第三章原子核3.2放射性衰变:51张PPT
文档属性
| 名称 | 第三章原子核3.2放射性衰变:51张PPT |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 804.9KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 教科版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2018-10-03 13:58:30 | ||
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文档简介
课件51张PPT。2
放射性 衰变一、天然放射性
1.定义:物质能_______放出射线的现象。
2.放射性:物质放出_____的性质。
3.放射性元素:具有_______的元素。
4.人们发现比铋(原子序数为_____)重的元素都是具
有_______的。自发地射线放射性4.83放射性【想一想】天然放射现象说明了什么?
提示:说明一些原子核是不稳定的,同时也说明原子核具有复杂的结构。二、衰变
1.放射性衰变:放射性元素是_______的,它们会自发
地蜕变为另一种元素,同时放出射线的现象。
2.衰变形式:常见的衰变有两种,放出α粒子的衰变
为_______,放出β粒子的衰变叫_______,而_______
是伴随α射线或β射线产生的。不稳定α衰变β衰变γ射线3.放射线的本质:很强电磁波最大铅板4.衰变规律:
(1)α衰变:
(2)β衰变:
在衰变过程中,电荷数和质量数_______。都守恒【判一判】
(1)放射性原子核发生一次β衰变,质子数增
加1。 ( )
(2)一次衰变可以同时产生α射线和β射线。( )
(3)衰变产生的三种射线都是从原子核释放出来
的。 ( )提示:(1)因为β射线是高速电子流,衰变时电荷数守恒,故质子数增加1,(1)正确。
(2)一次衰变只能产生α射线和β射线中的一种,(2)错。
(3)衰变是发生在原子核内的现象,(3)正确。三、半衰期
1.定义:放射性元素衰变减少至_____________所需
的时间。
2.影响因素:
元素半衰期的长短由原子核_____因素决定,跟原子
所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单
质、化合物)_____。原有数目一半自身无关【想一想】半衰期是指一个放射性原子核衰变到稳定核所经历的时间吗?
提示:半衰期是一个统计概念,是对大量原子核衰变规律的总结,对于单个原子核,半衰期是没有意义的。知识点一、对三种射线的认识
思考探究:
放射性元素放出的射线,在电场中分成a、b、c三束,如图所示。根据以上信息,思考以下问题:
(1)a、b、c三种射线分别带何种电荷?
(2)如果不用电场,还可以用什么方法判断三种射线的带电性质?【归纳总结】
1.衰变方程通式:
α衰变:
β衰变:2.实验发现:元素具有放射性是由原子核本身的因素决定的,跟原子所处的物理或化学状态无关。不管该元素是以单质的形式存在,还是和其他元素形成化合物,或者对它施加压力,或者升高它的温度,它都具有放射性。3.三种射线都是高速运动的粒子,能量很高,都来自于原子核内部,这也使我们认识到原子核蕴藏有巨大的核能,原子核内也有极其复杂的结构。【特别提醒】
元素的放射性是由元素的原子核决定的。射线是从元素的原子核中放出的,如β射线中的电子不是原子核外面的电子跃迁出来形成的。放射现象说明了原子核是具有结构的。【典例探究】
【典例】关于天然放射现象,下列说法正确的
是 ( )
A.α射线是由氦原子核衰变产生
B.β射线是由原子核外电子电离产生
C.γ射线是由原子核外的内层电子跃迁产生
D.通过化学反应不能改变物质的放射性【思路点拨】解答本题首先要明确天然放射现象中三种射线的产生机理,另外还要知道影响天然放射现象的因素。【正确解答】选D。α射线是在α衰变中产生的,本质是氦核,A错误;β射线是在β衰变中产生的,本质是高速电子流,B错误;γ射线是发生α衰变和β衰变时原子核发生能级跃迁而产生的电磁波,C错误;物质的放射性由原子核内部自身的因素决定,与原子所处的化学状态和外部条件无关,D正确。【总结提升】放射性问题的解题方法
1.明确原子核衰变的三种射线实质:
α射线是氦核,β射线是电子流。
γ射线是不带电的电磁波,穿透能力依次增强。2.出现天然放射现象的原因:
(1)α、β射线均是从原子核中放出的带电粒子。
(2)γ射线是处于激发态的原子核放出的高频电磁波。
(3)元素的放射性由元素的原子核决定,与外界因素及物质所处的状态无关。【过关训练】
1. 经过m次α衰变和n次β衰变,变成
则 ( )
A.m=7,n=3 B.m=7,n=4
C.m=14,n=9 D.m=14,n=18
