人教版高二物理第十九章第2节 放射性元素的衰变（共30张PPT）

(共30张PPT)
第十九章
原子核
第2节
放射性元素的衰变
“点石成金”的故事
晋朝的旌阳县曾有一个道术高深的县令，叫许逊。他能施符作法，替人驱鬼治病，百姓们见他像仙人一样神，就称他为许真君。
许逊真的能把石头点成金子吗？
新课引入
一次，由于年成不好，农民缴不起赋税。许逊便叫大家把石头挑来，然后施展法术，用手指一点，使石头都变成了金子。这些金子补足了百姓们拖欠的赋税。
新课引入
在古代，不论是东方还是西方，都有一大批人在追求“点石成金”之术，他们妄想把一些普通的矿石变成黄金。当然，这些炼金术之士的希望都破灭了，因为他们不知道一种物质变成另一种物质的根本在于原子核的变化。
不过，类似于“点石成金”的事情一直就在自然界中进行着，这就是伴随着天然放射现象发生的“衰变”。
原子核的衰变
通过上一节课的学习我们知道，在天然放射现象中原子核会放出
α
粒子或
β
粒子，这样由于核电荷数变了，它在元素周期表中的位置就变了，就变成另一种原子核。
我们把这种变化称为原子核的衰变。
衰变的种类
α
粒子是氦原子核
，原子核每放出一个α
粒子，质量数减少4，电荷数减少2，就成了新原子核
。
比如铀238核放出一个α
粒子后，质量数减少4，电荷数减少2，就变成了钍234核。
原子核自发放出α粒子而转变为新核的过程叫α衰变。
1、
?衰变:
衰变的种类
β
粒子是电子
，原子核每放出一个β
粒子，质量数不会改变但电荷数增加1，就成为新原子核
。
比如
发生α衰变后产生的
也具有放射性，它放出一个β
粒子后质量数没有改变，但电荷数增加了1
，就变成镤
。
原子核自发放出β粒子而转变为新核的过程叫β衰变。
2、
β衰变:
在衰变过程中，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。大量事实表明，原子核衰变时电荷数和质量数都守恒。
衰变的规律
衰变的规律
思考与讨论
在α衰变中，新核的质量数与原来的核的质量数有什么关系？相对于核在周期表中的位置，新核在周期表中的位置应当向前移还是向后移？要移动几位？你能概括出α衰变的质量数、核电荷数变化的一般规律吗？
在衰变过程中，原子核衰变时电荷数和质量数都守恒。
每发生一次α衰变，新核的质量数要减少4，电荷数要减少2，即原子序数减少2，这样新核在周期表中的位置要向前移动2位。
每发生一次β衰变，新核的质量数不改变，电荷数要增加1，即原子序数增加1，这样新核在周期表中的位置要向后移动1位。
衰变的规律
若原子符号用
表示，经一次衰变后变为
原子核，则α衰变方程和β衰变方程为：
β衰变：
α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。
练习
【练习】写出
的α衰变方程：
【练习】写出
的β衰变方程；
衰变的本质
?衰变是如何发生的？
事实表明，2个中子和2个质子能十分紧密地结合在一起，因此在一定的条件下它们会作为一个整体从较大的原子核中被抛射出来，即发生了?衰变。
衰变的本质
原子核里没有电子，β衰变是如何发生的？
研究发现，
β衰变实质是核内的中子
转化成了一个质子和一个电子。
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。所以新核的质量数不变，而电荷数增加1。
γ射线的产生：γ射线经常是伴随着α射线和β射线产生的，没有γ衰变。
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α、β和γ三种射线。
衰变的本质
一、原子核的衰变
1、衰变：原子核放出
α粒子或
β粒子转变为新原子核的过程叫做原子核的衰变。
（1）α衰变：放出α粒子的衰变。如：
板书设计
2、衰变的种类
（2）β衰变：放出β粒子的衰变。如：
3、衰变的规律
（1）原子核衰变时电荷数和质量数都守恒。
（2）每发生一次α衰变，原子核的质量数要减少4，电荷数要减少2，即原子序数减少2，这样新核在周期表中的位置要向前移动2位。
（3）每发生一次β衰变，原子核的质量数不改变，电荷数要增加1，即原子序数增加1，这样新核在周期表中的位置要向后移动1位。
（4）若原子符号用
表示，经过一次衰变后变为
原子核，则α衰变方程和β衰变方程为：
β衰变：
α衰变：
4、衰变的本质
（1）α衰变：原子核中2个中子和2个质子结合成为一个整体从核中抛射出来，发生α衰变。
（2）β衰变：原子核内的一个中子变成质子，
同时放出一个电子。
（3）γ射线的产生：γ射线经常是伴随着α射线和β射线产生的，没有γ衰变。
放射性同位素衰变的快慢有一定的规律。例如，氡222经过α衰变为钋218，如果隔一段时间测量一次氡的数量级就会发现，每过3.8天就有一半的氡发生衰变。也就是说，经过第一个3.8天，剩下一半的氡，经过第二个3.8天，剩有1/4的氡；再经过3.8天，剩有1/8的氡......
