2015-2016高中物理 第19章 第2节 放射性元素的衰变课件 新人教版选修3-5

第十九章原子核第2节放射性元素的衰变目标篇预习篇考点篇栏目链接学习目标1．知道什么是原子核的衰变，以及理解α衰变和β衰变的实质．2．知道什么是半衰期，会用半衰期描述衰变速度，知道半衰期的统计意义．知识点一原子核的衰变1．(1)衰变：放射性元素的原子核放出某种粒子后变成新的原子核，我们把这种变化称为原子核的衰变．(2)α衰变：放射性元素放出α粒子的衰变叫作α衰变．(3)β衰变：放射性元素放出β粒子的衰变叫作β衰变．2．(1)衰变规律：原子核衰变时，衰变前后的电荷数和质量数都守恒．(2)衰变方程：α衰变：β衰变：目标篇预习篇考点篇栏目链接注：(1)核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒，核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化(质量亏损)而释放出核能．(2)当放射性物质连续衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴有γ射线，这时可连续放出三种射线．(3)核反应过程一般是不可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向，不能用等号连接．3．α粒子和β粒子衰变的实质．在放射性元素的原子核中，2个中子和2个质子结合得比较紧密，在一定条件下作为一个整体从较大的原子核中抛射出来，这就是α衰变现象．目标篇预习篇考点篇栏目链接原子核里没有电子，核内的中子可以转变成质子和电子，产生的电子从核内发射出来，这就是β衰变．α粒子实质就是氦核，它是由两个质子和两个中子组成的．当发生α衰变时，原子核中的质子数减2，中子数也减2，因此新原子核的核电荷数比未发生衰变时的原子核的核电荷数少2，为此在元素周期表中的位置向前移动两位．β衰变是原子核中的中子转化成一个电子，即β粒子放射出来．同时还生成一个质子留在核内，使核电荷数增加1，但β衰变不改变原子核的质量数，所以发生β衰变后，新核比原来的原子核在周期表中的位置向后移动一位．γ射线是在发生α或β衰变的过程中伴随而生，且γ射线是不带电的，因此γ射线并不影响原子核衰变后的核电荷数，故不会改变元素在周期表中的位置，但γ射线是伴随α衰变或β衰变而产生的，它并不能独立而生，所以，只要有γ射线就必有α衰变或β衰变发生，因此从整个衰变过程来看，元素在周期表中的位置可能要发生改变．►尝试应用1．原子核发生β衰变时，此β粒子是(D)A．原子核外的最外层电子B．原子核外的电子跃迁时放出的光子C．原子核外存在着电子D．原子核内的一个中子变成一个质子时，放射出一个电子解析：因原子核是由带正电荷的质子和不带电的中子组成的，原子核内并不含电子，但在一定条件下，一个中子可以转化成一个质子和一个负电子，一个质子可以转化成一个中子和一个正电子，其转化可用下式表示：由上式可看出β粒子(负电子)是原子核内的中子转化而来，正电子是由原子核内的质子转化而来．目标篇预习篇考点篇栏目链接知识点二半衰期放射性元素具有一定的衰变速率，例如氡222经α衰变后变成钋218，发现经过3.8天后，有一半氡发生了衰变，再经过3.8天后，只剩下四分之一的氡，再经3.8天后，剩下的氡为原来的八分之一；镭226变为氡222的半衰期是1620年．不同元素的半衰期是不一样的．1．定义．放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，叫作这种元素的半衰期．2．公式．式中N原、m原表示衰变前的放射性元素的原子数或质量，N余、m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数或质量，t表示衰变时间，T表示半衰期．注：半衰期由放射性元素的原子核内部本身的因素决定，跟原子所处的物理状态(如压强、温度、环境)或化学状态(如单质、化合物)无关．