5.2 放射性元素衰变 课件（31张PPT）高中物理粤教版（2019）选择性必修 第三册第五章 原子与原子核

(共31张PPT)
第五章 原子与原子核
粤教版选择性必修三
第二节 放射性元素衰变
回顾科学家对原子结构的认识:
原子不可割
汤姆孙发现电子
汤姆孙的枣糕模型
卢瑟福α粒子散射实验
核式结构模型
否定
建立
否定
建立
知识回顾
不完美
玻尔的原子结构假说
电子云轨道
修正
在这小小的原子核内部，会不会仍然有着复杂的结构？
关于原子核内部的信息最早来自天然放射现象
Part 01
放射性的发现
1895年11月8日傍晚，德国物理学家伦琴用黑色薄纸板把一个阴极射线放电管严严实实的包裹起来。接着他在黑暗中摸索着打开电源，准备检查黑纸是否漏光。突然，电源打开的一瞬间，他发现黑暗中出现了一条幽幽的绿色荧光。伦琴教授连忙切断电源，荧光立刻就消失了。再打开，荧光又出现了。“难道我发现了一种从未被发现的射线”？
伦琴射线 —— X射线
人类历史上第一张X光照片
贝克勒尔
1852－1908，法国
1896年3月，贝克勒尔发现，与双氧铀硫酸钾盐放在一起但包在黑纸中的感光底板被感光了。他推测这可能是因为铀盐发出了某种未知的辐射。
同年5月，他又发现纯铀金属板也能产生这种辐射，从而确认了天然放射性的发现。
贝克勒尔在实验室中
1896年，法国物理学家贝克勒尔发现，铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线，这种射线可以穿透黑纸使照相底片感光 。
贝克勒尔—— 最早发现天然放射现象
皮埃尔·居里，1859－1906
玛丽·居里，1867－1934
居里夫妇发现一种沥青铀矿的放射性强度比预计的强度大得多，说明这些沥青矿物中含有一种量少但放射性很强的新元素。
在非常简陋的实验室，没有经费的支持，居里夫妇合力攻关发现了这种新元素，它比纯铀放射性要强400倍。为了纪念居里夫人的祖国——波兰，新元素被命名为钋(Po)(波兰的意思)。后来，他们又发现了第二种放射性元素，这种新元素的放射性比钋还强。他们把这种新元素命名为镭(Ra)。
居里夫妇从30吨铀沥青残渣中提炼出0.1克镭盐，接着又初步测定了镭的原子量。1911年,居里夫人获得诺贝尔化学学奖。
一、放射性的发现
放射性：物质发射射线的性质称为放射性。
放射性元素：具有放射性的元素称为放射性元素。
天然放射现象：放射性元素自发地放出射线的现象。
放大了1000倍的铀矿石
放射性不是少数几种元素才有的，研究发现，原子序数大于或等于83的所有元素，都能自发的放出射线
原子序数小于83的元素，有的也具有放射性．
元素的放射性是原子的性质还是原子核的性质呢？
实验表明：如果一种元素具有放射性，那么不论它是以单质的形式存在，还是以某种化合物的形式存在，放射性都不受影响，即放射性与元素所处的化学状态无关。
由于元素的化学性质取决于原子核外的电子，
因此: 射线来源于原子核。原子核具有内部结构。
一、放射性的发现
元素的放射性是原子的性质还是原子核的性质呢？
原子核
课堂练习
1、下列说法正确的是（　）
A．贝可勒尔发现天然放射现象，说明原子也有复杂的内部结构
B．麦克斯韦提出了电磁场理论，预言并证实电磁波的存在
C．奥斯特发现了电磁感应现象，揭示了磁现象和电现象之间的联系
D．ɑ粒子散射实验说明原子核也有复杂的内部结构
B
解析：贝可勒尔发现天然放射现象原子核有复杂的内部结构，ɑ粒子散射实验说明原子也有复杂的内部结构，法拉第发现了电磁感应现象，揭示了磁现象和电现象之间的联系。
思考与讨论
提出问题：用什么方法可以判断放射出的射线是同种物质？射线的电性？
铅盒
放射源
照相底片
将带正电的射线命名为ɑ射线
将带负电的射线命名为β射线
将不带电的射线命名为γ射线
把放射源铀、钋或镭放入用铅做成的容器中，射线只能从容器的小孔射出，成为细细的一束。在射线经过的空间施加磁场。
二、原子核衰变
提出问题：三种射线在穿透本领上有明显区别？
贯穿本领不同:
a射线穿透能力最弱,
γ射线穿透能力最强。
用一张纸就能把它挡住（最弱）
穿透能力较强，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板（较强）
甚至能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土（最强）
威耳逊云室
由微观粒子构成的射线，肉眼是看不见的。但是，射线中的粒子与其他物质作用时产生的现象，会显示射线的存在。威尔逊云室就是一种常用的射线探测装置。
剑桥卡文迪许实验室陈列的威尔逊云室
拓展学习
利用纯净的蒸气绝热膨胀，温度降低达到过饱和状态，这时带电粒子射入，在经过的路径产生离子，过饱和气以离子为核心凝结成小液滴，从而显示出粒子的径迹，可通过照相拍摄下来。云室中的气体大多是空气或氩气，蒸气大多是乙醇或甲醇。
提出问题：
为什么α射线在云室中的径迹是粗而直，β射线是细而弯？
因为 射线能将更多的气体分子电离，所以轨迹比较粗；
粒子的质量较 粒子大得多，运动方向不易改变，所以轨迹为直线。
二、原子核衰变
1、三种射线的特点
射线
射线
射线
电离能力
贯穿能力
速度
本质
0.99c
光速 c
0.1 c
高速氦核流
高速电子流
波长极短的电磁波(光子)
由于与物质中的微粒作用时会损失自己的能量，在空气中只能前进几厘米，用一张纸就能把它挡住。（最弱）
最强
较强
最弱
穿透能力较强，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板。（较强）