因此，我们可以用半衰期来表示放射性元素衰变的快慢。放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，
叫做这种元素的半衰期。
半衰期
m/m0
11.4
7.6
3.8
1/2
1/4
1/8
t
/天
0
氡的衰变
每经过3.8天氡222的剩余质量就是原来的一半了。
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
我们把放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，叫做这种元素的半衰期。
半衰期是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：
半衰期
思考与讨论
假如某放射性元素的半衰期是1天，试问8kg该元素经过1天、2天、3天、n天衰变所剩该元素质量分别为多少千克？
若放射性元素原来的质量为m0
、原子数为N0；剩余的质量m，剩余的原子数为N，半衰期为
，半衰期个数为n，经过时间t，则：
1、金属铋210可衰变成钋210，其半衰期是5天，经过多少天后，20g铋还剩1.25g?
4个半衰期，20天
练习题
2、已知钍234的半衰期是24天，1g钍经过120天后还剩多少？
放射性元素的剩余质量与原有质量的关系：
0.03125g
1、半衰期的长短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。
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。
半衰期
注意：
半衰期
1、人们利用地壳岩石中存在的微量的放射性元素的衰变规律，测定地球的年龄为46亿年。
2、碳14测年技术，14C是具有放射性的碳的同位素，能够自发的进行β衰变，变成氮，可以用它进行考古。
应用：
二、半衰期
1、半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，叫做这种元素的半衰期。
板书设计
2、意义：表示放射性元素衰变快慢的物理量，不同元素的半衰期不同。
3、半衰期的计算：
（1）m0原来的质量、N0为原子数；
（2）m为剩余的质量，N为剩余的原子数；
（3）
为半衰期
，t为经过的时间，n为半衰期个数。
板书设计
4、注意：
（1）半衰期的长短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。
（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。
5、应用：
（1）人们利用地壳岩石中存在的微量的放射性元素的衰变规律，测定地球的年龄为46亿年。
（2）碳14测年技术，14C是具有放射性的碳的同位素，能够自发的进行β衰变，变成氮，可以用它进行考古。
课堂训练
1、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
2、关于α、β、γ三种射线，下列说法中正确的是
（
）
A、α射线是原子核自发射出的氦核，它的电离作用最弱
B、β射线是原子核外电子电离形成的电子流，它具有中等的贯穿能力
C、γ射线一般伴随着α或β射线产生，它的贯穿能力最强
D、γ射线是电磁波，它的电离作用最强
课堂训练
C
课堂训练
3、（多选）如图所示，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为β射线，b为γ射线
C、b为γ射线，c为α射线
D、b为α射线，c为γ射线
BC
课堂训练
4、由原子核的衰变规律可知
(
)
A．放射性元素一次衰变可同时产生α射线和β射线
B．放射性元素发生β衰变时，新核的化学性质不变
C．放射性元素发生衰变的快慢不可人为控制
D．放射性元素发生正电子衰变时，新核质量数不变，核电荷数增加1
C
课堂训练
5、某原子核A的衰变过程为A
β
B
α
C
,下列说法正确的是
（
）
A、核A的质量数减核C的质量数等于5;
B、核A的中子数减核C的中子数等于2;
C、核A的中性原子中的电子数比原子核B的中性原子中的电子数多1;
D、核A的质子数比核C的质子数多1。
D
课堂训练
6、
经过一系列?衰变和?衰变后，可以变成稳定的元素铅206
，问这一过程?衰变和?衰变次数？
解：设经过x次?衰变，y次?衰变
238＝206＋4x
92
=
82
+
2x
-
y
x＝8
y＝6