191《原子核的組成》《放射性元素的衰變》新課-正式稿

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1、襄 陽 四 中 高 二 物 理 組2020.4.20第 一 節(jié) ： 原 子 核 的 組 成第 二 節(jié) :放 射 性 元 素 的 衰 變第十九章 原子核 專題課光電效應(yīng)人 們 認(rèn) 識 原子 核 的 結(jié) 構(gòu)就 是 從 天 然放 射 性 現(xiàn) 象開 始 的 。放 射 性 這 個(gè) 詞 我 們 應(yīng) 該 經(jīng) 常 聽 說 一 、 天 然 放 射 現(xiàn) 象 2.放 射 性 不 是 少 數(shù) 幾 種 元 素 才 有 的 ， 研 究 發(fā) 現(xiàn) ，原 子 序 數(shù) 大 于 或 等 于 83的 所 有 元 素 ， 都 能 自 發(fā) 的放 出 射 線 ， 原 子 序 數(shù) 小 于 83的 元 素 ， 有 的 也 具 有放 射 性 1

2、 .1 8 9 6 年 法 國 物 理 學(xué) 家 貝 克 勒 爾 ： 鈾 和 含 鈾 礦 物 能 發(fā) 出 射 線 ， 穿 透 黑 紙 使 底 片 感 光 。 1 8 9 8 年 居 里 夫 婦 ： 深 入 研 究 鈾 ， 發(fā) 現(xiàn) 發(fā) 射 性 更 強(qiáng)新 元 素 ： 釙 （ Po） ， 鐳 （ Ra） 。詳 細(xì) 了 解 ： 教 材 P6 8 科 學(xué) 足 跡 3 ： 元 素 的 放 射 性 ， 與 它 所 處 的 物 理 、 化 學(xué) 狀 態(tài) 均 無 關(guān) ！放 射 性 ： 物 質(zhì) 能 發(fā) 射 射 線 的 性 質(zhì)放 射 性 元 素 ： 具 有 放 射 性 的 元 素 射 線 到 底 是 什 么 呢 ？ 射

3、 線 的 穿 透 本 領(lǐng) 較 強(qiáng) ， 很容 易 穿 透 黑 紙 ， 還 能 穿 透 幾毫 米 厚 的 鋁 板 . 射 線 的 穿 透 本 領(lǐng) 最小 ， 我 們 用 一 張 紙 就能 把 它 擋 住 . 射 線 的 穿 透 本 領(lǐng) 極 強(qiáng) ， 一般 薄 金 屬 板 都 擋 不 住 它 ， 它能 穿 透 幾 十 厘 米 厚 的 水 泥 墻和 幾 厘 米 厚 的 鉛 板 電 離 作 用 ： 射 線 飛 行 途 中 遇 到 原 子 并 將 其 部 分 能 量 轉(zhuǎn) 移 給 原 子 中 的 電 子 ， 使 這 個(gè) 電 子 脫 離 核 的 束 縛 成 為 自 由 電 子 射 線 ： 最 強(qiáng) 射 線 ： 較

4、弱 射 線 ： 最 弱二 、 3種 射 線 符 號 組 成 電 量 電 離 本 領(lǐng) 穿 透 本 領(lǐng) 射 線 射 線 射 線 He42 eo1 氦 核電 子光 子 +2e-e不 帶 電 最 強(qiáng) 較 強(qiáng) 最 弱 最 弱 較 強(qiáng) 最 強(qiáng) 三 、 原 子 核 的 組 成 放 射 性 現(xiàn) 象 中 放 出 的 三 種 射 線 都 是 從 放 射 性 元 素的 原 子 核 內(nèi) 釋 放 出 來 的 ， 這 表 明 原 子 核 也 有 內(nèi) 部結(jié) 構(gòu) . 原 子 核 內(nèi) 究 竟 還 有 什 么 結(jié) 構(gòu) ？ 原 子 核 又 是 由 什 么 粒 子 組 成 的 呢 ？ 1 . 質(zhì) 子 的 發(fā) 現(xiàn) 1 9 1 9 年

5、， 盧 瑟 福 用 粒 子 轟擊 氮 核 ， 得 到 了 質(zhì) 子 。 經(jīng) 過研 究 證 明 ， 質(zhì) 子 帶 正 電 荷 ，其 電 量 和 一 個(gè) 電 子 的 電 量 相同 ， 它 的 質(zhì) 量 等 于 一 個(gè) 電 子質(zhì) 量 的 1 8 3 6 倍 .進(jìn) 一 步 研 究 表明 ， 質(zhì) 子 的 性 質(zhì) 和 氫 原 子 核的 性 質(zhì) 完 全 相 同 ， 所 以 質(zhì) 子就 是 氫 原 子 核 . HOHeN 1117842147 戲 稱 ： 盧 打 “ 氮 ” 盧 打 “ 蛋 ” 同 樣 的 方 法 ， 從 氟 、 鈉 、 鋁 的 原 子 核 中 打 出 了 質(zhì)子 。 -質(zhì) 子 是 原 子 核 的 組

