提问，3、放射性同位素的应用®2018〜2019学年第二学期芜湖县第一中学电子教学设计（1）利用射线①射线测厚装置②烟雾报警器③放射治疗④培育新品种，延长保质期（2）作为示踪原子①棉花对磷肥的吸收②甲状腺疾病的诊断4、辐射与安全学生通过看书与上网查找资料，了解放射性辐射的用处以及危害，知道只要控制好辐射量，我们就可以利用它的射线，知道身边的一些放射性物质，以及如何防护一些有害的放射性物质。

（三）课堂小结本节课的内容相对比较简单，通过学生的自主学习学生要能够掌握核反应的概念以及核反应方程，两种放射性同位素的异同点以及人工放射性同位素的一些应用，并能从物理学的原理上进行解释，还要了解核辐射的应用和防护。

放射性的应用与防护一、教学目标1．知识目标：（1）知道用肉眼不能直接看到的放射线可以利用各种射线粒子产生的次级效应用适当的仪器探测到.（2）了解云室、气泡室和计数器的简单构造和基本原理.（3）知道放射性同位素及其在各方面的重要应用.（4）了解放射性污染和防护的基本常识.2．能力目标：认识放射性污染的危害.3．德育目标：通过对放射性污染的认识，提高学生的环境保护意识.二、教学重点放射性的应用和防护.三、教学难点云室和计数器的原理.四、教学方法本节采用教师演示、学生观察实验，教师启发、学生分析实验原理和结果的教学方法，以培养学生的实验观察和分析能力.五、教学用具投影仪及投影片、J2553型威耳孙云室演示器、放射源J2524型盖革计数器、电源、扬声器.六、课时安排1 课时七、教学过程（一）引入新课研究放射性，就要观察放射线，人的肉眼虽然无法直接看到放射线，即就是借助目前最好的显微镜一般也无法直接看到射线粒子.但放射线的粒子与其他物质粒子发生作用时产生的一些现象用人的肉眼是可以直接看到的，借助这些现象可以探知放射线的存在及其性质.这一节我们就来简单介绍一下科学研究中常用的几种探测放射线的方法以及放射线的应用和防护。

（二）进行新课1．探测放射线的方法1.1 威耳孙云室——1912年，英国威耳孙发明（1）基本构造及工作原理（投影：云室构造图22—8）学生先看云室的构造图，教师说明各部分的的名称和作用，然后再向学生展示实物. ［教师点拨］射线对其他物质粒子的一个最基本的作用是什么？［学生回答］电离作用.［教师点拨］云雾是怎样形成的？［学生回答］过饱和蒸汽遇到凝结核而凝结形成小水滴，许多小水滴聚集一起就形成云雾.［教师点拨］云室就是利用这个原理来观察射线的，它是英国物理学家威耳孙在1912年发明的，因而叫威耳孙云室.实验原理：在云室里加一些酒精或乙醚，使室内充满酒精的饱和蒸汽，然后使活塞迅速向下移动，室内气体由于迅速膨胀而降低温度使酒精蒸汽达到饱和，这时如果有射线粒子从室内气体中飞过，使沿途的气体分子电离，过饱和的酒精蒸汽就会以这些离子为核心凝结成一条雾迹，我们就可以直接看到，也可以拍摄成照片进行研究.（2）实验演示——用威耳孙云室观察射线粒子的运动径迹.使用J2553型威耳孙云室演示：·放上α粒子放射源，教师演示，学生3~5人一组到讲台上进行观察，然后请1~2位学生描述所看到的现象.·再换上β粒子放射源，教师演示，学生3~5人一组到讲台上进行观察，然后请1~2位学生描述所看到的现象.·展示投影或挂图（图23—9）（3）分析三种射线粒子的径迹特点α粒子：因其质量大而不易改变方向，因其电离作用强而产生的离子多，故其径迹直而粗；β粒子：质量小，跟其他粒子碰撞时容易改变方向，其电离作用弱，沿途产生的离子少，故其径迹比较细且有时发生弯曲.γ粒子电离本领更小，一般看不到它的径迹，有时能产生一些细碎的雾滴.说明：如果把云室放在磁场中，从带电粒子运动轨迹的弯曲方向还可以判定粒子所带电荷的正负.1.2 气泡室（1）构造原理：同云室类似，所不同的是气泡室里装的是液体（如液态氢）.