2019-2020学年高中物理 第19章 原子核 1 原子核的组成 2 放射性元素的衰变课件 新人教

1原子核的组成2放射性元素的衰变我们已经知道，日光灯发光是由于紫外线照射到荧光管上，荧光物质受到激发发出了可见光．那么为什么频率较大的紫外线照射到荧光物质上却能够发出频率较小的可见光呢？答案：根据玻尔的原子理论可知，氢原子的轨道和能量均是量子化的．紫外线光子的能量较大，荧光物质吸收紫外线的光子后，跃迁到了较高的能级．处在激发状态的原子要向低能级跃迁，跃迁时可能是依次进行，先向较低能级跃迁，发出光子，最后再跃迁到基态，又发出光子，因此发出的光子的能量总低于紫外线光子能量．一、原子核的组成1．天然放射现象(1)1896年法国物理学家______发现天然放射现象．(2)定义：放射性元素自发地发出射线的现象叫做_______现象．(3)原子序数________________的元素，都能自发地发出射线，原子序数________的元素，有的也能放出射线．(4)射线种类：放射性物质发出的射线有三种：_______、________、________，有放射性的元素称为______________．【答案】(1)贝可勒尔(2)天然放射(3)大于或等于83小于83(4)α射线β射线γ射线放射性元素2．三种射线的本质(1)α射线：α射线是高速α粒子流，实际就是__________，电荷数是______，质量数是________，可记为________．(2)β射线：β射线是高速________．(3)γ射线：γ射线是能量很高的______．(4)三种射线的区分：三种射线可以用________或________来区分，图中1是________，2是________，3是________．【答案】(1)氦原子核2442He(2)电子流(3)电磁波(4)磁场电场β射线γ射线α射线3．三种射线的特点(1)α射线：α粒子容易使空气________，使胶片________，但贯穿本领很________．(2)β射线：β粒子贯穿本领________，但电离能力________．(3)γ射线：γ粒子电离本领________，但贯穿本领________．【答案】(1)电离感光弱(2)较强较弱(3)很弱很强4．原子核的组成(1)质子的发现：________用α粒子轰击____________获得质子．(2)中子的发现：________用实验证实了____________的存在．(3)原子核的组成：由________和________组成，质子、中子统称为________，质子带________，中子________．(4)原子核的质量数：等于________和________的总和．(5)原子核的电荷数：等于原子核的________，亦等于原子的________．【答案】(1)卢瑟福氮原子核(2)查德威克中子(3)质子中子核子正电不带电(4)质子数中子数(5)质子数原子序数(6)元素符号质量数电荷数(7)质子数中子数同一位置(6)原子核的符号：AZX，其中，X为________，A为原子核的________，Z为原子核的________．(7)同位素：具有相同的________而________不同的原子核，在元素周期表中处于______________，因而互称为同位素．二、放射性元素的衰变1．原子核的衰变(1)衰变：放射性元素的原子核放出α粒子或β粒子后变成新的________的变化．(2)衰变形式：常见的衰变有两种，放出α粒子的衰变叫________，放出β粒子的衰变叫____________，而________是伴随α射线或β射线产生的．(3)衰变实质和规律①实质：原子核变成________________．②规律：原子核衰变时，________和________都守恒．(4)衰变方程举例：23892U→23490Th＋42He，23490Th→23491Pa＋0－1e.【答案】(1)原子核(2)α衰变β衰变γ射线(3)①新的原子核②电荷数质量数2．半衰期(1)定义：放射性元素的原子核有________发生衰变需要的时间，叫做这种元素的半衰期．(2)特点：①放射性元素衰变的快慢是由____________的因素决定，跟原子所处的_______________和______________没有关系．不同元素有________的半衰期．②半衰期是________原子核衰变的统计规律．(3)应用：利用半衰期非常稳定的特点，可以测量其衰变程度，推断时间．【答案】(1)半数(2)①核内部自身化学状态，物理状态外部条件不同②大量3．核反应方程(1)用途：表示原子核的变化(2)原则：核反应方程必须满足反应前后__________和________都守恒．【答案】(2)电荷数质量数1．不同元素的放射性：贝克勒尔发现天然放射现象，通过对天然放射现象的研究，人们发现原子序数大于83的所有天然存在的元素都具有放射性，原子序数小于83的元素，有的也具有放射性．三种射线的本质及特点2．三种射线本质和特点种类α射线β射线γ射线组成高速氦核流高速电子流光子流(高频电磁波)带电荷量2e－e0质量4mpmp＝1.67×10－27kgmp1840静止质量为零速度0.1c0.99cc种类α射线β射线γ射线在电磁场中偏转与α射线反向偏转不偏转贯穿本领最弱用纸能挡住较强穿透几毫米的铝板最强穿透几厘米的铅板对空气的电离作用很强较弱很弱在空气中的径迹粗、短、直细、较长、曲折最长1．(多选)(2018周口期末)工业部门经常使用射线来测量物体的厚度．例如轧钢厂的热轧机上可以安装射线测厚仪，将射线测厚仪接收到的信号输入计算机，就可以对钢板的厚度进行自动控制，关于控制装置和控制原理，下列说法中正确的是()A．探测器探测到的放射线可以是α射线、β射线、γ射线中的任何一种B．轧出的钢板越厚，透过的射线越强C．轧出的钢板越薄，透过的射线越强D．