【解析】选B。根据题意有:235-4m=207,92-2m+n=82,解两式得m=7,n=4,选项B正确。2.天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验结果如图所示,由此可推知 ( )A.②来自于原子核外的电子
B.①的电离作用最强,是一种电磁波
C.③的电离作用较强,是一种电磁波
D.③的电离作用最弱,属于原子核内释放的光子【解析】选D。在三种射线中,穿透能力由弱到强依次是α射线、β射线、γ射线.即①为α射线,②为β射线,③为γ射线。三种射线均来自于原子核,A错;α射线电离作用最强,不是电磁波,B错;γ射线电离作用最弱,它是原子核内释放的光子或者说是电磁波,C错,D正确。知识点二、半衰期的理解与应用
思考探究:
在现代考古学中,从一座古代遗址中挖掘出一块木片,应用“放射性碳14定年法”就可以推测这座遗址的年代。如果现在有一个从远古居民遗址中挖掘出来的木片,其碳14的含量只是活体的二分之一。请思考以下问题:(1)如何确定这个木片大约是多少年前的?
(2)这座远古居民遗址大约是多少年前的?【归纳总结】
1.常用公式:N余=N原 ( )t/τ,m=M ( )t/τ。
式中N原、M表示衰变前的放射性元素的原子数和质量,N余、m表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量,t表示衰变时间,τ表示半衰期。2.规律的特征:放射性元素的半衰期是稳定的,是由元素的原子核内部因素决定,跟原子所处的物理状态(如压强、温度)或化学状态(如单质、化合物)无关。3.规律的理解:半衰期是一个统计规律,只对大量的原子核有意义,对少数原子核没有意义。某一个原子核何时发生衰变,是不可知的,当原子核数目特别少时,公式不再成立,如10个原子核经过半衰期剩几个?这样的问题无法处理。
4.规律的用途: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。【特别提醒】
每一种元素的半衰期都能反映原子核内部的性质,与所处的外部条件无关,即不能通过采用改变压强、温度及化学反应来影响元素的半衰期。【典例探究】
【典例】14C测年法是利用14C衰变规律对古生物进行年代测定的方法。若以横坐标t表示时间,以纵坐标m表示任意时刻14C的质量,m0为t=0时14C的质量。下列选项中能正确反映14C衰变规律的是 ( )【思路点拨】根据元素的衰变常用公式确定出m与t的函数关系,即可作出判断。【正确解答】选C。由衰变规律公式m=M 可知,m随时间t的增大而逐渐减小,而且变化得越来越慢,故C正确。【过关训练】
1.关于半衰期,下列说法正确的是 ( )
A.同种放射性元素在化合物中的半衰期比在单质中长
B.升高温度可以使半衰期缩短
C.氡的半衰期是3.8天,若有4个氡原子核,经过7.6天就只剩下1个
D.氡的半衰期是3.8天,4g氡原子核,经过7.6天就只剩下1g【解析】选D。半衰期由原子核内部因素决定,与温
度和化学反应状态无关,A、B错。半衰期是一个统计
规律,对少数原子核没有意义,C错。由m=M 得
解得m= M= ×4g=1g,故D正确。2.(多选)(2015·山东高考)14C发生放射性衰变成为14N,半衰期约5700年。已知植物存活期间,其体内14C与12C的比例不变;生命活动结束后,14C的比例持续减少。现通过测量得知,某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一。下列说法正确的是( )A.该古木的年代距今约5700年
B.12C、13C、14C具有相同的中子数
C.14C衰变为14N的过程中放出β射线
D.增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变【解析】选A、D。剩余的碳14占 ,表明经过了一个半衰期,A正确;碳14、13、12的质子数相同,质量数不同,中子数不同,B错误;碳14变为氮14,质量数未变,放出的是电子流,即β射线,C正确;半衰期不受外界环境影响,D错误。【补偿训练】
若已知 的半衰期为5 730年,某骸骨中 的含量
为活着的生物体中 的 ,可推断该生物死亡距今
约多少年?【解析】设古生物骸骨中含有的 原来的质量为M,
现在的质量为m,距今的时间为t。
由m=
解得t=11 460年。
答案:11 460年【温馨提示】α衰变、β衰变规律的综合应用涉及对α粒子和β粒子本质的认识,还涉及核反应方程的书写,是本部分常考查的内容之一。【拓展例题】考查内容:α衰变、β衰变的规律等知
识的考查放射性元素 经过______次α衰变和
______次β衰变变成了稳定元素 【思路点拨】解答本题时可以根据质量数变化确定α衰变次数,根据电荷数变化确定β衰变次数.【正确解答】方法一:由于β衰变不会引起质量数的
减少,故可先根据质量数的减少确定α衰变的次数.
