5.2 放射性元素的衰变 课件 2023-2024学年高二物理人教版（2019）选择性必修3(共26张PPT)

(共26张PPT)
第2节 放射性元素的衰变
第五章 原子核
在古代，不论是东方还是西方，都有一批人追求“点石成金”之术，他们试图利用化学方法将一些普通的矿石变成黄金。
当然，这些炼金术士的希望都破灭了。
那么，真的存在能让一种元素变成另一种元素的过程吗？
1.了解原子核的衰变，会正确书写衰变方程。
2.知道半衰期及其统计意义。
3.根据质量数守恒和电荷数守恒写出核反应方程。
4.知道放射性同位素及其应用，知道射线的危害及防护。
知识点一：原子核的衰变
α衰变：放出α粒子的衰变，如
β衰变：放出β粒子的衰变，如
1.定义：原子核放出粒子或粒子转变为新核的变化叫做原子核的衰变。
2.种类：
+
+
4.本质：
(1) 衰变：原子核内少两个质子和两个中子。
(2) 衰变：原子核内的一个中子变成质子，同时放出一个电子。
元素的放射性与元素存在的状态无关，放射性表明原子核是有内部结构的。
说明：
原子核发生衰变时，衰变前后的电荷数和质量数都守恒。
3.规律：
衰变：
+
衰变：
+
说明：(1)中间用单箭头，不用等号；
(2)是质量数守恒，不是质量守恒;
(3)方程及生成物要以实验为基础，不能杜撰。
辐射
原子核的能量也跟原子的能量一样，其变化是不连续的，也只能取一系列不连续的数值，因此也存在着能级，同样是能级越低越稳定。
放射性的原子核在发生衰变、衰变时，往往蕴藏在核内的能量会释放出来，使产生的新核处于高能级，这时它要向低能级跃迁，能量以光子的形式辐射出来，因此，射线经常是伴随射线和射线产生的，当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生衰变，有的发生衰变，同时就会伴随着辐射（没有衰变）。这时，放射性物质发出的射线中就会同时具有、和三种射线。
5.注意：
一种元素只能发生一种衰变，但在一块放射性物质中可以同时放出、和三种射线（连续衰变）。
+
+
1.原子核23892U经放射性衰变①变为原子核23490Th，继而经放射性衰变②变为原子核23491Pa，再经放射性衰变③变为原子核23492U，放射性衰变①②③依次为（　　）
A. α衰变、β衰变和β衰变 B.β衰变、α衰变和β衰变
C. β衰变、β衰变和α衰变 D.α衰变、β衰变和α衰变
练一练
A
知识点二：半衰期
1.意义：表示放射性元素衰变快慢的物理量
2.定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间
3.物理意义：
表示放射性元素本身衰变快慢的物理量。不同元素的半衰期不同，有的差别很大。
例如：氡222衰变为钋218的半衰期为3.8天
镭226衰变为氡222的半衰期为1620年
铀238衰变为钍234的半衰期长达4.5×109年
经过个半衰期（ ）其剩余的质量为：
质量与原子个数相对应，故经过个半衰期后剩余的粒子数为：
3.公式：
注意：
(1)半衰期的长短由原子核内部自身的因素决定，跟所处的化学状态（如单质、化合物）和外部条件（如温度和压强）都没有关系。
(2)半衰期是一个统计规律，只对大量的原子核才适用，对少数原子核是不适用的。
1.碳14是一种半衰期为5730年的放射性同位素。若考古工作者探测到某古木中碳14的含量为原来的，则该古树死亡时间距今大约(　　)
A.22920年 B.11460年
C.5730年 D.2865年
练一练
B
知识点三：核反应
衰变是原子核的自发变化，科学家更希望卫控制原子核的变化。
1.卢瑟福用α粒子轰击氮核
分叉情况表明，α粒子击中氮核后，生成一个新核，同时放出质子。新核的电量较大速度较慢，径迹短而粗；质子速度大，电量小，故径迹细而长。根据核反应中质量数守恒和电荷数守恒，可以写出这个发现质子的核反应方程并得知新核放出质子后变成了氧核。
+
说明：
(1)核反应中质量数与电荷数守恒。
(2)核反应是原子核的变化，化学反应是核外电子的变化。
用α粒子、中子等去轰击其它元素的原子核，也都产生类似的转变，并产生质子，说明质子是各种原子核里都有的成分，质子是人类继电子、光子后发现的第三个基本粒子。
