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

2放射性元素的衰变学习目标素养提炼1.知道放射现象的实质是原子核的衰变．2.了解半衰期的概念，知道半衰期的统计意义，能利用半衰期进行简单的计算．3.知道两种衰变的性质，能运用衰变规律写出衰变方程.物理观念：半衰期、α衰变、β衰变．科学思维：衰变方程的书写、半衰期的理解和计算．科学探究：利用14C的半衰期估算古生物的年龄.01课前自主梳理02课堂合作探究03随堂演练达标04课后达标检测一、原子核的衰变1．定义：原子核放出或，由于核电荷数变了，它在周期表中的位置就变了，变成另一种原子核．2．衰变的类型α衰变β衰变23892U→23490Th＋23490Th→23491Pa＋γ射线是伴随和产生的3.衰变规律：守恒、守恒．α粒子β粒子42He0－1eα衰变β衰变电荷数质量数[思考]发生β衰变时，新核的核电荷数变化多少？新核在元素周期表中的位置怎样变化？提示：根据β衰变方程23490Th→23491Pa＋0－1e知道，新核核电荷数增加了1个，原子序数增加1，故在元素周期表上向后移了1位．二、半衰期1．定义：放射性元素的原子核有发生衰变所需的时间．2．决定因素：放射性元素衰变的快慢是由的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系．不同的放射性元素，半衰期．3．应用：利用半衰期非常稳定这一特点，可以测量其衰变程度，推断时间．半数核内部自身不同[判断辨析](1)半衰期可以表示放射性元素衰变的快慢．()(2)半衰期是放射性元素的大量原子核衰变的统计规律．()(3)半衰期可以通过人工进行控制．()√√×要点一原子核的衰变规律与衰变方程[探究导入]如图为α衰变、β衰变示意图．(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？(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？提示：(1)α衰变时，质子数减少2，中子数减少2.(2)β衰变时，核电荷数增加1，新核在元素周期表中的位置向后移动一位．1．定义：原子核放出α粒子或β粒子转变为新核的变化叫作原子核的衰变．2．衰变种类(1)α衰变：放出α粒子的衰变，如23892U→23490Th＋42He.(2)β衰变：放出β粒子的衰变，如23490Th→23491Pa＋0－1e.3．衰变规律：原子核发生衰变时，衰变前后的电荷数和质量数都守恒．4．衰变实质α衰变：原子核内两个质子和两个中子结合成一个α粒子，并在一定条件下作为一个整体从较大的原子核中抛射出来，产生α衰变．210n＋211H→42Heβ衰变：原子核内的一个中子变成一个质子留在原子核内，同时放出一个电子，即β粒子放射出来．10n→11H＋0－1e5．衰变方程通式(1)α衰变：AZX→A－4Z－2Y＋42He.(2)β衰变：AZX→AZ＋1Y＋0－1e.6．衰变次数的计算方法设放射性元素AZX经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素A′Z′Y，则衰变方程为AZX→A′Z′Y＋n42He＋m0－1e.根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m，以上两式联立解得n＝A－A′4，m＝A－A′2＋Z′－Z.[特别提醒](1)为了确定衰变次数，一般是由质量数的改变先确定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；(2)再根据衰变规律确定β衰变的次数．[典例1]23892U核经一系列的衰变后变为20682Pb核，问：(1)一共经过几次α衰变和几次β衰变？(2)20682Pb和23892U相比，质子数和中子数各少多少？(3)综合写出这一衰变过程的方程．[思路点拨](1)衰变过程中质量数守恒和电荷数守恒．(2)每发生一次α衰变原子核的质子数和中子数均减少2，每发生一次β衰变原子核的中子数减少1，质子数增加1.[解析](1)设23892U衰变为20682Pb经过x次α衰变和y次β衰变，由质量数守恒和电荷数守恒可得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20682Pb较23892U质子数少10，中子数少22.(3)核反应方程为23892U→20682Pb＋842He＋60－1e.[答案](1)8次6次(2)10个22个(3)见解析[总结提升](1)衰变方程的书写：衰变方程用“→”，而不用“===”表示，因为衰变方程中核的变化是不可逆的．(2)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1.1．原子核23892U经放射性衰变①变为原子核23490Th，继而经放射性衰变②变为原子核23491Pa，再经放射性衰变③变为原子核23492U.放射性衰变①②和③依次为()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衰变解析：23892U――→①23490Th，质量数少4，电荷数少2，说明①为α衰变；23490Th――→②23491Pa，质子数加1，质量数不变，中子转化成质子，说明②为β衰变；23491Pa――→③23492U，质子数加1，质量数不变，中子转化成质子，说明③为β衰变．故选A.答案：A2．镭核(22688Ra)经过一系列α衰变和β衰变，变成铅核(20682Pb)．其中经过α衰变的次数是__________，镭核(22688Ra)衰变成铅核(20682Pb)的过程中损失了________个中子．解析：镭核(22688Ra)变成铅核(20682Pb)，质量数减少20，而每次α衰变质量数减少4，故要经过5次α衰变；经过5次α衰变后，核电荷数应减少10，而实际减少数为6，故必须经过4次β衰变．由于每次α衰变损失2个中子和2个质子，每次β衰变损失1个中子，故损失中子总数为14.