高中物理 第4章 第2節(jié) 放射性元素的衰變課件 粵教版選修3-5.ppt

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第二節(jié) 放射性元素的衰變,第四章 原子核,欄目鏈接,學(xué) 習(xí) 目 標(biāo),1．知道原子核的衰變． 2．會用半衰期描述衰變的快慢，知道半衰期的統(tǒng)計意義． 3．知道兩種衰變的規(guī)律，能夠熟練寫出衰變方程．,,,,欄目鏈接,認(rèn)識三種射線,如圖所示，放射源放在鉛塊上的細(xì)孔中，鉛塊上方有,垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場．其放出的射線在磁場的作用下分成a、b、c三束．a(chǎn)、b、c三條射線哪個是α射線、哪個是β射線、哪個是γ射線？,欄目鏈接,提示：由左手定則知a帶負(fù)電，應(yīng)為β射線；c帶正電，應(yīng)為α射線；b不偏轉(zhuǎn)，說明不帶電，應(yīng)為γ射線．,1．三種射線的比較.,欄目鏈接,(1)用勻強(qiáng)電場分離時，帶正電的α射線沿電場方向偏轉(zhuǎn)，帶負(fù)電的β射線沿電場的反方向偏轉(zhuǎn)，且α射線偏轉(zhuǎn)小，β射線偏轉(zhuǎn)大，而γ射線不偏轉(zhuǎn)．如圖所示．,(2)用勻強(qiáng)磁場分離時，α射線和β射線沿相反的方向做勻速圓周運(yùn)動，且在同樣的條件下α射線的軌道半徑大，β射線的軌道半徑小；γ射線不偏轉(zhuǎn)．如圖所示．,欄目鏈接,人類認(rèn)識原子結(jié)構(gòu)和開發(fā)利用原子能經(jīng)歷了十分曲折的過程．請按要求回答下列問題． (1)盧瑟福、玻爾、查德威克等科學(xué)家在原子結(jié)構(gòu)或原子核的研究方面做出了卓越的貢獻(xiàn)．請選擇其中的兩位，指出他們的主要成績．,欄目鏈接,(2)在貝可勒爾發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象后，人們對放射線的性質(zhì)進(jìn)行了深入研究，如圖所示為三種射線在同一磁場中的運(yùn)動軌跡，請從三種射線中任選一種，寫出它的名稱和一種用途．,欄目鏈接,解析：(1)盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型；玻爾把量子理論引入原子模型，并成功解釋了氫原子光譜；查德威克發(fā)現(xiàn)了中子(選兩個即可)；(2)1為α射線，科學(xué)實(shí)驗(yàn)中常用它來轟擊原子核；2為γ射線，照射種子，培育新的優(yōu)良品種．(任選一個) 答案：見解析,方法總結(jié)：熟記物理學(xué)史上的一些重大發(fā)現(xiàn)，了解三種射線的電性、用途等，是解好此題的前提． ?課堂訓(xùn)練,1．在軋制鋼板時需要動態(tài)地監(jiān)測鋼板厚度，其檢測裝置由放射源、探測器等構(gòu)成，如下圖所示．該裝置中探測器接收到的是(D),A．X射線 B．α射線 C．β射線 D．γ射線 解析：首先，放射源放出的是α射線、β射線、γ射線，無X射線，A項(xiàng)錯誤；另外α射線穿透本領(lǐng)最弱，一張紙就能擋住，而β射線穿透本領(lǐng)較強(qiáng)能穿透幾毫米厚的鋁板，γ射線穿透本領(lǐng)最強(qiáng)，可以穿透幾厘米厚的鉛板，而要穿過軋制鋼板只能是γ射線，因此D項(xiàng)正確．,原子核的衰變,如圖所示P為放在勻強(qiáng)電場中的天然放射源，其放出的射線在電場的作用下分成a、b、c三束．則a、b、c三束中哪個是α射線、哪個是β射線、哪個是γ射線？,提示：a帶負(fù)電，應(yīng)為β射線；c帶正電，應(yīng)為α射線；b不帶電，應(yīng)為γ射線．,欄目鏈接,1．定義． 一種元素經(jīng)放射過程變成另一種元素的現(xiàn)象，稱為原子核的衰變． 2．衰變規(guī)律． 原子核衰變時，電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒． 3．衰變方程． (1)α衰變：原子核放出一個α粒子，衰變方程為： (2)β衰變：原子核放出一個β粒子，衰變方程為：,欄目鏈接,(3)γ射線經(jīng)常是伴隨α衰變或β衰變而產(chǎn)生，往往是由于衰變后的新核向低能級躍遷時輻射出來的一份能量，原子核釋放出一個γ光子不會改變它的質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)． 4．α衰變和β衰變的實(shí)質(zhì)． (1)α衰變：α粒子實(shí)質(zhì)就是氦核，它是由兩個質(zhì)子和兩個中子組成的．在放射性元素的原子核中，兩個質(zhì)子和兩個中子結(jié)合得比較緊密，有時會作為一個整體從較大的原子核中拋射出來，這就是放射性元素發(fā)生的α衰變現(xiàn)象，即,欄目鏈接,(2)β衰變：原子核里雖然沒有電子，但是核內(nèi)的中子可以轉(zhuǎn)化成質(zhì)子和電子，產(chǎn)生的電子從核內(nèi)發(fā)射出來，這就是β衰變．β衰變是原子核中的一個中子轉(zhuǎn)化成一個電子和一個質(zhì)子，即 5．