2019-2020学年高中物理 第三章 原子核 第2节 放射性 衰变课件 教科版选修3-5

第2节放射性衰变学习目标素养提炼1.了解放射性的发现，知道什么是放射性和天然放射性．2.知道三种射线的种类及其性质．3.知道衰变及两种衰变的规律，能熟练写出衰变方程．4.了解半衰期的概念及有关计算.1个现象——天然放射现象3种射线——α射线、β射线、γ射线2类衰变——α衰变、β衰变1个概念——半衰期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、天然放射现象1．1896年，法国物理学家发现某些物质具有放射性．2．玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里发现了两种放射性更强的新元素，命名为、．3．放射性元素自发地发出射线的现象叫天然放射现象．贝可勒尔钋(Po)镭(Ra)[判断辨析](1)放射性元素发出的射线可以直接观察到．()(2)放射性元素发出的射线的强度可以人工控制．()(3)放射性元素的放射性都是自发的现象．()××√二、射线到底是什么1．三种射线：在射线经过的空间施加磁场，射线分成三束，其中两束在磁场中向不同的方向偏转，说明这两束是，另一束在磁场中，说明这一束不带电，这三束射线分别叫作α射线、β射线、γ射线．带电粒子流不偏转2．α、β、γ三种射线的比较种类α射线β射线γ射线组成高速流高速流流(高频电磁波)带电荷量2e－e0速率0.1c0.99c贯穿本领最弱，用一张纸就能挡住较强，能穿透几毫米的最强，能穿透几厘米的电离作用较弱氦核电子光子c铝板铅板很强很弱[思考]怎样用电场、磁场判断三种射线的带电性质？提示：(1)让三种射线垂直射入匀强电场，由于γ射线不偏转，说明不带电；α射线偏转方向和电场方向相同，带正电；β射线偏转方向和电场方向相反，带负电．(2)让三种射线垂直射入匀强磁场，由于γ射线不偏转，说明不带电；α射线和β射线可根据偏转方向和左手定则确定带电性质．三、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23892U→23490Th＋β衰变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．四、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．()√√×要点一天然放射现象和三种射线[探究导入]如图为三种射线在磁场中的运动轨迹示意图．(1)α射线向左偏转，β射线向右偏转，γ射线不偏转说明了什么？(2)α粒子的速度约为β粒子速度的十分之一，但α射线的偏转半径大于β射线的偏转半径说明什么问题？答案：(1)说明α射线带正电，β射线带负电，γ射线不带电．(2)根据带电粒子在匀强磁场中运动的半径公式r＝mvqB可知，α粒子的mq应大于β粒子的mq，即α粒子的质量应较大．1．三种射线的实质α射线：高速氦核流，带2e的正电荷；β射线：高速电子流，带e的负电荷；γ射线：光子流(高频电磁波)，不带电．2．三种射线在电场中和磁场中的偏转(1)在匀强电场中，γ射线不发生偏转，做匀速直线运动，α粒子和β粒子沿相反方向做类平抛运动，在同样的条件下，β粒子的偏移大，如图所示．(2)在匀强磁场中，γ射线不发生偏转，仍做匀速直线运动，α粒子和β粒子沿相反方向做匀速圆周运动，且在同样条件下，β粒子的轨道半径小，如图所示．3．元素的放射性(1)一种元素的放射性与其是单质还是化合物无关，这就说明射线跟原子核外电子无关．(2)射线来自于原子核说明原子核内部是有结构的．[典例1]如图，放射性元素镭衰变过程中释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是()A．①表示γ射线，③表示α射线B．④表示α射线，⑤表示γ射线C．⑤表示β射线，⑥表示α射线D．②表示β射线，③表示α射线[解析]α射线实质为氦核，带正电，β射线为电子流，带负电，γ射线为高频电磁波，根据电荷所受电场力特点可知：①为β射线，②为γ射线，③为α射线．α射线是高速氦核流，一个α粒子带两个正电荷，根据左手定则，α射线受到的洛伦兹力向左，故④是α射线；β射线是高速电子流，带负电荷，根据左手定则，β射线受到的洛伦兹力向右，故⑥是β射线；γ射线是γ光子，是中性的，故在磁场中不受磁场的作用力，轨迹不会发生偏转，故⑤是γ射线．故A、C、D错误，B正确．[答案]B1.(多选)如图所示，铅盒A中装有天然放射性物质，放射线从其右端小孔中水平向右射出，在小孔和荧光屏之间有垂直于纸面向里的匀强磁场，则下面说法中正确的有()A．打在图中a、b、c三点的依次是α射线、γ射线和β射线B．打在图中a、b、c三点的依次是β射线、γ射线和α射线C．α射线和β射线的轨迹是抛物线D．α射线和β射线的轨迹是圆弧解析：由左手定则可知，粒子向右射出后，在匀强磁场中，α粒子受到的洛伦兹力向上，β粒子受到的洛伦兹力向下，轨迹都是圆弧．本题选A、D.答案：AD要点二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？