半衰期是大量原子核衰变时的统计规律，个别原子核经多长时间衰变无法预测，对个别或极少数原子核，无半衰期可言．►尝试应用2．(多选)关于放射性元素的半衰期(BD)A．是原子核质量减少一半所需的时间B．是原子核有半数发生衰变所需的时间C．与外界压强和温度有关，与原子的化学状态无关D．可以用于测定地质年代、生物年代等解析：原子核的衰变是由原子核内部因素决定的，与一般外界环境无关．原子核的衰变有一定的速率，每隔一定的时间即半衰期，原子核就衰变了总数的一半．不同种类的原子核，其半衰期也不同．若开始时原子核数目为N0，经时间t剩下的原子核数目为N，半衰期为T，则有如下关系式：N＝N0.若能测定出N与N0的比值．则就可求出时间t值，依此公式就可测定地质年代、生物年代或考察出土文物存在年代等．题型一衰变的规律(多选)原子核具有天然放射性，它经过若干次α衰变和β衰变后会变成新的原子核．下列原子核中，有三种是衰变过程中可以产生的，它们是()【审题指导】(1)写出衰变的核反应方程式，了解核反应的规律．(2)发生α衰变时放出42He，发生β衰变时放出电子0－1e，每发生一次α衰变质量数减少4，电荷数减少2，每发生一次β衰变质量数不变化，电荷数增加1，由质量数的变化可确定α衰变的次数(必须是整数)，进而可知β衰变的次数．解析：若原子核衰变成，发生α衰变的次数是232－2044＝7，发生β衰变的次数为82＋2×7－90＝6，均是整数，符合要求，选项A正确．同理，逐一判断可知，ACD符合要求．答案：ACD►变式训练1．经过m次α衰变和n次β衰变成则(B)A．m＝7，n＝3B．m＝7，n＝4C．m＝14，n＝9D．m＝14，n＝18解析：每发生一次α衰变，质量数减少4，电荷数减少2；每发生一次β衰变，质量数不变，电荷数增加1.根据题意有：235－4m＝207，92－2m＋n＝82，解两式得m＝7，n＝4，选项B正确．题型二半衰期和衰变速度的衰变方程为，其衰变曲线如图所示，τ为半衰期，则()目标篇预习篇考点篇栏目链接【审题指导】(1)衰变是原子核自发进行的核反应，何时进行α衰变和β衰变是随机的，但衰变的速度满足统计规律，这就是半衰期．(2)半衰期是放射性原子核剩下一半需要的时间，根据公式m＝m0·12tT求解剩余原子核的质量．解析：根据衰变方程为，放出的是α粒子，所以衰变是α衰变．故AB错误；剩余质量为：M剩＝M×，经过kτ后，18m0＝12k·m0，所以k＝3，故C正确，D错误．答案：C目标篇预习篇考点篇栏目链接►变式训练2．(2014·重庆卷)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(C)A.m4B.m8C.m16D.m32解析：本题考查元素的半衰期．根据半衰期公式m＝m0，将题目中的数据代入可得C正确，A、B、D错误．题型三衰变中的能量问题一静止的核经α衰变成为，释放出的总动能为4.27MeV.问此衰变后核的动能为多少MeV(保留1位有效数字)?【审题指导】(1)写出衰变方程式，根据动量守恒可知新核与α粒子发生反冲，动量大小相等方向相反．(2)根据动能与动量的关系Ek＝，可知动能之比应为质量的反比，总动能为Ek，则衰变后新核的动能可求出．目标篇预习篇考点篇栏目链接解析：据题意知，此α衰变的方程为，根据动量守恒定律得mαvα＝mThvTh，①式中，mα和mTh分别为α粒子和Th核的质量，vα和vTh分别为α粒子和Th核的速度的大小，由题设条件知：，②mαmTh＝4224，③式中Ek＝4.27MeV是α粒子与Th核的总动能．由①②③式得：，④代入数据得，衰变后核的动能：12mThv2Th＝0.07MeV.⑤答案：0.07MeV►变式训练3．6027Co发生一次β衰变后变为Ni核，其衰变方程为______________；在该衰变过程中还发出频率为ν1、ν2的两个光子，其总能量为________________．解析：由衰变过程中质量数守恒和电荷数守恒可得衰变方程为：6027Co→6028Ni＋－10e，由光子的能量公式得总能量为：E＝hν1＋hν2＝h(ν1＋ν2)．答案：6027Co→6028Ni＋0－1eh(ν1＋ν2)