原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程。——核反应
2. 1932年查德威克发现中子的核反应方程
BeHen
中子不带电，质量同α粒子相当，用它去轰击原子核，不受库仑力的影响，是研究原子核的强有力的“炮弹”。人们用它轰击各种原子核，获得了许多人工放射性同位素，用它轰开铀核，实现了原子能的利用。
知识点四：放射性同位素及其应用
1934年，约里奥·居里夫妇发现经过粒子轰击的铝片中含有放射性磷。
有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素。
反应生成物是磷的一种同位素，自然界没有天然的，它是通过核反应生成的人工放射性同位素。
+
不稳定，会进行如下的衰变：
说明：
(1)这是人类第一次发现正电子。
(2)没有特殊说明，电子均指负电子
由此而荣获1935年诺贝尔化学奖。
+
1.人工放射性同位素和天然放射性同位素相比的优点：
放射强度容易控制
半衰期短，废料易处理
可制成各种所需形状
现实应用中一般使用人工放射性同位素
(1)利用射线的穿透本领与物质厚度密度的关系，来检查各种产品的厚度和密封容器中液体的高度等，从而实现自动控制。
(2)由于γ射线贯穿本领强，可以用来γ射线检查金属内部有没有砂眼或裂纹，所用的设备叫γ射线探伤仪。
(3)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。
(4)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、治病等。
2.放射性同位素的应用：
射线测厚仪
利用钴60的射线治疗癌症（放疗）
培优、保鲜
经照射 未经照射
经照射 未经照射
棉花在结桃、开花的时候需要较多的磷肥，利用磷的放射性同位素制成肥料喷在棉花叶面上，被植物吸收，然后每隔一定时间用探测器测量棉株各部位的放射性强度，就可知道什么时候磷的吸收率最高、磷在作物体内能存留多长时间、磷在作物体内的分布情况等。
示踪原子
人体甲状腺的工作需要碘，碘被吸收后聚集在甲状腺内。给人注射碘的放射性同位素碘131，在颈部底部的甲状腺（红色，部分被遮蔽）被放射性示踪剂碘131高亮着色。定时用探测器测量甲状腺及邻近组织的放射强度，有助于诊断甲状腺的疾病。
1.关于放射性同位素的应用下列说法中正确的有（ ）
A.放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，因此达到了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
C.用放射线照射作物种子能使其DNA发生变异，其结果一定是成为更优秀的品种
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
练一练
BD
知识点五：辐射与安全
人类从来就生活在有放射性的环境之中。例如，宇宙的射线；日常用品中夜光表上的荧光粉就含有放射性物质；水晶眼镜片中含有钾40；体检时还会做X射线透视，这更是剂量比较大的照射。
辐射强度在安全剂量之内的辐射对我们没有伤害。
过量的射线对人体组织有破坏作用，这些破坏往往是对细胞核的破坏，有时不会马上察觉。
辐射的防护的基本方法：
(1)距离防护——就是要尽可能远离射线源
(2)时间防护——就是要尽量减少可能受到照射的时间
(3)屏蔽防护——就是在射线源的周围设置能够吸收或阻挡射线的屏蔽物体，以尽可能减弱射线的强度与能量
(4)仪器监测——要配置适当的剂量测量设备，加强对环境的监测，特别是加强对核电站等有放射源的区域周边环境的监控
(5)规范操作——在使用放射性同位素时，必须严格遵守操作规程， 注意人身安全，同时要防止放射性物质对空气、水源、用具等的污染。
放射性元素的衰变
原子核的衰变
半衰期
放射性同位素及其应用
核反应
辐射与安全
①α衰变
②β衰变
定义
特点
公式
放射线
示踪原子
原子核放出粒子或粒子转变为新核的变化