物理人教版（2019）选择性必修第三册5.2放射性元素的衰变（共37张ppt）

(共37张PPT)
放射性元素的衰变
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炼金术是中世纪的哲学思想，目标是利用化学方法将贱金属转变为贵金属，曾盛行于世界各地几百年。
现代化学否定了炼金术的可行(化学方法只影响核外电子)。
一种元素能变成另一种元素吗？
一、原子核的衰变
在发现的二千多种核素中，绝大多数都是不稳定的，会自发衰变，变为另一种核素，同时放出各种射线。这种现象称为放射性衰变。
衰变遵循什么规律？
核素衰变的快慢由什么决定？
衰变的内部机理是什么？……
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α 衰变
问题：α粒子即24He . 原子核的核电荷数如何变化？质量数如何变化？
核电荷数减少2，质量数减少4.
衰变方程：
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母核 子核
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练习 1 写出下列各放射性元素的α 衰变方程
(1) (钍核) (2) (铜核)
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β 衰变
β 粒子即电子，可表示成
质量数为0(比质子质量小得多)，负电，电荷数记为-1.
问题：原子核发生β衰变，核质量数和核电荷数如何变化？写出衰变方程一般表示式.
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β 衰变：核电荷数增加1，核的质量数不变.
衰变方程：
练习 2 写出下列各元素的 β 衰变方程
(1) (铋核) (2) (钋核)
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自然界中一些放射性元素经过多次α衰变和β衰变，最后变成稳定核素.
钍系：从232Th开始，经过10次连续衰变，最后到稳定核素208Pb；
铀系：从238U开始，经过14次连续衰变，到稳定核素206Pb；
锕系：从235U开始，经过11次连续衰变，到稳定核素207Pb；
镎系：从241Pu开始，经过13次连续衰变，到稳定核素209Bi。
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例 1 (铀核)衰变为 (氡核)，经过几次α 衰变，几次 β 衰变？
解 经过一次α 衰变，质量数减少4，则α 衰变次数为(238-222)/4=4
经过4次α衰变，质子数应变为92-4×2=84
经过1次β衰变，质子数增加1
∴经过2次β衰变.
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解法二 设经过 x次 α 衰变，y次 β衰变，
衰变方程为
根据质量数和电荷数守恒，有
238=222+4x
92=86+2x - y
解得 x=4，y=2
衰变理论
α 衰变的基本理论
核中的2个中子、2个质子紧密结合在一起形成α 粒子，因此α 衰变产生的α 粒子来自原子核.α 粒子在核内受到核力(吸引力)和库仑力(排斥力).核表面对α粒子的运动具有很大的阻碍作用。
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β 衰变的基本理论
费米(Enrico Fermi ，1901-1954)提出原子核中的一个中子转变成质子、电子和一个电子中微子
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费米理论是类比原子发光理论产生的. β 粒子是核子不同的状态之间跃迁的产物，事先也不存在于核内.
中子和质子可以看作是核子的两个不同的量子状态。中子和质子之间的相互转变，相当于核子从一个量子态跃迁到另一个量子态，在跃迁过程中放出电子和中微子。
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原子核发生α、β 衰变时，往往衰变到子核的激发态.处于激发态的原子核是不稳定的，要向低激发态跃迁，同时释放出γ光子，称为 γ 跃迁或γ 衰变。
核内能级之间的跃迁，释放出光子，光子能量在keV到十几MeV；原子能级跃迁释放的光子能量在eV到keV之间.
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二、半衰期
半衰期：在放射性衰变过程中，放射性元素的质量减少到原有质量的一半所需的时间.
半衰期是放射性元素的一个特性常数，不随外界条件(温度、压强、磁场等外在因素)的变化和元素所处状态(游离态或化合态)的不同而改变.
放射性元素的半衰期长短差别很大.
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问题：设t =0，放射性原子核数目为N0.经过一个半衰期T，数目变为多少？经过2个半衰期呢？n 个半衰期呢？
时间为t 时，原子核数目变为多少？
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1
2
3
0
1/2
1/4
1/8
t/T1/2
核素 衰变类型 T1/2
Z 符号 A
0 n 1 β 10.6min
6 C 14 β 5730a
27 Co 60 β 5.271a
92 U 235 α 7.038×108a
92 U 238 α 4.468×109a
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表1 几种核素的半衰期
衰变遵循统计规律.
任何一个放射性核素在什么时候衰变是不可预告的，只能预测在任一时刻的衰变几率.对于大量放射性核素，量子理论给出统计预测，可以准确预言在经过一定时间后，衰变的原子核占总数目的比例.
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三、核反应
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1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，从氮核中打出一种新的粒子.通过在实验装置中加进电场和磁场，根据在电场和磁场中的偏转测出质量和电荷，确定新粒子是质子.