衰變方程的書寫． (1)衰變過程一般都不是可逆的，所以衰變方程只能用單向箭頭表示反應(yīng)方向，不能用等號連接．(2)衰變的生成物一定要以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，不能憑空只依據(jù)兩個守恒杜撰出生成物來寫衰變方程．(3)當(dāng)放射性物質(zhì)發(fā)生連續(xù)衰變時，原子核中有的發(fā)生α衰變，有的發(fā)生β衰變，同時伴隨著γ輻射．這時可連續(xù)放出三種射線．,欄目鏈接,核經(jīng)一系列的衰變后變?yōu)? 核，問： (1)一共經(jīng)過幾次α衰變和幾次β衰變？ (2) 與 相比，質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)各少了多少？ (3)綜合寫出這一衰變過程的方程． 解析：(1)設(shè)U衰變?yōu)镻b經(jīng)過x次α衰變和y次β衰變，由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可得： 238＝206＋4x ① 92＝82＋2x－y ② 聯(lián)立①②解得x＝8，y＝6.即一共經(jīng)過8次α衰變和6次β衰變．,(2)由于每發(fā)生一次α衰變質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)均減少2，每發(fā)生一次β衰變中子數(shù)少1，而質(zhì)子數(shù)增1，故 較 質(zhì)子數(shù)少10，中子數(shù)少22. (3)核反應(yīng)方程為 ―→ ＋ ＋ . 答案：(1)8次α衰變，6次β衰變 (2)10個；22個 (3)見解析 方法總結(jié)：衰變次數(shù)的判斷方法 (1)衰變過程遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒． (2)每發(fā)生一次α衰變質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)均減少2. (3)每發(fā)生一次β衰變中子數(shù)減少1，質(zhì)子數(shù)增加1.,?課堂訓(xùn)練 2．原子核 經(jīng)放射性衰變①變?yōu)樵雍? ，繼而經(jīng)放射性衰變②變?yōu)樵雍? ，再經(jīng)放射性衰變③變?yōu)樵雍? .放射性衰變①、②和③依次為(A) A．α衰變、β衰變和β衰變 B．β衰變、α衰變和β衰變 C．β衰變、β衰變和α衰變 D．α衰變、β衰變和α衰變,解析：根據(jù)衰變反應(yīng)前后的質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒特點(diǎn)， 核與 核比較可知，衰變①的另一產(chǎn)物為 ，所以衰變①為α衰變，選項(xiàng)B、C錯誤； 核比較可知，衰變③的另一產(chǎn)物為0－1e，所以衰變③為β衰變，選項(xiàng)A正確、D錯誤．,半衰期,對于同一種元素，其半衰期是否變化？ 提示：對于同一種元素，其半衰期是不變的,1．定義． 放射性元素的原子核數(shù)目因衰變減少到原來的一半所經(jīng)過的時間，叫做半衰期，用符號 表示．,2．物理意義． 半衰期是描述放射性元素衰變快慢的物理量；不同的放射性元素，其半衰期不同，有的差別很大．半衰期越大，表明放射性元素衰變得越慢． 3．公式． 式中N0、m0表示衰變前的原子數(shù)和質(zhì)量，N、m表示衰變后的尚未發(fā)生衰變的原子數(shù)和質(zhì)量，t表示衰變時間， 表示半衰期．,4．影響因素． 放射性元素衰變的快慢是由原子核內(nèi)部因素決定的，跟原子所處的物理狀態(tài)(如溫度、壓強(qiáng))或化學(xué)狀態(tài)(如單質(zhì)、化合物)無關(guān)．即一種放射性元素，不管它以單質(zhì)存在還是以化合物的形式存在，或者對它加壓，或者增高它的溫度，它的半衰期是固定不變的． 5．適用條件． 半衰期是大量原子核衰變的統(tǒng)計規(guī)律，只對大量原子核才有意義，個別原子核經(jīng)過多長時間發(fā)生衰變是偶然的，是無法預(yù)測的，故對個別或極少數(shù)的原子核，無半衰期而言．,碘131核不穩(wěn)定，會發(fā)生β衰變，其半衰期為8天． (1)碘131核的衰變方程： →________(衰變后的元素用X表示)． (2)經(jīng)過______天有75%的碘131核發(fā)生了衰變． 解析：(1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒， (2)根據(jù)m＝m0 得，0.25 m0＝m0 ， 解得t＝16天． 答案：(1) (2)16,?課堂訓(xùn)練 3．放射性同位素 的樣品經(jīng)過6小時還剩下 沒有衰變，它的半衰期是(A) A．2小時 B．1.5小時 C．1.17小時 D．0.75小時 解析：我們知道，放射性元素衰變一半所用的時間是一個半衰期，剩下的元素再經(jīng)一個半衰期只剩下 ，再經(jīng)一個半衰期這 又會衰變一半，只剩 ，所以題中所給的6小時為三個半衰期的時間，因而該放射性同位素的半衰期應(yīng)是2小時，也可根據(jù)m余＝m原 ，即 ，得 ＝2小時．,