2019-2020学年高中物理 第十九章 2 放射性元素的衰变课件 新人教版选修3-5

2放射性元素的衰变1.知道放射现象的实质是原子核的衰变。2.掌握原子核的衰变规律及实质,能熟练写出衰变方程。3.理解半衰期的概念及影响因素,会利用半衰期解决相关问题。一二一、原子核的衰变1.衰变:原子核放出α粒子或β粒子,变成另一种原子核,这种变化称为原子核的衰变。2.衰变的种类和规律:项目种类方程规律原子核的衰变α衰变:放出α粒子的衰变例如:92238U→90234Th+24He电荷数、质量数守恒β衰变:放出β粒子的衰变例如:90234Th→91234Pa+-10eγ衰变:伴随α衰变和β衰变产生一二原子核发生α衰变时,新核在元素周期表中的位置发生怎样的变化?提示:发生α衰变后,新核的电荷数减少2,在元素周期表上的位置前移两位。一二3.衰变的实质:衰变类型α衰变β衰变衰变实质2个质子和2个中子结合成一个整体射出1个中子转化为1个质子和1个电子201n+211H→24He01n→11H+-10e一二二、半衰期1.定义:放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间,叫作这种元素的半衰期。2.影响因素:放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的,跟原子所处的化学状态和外部条件都没有关系。3.特点:半衰期是大量原子核衰变的统计规律。某种放射性元素的半衰期对少数原子核发生衰变有意义吗?提示：没有。只对大量原子核有意义,对少数原子核没有意义,某一个原子核何时发生衰变,是未知的。一二一、对原子核的衰变的正确理解1.衰变规律。原子核衰变时,电荷数和质量数都守恒。2.衰变方程的书写方法。(1)α衰变:𝑍𝐴X→𝑍-2𝐴-4Y+24He。(2)β衰变:𝑍𝐴X→𝑍+1𝐴Y+-10e。3.α衰变和β衰变的实质。(1)α衰变:原子核中的两个质子和两个中子结合成一个α粒子发射出来,即201n+211H→24He。(2)β衰变:原子核内的一个中子衰变成一个质子,同时放出一个电子,即01n→11H+-10e。一二4.衰变次数的计算方法。(1)方法:设放射性元素𝑍𝐴X经过𝑛次α衰变和𝑚次β衰变后,变成稳定的新元素𝑍'𝐴'Y,则衰变方程为𝑍𝐴X→𝑍'𝐴'Y+𝑛24He+𝑚-10e根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程A=A'+4n,Z=Z'+2n-m,联立解得n=𝐴-𝐴'4,𝑚=𝐴-𝐴'2+𝑍′−𝑍。(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衰变的次数的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。一二二、半衰期1.半衰期公式。用τ表示某放射性元素的半衰期,衰变时间用t表示,如果原来的质量为m0,剩余的质量为m,经过𝑡𝜏个半衰期,该元素的剩余质量变为m=m012𝑡𝜏若用N和n分别表示衰变前后的原子数,衰变公式又可写成n=𝑁12𝑡𝜏。2.半衰期是一个统计概念。半衰期描述的是大量原子核的集体行为,个别原子核经过多长时间衰变无法预测。对个别或极少数原子核,无半衰期而言。类型一类型二类型三原子核衰变的实质【例题1】(多选)对天然放射现象,下列说法正确的是()A.α粒子带正电,所以α射线一定是从原子核中射出的B.β粒子带负电,所以β粒子有可能是核外电子C.γ射线是光子,所以γ射线有可能是原子发光产生的D.α射线、β射线、γ射线都是从原子核内部释放出来的解析:α衰变的实质是原子核中的两个质子和两个中子结合在一起形成一个氦核发射出来的,β衰变的实质是原子核内的一个中子变成一个质子和电子,然后释放出电子,γ射线是伴随α射线和β射线产生的,所以这三种射线都是从原子核内部释放出来的。答案:AD题后反思α射线、β射线和γ射线是由于原子核发生反应产生的,与原子的变化无关。类型一类型二类型三原子核衰变规律的应用【例题2】92238U经一系列的衰变后变为82206Pb。(1)求一共经过几次α衰变和几次β衰变;(2)82206Pb与92238U相比,求质子数和中子数各少多少;(3)写出这一衰变过程的方程。点拨:可依据衰变过程中质量数和电荷数守恒求解衰变次数,再根据α衰变、β衰变的实质推算质子数、中子数的变化。类型一类型二类型三解析:(1)设92238U衰变为82206Pb经过x次α衰变和y次β衰变。由质量数和电荷数守恒可得238=206+4x①92=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)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,故82206Pb较92238U质子数少10,中子数少22。(3)核反应方程为92238U→82206Pb+824He+6-10e。答案:(1)86(2)1022(3)92238U→82206Pb+824He+6-10e类型一类型二类型三题后反思衰变次数的判断方法:(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。触类旁通在例题2(2)中,82206Pb核的中子数比质子数多多少?答案:42类型一类型二类型三半衰期的应用【例题3】14C是一种半衰期为5730年的放射性同位素。若考古工作者探测到某古木中14C的含量为原来的14,则该古树死亡时间距今大约()A.22920年B.11460年C.5730年D.2865年解析:假设古木刚死亡时的质量为m0,现在的质量为m,由题意可知𝑚𝑚0=12𝑛=14所以n=2,古木死亡的时间为5730×2年=11460年,应选B选项。答案:B题后反思利用半衰期公式解决实际问题时,首先要理解半衰期的统计意义,其次要知道公式建立的是剩余核的质量与原有核的总质量间的关系。