答案：(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．衰变种类、实质与方程(1)α衰变：AZX→A－4Z－2Y＋42He实质：原子核中，2个中子和2个质子结合得比较牢固，有时会作为一个整体从较大的原子核中被释放出来，这就是放射性元素发生的α衰变现象．如：23892U→23490Th＋42He.(2)β衰变：AZX→AZ＋1Y＋0－1e.实质：原子核中的中子转化成一个质子且放出一个电子即β粒子，使电荷数增加1，β衰变不改变原子核的质量数，其转化方程为：10n→11H＋0－1e.如：23490Th→23491Pa＋0－1e.(3)γ射线经常是伴随α衰变和β衰变产生的．2．确定原子核衰变次数的方法与技巧(1)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.由此可见，确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组．(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．[典例2]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与23892U相比，质子数和中子数各少了多少？(3)综合写出这一衰变过程的方程．[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)衰变方程为23892U→20682Pb＋842He＋60－1e.[答案](1)8次6次(2)1022(3)23892U→20682Pb＋842He＋60－1e[总结提升]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1.2．在横线上填上粒子符号和衰变类型．(1)23892U→23490Th＋________，属于________衰变．(2)23490Th→23491Pa＋________，属于________衰变．(3)21084Po→21085At＋________，属于________衰变．(4)6629Cu→6227Co＋________，属于________衰变．解析：根据质量数守恒和电荷数守恒可以判断：(1)中生成的粒子为42He，属于α衰变．(2)中生成的粒子为0－1e，属于β衰变．(3)中生成的粒子为0－1e，属于β衰变．(4)中生成的粒子为42He，属于α衰变．答案：(1)42Heα(2)0－1eβ(3)0－1eβ(4)42Heα要点三对半衰期的理解和有关计算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：N余＝N原(12)tτ，m余＝m0(12)tτ.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3](多选)地球的年龄到底有多大，科学家利用天然放射性元素的衰变规律，通过对目前发现最古老的岩石中铀和铅的含量来推算．测得该岩石中现含有的铀是岩石形成初期时(岩石形成初期时不含铅)的一半，铀238衰变后形成铅206，铀238的相对含量随时间变化规律如图所示，图中N为铀238的原子数，N0为铀和铅的总原子数．由此可以判断出()A．铀238的半衰期为90亿年B．地球的年龄大致为45亿年C．被测定的岩石样品在90亿年时铀、铅原子数之比约为1∶4D．被测定的岩石样品在90亿年时铀、铅原子数之比约为1∶3[思路点拨]解答本题时可按以下思路进行分析：(1)根据图像和半衰期的定义确定半衰期．(2)根据衰变规律确定铀核和铅核的个数比．[解析]半衰期是有半数原子核发生衰变所需要的时间，根据图像可知半数衰变的时间是45亿年，A错，B对；90亿年是铀核的两个半衰期，有34的铀原子核发生衰变，还有14的铀原子核没有发生衰变，根据衰变方程可知一个铀核衰变时产生一个铅核，故衰变后的铀、铅原子数之比约为1∶3，C错，D对．[答案]BD3．某放射性元素经过了3个半衰期，发生衰变的原子核约为总数的()A.14B.34C.18D.78解析：根据N＝N0(12)3，可知3个半衰期后还剩余18的原子核未衰变，所以发生衰变的原子核约为总数的78，故D正确，A、B、C错误．答案：D1．(天然放射现象的认识)关于天然放射性，下列说法正确的是()A．所有的元素都可能发生衰变B．放射性元素的半衰期与外界的温度无关C．α、β、γ三种射线中，γ射线电离能力最强D．一个原子核在一次衰变中可同时发出α、β、γ三种射线解析：有些原子核不稳定，可以自发地衰变，但不是所有元素都可能发生衰变，故A错误；放射性元素的半衰期由原子核决定，与外界的温度无关，故B正确；α、β和γ三种射线，γ射线的穿透力最强，电离能力最弱，故C错误；α衰变和β衰变都是独立进行的，一个原子核在一次衰变中不可能同时放出α、β和γ三种射线，故D错误．故选B.答案：B2．(三种射线的特性)(多选)一种天然放射性物质射出α、β、γ三种射线，垂直经过一个