人教版高中物理选修3-5 19．2放射性元素的衰变（共34张PPT）

(共34张PPT)
放射性元素的衰变
教学目标
知道原子核的衰变?
会用半衰期描述衰变的速度，知道半衰期的统计意义
知道两种衰变的规律，能够熟练写出衰变方程
教学重点
教学难点
原子核的衰变规律及半衰期
半衰期描述的对象
三种放射性射线的性质
前情回顾
原子核放出α粒子或β粒子，由于核电荷数变了，它在周期表中的位置就变了，变成另一种原子核。
射线种类
组成物质
速率
贯穿本领
电离本领
最弱
最强
较弱
最强
最弱
较弱
电子
接近c
c
理解α衰变和β衰变??
理解衰变过程的电荷数和质量数守恒?
会处理简单的核反应方程
放射性元素的衰变
衰变
定义：
原子核放出α粒子或β粒子转变为新核的变化叫做原子核的衰变
种类：
①α衰变：放出α粒子的衰变，如
②β衰变：放出β粒子的衰变，如
规律：原子核发生衰变时，衰变前后的电荷数和质量数都守恒
衰变方程：
衰变
α衰变：
β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。
原子核衰变的分类
（1）α衰变:原子核放出α粒子的衰变叫做α衰变
原子核进行α衰变时，
质量数减少4，电荷数减少2
α衰变的实质：
在放射性元素的原子核中，2个中子和2个质子结合得比较牢固，有时会作为一个整体从较大的原子核中释放出来，这就是放射性元素发生的α衰变现象
本质：
原子核内少两个质子和两个中子
（2）β衰变:原子核放出β粒子的衰变叫做β衰变
原子核衰变的分类
原子核进行"β"衰变时，
质量数不变，电荷数增加1
β衰变的实质：
原子核中的中子转化成一个质子且放出一个电子即β粒子，使核电荷数增加1，但β衰变不改变原子核的质量数
本质：
原子核内的一个中子变成质子，同时放出一个电子
原子核衰变的分类
发生β衰变时，新核在元素周期表中的位置怎样变化？
根据β衰变方程
知道，新核核电荷数增加了1个，原子序数增加1个，故在元素周期表上向后移了1位
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
γ粒子是不带电的粒子，因此γ射线并不影响原子核的核电荷数，故γ射线不会改变元素在周期表中的位置
原子核衰变的分类
说明：
元素的放射性与元素存在的状态无关
放射性元素衰变的说明
放射性表明原子核是有内部结构的
注意：
①一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。
②衰变后元素的化学性质发生了变化，即：生成了新的原子核！
写出下列各放射性元素的α衰变方程：（1）?
?
?
（钍核）；（2）?
?
（铜核）。
原子核衰变方程的书写
写出下列各放射性元素的β衰变方程：（1）?
?
?
（铋核）；（2）?
?
?
?
?
?
?
?（钋核）。
原子核衰变方程的书写
8次α衰变，6次β衰变，
中子数减少
22个.
(铀)要经过几次α衰变和β衰变，才能变为?
?
?
?
(铅)？
衰变次数的计算
它的中子数减少了多少？
4次α衰变，2次β衰变
衰变次数的计算
?
?
?（铀核）衰变为?
?
?
?
（氡核）要经过几次α衰变，几次β衰变？
确定衰变次数的方法
衰变次数的计算
设放射性元素?
?
?经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素?
则衰变方程为
根据电荷数守恒的质量数守恒可列方程
联立解得：
小结
α衰变:原子核放出α粒子的衰变叫做α衰变
β衰变:原子核放出β粒子的衰变叫做β衰变
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
氡222经过α衰变成为钋218
每过3.8天就有一半的氡发生了衰变
经过第一个3.8天，剩有一半的氡
经过第二个3.8天，剩有?
?
?的氡
再经过3.8天，剩有?
?
?的氡
氡的衰变
纵坐标表示的是任意时刻氡的质量m与t=0时的质量m0的比值
……
了解放射性元素衰变规律??
了解半衰期与衰变几率的关系
半衰期
半衰期（T）
定义：
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。
意义：表示放射性元素衰变快慢的物理量
不同的放射性元素其半衰期不同
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?
?
?
?
?
?
?