甚至能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土（最强）
二、原子核衰变
课堂练习
1、图中P为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线在电场的作用下分成a、b、c三束，以下判断正确的是（　　）
A．a为α射线、b为β射线
B．a的电离能力最强
C．b的穿透能力最强
D．b为α射线、c为γ射线
C
解析：α射线为氦核，带正电，电离能力最强，穿透能力最弱故应为射线c；β射线为电子流，带负电；γ射线不带电，电离能力最弱，穿透能力最强。
课堂练习
2．α、β和γ射线穿透物质的能力是不同的，为把辐射强度减到一半，所需铝板的厚度分别为 0.0005 cm、0.05 cm和8 cm，工业部门可以使用射线来测厚度．如图所示，轧钢厂的热轧机上可以安装射线测厚仪，仪器探测到的射线强度与钢板的厚度有关，轧出的钢板越厚，透过的射线越弱．因此，将射线测厚仪接收到的信号输入计算机，就可以对钢板的厚度进行自动控制．如果钢板的厚度需要控制为5 cm，请推测测厚仪使用的射线是(　　)
A．α射线　 B．β射线
C．γ射线 D．可见光
C
课堂练习
3、(多选)将α、β、γ三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场，图中表示射线偏转情况正确的是(　　)
A　　　　　 　 B　　　　 　 C　　　　 　　 D
[思路点拨]　(1)α粒子带正电、β粒子带负电，据洛伦兹力方向和电场力方向来判定．
(2)γ射线不带电，在磁场、电场中都不偏转．
AD
A　　　　　 　 B　　　　 　 C　　　　 　　 D
带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，其半径r＝，将数据代入，
则α粒子与β粒子的半径之比≈371
x＝v0t，y＝t2，消去t可得y＝，对某一确定的x值，α、β粒子沿电场线偏转距离之比
√
√
Part 02
原子核衰变
2、衰变的定义
衰变：放射性元素放射出粒子而转变为另一种元素(新核)的过程
①α衰变：原子核放出α粒子变成新的原子核
②β衰变：原子核放出β粒子变成新的原子核
③γ衰变: 伴随α衰变和β衰变
3、衰变的分类：
二、原子核衰变
新课导入
提出问题：这是14C元素衰变曲线（y轴为剩下份额-x轴为衰变时间），请问14C元素衰变时间存在什么规律？
放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间是稳定的。
14C元素衰变曲线
Part 03
半衰期
三、半衰期
1、半衰期的定义
半衰期：原子核数目因衰变减少到原来的一半所经过的时间
2、半衰期的特点
Rn222(氡)衰变成Po218 (钋)的半衰期为3.8天
Ra226(镭)衰变成Rn222 (氡)的半衰期为1620年
U238(铀)衰变成Th234的(钍)半衰期为4.5×109年
1)不同的放射性元素，半衰期不同
半衰期越大，衰变得越慢！
1、铀238的半衰期长达年，对某一个确定的铀238 原子核，我们能够准确预言它会在什么时候发生衰变吗？为什么？
思考与讨论
教材P110
2、若某原子核半衰期是2天，现在有两个这样的原子核，那么过两天后是不是就剩下一个了？
三、半衰期
1、半衰期的定义
半衰期：原子核数目因衰变减少到原来的一半所经过的时间
2、半衰期的特点
1)不同的放射性元素，半衰期不同
2)半衰期描述的是统计规律，研究单个原子核无法预测.
3)半衰期由原子核内部因素决定，与化学状态和外部条件没有关系.
半衰期越大，衰变得越慢！
三、半衰期
3、衰变规律
m 为衰变后剩下原子核质量
m0为衰变前的原子核质量
t 为衰变的时间
为元素的半衰期
三、半衰期
4、应用
利用天然放射性元素的半衰期可以估测岩石、化石和文物的年代．
情境：新疆文物考古研究所在2017年的1月、2月先后对罗布泊境内的古楼兰区域进行考古调查，在孔雀河下游北岸发现了一座古城，经过14C测定，古城的年代在东汉至魏晋时期，
请问：考古学家测量某古生物遗骸14C含量为现代生物14C含量的k倍，如何据此数据推算出古城遗址的年代呢？（14C的半衰期为5730年）
课堂练习
1、新发现的一种放射性元素X，它的氧化物X2O的半衰期为8天，X2O与F发生化学反应2X2O＋2F2===4XF＋O2之后，XF的半衰期为(　　)
A．2天 B．4天 C．8天 D．16天
C
解析:　放射性元素的衰变快慢由原子核内部的自身因素决定，与原子的化学状态无关，故半衰期仍为8天，A、B、D错误，C正确。
课堂练习
2、一质量为M的矿石中含有放射性元素钚，其中钚238的质量为m，已知钚的半衰期为88年，那么下列说法中正确的是( )
A. 经过176年后，这块矿石中基本不再含有钚
B. 经过176年后，有m钚元素发生了衰变
C. 经过88年后该矿石的质量为M－m
D. 经过264年后，钚元素的质量还剩
D
解析:半衰期表示有一半原子核发生衰变的时间，经过176年后，也就是2个半衰期，则还剩的原子核没有发生衰变，故A、B错误；经过88年后，m的钚衰变为另一种元素，但衰变后变成另一种元素的物质仍然留在矿石中，故C错误；经过264年后，也就是3个半衰期，钚元素的质量还剩，故D正确。
课堂小结
放射性元素的衰变
放射性的发现
原子核的衰变
半衰期
贝克勒尔
居里夫妇
三种射线的特点
(带电、贯穿和电离能力)
定义
三个特点
衰变规律