人教版（2019）高中物理 选择性必修第三册 第5章 第2节　放射性元素的衰变课件54 张PPT

第2节　放射性元素的衰变
核心素养
物理观念
科学思维
科学态度与责任
1.知道衰变及两种衰变的规律，能熟练写出衰变方程。
2.掌握半衰期的概念及有关计算。
3.知道核反应及其遵从的规律，会正确书写核反应方程。
4.知道什么是放射性同位素和人工放射性同位素。
5.了解放射性在生产和科学领域的应用，知道射线的危害及防护。
1.体会半衰期与统计规律间的关系。
2.体会核反应方程与化学反应方程的区别。
3.体会放射性应用与危害的关系。
射线在生产、生活、科技方面的应用
知识点一　原子核的衰变
[观图助学]
听说过“点石成金”的传说吗？
晋朝初年，南昌人许逊被朝廷任命为旌阳县令，他看到很多老百姓的租税交不了，非常同情他们，用点石成金的法术，免去百姓的租税。
许逊真的能把石头点成金子吗？答案是否定的。那么，存在不存在能让一种元素变成另一种元素的过程呢？
1.定义：原子核放出________或________，变成另一种原子核的过程。
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________。
3.衰变规律：原子核衰变时________和________都守恒。
α粒子
β粒子
减少4
减少2
不变
增加1
电荷数
质量数
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α衰变和β衰变产生的。
中子
质子
中子
质子
电子
[思考判断]
(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α射线和β射线产生的。( )
×
×
√
知识点二　半衰期
[问题助学]
地质工作者在野外的地层中发现一具恐龙化石，怎样来确定它的形成年代呢？
1.定义：放射性元素的原子核有______发生衰变所需的时间。
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__________。
半数
不同
核内部自身的因素
没有关系
3.适用条件：半衰期描述的是__________，不适用于单个原子核的衰变。
4.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______。
统计规律
时间
[思考判断]
(1)半衰期是原子核有半数发生衰变需要的时间，经过两个半衰期原子核就全部发生衰变。( )
(2)根据半衰期的计算，我们可以知道一个特定的原子核何时发生衰变。( )
(3)半衰期与原子所处的化学状态和外部条件都无关。( )
×
×
√
知识点三　核反应
1.定义：原子核在其他粒子的轰击下产生__________或者发生状态变化的过程。
2.原子核的人工转变
(1)1919年________用α粒子轰击氮原子核，产生了氧的一种同位素，同时产生一个质子。
3.遵循规律：________守恒，________守恒。
新原子核
卢瑟福
质量数
电荷数
知识点四　放射性同位素及其应用
1.放射性同位素
(1)定义：具有________的同位素。
(2)类型：______放射性同位素和______放射性同位素。
(3)人工放射性同位素具有______丰富，辐射强度__________，半衰期______和放射性废料容易______的优点。
放射性
天然
人工
资源
容易控制
较短
处理
2.放射性同位素的应用
(1)射线测厚度：使用放射性同位素发出的射线来测______。
(2)放射治疗：利用放射性同位素发出的______破坏癌细胞组织。
(3)培优保鲜：利用放射性同位素放出的射线照射______培养优良品种等。
(4)示踪原子：一种元素的各种同位素具有________化学性质，用放射性同位素替换非放射性的同位素后可以探测出原子到达的位置。
3.辐射与安全：人类一直生活在放射性的环境中，过量的射线对人体组织____________。要防止放射性物质对水源、空气、用具等的污染。
厚度
射线
种子
相同的
有破坏作用
[思考判断]
(1)利用γ射线照射种子，可以培育出优良品种。( )
(2)用γ射线照射食品可以杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期。( )
(3)任何放射性物质都可以作为示踪原子使用。( )
√
√
×
[观察探究]
如图为α衰变、β衰变示意图。
核心要点
原子核衰变的理解及探究