探测器得到的射线变弱时，应当减小热轧机两轮之间的厚度间隙【答案】CD解析：根据α、β、γ三种射线特点可知，γ射线穿透能力最强，电离能力最弱，α射线电离能量最强，穿透能力最弱，为了能够准确测量钢板的厚度，探测射线应该用γ射线，故A错误；随着轧出的钢板越厚，透过的射线越弱，而轧出的钢板越薄，透过的射线越强，故B错误，C正确；当探测器得到的射线变弱时，则说明两轮之间的距离较大，应当减小热轧机两轮之间的厚度间隙，故D正确．1．原子核的组成(1)概述原子核是由质子、中子构成的，质子带正电，中子不带电．原子核内质子和中子的个数并不一定相同．(2)基本关系：核电荷数＝质子数(Z)＝元素的原子序数＝核外电子数．质量数(A)＝核子数＝质子数＋中子数．对原子核的理解2．对核子数、电荷数、质量数的理解(1)核子数：质子和中子统称为核子，质子数和中子数之和叫核子数．(2)电荷数(Z)：原子核所带的电荷总是质子电荷的整数倍，通常用这个整数表示原子核的电荷数，叫做原子核的电荷数．(3)质量数(A)：原子核的质量等于核内质子和中子的质量的总和，而质子与中子质量几乎相等，所以原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，这个整数叫做原子核的质量数．2．若用x代表一个中性原子中核外的电子数，y代表此原子的原子核内的质子数，z代表此原子的原子核内的中子数，则对23490Th的原子来说()A．x＝90y＝90z＝234B．x＝90y＝90z＝144C．x＝144y＝144z＝90D．x＝234y＝234z＝324【答案】B【解析】质量数＝质子数＋中子数，中性原子中：质子数＝核外电子数，所以选B项．1．α衰变和β衰变的实质(1)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．(2)β衰变是原子核中的一个中子转化成一个质子，同时还放出一个电子即β粒子，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．对原子核衰变的理解(3)γ射线是在发生α衰变或β衰变的过程中伴随而生的，且γ射线不带电，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．2．衰变规律：原子核衰变时，电荷数和质量数都守恒．3．衰变方程(1)α衰变：AZX→A－4Z－2Y＋42He，(2)β衰变：AZX→AZ＋1Y＋0－1e.4．衰变方程的书写特点(1)核衰变过程一般是不可逆的，所以核衰变方程只能用箭头，不能用等号．(2)核衰变的生成物一定要以实验为基础，不能只依据两个守恒而杜撰出不符合实际的核反应方程．(3)当放射性物质发生连续衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ射线辐射．3．由原子核的衰变规律可知()A．放射性元素一次衰变可同时产生α射线和β射线B．放射性元素发生β衰变时，新核的化学性质不变C．放射性元素发生衰变的快慢不可人为控制D．放射性元素发生正电子衰变时，新核质量数不变，核电荷数增加1【答案】C解析：一次衰变不可能同时产生α射线和β射线，只可能同时产生α射线和γ射线或β射线和γ射线；原子核发生衰变后，新核的核电荷数发生了变化，故新核(新的物质)的化学性质应发生改变；发生正电子衰变，新核质量数不变，核电荷数减少1.1．半衰期定义：放射性元素原子核半数衰变需要的时间，半衰期是反映原子核衰变快慢的物理量，同一元素具有相同半衰期，不同元素半衰期不同．2．影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关．对半衰期的理解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，对少量的原子核的衰变，上述规律不成立，比如有两个镭226原子核，不是经过一个半衰期就应该有一个发生衰变，这两个原子核何时衰变是不可预测的．4．半衰期公式根据半衰期的定义，原子核的数目半数发生衰变所用的时间叫做该元素的半衰期．所以可推测出如下公式：剩余的数目是原来数目的几分之几或剩余的这种元素的质量是原来的几分之几．N余＝12nN0，m余＝12nm0，其中n是半衰期的个数．若从开始研究该元素的衰变开始计时，经历的时间为t，半衰期用τ来表示，则n＝tτ.4．(2018江苏卷)已知A和B两种放射性元素的半衰期分别为T和2T，则相同质量的A和B经过2T后，剩余的A和B质量之比为()A．1∶4B．1∶2C．2∶1D．4∶1【答案】B解析：设开始时它们的质量都是m0，根据半衰期的定义，经过时间2T后，A经历了两个半衰期，剩下的放射性元素的质量mA＝m0122＝14m0，经过时间2T后，B经历了一个半衰期，剩下的放射性元素的质量mB＝12m0，故mA∶mB＝1∶2.故A、C、D错误，B正确．例1将α、β、γ三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场，下图中正确表示射线偏转情况的是()三种射线的特性解析：已知α粒子带正电，β粒子带负电，γ射线不带电，根据正、负电荷在磁场中运动受洛伦兹力方向和正、负电荷在电场中受电场力方向，可知A、B、C、D四幅图中，α、β粒子的偏转方向都是正确的，但偏转的程度需进一步判断．带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，其半径r＝mvBq，将其数据代入，则α粒子与β粒子的半径之比为rαrβ＝mαmβ·vαvβ·qβqα＝41/1840×0.1c0.99c×12≈371.7.由此可见，A项正确，B项错误．带电粒子垂直进入匀强电场，设初速度为v0，垂直电场线方向位移为x，沿电场线方向位移为y，则有x＝v0t，y＝12·qEmt2，消去t可得y＝qEx22mv20.对某一确定的x值，α、β粒子沿电场线偏转距离之比为yαyβ＝qαqβ·mβmα·v2βv2α＝21×1/18404×0.99c20.1c2＝137.5.由此可见，C项错