_沪科教 课标版_选修3-5_4.2原子核的衰变 课件40张PPT

4.2　原子核的衰变
第4章　从原子核到夸克
[学习目标]
1.知道什么是放射性、放射性元素、天然放射现象.
2.知道三种射线的特性.
3.知道衰变及两种衰变的规律，能熟练写出衰变方程.
4.会用半衰期描述衰变的速度，知道半衰期的统计意义.
知识探究
新知探究 点点落实
题型探究
重点难点 各个击破
达标检测
当堂检测 巩固反馈
知识探究
一、天然放射现象和三种射线
[导学探究]　1.1896年，法国物理学家贝可勒尔发现了放射性元素自发地放出射线的现象，即天然放射现象.是否所有的元素都具有放射性？放射性物质放出的射线有哪些种类？
答案　原子序数大于或等于83的元素，都能自发地放出射线，原子序数小于83的元素，有的也能放出射线.
放射性物质发出的射线有三种：α射线、β射线、γ射线.
答案
2.怎样用电场或磁场判断三种射线粒子的带电性质？
答案
答案　让三种射线通过匀强电场，γ射线不偏转，说明γ射线不带电.α射线偏转方向和电场方向相同，带正电，β射线偏转方向和电场方向相反，带负电.或者让三种射线通过匀强磁场，γ射线不偏转，说明γ射线不带电，α射线和β射线可根据偏转方向和左手定则确定带电性质.
[知识梳理]
1.天然放射现象
1896年，法国物理学家 发现铀及其化合物能放出一种不同于X射线的新射线.
(1)定义：物理学中把物质能自发地放出 的现象叫做天然放射现象.
(2)放射性：物质放出 的性质.
(3)放射性元素：具有 性的元素.
贝克勒尔
射线
放射
射线
种类
α射线
β射线
γ射线
组成
高速 流
高速 流
流(高频电磁波)
带电荷量
2e
－e
0
速率
0.1c
0.99c
__
贯穿本领
最 ，用一张薄锡箔或一张纸就能挡住
较强，能穿透几毫米厚的_____
最 ，能穿透几厘米厚的 和几十厘米厚的混凝土
电离作用
很___
较强
很___
2.对三种射线的认识
氦核
光子
c
电子
弱
铝板
铅板
强
弱
强
[即学即用]　判断下列说法的正误.
(1)1896年，法国的玛丽·居里首先发现了天然放射现象.(　　)
(2)原子序数大于83的元素都是放射性元素.(　　)
(3)原子序数小于83的元素都不能放出射线.(　　)
(4)α射线实际上就是氦原子核，α射线具有较强的穿透能力.(　　)
(5)β射线是高速电子流，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板.
(　　)
(6)γ射线是能量很高的电磁波，电离作用很强.(　　)
×
×
答案
×
√
√
×
[导学探究]　如图1为α衰变、β衰变示意图.
二、原子核的衰变
答案
图1
答案　发生α衰变时，质子数减少2，中子数减少2.
1.当原子核发生α衰变时，原子核的质子数和中子数如何变化？
2.当发生β衰变时，新核的核电荷数相对原来的原子核变化了多少？新核在元素周期表中的位置怎样变化？
答案
答案　发生β衰变时，核电荷数增加1.新核在元素周期表中的位置向后移动一位.
[知识梳理]　原子核的衰变
1.定义：原子核由于 而转变成新核的变化，叫做原子核的衰变.
2.衰变类型
(1)α衰变：放射性元素放出α粒子的衰变过程.放出一个α粒子后，核的质量数 ，电荷数 ，成为新核.
(2)β衰变：放射性元素放出β粒子的衰变过程.放出一个β粒子后，核的质量数 ，电荷数 .
放出某种粒子
减少4
减少2
不变
增加1
3.衰变规律：原子核衰变时 和 都守恒.
4.衰变的实质
(1)α衰变的实质：2个 和2个 结合在一起形成α粒子.
(2)β衰变的实质：核内的 转化为了一个 和一个 .
(3)γ射线经常是伴随着α衰变和β衰变产生的.
电荷数
质量数
中子
中子
质子
电子
质子
[即学即用]　判断下列说法的正误.
(1)原子核在衰变时，它在元素周期表中的位置不变.(　　)
(2)发生β衰变是原子核中的电子发射到核外.(　　)
(3)γ射线经常是伴随着α射线和β射线产生的.(　　)
×
√
答案
×
[导学探究]　1.什么是半衰期？对于某个或选定的几个原子核能根据该种元素的半衰期预测它的衰变时间吗？
三、放射性元素的半衰期
答案
答案　半衰期是一个时间，是某种放射性元素的大量原子核有半数发生衰变所用的时间的统计规律，故无法预测单个原子核或几个特定原子核的衰变时间.
2.某放射性元素的半衰期为4天，若有10个这样的原子核，经过4天后还剩5个，这种说法对吗？
答案
答案　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，10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.