控制气泡室内液体的温度和压强，使室内温度略低于液体的沸点.实验时，使气泡室内的压强突然降低，液体的沸点降低使液体过热，当射线粒子通过室内过热气体时，射线粒子周围的液体沸腾就有气泡形成，可以通过肉眼直接看到或拍摄照片. （2）气泡室照片分析：图22—10为将气泡室放在磁场中拍摄到的射线粒子的径迹照片，请同学们根据照片回答下列问题：·如果磁场方向已知，能否根据径迹的偏转方向确定粒子是否带电或电性？·能否根据粒子径迹的弯曲情况确定射线粒子的能量或动量？（根据径迹半径r＝mv/Bq，已知B、q，测出r，就可以确定其动量mv或能量mv2/2）1.3 盖革－弥勒计数器——1928年德国盖革和弥勒合作发明（1）构造原理：投影盖革管的构造示意图（图22—11）盖革管的基本构造外面是一个封闭的玻璃管，里面有一个接在电源负极的导电圆筒（阴极），筒的中间有一条接电源正极的的金属丝（阳极）管中装有低压的惰性气体（如氩、氖等，压强约10 kPa～20 kPa）和少量的的酒精蒸汽或溴蒸汽.在阴极（圆筒）和阳极（金属丝）间加上一定的电压（约1000 V），这个电压稍低于管内气体的电离电压.教师说明工作原理：当某种射线粒子进入盖革管中时，它就会使管内气体电离，产生的电子在阴极和阳极之间加速使其能量越来越大，电子与管内其他气体分子碰撞时又使气体分子电离，产生电子……这样，一个射线粒子进入管中后，经过一个很短的时间就会产生大量的电子，这些电子达到阳极，正离子达到阴极，在外电路就会产生一次脉冲放电，这个脉冲电流可以用电子仪器记录下来，也可以把它转化为光信号或声音信号显示出来.（2）演示实验：用盖革计数器探测放射线使用J2524型盖革计数器，它能够将射线粒子引起的放电脉冲转化为声音信号和光信号，因此当有一个射线粒子进入计数管时使扬声器发出一次响声同时发光二极管发出一次闪光.·连接好仪器，打开电源，即可听到扬声器发出响声，向学生说明这是宇宙射线中的粒子引起的，一般不超过30次/分，叫本底计数率.·将放射源（J2553型威耳孙云室所配）靠近计数管，则计数率明显增加，这个计数率减去本底计数率就是放射源的实际计数率.计数率反映了空间某处放射线的强度.·增大放射源到计数管的距离，可以看到计数率明显降低，可以让学生测量不同距离的实际计数率，可以发现空间某处的计数率与该处到放射源的距离平方成反比.·使放射源距离计数管约10 cm，其间挡一块2～3 mm的的铅板，计数率明显减小，再叠放几块铅板，计数率更小，改用同样厚度的铜板对比，计数率并不明显减少，这显示了铅板对射线粒子的吸收作用.（3）说明：·一般的盖革计数器适合对β粒子和γ粒子进行计数.由于α粒子贯穿本领很小，一般不能穿过计数管的玻璃管壁，要对α粒子计数，需要在计数管前方装上一个很薄的云母片窗口，使α粒子从这个窗口射入或制成其他的式样.·盖革计数器的放大倍数很大，用它来检测放射线很方便，但它对不同射线产生的脉冲现象相同，因此只能用来计数，而不能区分射线的种类.2．放射线的应用［教师介绍和学生自学相结合］2.1 人工放射性的发现［教师介绍］1934年，约里奥·居里和伊里夫·居里夫妇首次发现人工放射性元素，其实验如下：用α粒子轰击铝核的核反应：2713Al+42He→3015P+10n产生的新核3015P是磷的一种放射性同位素，它能像天然放射性元素一样自发衰变成稳定元素3014Si而放出正电子，其核反应为：3015P→3014Si+0-1e（正电子）2.2 放射性同位素［教师介绍］用人工方法产生的放射性元素，大都是已知元素的同位素，叫做放射性同位素，天然存在的放射性元素不过40余种，而今天人工制造的放射性同位素已达1000余种，每一种元素都有了放射性同位素，这为放射性的应用创造了条件.