5.2 原子核衰变及半衰期（共24张PPT）课件 2024-2025学年高二物理鲁科版（2019）选择性必修第三册

(共24张PPT)
第五章 原子核与核能
第2节 原子核衰变及半衰期
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.知道放射性的应用、污染与防止。
原子核自发释放出射线，说明该原子核不稳定，释放出射线之后就会变为其它元素的原子核。我们把这个变化称为原子核衰变。
一、原子核的衰变
根据放出粒子的不同
放出 α 粒子： α 衰变
放出 β 粒子：β 衰变
（氦核 ）
（电子 ）
1. α衰变
α 粒子
核
核
用一般方程表达为：
思考：在衰变中遵循什么规律呢？
注意：
（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。
+
+
在这个衰变过程中，衰变前的质量数等于衰变后的质量数之和；衰变前的电荷数等于衰变后的电荷数之和。
规律：原子核衰变时电荷数和质量数都守恒
X
元素符号
质量数
A
（核）电荷数
Z
两边的质量数：238
234+4
=
两边的电荷数：92
90+2
=
+
2. β衰变
核
β粒子
核
用一般方程表达为：
思考：原子核内不是没有电子吗？怎么又说原子核会放出电子？
+
+
β衰变的实质在于核内的中子转化成了一个质子和一个电子。
中子
质子
电子
转化
和
这种转化产生的电子发射到核外，就是β 粒子；与此同时，新核少了一个中子，却增加了一个质子。所以，新核质量数不变，而电荷数增加1。
+
在原子核衰变过程中产生的新核，有些处于激发态，这些不稳定的激发态会辐射出光子（γ 射线）而变成稳定的状态。
在自然界中，放射性元素往往要经历一系列的衰变，直到变为一种稳定的非放射性元素为止。
例如，天然放射性元素 (镭）衰变成不具有放射性的元素 （铅）时，经历了14次衰变，同时释放出γ射线。
二、半衰期
2.意义：表示放射性元素衰变快慢的物理量
1.定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间
3.公式：
设某放射性元素的半衰期为T，原来的质量为M，经过时间t，该元素的剩余质量m为:
不同元素的放射性半衰期一般不同
半衰期为1.6×103年
半衰期为4.5×109年
半衰期为5.27年
半衰期为3.0×10-7秒
4.半衰期是由原子核内部本身的因素决定的，与原子所处的物理、化学状态无关。
5.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.利用碳14检测年代
三、放射性的应用
2.示踪原子：在某种元素里掺进一些该元素的放射性同位素，用仪器探测它放出的射线，就可查明这种元素的行踪。
3.培优、保鲜：利用 γ 射线照射种子，可使种子内的遗传物质发生变异，培育出新的优良品种
经照射 未经照射
培优育种
4.同位素电池
放射性同位素电池是一种把放射性同位素衰变时释放的能量转化成电能的装置，它体积小、功率大、使用寿命长，可作为人造卫星、宇宙飞船、海洋工程设施等的电源；
5.γ射线探伤
利用γ射线穿透能力强的特点，可探查金属内部有没有缺陷或裂纹，这种无损探伤技术已广泛应用于冶金和机械工业。
四、放射性污染和防护
过量的放射线会对环境造成污染，对人类和自然界产生破坏作用。放射性污染主要来自核爆炸、核泄漏和医疗照射。在核电站、医院等地方，都设有辐射警示标志。
1.放射性污染：核爆炸在最初几秒钟辐射出来的是强烈的γ射线和中子流，这些射线具有很强的穿透能力，对人体和其他生物体有很强的杀伤作用。核工业和核科学研究中的放射性原材料一旦泄漏，会对生物体和环境产生长期的辐射，重者使人当场死亡，轻者使人患放射性疾病。
2.放射性防护：为了避免放射线的伤害，人们要尽量减少受辐射的时间，同时采取必要的防范措施。
科研单位、医院和学校实验室中使用的放射源都必须装在铅制容器中，放置放射源的铅容器要锁好并贴上警示标志；核工业废料要放在厚厚的重金属箱内，深埋于地下或深海。在学校里，学生做核物理实验使用的都是放射性很弱的放射源，即便如此，在拿放射源时也要使用特制的镊子，并且不能让放射源靠近眼睛。在放射源与人体之间加屏蔽物能起到防护作用，铅的屏蔽作用最好，水、水泥等也常用作屏蔽物。
1.1934年，约里奥—居里夫妇用α粒子轰击铝核，产生了第一个人工放射性核素X：。X的原子序数和质量数分别为( 　 )
A.15和28 B.15和30
C.16和30 D.17和31
B
2.嫦娥五号”月壤样品研究取得了最新成果,科研人员利用铀-铅 定
年法,对样品中的富铀玄武岩矿物进行分析,证实了月球最“年轻”玄武岩年龄为
亿年。该定年法中的一个衰变链为经一系列 、 衰变后形成稳定
的,此过程中衰变方程为,则、 分别为( )
C
A.6,4 B.5,8 C.8,6 D.8,10
3. 关于放射性元素的半衰期，下列说法正确的是（ ）
A．半衰期是原子核全部衰变所需时间的一半
B．半衰期是原子核有半数发生衰变所需的时间
C．半衰期是原子量减少一半所需的时间
D．半衰期是元素质量减少一半所需的时间
B
4.(多选)地球的年龄到底有多大，科学家利用天然放射性元素的衰变规律，通过对目前发现最古老的岩石中铀和铅含量来推算.测得该岩石中现含有的铀是岩石形成初期时(岩石形成初期时不含铅)的一半，铀238衰变后形成铅206，铀238的相对含量随时间变化的规律如图所示，图中N为铀238的原子数，N0为铀和铅的总原子数.由此可以判断下列选项正确的是（ ）
A.铀238的半衰期为90亿年
B.地球的年龄大约为45亿年
C.被测定的古老岩石样品在90亿年时的铀、铅原子数之比约为1∶4
D.被测定的古老岩石样品在90亿年时的铀、铅原子数之比约为1∶3
BD
原子核衰变和半衰期
原子核的衰变
半衰期
放射性的应用
①α衰变
②β衰变
定义
意义
公式
原子核放出粒子或粒子转变为新核的变化
放射性污染和防护