[知识梳理]　半衰期
1.定义：放射性元素每经过一段时间，就有一半的核发生衰变，这段时间叫做放射性元素的半衰期.
2.特点
(1)不同的放射性元素，半衰期 ，甚至差别非常大.
(2)放射性元素衰变的快慢是由 决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件 .
3.适用条件：半衰期描述的是 ，不适用于单个原子核的衰变.
不同
其原子核本身
无关
统计规律
4.半衰期公式：N余＝_________ ，m余＝_________，其中T为半衰期.
5.半衰期的应用：利用半衰期非常稳定这一特点，可以通过测量其衰变程度来推断 .
时间
N原
m原
[即学即用]　判断下列说法的正误.
(1)同种放射性元素，在化合物中的半衰期比在单质中长.(　　)
(2)把放射性元素放在低温处，可以减缓放射性元素的衰变.(　　)
(3)放射性元素的半衰期与元素所处的物理和化学状态无关，它是一个统计规律，只对大量的原子核才适用.(　　)
(4)氡的半衰期是3.8天，若有4个氡原子核，则经过7.6天后只剩下一个氡原子核.(　　)
答案
√
×
×
×
题型探究
一、天然放射现象和三种射线
1.三种射线的实质
α射线：高速氦核流，带电荷量为2e的正电荷；
β射线：高速电子流，带电荷量为e的负电荷；
γ射线：光子流(高频电磁波)，不带电.
2.三种射线在电场中和磁场中的偏转
(1)在匀强电场中，γ射线不发生偏转，做匀速直线运动，α粒子和β粒子沿相反方向做类平抛运动，在同样的条件下，β粒子的偏移大，如图2所示.
图2
(2)在匀强磁场中，γ射线不发生偏转，仍做匀速直线运动，α粒子和β粒子沿相反方向做匀速圆周运动，且在同样条件下，β粒子的轨道半径小，如图3所示.
3.元素的放射性
(1)一种元素的放射性与是单质还是化合物无关，这就说明射线跟原子核外电子无关.
(2)射线来自于原子核说明原子核内部是有结构的.
图3
选项
磁场方向
到达O点的射线
到达P点的射线
A
竖直向上
β
α
B
竖直向下
α
β
C
垂直纸面向里
γ
β
D
垂直纸面向外
γ
α
例1　如图4所示，R是一种放射性物质，虚线框内是匀强磁场，LL′是厚纸板，MM′是荧光屏，实验时，发现在荧光屏的O、P两点处有亮斑，由此可知磁场的方向、到达O点的射线种类、到达P点的射线种类应属于下表中的
答案
解析
√
图4
解析　R放射出来的射线共有α、β、γ三种，其中α、β射线垂直于磁场方向进入磁场区域时将受到洛伦兹力作用而偏转，γ射线不偏转，故打在O点的应为γ射线；
由于α射线贯穿本领弱，不能射穿厚纸板，故到达P点的应是β射线；
依据β射线的偏转方向及左手定则可知磁场方向垂直纸面向里.
例2　(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
答案
解析
√
√
解析　已知α粒子带正电，β粒子带负电，γ射线不带电，根据正、负电荷在磁场中运动受洛伦兹力方向和正、负电荷在电场中受电场力方向可知，A、B、C、D四幅图中α、β粒子的偏转方向都是正确的，但偏转的程度需进一步判断.
将数据代入，则α粒子与β粒子的半径之比
A对，B错；
带电粒子垂直进入匀强电场，设初速度为v0，垂直电场线方向位移为x，沿电场线方向位移为y，
对某一确定的x值，α、β粒子沿电场线偏转距离之比
C错，D对.
三种射线的鉴别：
(1)α射线带正电、β射线带负电、γ射线不带电.α射线、β射线是实物粒子，而γ射线是光子流，属于电磁波的一种.
(2)α射线、β射线都可以在电场或磁场中偏转，但偏转方向不同，γ射线则不发生偏转.
(3)α射线穿透能力弱，β射线穿透能力较强，γ射线穿透能力最强，而电离本领相反.
归纳总结
确定原子核衰变次数的方法与技巧
(1)方法：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：
根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程：
A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m.
以上两式联立解得：
由此可见，确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组.
二、原子核的衰变规律和衰变方程
(2)技巧：为了确定衰变次数，一般先由质量数的改变确定α衰变的次数(这是因为β衰变的次数多少对质量数没有影响)，然后根据衰变规律确定β衰变的次数.
例3　 核经一系列的衰变后变为 核，问：
(1)一共经过几次α衰变和几次β衰变？
解析　设 衰变为 经过x次α衰变和y次β衰变，由质量数守恒和电荷数守恒可得
238＝206＋4x ①
92＝82＋2x－y ②
联立①②解得x＝8，y＝6.即一共经过8次α衰变和6次β衰变.
答案
解析
答案　8　6　
(2) 与 相比，质子数和中子数各少了多少？
解析　由于每发生一次α衰变质子数和中子数均减少2，每发生一次β衰变中子数减少1，而质子数增加1，
答案
解析
答案　10　22
(3)综合写出这一衰变过程的方程.