(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？为什么？
(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　(1)当原子核发生α衰变时，原子核的质子数和中子数各减少2个。因为α粒子是原子核内2个质子和2个中子结合在一起放出来的。
(2)当原子核发生β衰变时，新核的核电荷数相对于原来增加了1个。新核在元素周期表中的位置向后移动了1个位次。
[探究归纳]
1.衰变实质
2.衰变规律
原子核发生衰变时，遵循三个守恒定律
(1)衰变前后的电荷数守恒。
(2)质量数守恒。
(3)动量守恒。
3.衰变方程通式
4.确定原子核衰变次数的方法与技巧
由此可见，确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组。
(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。
A.α衰变、β衰变和β衰变
B.β衰变、α衰变和β衰变
C.β衰变、β衰变和α衰变
D.α衰变、β衰变和α衰变
答案　A
[针对训练1] 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
解析　α、β射线是天然放射性元素原子核衰变时产生的。γ射线是核反应过程中发生质量亏损时释放出来的，故A、B、C三项错误；放射性是核本身的一个性质，故D项正确。
答案　D
92＝82＋2x－y②
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。
(2)因为原子核的电荷数等于质子数，
因此质子数减少92－82＝10个。
原子核的质量数为质子数与中子数的和。
故中子数减少量为(238－92)－(206－82)＝22个。
答案　见解析
方法凝炼　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。
A.124、259 B.124、265
C.112、265 D.112、277
答案　D
[观察探究]
如图所示为氡衰变剩余质量与原有质量比值示意图。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。
(1)每经过一个半衰期，氡原子核的质量变为原来的多少倍？
(2)从图上可以看出，经过两个半衰期未衰变的原子核还有多少？
核心要点
对半衰期的理解和有关计算
[探究归纳]
1.意义：表示放射性元素衰变的快慢。
3.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，无法确定其何时发生衰变，半衰期只适用于大量的原子核。
4.应用：利用半衰期非常稳定的特点，可以测算其衰变过程，推算时间等。
A.1 g钍234经过48天将全部衰变
B.1 g钍234经过48天，有0.25 g发生了衰变
C.1 g钍234经过48天，有0.75 g发生了衰变
D.在化合物中，钍234的半衰期比24天要短些，1 g钍234要完全衰变用不了48天
答案　C
[针对训练3] 碘131的半衰期约为8天，若某药物含有质量为m的碘131，经过32天后，该药物中碘131的含量大约还有(　　)
答案　C
[问题探究]
下列方程中属于衰变的是哪些？属于核反应的是哪些？生成原来元素的同位素是哪些？放出β粒子的是哪些？
核心要点
核反应及核反应方程
提示　首先从方程左端去判断哪种是衰变、哪种是核反应，当方程左端只有一种元素的原子核时，只能是衰变，故②③为衰变，①④为核反应；而同位素的产生，是根据原子序数相同而质量数不同来判断，所以①会生成原来元素的同位素；判断β衰变，只需要看清衰变方程右端是否产生电子即可，应选③。
[探究归纳]
1.核反应的条件：用α粒子、质子、中子，甚至用γ光子轰击原子核使原子核发生转变。
2.核反应的实质：用粒子轰击原子核并不是粒子与核碰撞将原子核打开，而是粒子打入原子核内部使核发生了转变。
3.原子核人工转变的三大发现
4.人工转变核反应与衰变的比较
(1)不同点：原子核的人工转变，是一种核反应，是其他粒子与原子核相碰撞的结果，需要一定的装置和条件才能发生；而衰变是原子核的自发变化，它不受物理化学条件的影响。
(2)相同点：人工转变与衰变过程一样，在发生过程中质量数与电荷数都守恒，反应前后粒子总动量守恒。
[试题案例]
[例4] 完成下列核反应方程，并指出其中________是发现质子的核反应方程，________是发现中子的核反应方程。