因为每进行一次α衰变,质量数减少4,所以α衰变的
次数为:x=
再结合核电荷数的变化情况和衰变规律来判断β衰变的次数.6次α衰变,电荷数应减少2×6=12(个),而每进行一次β衰变,电荷数增加1,所以β衰变的次数为:y=12-(90-82)=4
方法二:设经过x次α衰变、y次β衰变,根据质量数和电荷数守恒得:232=208+4x,90=82+2x-y
两式联立得x=6,y=4.
答案:6 4对衰变本质的认识
(1)α粒子是原子核内的2个质子和2个中子结合在一起发射出来的(α粒子结构特别稳定)。(2)β粒子是原子核内的中子转化为质子时发射出来
的,其转化方程为 不是原子核内有单独存在的电子,更不是由核外电子运动形成的。
(3)γ射线是在发生α衰变或β衰变时产生的新原子核处于不稳定的高能级(激发态)向低能级跃迁时放出的光子。【案例展示】原子核发生β衰变时,此β粒子
是 ( )
A.原子核外的最外层电子
B.原子核外的电子跃迁时放出的光子
C.原子核内存在着的电子
D.原子核内的一个中子变成一个质子时,放射出一个电子【正确解答】选D。β粒子是原子核内的中子转化为
质子时发射出来的,其转化方程为 它不是原子核外的电子跃迁或电离产生的,也不是原子核中存在的电子,故只有D正确。【易错分析】本题易错选项及错误原因分析如下:
放射性 衰变一、天然放射性
1.定义:物质能_______放出射线的现象。
2.放射性:物质放出_____的性质。
3.放射性元素:具有_______的元素。
4.人们发现比铋(原子序数为_____)重的元素都是具
有_______的。自发地射线放射性4.83放射性【想一想】天然放射现象说明了什么?
提示:说明一些原子核是不稳定的,同时也说明原子核具有复杂的结构。二、衰变
1.放射性衰变:放射性元素是_______的,它们会自发
地蜕变为另一种元素,同时放出射线的现象。
2.衰变形式:常见的衰变有两种,放出α粒子的衰变
为_______,放出β粒子的衰变叫_______,而_______
是伴随α射线或β射线产生的。不稳定α衰变β衰变γ射线3.放射线的本质:很强电磁波最大铅板4.衰变规律:
(1)α衰变:
(2)β衰变:
在衰变过程中,电荷数和质量数_______。都守恒【判一判】
(1)放射性原子核发生一次β衰变,质子数增
加1。 ( )
(2)一次衰变可以同时产生α射线和β射线。( )
(3)衰变产生的三种射线都是从原子核释放出来
的。 ( )提示:(1)因为β射线是高速电子流,衰变时电荷数守恒,故质子数增加1,(1)正确。
(2)一次衰变只能产生α射线和β射线中的一种,(2)错。
(3)衰变是发生在原子核内的现象,(3)正确。三、半衰期
1.定义:放射性元素衰变减少至_____________所需
的时间。
2.影响因素:
元素半衰期的长短由原子核_____因素决定,跟原子
所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单
质、化合物)_____。原有数目一半自身无关【想一想】半衰期是指一个放射性原子核衰变到稳定核所经历的时间吗?
提示:半衰期是一个统计概念,是对大量原子核衰变规律的总结,对于单个原子核,半衰期是没有意义的。知识点一、对三种射线的认识
思考探究:
放射性元素放出的射线,在电场中分成a、b、c三束,如图所示。根据以上信息,思考以下问题:
(1)a、b、c三种射线分别带何种电荷?