6、成 部 分 。 原 子 核 是 否 只 是 由 質(zhì) 子 組 成 呢 ？核 的 質(zhì) 量質(zhì) 子 質(zhì) 量 核 的 電 量質(zhì) 子 電 量？ 盧 瑟 福 進(jìn) 而 猜 想 原 子 核 內(nèi) 存 在 不 帶 電 的 中 子 ， 這 一 猜 想 被他 的 學(xué) 生 查 德 威 克 用 實(shí) 驗(yàn) 證 實(shí) ， 并 得 到 公 認(rèn) 核 的 質(zhì) 量質(zhì) 子 質(zhì) 量 核 的 電 量質(zhì) 子 電 量 2 . 中 子 的 發(fā) 現(xiàn) 1 9 3 2 年 英 國 物 理 學(xué) 家查 德 威 克 又 發(fā) 現(xiàn) 了 中子 ， 通 過 研 究 證 明 中子 的 質(zhì) 量 和 質(zhì) 子 的 質(zhì)量 基 本 相 同 ， 但 是 不帶 電 .是 中 性 粒 子

7、 . nCHeBe 101264294 戲 稱 ： 查 啤 酒 原 子 核 的 組 成 11 42 235 92AZ XAz X:元 素 符 號Z:質(zhì) 子 數(shù)A:質(zhì) 量 數(shù) )2( ,4,242 個(gè) 中 子即 有 質(zhì) 量 數(shù) 為個(gè) 質(zhì) 子有 表 示 氦 原 子 核He )143( ,235,9223592 個(gè) 中 子即 有 質(zhì) 量 數(shù) 為個(gè) 質(zhì) 子有 表 示 鈾 原 子 核U 聽 說 過 “ 點(diǎn) 石 成 金 ” 的 傳 說 嗎 ？ 一 、 衰 變 原 子 核 放 出 粒 子 或 粒 子 轉(zhuǎn) 變 為 新 核 的變 化 叫 做 原 子 核 的 衰 變 。 (1) 衰 變 ： 放 出 粒 子 的 衰

8、 變 ， 如 (2) 衰 變 ： 放 出 粒 子 的 衰 變 ， 如 1.定 義 ：2.種 類 ： HeThU 422349023892 ePaTh 012349123490 原 子 核 發(fā) 生 衰 變 時(shí) ， 衰 變 前 后 的和 都 守 恒 。 衰 變 ： 衰 變 ： 說 明 ： 1. 中 間 用 單 箭 頭 ， 不 用 等 號 ；2. 是 質(zhì) 量 數(shù) 守 恒 ， 不 是 質(zhì) 量 守 恒 ;3. 方 程 及 生 成 物 要 以 實(shí) 驗(yàn) 為 基 礎(chǔ) ， 不 能 杜 撰 。3 規(guī) 律 ：衰變方程 HeYX AzAz 4242 eYX AzAz 011 核 反 應(yīng) 是 否 違 背 質(zhì) 量 守 恒

9、 定 律 ？ 不 違 背 ： 總 質(zhì) 量 （ 動 質(zhì) 量 與 靜 質(zhì) 量 之 和 ） 在 反應(yīng) 前 后 仍 守 恒 為 何 會 有 “ 質(zhì) 量 虧 損 ” 的 說 法 呢 ？ 當(dāng) 核 反 應(yīng) 釋 放 能 量 時(shí) ， “ 虧 損 ” 的 是 靜 質(zhì) 量 ：靜 質(zhì) 量 減 少 了 m， 這 部 分 質(zhì) 量 對 應(yīng) 的 靜 能mC2轉(zhuǎn) 化 成 高 能 粒 子 流 的 動 能 或 光 子 能 量 核 反 應(yīng) 的 大 量 能 量 來 源 于 哪 里 ？ 減 少 的 靜 質(zhì) 量 轉(zhuǎn) 化 成 了 對 應(yīng) 的 靜 能 mC2 衰 變 的 實(shí) 質(zhì) ： 核 內(nèi) 兩 個(gè) 質(zhì) 子 和 兩 個(gè) 中 子 緊 密 結(jié) 合