年
影响因素：半衰期的长短是由原子核内部本身的因素决定的，与原子所处的物理状态（如温度、压强）、化学状态（如单质、化合物）无关
半衰期（T）
衰变是微观世界里原子核的行为
微观世界规律的特征之一在于“单个的微观事件是不可预测的”
适用条件：
半衰期是一个统计概念，只对大量的原子核才适用，对少数原子核是不适用的．“单个的微观事件是不可预测的”
对于一个特定的氡原子，
我们只知道它发生衰变的概率，
而不知道它将何时发生衰变。
一个特定的氡原子可能在下1s就衰变，
也可能在10min之内衰变，
也可能在200万年之后再衰变
但是对于大量氡核，
可以准确预言1s后，10min后，或200万年后，各会剩下百分之几没有衰变
半衰期（T）的公式
根据半衰期的定义，原子核的数目半数发生衰变所用的时间叫做该元素的半衰期。可推测出如下公式：
放射性元素的剩余数目与原有数目的关系：
放射性元素的剩余质量与原有质量的关系：
表示衰变时间
表示半衰期
表示衰变前的放射性元素的原子数和质量
表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量
半衰期（T）的公式
注意：
①半衰期是指放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间而不是样本质量减少一半的时间
②注意区分两个质量：
已发生衰变的质量
未发生衰变的质量
半衰期（T）的公式
某放射性元素的半衰期为4天，若有100个这样的原子核，经过4天后还剩50个，这种说法对吗？
半衰期是大量放射性元素的原子核衰变时所遵循的统计规律，不能用于少量的原子核发生衰变的情况。
因此，经过4天后，100个原子核有多少发生衰变是不能确定的，所以这种说法不对
半衰期（T）的公式的应用
已知钍234的半衰期是24天，1g钍经过120天后还剩多少？
计算表达式:
放射性元素的剩余质量与原有质量的关系：
0.03125g
铋210的半衰期是5天，经过多少天后，20g铋还剩1.25g？
20天
半衰期（T）的公式的应用
利用半衰期非常稳定这一特点，可以测量其衰变程度、推断时间
半衰期的应用
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。
考古学家确定古木年代的方法是用放射性同位素作为“时钟”，来测量漫长的时间，这叫做放射性同位素鉴年法．
②碳14测年技术，?
?
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。
?
半衰期的应用
碳14的半衰期是5730年。现有一份古代生物遗骸，其中碳14在碳原子中所占的比例只相当于现代生物中的四分之一，请推算生物的死亡时间。
解：生物遗骸的碳14在碳原子中所占的比例只相当于现代生物中的四分之一，说明遗骸中碳14经历了漫长时间的衰变，剩余的碳14的质量是开始时的1/4.
因此有：
所以：
总结
原子核的衰变
半衰期
定义：
规律：
分类：
定义：
公式：
说明：
原子核放出α粒子或β粒子转变为新核的变化叫做原子核的衰变
电荷数和质量数都守恒
①α衰变；
②β衰变
γ射线经常是伴随着α射线和β射线产生的，没有γ衰变
放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间
不同的放射性元素，半衰期不同
①放射性元素衰变的快慢是核内部自身因素决定
②放射性元素半衰变是一个统计规律
对于?
?
?，考古学界的人一般比较熟悉，因为它用于年代测定研究已有较长的历史了。
碳14与考古
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?
?
之所以可用于年代测定是由于它的放射性特征。?
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?属于长寿命放射性元素，它的半衰期为5730年。即经过5730年它的能量衰减掉一半
碳14与考古
?
?
?来自于高空宇宙中子射线与大气氦的作用随之生成?
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?
?
?
?
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，通过循环、交换作用与大气充分混合；
海水中的碳酸盐类物质通过与空气中的?
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?
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发生交换而使其在海水中混合均匀，达到交换平衡；
植物经光合作用吸收?
?
?
?
?，动物食用植物，通过食物链而使体内?
?
?
水平与大气?
?
?
水平保持平衡……
由此，整个自然界?
?
?
?水平达到均衡。而当动植物死亡时，其生物体处于封闭状态，不再与外界发生交换
体内?
?
?
水平通过本身自然衰变而呈负指数形式降低。将死亡物质中的?
?
?
水平与自然界总体水平相比较，即可推算出该物质的死亡年代，这是?
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?
测年代的依据
碳14与考古
这一方法使由美国科学家Libby建立的，为此Libby也获得了1960年的诺贝尔化学奖
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?
测年方法引入我国是在六十年代，当时在夏鼐（nai）先生的关心和支持下，中国社会科学考古所的仇士华、蔡莲珍先生创建了我国第一所?
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?测年实验室，后来中科院地质所、背景大学考古系等?
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?实验室也相继成立。
大量考古学样品的测定为我国年代学研究提供了证据。?
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?测年方法引入考古学研究被誉为考古学发展史上的一次革命，它将考古学研究中得到的相对年代转变为绝对年代，给考古学带来了质的飞跃，使研究更加科学化，促进了考古学研究的深入
威拉得·利比
夏鼐所长带领外宾参观碳十四实验室
碳14与考古
1986年后，随着高精度?
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?
—树轮校正曲线的建立，?
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测年研究逐渐上升到了一个新的水平。在高精度测量的基础上一些列样品方法的研究与应用，使一般上百年的年代误差可以缩小到30年~40年，这使得历史年代的?
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?定年成为可能。
夏商周断代工程中?
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?测年技术与考古相结合，应用高精度系列样品方法成功研究测定了陕西长安马王村先周-西周系列，定出了武王伐商的年代范围，使原先史学界争论多年的100多年的可能范围缩小到30年，为公元前1050年~1020年。
而这一年代与根据天文学研究所得到的结果不谋而合，同时研究测定了二里头系列、商前期、晚商、西周等系列，建立起了夏商周?
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?年代框架，为最终实现夏商周三代年表的建立提供了依据