(2)如果不用电场,还可以用什么方法判断三种射线的带电性质?【归纳总结】
1.衰变方程通式:
α衰变:
β衰变:2.实验发现:元素具有放射性是由原子核本身的因素决定的,跟原子所处的物理或化学状态无关。不管该元素是以单质的形式存在,还是和其他元素形成化合物,或者对它施加压力,或者升高它的温度,它都具有放射性。3.三种射线都是高速运动的粒子,能量很高,都来自于原子核内部,这也使我们认识到原子核蕴藏有巨大的核能,原子核内也有极其复杂的结构。【特别提醒】
元素的放射性是由元素的原子核决定的。射线是从元素的原子核中放出的,如β射线中的电子不是原子核外面的电子跃迁出来形成的。放射现象说明了原子核是具有结构的。【典例探究】
【典例】关于天然放射现象,下列说法正确的
是 ( )
A.α射线是由氦原子核衰变产生
B.β射线是由原子核外电子电离产生
C.γ射线是由原子核外的内层电子跃迁产生
D.通过化学反应不能改变物质的放射性【思路点拨】解答本题首先要明确天然放射现象中三种射线的产生机理,另外还要知道影响天然放射现象的因素。【正确解答】选D。α射线是在α衰变中产生的,本质是氦核,A错误;β射线是在β衰变中产生的,本质是高速电子流,B错误;γ射线是发生α衰变和β衰变时原子核发生能级跃迁而产生的电磁波,C错误;物质的放射性由原子核内部自身的因素决定,与原子所处的化学状态和外部条件无关,D正确。【总结提升】放射性问题的解题方法
1.明确原子核衰变的三种射线实质:
α射线是氦核,β射线是电子流。
γ射线是不带电的电磁波,穿透能力依次增强。2.出现天然放射现象的原因:
(1)α、β射线均是从原子核中放出的带电粒子。
(2)γ射线是处于激发态的原子核放出的高频电磁波。
(3)元素的放射性由元素的原子核决定,与外界因素及物质所处的状态无关。【过关训练】
1. 经过m次α衰变和n次β衰变,变成
则 ( )
A.m=7,n=3 B.m=7,n=4
C.m=14,n=9 D.m=14,n=18
【解析】选B。根据题意有:235-4m=207,92-2m+n=82,解两式得m=7,n=4,选项B正确。2.天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验结果如图所示,由此可推知 ( )A.②来自于原子核外的电子
B.①的电离作用最强,是一种电磁波
C.③的电离作用较强,是一种电磁波
D.③的电离作用最弱,属于原子核内释放的光子【解析】选D。在三种射线中,穿透能力由弱到强依次是α射线、β射线、γ射线.即①为α射线,②为β射线,③为γ射线。三种射线均来自于原子核,A错;α射线电离作用最强,不是电磁波,B错;γ射线电离作用最弱,它是原子核内释放的光子或者说是电磁波,C错,D正确。知识点二、半衰期的理解与应用
思考探究:
在现代考古学中,从一座古代遗址中挖掘出一块木片,应用“放射性碳14定年法”就可以推测这座遗址的年代。如果现在有一个从远古居民遗址中挖掘出来的木片,其碳14的含量只是活体的二分之一。请思考以下问题:(1)如何确定这个木片大约是多少年前的?