答案：514要点二对半衰期的理解[探究导入]如图所示为氡衰变剩余质量与原有质量比值的示意图．(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？提示：(1)12.(2)经过两个半衰期未衰变的原子核为原来的14.1．对半衰期的理解：半衰期可以表示放射性元素衰变的快慢，同一放射性元素半衰期相同，不同元素的半衰期不同，有的差别很大．2．半衰期公式：式中N原、m0表示衰变前的原子数和质量，N余、m余表示衰变后的尚未发生衰变的原子数和质量，t表示衰变时间，τ表示半衰期．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，但可以确定各个时刻发生衰变的概率，即某时衰变的可能性，因此，半衰期只适用于大量的原子核．[特别提醒]元素的半衰期反映的是原子核内部的性质，与原子所处的化学状态和外部条件无关．一种元素的半衰期与这种元素是以单质形式存在还是以化合物形式存在无关，对它加压或增温也不会改变该元素的半衰期．[典例2](多选)关于放射性元素的半衰期，下列说法正确的是()A．原子核全部衰变所需要的时间的一半B．原子核有半数发生衰变所需要的时间C．相对原子质量减少一半所需要的时间D．元素质量减半所需要的时间[解析]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，它与原子核全部衰变所需要的时间的一半不同，放射性元素发生衰变后成为一种新的原子核，原来的放射性元素原子核的个数不断减少，当原子核的个数减半时，该放射性元素的原子核的总质量也减半，故选项B、D正确．[答案]BD[总结提升](1)半衰期由核内部自身的因素决定，与原子所处的化学状态和外部条件都无关．(2)半衰期是一个统计规律，适用于对大量原子核衰变的计算，对于少数原子核不适用．3．下列有关半衰期的说法正确的是()A．放射性元素的半衰期越短，表明有半数原子核发生衰变所需的时间越短，衰变速度越快B．放射性元素的样品不断衰变，随着剩下未衰变的原子核的减少，元素半衰期也变长C．把放射性元素放在密封的容器中，可以减慢放射性元素的衰变速度D．降低温度或增大压强，让该元素与其他物质形成化合物，均可减小衰变速度解析：放射性元素的半衰期是指放射性元素的原子核半数发生衰变所需的时间，它反映了放射性元素衰变速度的快慢，半衰期越短，则衰变越快，故选项A正确；某种元素的半衰期长短由其本身因素决定，与它所处的物理、化学状态无关，选项B、C、D错误．答案：A4．某放射性元素经过11.4天有78的原子核发生了衰变，该元素的半衰期为()A．11.4天B．7.6天C．5.7天D．3.8天解析：根据半衰期的定义，剩余原子个数N＝N总×，t是经历的天数，τ是半衰期，故11.4＝3τ，τ＝3.8天，D项正确．答案：D半衰期在考古学中的应用1．14C测年法是迄今为止国内外在第四纪地质活动新构造及考古学研究中应用最广泛、最可靠的放射性同位素测年法，可精确测定年代在一千至五万年内的考古样品．2．测量原理：5．放射性同位素14C被考古学家称为“碳钟”，它可以用来判定古生物体的年代，此项研究获得1960年诺贝尔化学奖．(1)宇宙射线中高能量的中子碰到空气中的氮原子后，会形成不稳定的146C，它很容易发生衰变，放出β射线变成一个新核，其半衰期为5730年，试写出146C的衰变方程．(2)若测得一古生物遗骸中的146C含量只有活体中的25%，则此遗骸距今约有多少年？解析：(1)146C的β衰变方程为：146C→0－1e＋147N.(2)146C的半衰期τ＝5730年．生物死亡后，遗骸中的146C按其半衰期变化，设活体中146C的含量为N0，遗骸中的146C含量为N，故t5730＝2，t＝11460年．答案：(1)146C→0－1e＋147N(2)11460年1．(原子核的衰变)下列说法正确的是()A．β衰变放出的电子来自组成原子核的电子B．β衰变放出的电子来自原子核外的电子C．α衰变说明原子核中含有α粒子D．γ射线总是伴随其他衰变发生，它的本质是电磁波解析：原子核发生β衰变中放出的电子是原子核内的中子转化为质子而释放的电子，选项A、B错误；α射线是具有放射性元素的原子核在发生衰变时，两个中子和两个质子结合在一起从原子核中释放出来，选项C错误；γ射线总是伴随其他衰变发生，它的本质是电磁波，故选项D正确．答案：D2．(半衰期的理解)下列关于放射性元素的半衰期的几种说法，正确的是()A．同种放射性元素，在化合物中的半衰期比单质中长B．把放射性元素放在低温处，可以减缓放射性元素的衰变C．放射性元素的半衰期与元素所处的物理和化学状态无关，它是一个统计规律，只对大量的原子核才适用D．氡的半衰期是3.8天，若有4个氡原子核，则经过7.6天后就只剩下一个解析：放射性元素的半衰期与其是单质还是化合物无关，与所处的物理、化学状态无关，只取决于原子核的内部因素，故A、B错；半衰期是一个统计规律，对于少量的原子核不适用，故C对，D错．答案：C3．(衰变方程)下列表示放射性元素碘131(13153I)发生β衰变的方程是()A.13153I→12751Sb＋42HeB.13153I→13154Xe＋0－1eC.13153I→13053I＋10nD.13153I→13052Te＋11H解析：β衰变是原子核自发地释放一个β粒子(即电子)产生新核的过程，原子核衰变时质量数与电荷数都守恒，结合选项分析可知，选项B正确．答案：B4．(半衰期的应用)(多选)14C发生放射性衰变成为14N，半衰期约5700年．已知植物存活期间，其体内14C与12C的比例不变；生命活动结束后，14C的比例持续减少．现通过测量得知，某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一．下列说法正确的是()A．该古木的年代距今约5700年B．12C、13C、14C具有相同的中子数C．14C衰变为14N的过程中放出β射线D．增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变解析：剩余的14C正好是现代植物所制样品的二分之一，表明经过