人工放射性元素的优点：放射强度容易控制，可以按需制成各种化合物，各种形状，特别是它的半衰期比天然放射性元素要短的多，因此其放射性废料容易处理.2.3 放射性同位素的应用［学生自学，然后教师小结］（1）利用放射线的贯穿本领或电离作用，主要应用如下：·γ射线探伤：即利用γ射线对金属工件进行透视，检验其内部有没有砂眼或裂纹. ·培育优良品种：利用射线可以使生物体内的DNA发生突变而使种子发生变异. ·放射治疗恶性肿瘤：利用射线对癌细胞的杀伤作用.·消除静电：利用α粒子很强的电离作用，可以消除机器在运转中因摩擦而产生的有害静电.（2）作为示踪原子：利用同一种元素的化学性质与其放射性同位素的化学性质完全相同，可以用放射性同位素代替非放射性同位素制成各种化合物，这种化合物的化学性质不发生变化，但它却带上了“放射性标记”，用放射性探测议就可以探测出来，这种用途的放射性同位素叫做“示踪原子”.示踪原子的应用主要有下面几个方面：·用含有放射性的肥料研究农作物对肥料的吸收作用·检查地下输油管道破损漏油的位置3．放射性的污染和防护［学生自学］3.1 放射线对人体、对环境有哪些危害？人体受过量的γ射线照射，会杀伤人体细胞而患上白血病使人死亡，会使孕妇产生怪胎等，由于很多放射性元素的半衰期很长，有的长达几万年甚至上亿年，它的放射强度衰减很慢，一旦受到这些元素的放射性污染，将对环境产生长期影响.通过录像介绍美国1945年向日本广岛和长崎投放原子弹以及1987年前苏联切尔诺贝利核电站核泄漏事故，这两起核灾难对人类和环境所造成危害的有关资料，使学生深刻认识核辐射与核污染对人类和环境的严重危害.3.2 防护放射线的措施有哪些？·生活中首先要对可能有放射性的物质有防范意识，其次要尽可能远离放射源；·从事与放射性有关的工作，一定要遵守操作规程，做好防护措施；·放射源要放在专门的很厚的铅盒内，严格保管.（三）小结本节简单介绍了核物理研究中最基本、最常用的三种探测射线的方法以及放射性同位素的应用和放射线的防护.放射性同位素的主要应用有两个方面：一是利用它的射线；二是作为示踪原子.放射性的污染和防护必须引起我们的重视.（四）布置作业上网查阅有关放射性应用及其污染和防护的有关资料（五）板书设计1．探测放射线的方法1.1.威耳孙云室——1912年，英国威耳孙发明原理：利用射线的电离作用使过饱和蒸汽凝结形成雾滴显示射线粒子的径迹. 1.2.气泡室原理：利用射线的电离作用使过热液体沸腾产生气泡显示射线粒子的径迹.1.3.盖革——弥勒计数器——1928年德国盖革和弥勒合作发明2．放射线的应用［教师介绍和学生自学相结合］2.1.人工放射性的发现——1934年，约里奥·居里和伊里夫·居里夫妇首次发现人工放射性元素磷30，其核反应如下：2713Al+42He→3015P+10n3015P→3014Si+01e（正电子）2.2.放射性同位素：（1）用人工方法产生的放射性元素，大都是已知元素的同位素，叫做放射性同位素.（2）利用人工方法使每一种元素都有了放射性同位素，目前人工产生的放射性同位素已有一千余种.（3）同一元素的各种放射性同位素的化学性质相同.2.3.放射性同位素的应用（1）利用放射线的贯穿本领或电离作用·γ射线探伤·培育优良品种·放射治疗恶性肿瘤·消除静电（2）作为示踪原子·用含有放射性的肥料研究农作物对肥料的吸收作用.·检查地下输油管道破损漏油的位置.3．放射性的污染和防护.3.1.放射线对人体、对环境的危害.3.2.防护放射线的主要措施.★教学体会思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。