卢瑟福在论文中写道：
“我们必须作这样的结论，氮原子在快速α粒子的直接碰撞所产生的的巨力作用下转变了，放出的氢原子曾是氮核的组成部分……由整个结果看出，如果α粒子——或类似的投射粒子——有更大的能量可供实验的话，我们就可以期望击破许多轻元素的核结构.”
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1921年，卢瑟福和查德威克发现硼、氟、钠、铝和磷在α粒子的轰击下都能打出质子，说明质子普遍存在于各种元素中，质子是原子核的组成成分.
卢瑟福用α 粒子轰击氮核是世界上最早实现的人工核反应，也是人类有史以来第一次通过有意识的行为改变了原子核.
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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.
核反应方程规律
在核反应中，质量数守恒、电荷数守恒.
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练一练 (练习与应用第6题)完成下列核反应方程
（1）
（2）
（3）
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比较项目 原子核衰变 原子核的人工转变
发生反应的原子核 具有放射性的不稳定核 所有原子核
反应条件 自发进行，无条件 利用α粒子、质子、中子或γ光子作为“炮弹”轰击靶核
反应本质 核子数变化，形成新核 核子重组，形成新核
典型反应
核反应方程特点 箭头左边只有一个放射性原子核 箭头左边有靶核和“炮弹”
核反应的规律 质量数守恒(但质量不守恒)、电荷数守恒
书写方程原则 尊重实验事实，不能仅仅依据守恒定律主观臆造
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四、放射性同位素及其应用
天然存在的放射性同位素只有40多种，利用人工核反应可以产生人工放射性同位素.最早产生人工放射性同位素的是约里奥-居里夫妇。
1933年，约里奥-居里夫妇在第七届索尔维会议上报告，某些物质在α粒子轰击下发射出正电子连续谱。1934年，约里奥-居里夫妇得到问题的答案。
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约里奥-居里夫妇首次实现了人工制造放射性同位素.根据质量数守恒和电荷数守恒，核反应方程为
是通过核反应制造的人工放射性同位素，不稳定，继续转变为硅30，
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15P
约里奥-居里夫妇在给《Nature》的信中写道：
“我们最近的一些实验显示出了一个十分令人惊奇的事实.铝箔放在钋制品上受到辐射，如果将该放射性制品移走，正电子的发射并不立即停止.铝箔保持有放射性，并且这种放射性的辐射也和一般放射性元素一样，作指数衰减.对于硼和镁，我们也观察到了同类现象.”
“当我们把辐照过的铝箔溶于盐酸中，放射性就以气态跟随氢气逸走了，还可以收集在管中.化学反应必定是形成了氢化磷(PH3)或氢化硅(SiH4)”
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人工放射性的发现，为放射性同位素研究开辟了一个新领域。人工放射性同位素具有放射强度可控，可制成各种所需的形状，半衰期较短等优点.
科学家不再仅仅依靠自然界的天然放射性物质来研究问题，大大加快了核物理学的发展速度.人工放射性同位素在国民经济和科学研究的各个领域得到广泛的应用.
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阅读教材112-113页，了解放射性同位素在各个领域的应用.
射线测厚仪
放射治疗
培优、保鲜
示踪原子
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四、辐射与安全
人类一直生活在放射性的环境中，辐射普遍存在于周围环境.
地球上每个角落都有来自宇宙的射线，周围的岩石、建筑物、建筑材料，装修材料、日常用品等都具有放射性.
不过这些辐射强度较弱，在安全剂量范围之内，对人体没有伤害.
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国际通用放射性标志
居里夫人被镭吞噬了生命
放射性研究初期尚未意识到辐射的危害，没有采取保护措施.居里夫人由于长期使用放射性镭开展研究，双手被镭烧伤，遍布伤疤.射线入侵骨髓，引起血液病变，居里夫人患上严重的恶性贫血症.居里夫人使用的笔记本在几十年之后仍然能检测到很强的放射性.
1934年7月4日，居里夫人逝世于法国阿尔卑斯山疗养院.
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课堂小结
原子核的衰变
α衰变方程
β衰变方程
半衰期
半衰期含义；衰变遵循统计规律
核反应：质量数守恒、电荷数守恒
放射性同位素及其应用
辐射与安全
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课堂练习 1
(钍)经过一系列 α 和β 衰变成为
(铅)，则( )
A.铅比钍少了8个质子
B.铅比钍少了16个中子
C.经过4次α衰变和6次β 衰变
D.经过6次α衰变和4次β 衰变
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ABD
课堂练习 2
匀强磁场中有一个静止的氡原子核( ),由于衰变它放出一个粒子，此粒子的径迹与反冲核的径迹是两个相外切的圆，大圆与小圆的直径之比为42:1.
(1)衰变放出的是什么粒子？
(2)写出衰变方程.
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