10、， 作為 一 個(gè) 整 體 ， 從 核 內(nèi) 拋 射 出 來衰 變 的 實(shí) 質(zhì) ： 核 內(nèi) 的 中 子 轉(zhuǎn) 變 成 了 質(zhì) 子 和 電 子 輻射原子核的能量也是量子化的，其變化是不連續(xù)的，也只能取一系列不連續(xù)的數(shù)值，因此也存在著能級，且能級越低越穩(wěn)定。放射性的原子核在發(fā)生衰變、衰變時(shí)，蘊(yùn)藏在核內(nèi)的能量往往會釋放出來，使產(chǎn)生的新核處于高能級，這時(shí)它要向低能級躍遷，能量以光子的形式輻射出來。 因此，射線經(jīng)常是伴隨射線和 射線產(chǎn)生的，當(dāng)放射性物質(zhì)連續(xù)發(fā)生衰變時(shí)，原子核中有的發(fā)生衰變，有的發(fā)生衰變，同時(shí)就會伴隨著輻射（注意：沒 有 衰 變 ） 。 這時(shí)，放射性物質(zhì)發(fā)出的射線中就會同時(shí)具有、和三種射線。 輻

11、射 5 注 意 ： 一 種 元 素 發(fā) 生 一 種 衰 變 ， 但在 一 塊 放 射 性 物 質(zhì) 中 可 以 同 時(shí) 放 出 、和 三 種 射 線 。 二 、 半 衰 期 (T) 2.意 義 ： 表 示 放 射 性 元 素 衰 變 快 慢 的 物 理 量 。1.定 義 ： 放 射 性 元 素 的 原 子 核 有 半 數(shù) 發(fā) 生 衰變 所 需 的 時(shí) 間 。不 同 的 放 射 性 元 素 其 半 衰 期 不 同 。 如 ： 氡 222變 成 釙 218 的 半 衰 期 3.8天 ， 鐳 226變 成 氡 222的 半 衰 期 1620年 ， 鈾238變 成 釷 234 的 半 衰 期 4.5 1

12、09年 ！ 衰 變 定 律 和 半 衰 期 teNtN )(這 叫 衰 變 定 律 。 式 中 是 t=0時(shí) 的原 子 核 數(shù) 目 ， N（ t） 是 經(jīng) 時(shí) 間 t后 還沒 有 衰 變 的 原 子 核 的 數(shù) 目 ， 叫 衰 變常 數(shù) ， 對 于 不 同 的 核 素 衰 變 常 數(shù) 不同 。 由 此 可 知 ： 經(jīng)過n個(gè)半衰期(T)，其剩余的質(zhì)量為： 質(zhì)量與原子個(gè)數(shù)相對應(yīng)，故經(jīng)過n個(gè)半衰期后剩余的粒子數(shù)為： 021 mm n 00 2121 NNN Ttn 021 mTt 3.公 式 ： 注 意 ：(1)半 衰 期 的 長 短 是 由 原 子 核 內(nèi) 部 本 身 的 因 素 決 定 的 ，與

13、 原 子 所 處 的 物 理 、 化 學(xué) 狀 態(tài) 無 關(guān) 。 (2)半 衰 期 是 一 個(gè) 統(tǒng) 計(jì) 規(guī) 律 ， 只 對 大 量 的 原 子 核 才適 用 ， 對 少 數(shù) 原 子 核 是 不 適 用 的 。(3)衰 變 曲 線 是 按 指 數(shù) 規(guī) 律 變 化 的 。 不 是 按 線 性 衰減 的 。 完 成 核 反 應(yīng) 方 程 ： Th Pa 。 衰 變 為 的 半 衰 期 是 1 .2 分 鐘 ， 則 6 4 克 經(jīng) 過 6 分 鐘 還 有 克 尚 未 衰 變 。23490 23491Th23490 Pa23491 Th234902 e01 0500 32121m)21( mmm Tt 釷 鏷

14、 一 、 原 子 核 的 衰 變2.衰 變 原 則 ： 質(zhì) 量 數(shù) 守 恒 ， 電 荷 數(shù) 守 恒 。1.原 子 核 的 衰 變 ：（ 1） 衰 變 :原 子 核 放 出 粒 子 的 衰 變 叫 做 衰 變 （ 2） 衰 變 :原 子 核 放 出 粒 子 的 衰 變 叫 做 衰 變 （ 3） 輻 射 :伴 隨 射 線 或 射 線 產(chǎn) 生 .二 、 半 衰 期1.半 衰 期 :放 射 性 元 素 的 原 子 核 有 半 數(shù) 發(fā) 生 衰 變 所 需 的 時(shí) 間 ，叫 做 這 種 元 素 的 半 衰 期 。2.不 同 的 放 射 性 元 素 ， 半 衰 期 不 同放 射 性 元 素 衰 變 的 快 慢 是 核 內(nèi) 部 自 身 因 素 決 定 。課 堂 總 結(jié) 放 射 性 元 素 半 衰 變 是 一 個(gè) 統(tǒng) 計(jì) 規(guī) 律 。TtTt mmNN )21(;)21( 00 再見！