其中发现质子的核反应方程是(2)，发现中子的核反应方程是(4)。
答案　见解析
方法凝炼　书写核反应方程三条重要原则
(1)质量数守恒和电荷数守恒；
(2)中间用箭头，不能写成等号；
(3)核反应必须是实验中能够发生的，不能凭空杜撰。
[针对训练4] 在中子、质子、电子、正电子、α粒子中选出一个适当的粒子，分别填在下列核反应式的横线上。
[问题探究]
医学上做射线治疗用的放射性元素，使用一段时间后，当射线强度降低到一定程度时就需要更换放射材料，原来的材料成为核废料，这些放射治疗选用的放射性元素的半衰期应该很长还是较短？为什么？
提示　应选用半衰期较短的。因为半衰期短的放射性废料容易处理。当然也不能选用太短的，否则就需要频繁更换放射材料了。
核心要点
放射性同位素及其应用
[探究归纳]
1.放射性同位素：具有放射性的同位素。
分类：(1)天然放射性同位素。(2)人工放射性同位素。
2.人工放射性同位素的优点
(1)资源丰富，应用广泛。
(2)放射强度容易控制，可以制成各种所需的形状，废料容易处理。
(3)现在凡是用到射线时，用的都是人工放射性同位素，而不用天然放射性物质。
3.放射性同位素的主要作用
(1)工业部门使用射线测厚度——利用γ射线的穿透特性。
(2)医学上——利用γ射线的高能量治疗癌症。
(3)农业应用——γ射线使种子的遗传基因发生变异，杀死使食物腐败的细菌、抑制蔬菜发芽、延长保存期等。
(4)做示踪原子——利用放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质。
[试题案例]
[例5] (多选)下列关于放射性同位素的一些应用的说法中正确的是(　　)
A.利用放射性消除静电是利用射线的穿透作用
B.利用射线探测机器部件内部的砂眼或裂纹是利用射线的穿透作用
C.利用射线改良品种是因为射线可使DNA发生变异
D.在研究农作物合理施肥中是以放射性同位素作为示踪原子
解析　消除静电是利用射线的电离作用使空气导电，A错误；探测机器部件内部的砂眼或裂纹和改良品种分别是利用它的穿透作用和射线可使DNA发生变异，B、C正确；研究农作物对肥料的吸收是利用其作示踪原子，D正确。
答案　BCD
[针对训练5] (多选)下列哪些应用是把放射性同位素作为示踪原子的(　　)
A.γ射线探伤仪
B.利用含有放射性碘131的油，检测地下输油管的漏油情况
C.利用钴60治疗肿瘤等疾病
D.把含有放射性元素的肥料施给农作物，用检测放射性的办法确定放射性元素在农作物内转移和分布情况，找出合理施肥的规律
解析　A是利用了γ射线的穿透性；C利用了γ射线的高能量特性；B、D是利用其作为示踪原子。
答案　BD
[问题探究]
放射性污染对环境和人危害都很大，放射性物质发出的射线穿透力很强，我们对放射性污染是否无法防护？
提示　放射线危害很难防护，但是通过屏蔽、隔离等措施可以进行有效防护，但防护的有效手段是提高防范意识。
核心要点
辐射与安全
[探究归纳]
射线在我们的生活中无处不在。在合理应用射线的同时，又要警惕它的危害，进行必要的防护。过量的辐射会对环境造成污染，对人类和自然产生破坏作用。如图是国际通用的放射性标志。
[试题案例]
[例6] (多选)联合国环境规划署对科索沃地区的调查表明，北约对南联盟的轰炸中，大量使用了贫铀炸弹，贫铀是从金属中提炼铀235以后的副产品，其主要成分为铀238。贫铀炸弹贯穿力是常规炸弹的9倍，杀伤力极大，而且残留物会长期危害环境，下列关于残留物长期危害环境的理由，正确的是(　　)
A.爆炸后的弹片存在放射性，对环境产生长期危害
B.爆炸后的弹片不会对人体产生危害
C.铀235的衰变速度很快
D.铀238的半衰期很长
答案　AD
[针对训练6] (多选)放射性同位素钴60能放出较强的γ射线，其强度容易控制，这使得γ射线得到广泛应用。下列选项中，属于γ射线的应用的是(　　)
A.医学上制成γ刀，无需开颅即可治疗脑肿瘤
B.机器运转时常产生很多静电，用γ射线照射机器可将电荷导入大地
C.铝加工厂将接收到的γ射线信号输入计算机，可对薄铝板的厚度进行自动控制
D.用γ射线照射草莓、荔枝等水果，可延长保存期
解析　γ射线的穿透能力很强，所以医学上制成γ刀，无需开颅即可治疗脑肿瘤，A正确；γ射线的电离作用很弱，不能使空气电离成为导体，B错误；γ射线的穿透能力很强，薄铝板的厚度变化时，接收到的信号强度变化很小，不能控制铝板厚度，C错误；γ射线对细胞有杀伤力，用γ射线照射草莓、荔枝等水果，可延长保存期，D正确。
答案　AD