针对训练1　在横线上填上粒子符号和衰变类型.
答案
解析
α
α
β
β
解析　根据质量数和电荷数守恒可以判断：
1.衰变方程的书写：衰变方程用“―→”，而不用“＝”表示，因为衰变方程表示的是原子核的变化，而不是原子的变化.
2.衰变次数的判断技巧
(1)衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒.
(2)每发生一次α衰变质子数、中子数均减少2.
(3)每发生一次β衰变中子数减少1，质子数增加1.
技巧点拨
1.公式：根据半衰期的概念，可总结出公式
N余＝N原 ，m余＝m原
式中N原、m原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，N余、m原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，T表示半衰期.
2.适用条件：半衰期是一个统计概念，是对大量的原子核衰变规律的总结，对于一个特定的原子核，无法确定何时发生衰变，但可以确定发生衰变的概率，即某时衰变的可能性，因此，半衰期只适用于大量的原子核.
3.影响因素：半衰期由放射性元素的原子核内部的因素决定，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，因为这些因素都不能改变原子核的结构.
三、对半衰期的理解及有关计算
例4　放射性同位素14C被考古学家称为“碳钟”，它可以用来判定古生物体的年代，此项研究获得1960年诺贝尔化学奖.
(1)宇宙射线中高能量的中子碰到空气中的氮原子后，会形成不稳定的 ，它很容易发生衰变，放出β射线变成一个新核，其半衰期为5 730年，试写出 的衰变方程.
答案
解析
(2)若测得一古生物遗骸中的 含量只有活体中的25%，则此遗骸距今约有多少年？
答案
解析
答案　11 460年
则N＝ N0，即0.25N0＝ N0，
针对训练2　氡222是一种天然放射性气体，被吸入后，会对人的呼吸系统造成辐射损伤，它是世界卫生组织公布的主要环境致癌物质之一.其衰变方程是 ―→ ＋___.已知 的半衰期约为3.8天，则约经过____天，16 g的 衰变后还剩1 g.
答案
解析
15.2
解析　根据核反应过程中电荷数守恒和质量数守恒可推得该反应的另一种生成物为 .
根据m余＝m原 得 ＝4，代入T＝3.8天，
解得t＝3.8×4天＝15.2天.
达标检测
1.(天然放射现象的认识)(多选)以下关于天然放射现象，叙述正确的是
A.若使某放射性物质的温度升高，其半衰期将变短
B.β衰变所释放的电子是原子核外的电子电离形成的
C.α射线是原子核衰变产生的，它有很强的电离作用
D.γ射线是原子核产生的，它是能量很大的光子流
√
1
2
3
4
√
答案
2.(衰变规律的理解)由于放射性元素 的半衰期很短，所以在自然界一直未被发现，只是在使用人工的方法制造后才被发现.已知 经过一系列α衰变和β衰变后变成 ，下列论断中正确的
A. 的原子核比 的原子核少28个中子
B.衰变过程中共发生了7次α衰变和4次β衰变
C.衰变过程中共发生了4次α衰变和7次β衰变
D.衰变前比衰变后所有物质的质量数减少
√
1
2
3
4
答案
解析
解析　依题意有：237－209＝28，由28÷4＝7就可知道发生了7次α衰变，发生β衰变次数为：7×2－x＝93－83，x＝4，即发生了4次β衰变，B正确，C错误；
它们中子数分别为：237－93＝144,209－83＝126，中子数之差为：144－126＝18，故A错误；
根据衰变规律可知，反应前后质量数守恒，D错误.
1
2
3
4
3.(半衰期的理解)关于半衰期，下列说法正确的是
A.放射性元素的半衰期越短，表明有半数原子核发生衰变所需的时间越
短，衰变速度越快
B.放射性元素的样品不断衰变，随着剩下未衰变的原子核的减少，元素
半衰期也变长
C.把放射性元素放在密封的容器中，可以减慢放射性元素的衰变速度
D.降低温度或增大压强，让该元素与其他物质形成化合物，均可减小衰
变速度
1
2
3
4
答案
解析
√
解析　放射性元素的半衰期是指放射性元素的原子核半数发生衰变所需的时间，它反映了放射性元素衰变速度的快慢，半衰期越短，则衰变越快；某种元素的半衰期长短由其自身因素决定，与它所处的物理、化学状态无关，故A正确，B、C、D错误.
1
2
3
4
4.(半衰期的理解及计算)(多选)14C发生放射性衰变成为14N，半衰期约5 700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的比例持续减小.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5 700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
答案
解析
1
2
3
4
√
√
解析　因古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一，则可知经过的时间为一个半衰期，即该古木的年代距今约为5 700年，选项A正确；
12C、13C、14C具有相同的质子数，由于质量数不同，故中子数不同，选项B错误；
根据核反应方程可知，14C衰变为14N的过程中放出电子，即放出β射线，选项C正确；
外界环境不影响放射性元素的半衰期，选项D错误.
1
2
3
4