(2)这座远古居民遗址大约是多少年前的?【归纳总结】
1.常用公式:N余=N原 ( )t/τ,m=M ( )t/τ。
式中N原、M表示衰变前的放射性元素的原子数和质量,N余、m表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量,t表示衰变时间,τ表示半衰期。2.规律的特征:放射性元素的半衰期是稳定的,是由元素的原子核内部因素决定,跟原子所处的物理状态(如压强、温度)或化学状态(如单质、化合物)无关。3.规律的理解:半衰期是一个统计规律,只对大量的原子核有意义,对少数原子核没有意义。某一个原子核何时发生衰变,是不可知的,当原子核数目特别少时,公式不再成立,如10个原子核经过半衰期剩几个?这样的问题无法处理。
4.规律的用途: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。【特别提醒】
每一种元素的半衰期都能反映原子核内部的性质,与所处的外部条件无关,即不能通过采用改变压强、温度及化学反应来影响元素的半衰期。【典例探究】
【典例】14C测年法是利用14C衰变规律对古生物进行年代测定的方法。若以横坐标t表示时间,以纵坐标m表示任意时刻14C的质量,m0为t=0时14C的质量。下列选项中能正确反映14C衰变规律的是 ( )【思路点拨】根据元素的衰变常用公式确定出m与t的函数关系,即可作出判断。【正确解答】选C。由衰变规律公式m=M 可知,m随时间t的增大而逐渐减小,而且变化得越来越慢,故C正确。【过关训练】
1.关于半衰期,下列说法正确的是 ( )
A.同种放射性元素在化合物中的半衰期比在单质中长
B.升高温度可以使半衰期缩短
C.氡的半衰期是3.8天,若有4个氡原子核,经过7.6天就只剩下1个
D.氡的半衰期是3.8天,4g氡原子核,经过7.6天就只剩下1g【解析】选D。半衰期由原子核内部因素决定,与温
度和化学反应状态无关,A、B错。半衰期是一个统计
规律,对少数原子核没有意义,C错。由m=M 得
解得m= M= ×4g=1g,故D正确。2.(多选)(2015·山东高考)14C发生放射性衰变成为14N,半衰期约5700年。已知植物存活期间,其体内14C与12C的比例不变;生命活动结束后,14C的比例持续减少。现通过测量得知,某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一。下列说法正确的是( )A.该古木的年代距今约5700年
B.12C、13C、14C具有相同的中子数
C.14C衰变为14N的过程中放出β射线
D.增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变【解析】选A、D。剩余的碳14占 ,表明经过了一个半衰期,A正确;碳14、13、12的质子数相同,质量数不同,中子数不同,B错误;碳14变为氮14,质量数未变,放出的是电子流,即β射线,C正确;半衰期不受外界环境影响,D错误。【补偿训练】
若已知 的半衰期为5 730年,某骸骨中 的含量
为活着的生物体中 的 ,可推断该生物死亡距今
约多少年?【解析】设古生物骸骨中含有的 原来的质量为M,
现在的质量为m,距今的时间为t。
由m=
解得t=11 460年。
答案:11 460年【温馨提示】α衰变、β衰变规律的综合应用涉及对α粒子和β粒子本质的认识,还涉及核反应方程的书写,是本部分常考查的内容之一。【拓展例题】考查内容:α衰变、β衰变的规律等知
识的考查放射性元素 经过______次α衰变和
______次β衰变变成了稳定元素 【思路点拨】解答本题时可以根据质量数变化确定α衰变次数,根据电荷数变化确定β衰变次数.【正确解答】方法一:由于β衰变不会引起质量数的
减少,故可先根据质量数的减少确定α衰变的次数.
因为每进行一次α衰变,质量数减少4,所以α衰变的
次数为:x=
再结合核电荷数的变化情况和衰变规律来判断β衰变的次数.6次α衰变,电荷数应减少2×6=12(个),而每进行一次β衰变,电荷数增加1,所以β衰变的次数为:y=12-(90-82)=4
方法二:设经过x次α衰变、y次β衰变,根据质量数和电荷数守恒得:232=208+4x,90=82+2x-y
两式联立得x=6,y=4.
答案:6 4对衰变本质的认识
(1)α粒子是原子核内的2个质子和2个中子结合在一起发射出来的(α粒子结构特别稳定)。(2)β粒子是原子核内的中子转化为质子时发射出来
的,其转化方程为 不是原子核内有单独存在的电子,更不是由核外电子运动形成的。
(3)γ射线是在发生α衰变或β衰变时产生的新原子核处于不稳定的高能级(激发态)向低能级跃迁时放出的光子。【案例展示】原子核发生β衰变时,此β粒子
是 ( )
A.原子核外的最外层电子
B.原子核外的电子跃迁时放出的光子
C.原子核内存在着的电子
D.原子核内的一个中子变成一个质子时,放射出一个电子【正确解答】选D。β粒子是原子核内的中子转化为
质子时发射出来的,其转化方程为 它不是原子核外的电子跃迁或电离产生的,也不是原子核中存在的电子,故只有D正确。【易错分析】本题易错选项及错误原因分析如下: