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放射性元素的衰变,第十九章,第二节,原子核,吉水二中李拥军,听说过“点石成金”的传说吗？,放射性元素会自发地发出射线,这些射线是从哪来的呢?发出这些射线时,原子核内部发生了怎样的变化,满足怎样的规律呢?,一、衰变,原子核放出 粒子或 粒子转变为新核的变化叫做原子核的衰变,（1）衰变：放出粒子的衰变，如,1.定义：,2.种类和规律：,衰变本质：原子核内两个质子和两个中子结合成一个 粒子 2 01n +211H 2 4 He,（2）衰变：放出粒子的衰变，如,说明：1. 中间用单箭头，不用等号； 2.原子核发生衰变时，衰变前后的电荷数和 质量数都守恒,衰变本质：原子核内的一个中子变成质子， 同时放出一个电子 : 01n 11H +O_1 e,3、 辐射,原子核的能量也跟原子的能量一样，其变化是不连续的，也只能取一系列不连续的数值，因此也存在着能级，同样是能级越低越稳定。,放射性的原子核在发生衰变、衰变时，往往蕴藏在核内的能量会释放出来，使产生的新核处于高能级，这时它要向低能级跃迁，能量以光子的形式辐射出来，因此，射线经常是伴随射线和 射线产生的，是高频率的电磁波。当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生衰变，有的发生衰变，同时就会伴随着辐射（没有衰变）。这时，放射性物质发出的射线中就会同时具有、和三种射线。,原子核放出一个光子不会改变它的质量数和电荷数.,注意:核反应方程一般是不可逆的,所以核反应方程只能用单箭头表示反应方向,不能用等号连接. 核反应的生成物一定要以实验为基础,不能只依据两个守恒杜撰出生成物来写核反应方程. 核反应中遵循质量数守恒,而不是质量守恒,核反应过程中反应前后的总质量一般发生变化(质量亏损,而释放核能). 当放射性物质发生连续衰变时,原子核中有的发生衰变,有的发生衰变,同时伴随射线辐射,这时可连续放出三种射线.,设一放射性元素 经过n次衰变后，再经m次衰变后变成变成稳定的新元素 ,则该核反应方程式为：,质量数守恒：A=A +4n 电荷数守恒：Z=Z + 2n - m,以上两式联立得：n= m=,4. 衰变中的电荷数、质量数守恒应用： -确定衰变次数的方法,方法 一:设经过了n次衰变,经过了m次衰变 根据质量数和电荷数守恒,列方程如下: 232=208+4n 90=82+2n-m 联立以上两式解得n=6,m=4 答案:6 4,典例分析 例1:放射性元素232 90Th,经过_次衰变和_ 次衰变成了稳定的元素208 82Pb.,二、半衰期(T),2.意义： 表示放射性元素衰变快慢的物理量,3.定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间,1、现象： 衰变快慢的规律,经过n个半衰期(T)其剩余的质量为：,质量与原子个数相对应，故经过n个半衰期后剩余的粒子数为：,4.公式：,5 说明、 （1）、不同的放射性元素，半衰期不同,例如： 氡222衰变为钋218的半衰期为3.8天 镭226衰变为氡222的半衰期为1620年 铀238衰变为钍234的半衰期长达4.5109年,(2)半衰期的长短是由原子核内部本身的因素决定的，与原子所处的物理、化学状态无关,(3)半衰期是大量原子核衰变时的统计规律,只对大量的原子核才适用，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.,1、 地壳有一部漫长的演变历史，一部不断变化、不断发展的历史。人们利用地壳岩石中存在的微量的放射性元素的衰变规律，测定地球的年龄为46亿年。 2、碳14测年技术-14C是具有放射性的碳的同位素，能够自发的进行 衰变，变成氮。考古学家确定古木年代的方法是用放射性同位素作为“时钟”，来测量漫长的时间，这叫做放射性同位素鉴年法,6、半衰期的实际应用,例题.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 ,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:假设古木死亡时14C的质量为m0,现在的至现今 所含14C经过了n个半衰期,由题意可知 所以n=2,即古木死亡的时间为 57302年=11460年,应选B.,一、原子核的衰变,2.衰变原则：,质量数守恒，电荷数守恒。,1.原子核的衰变：,（1）衰变:原子核放出粒子的衰变叫做衰变,（2）衰变:原子核放出粒子的衰变叫做衰变,（3）辐射:伴随射线或射线产生.,二、半衰期,1、半衰期:放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，叫做这种元素的半衰期。,2、不同的放射性元素，半衰期不同,放射性元素衰变的快慢是核内部自身因素决定。,课堂总结,放射性元素半衰变是一个统计规律。,练习1：由原子核的衰变规律可知 ( ),C,A放射性元素一次衰变可同时产生射线和射线 B放射性元素发生衰变时，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,衰变的理解,课堂互动讲练,D,衰变的理解,例题：某原子核A的衰变过程为 A B C,下列说法正确的是（ ）,A、核A的质量数减核C的质量数等于5; B、核A的中子数减核C的中子数等于2; C、核A的中性原子中的电子数比原子核B的中性原子中的电子数多1; D、核A的质子数比核C的质子数多1。,D,衰变的规律,完成下列衰变方程，并注意它属于何种反应：,(1) ，属于 衰变；,(3) ；属于 衰变。,(2) ，属于 衰变；,3 衰变方程,思考： 23892U (铀)要经过几次衰变和衰变，才 能变为 206 82Pb(铅)？它的中子数减少了多少？,8次 衰变，6次 衰变，中子数减少 22.,解析：设铀经过x次衰变，y次衰变，才变成铅 23892U 206 82Pb+x +y 由质量数和电荷数守恒得： 质量数不变：238=206+4x+0 所以x=8 电荷数不变：92=82+2x+(-1)y 所以y=6 中子数减小量=（238-92）-（206-82）=22,4、求衰变次数,钍232经过6次衰变和4次衰变后变成一种稳定的元素，这种元素是什么？它的质量数是多少？它的原子序数是多少？,小练习：,1有甲、乙两种放射性元素，它的半衰期分别是甲15天，乙30天，它们的质量分别为m甲、m乙，经过60天这两种元素的质量相等，则它们原来的质量之比M甲M乙是( ) A14 B41 C21 D12,M余=M原(1/2）n.和n=t/T的应用,例2：一块氡222放在天平的左盘时，需在天平的右盘加444g砝码，天平 才能处于平衡，氡222发生衰变，经过一个半衰期以后，欲使天平再次平衡，应从右盘中取出的砝码为（ ） A222g B8g C2g D4g,D,解析:核反应方程:210 84Po206 82Pb+42He 276天为钋的2个半衰期,剩余Po的质量 另有3/4的钋衰变成了铅,则生成铅的质量 答案:剩余16 g钋,生成47.09克的铅 核反应方程为210 84Po206 82Pb+42He,3.钋210经衰变成为稳定的铅,半衰期为138天.质量为64 g的钋210经276天后,还剩余多少克钋?生成了多少克铅?写出核反应方程钋210(210 84Po).,4氡222衰变为钋218的半衰期是3.8天，纯净的氡经过7.6天后，求氡与钋的原子数之比和氡与钋的质量之比。,13,2.一小瓶含有某种放射性同位素的溶液,它每分钟衰变6000次,将它注射到一个病人的血液中,经15小时,从病人身上取出10 cm3的血样,测得每分钟衰变2次.已知这种放射性同位素的半衰期为5小时,试根据上述数据,计算人体血液的总体积.,解析:每分钟衰变的次数跟含有这种放射性同位素的物质的量成正比,即跟放射性同位素的质量成正比,设人体中含有x cm3的血液,经过15小时放射性同位素的质量m0,原来一瓶放射性同位素的质量m,则 ,其中N为注射放射性同位素经15小时血液中放射性同位素每分钟总的放射次数,则N=750次, ,得x=3750 cm3. 答案:3750 cm3,2.判断古生物年代常用14C定年法。若干万年以前，始祖鸟通过摄食，吸收了植物中含有14C的营养物质，死亡后不再吸收。随着年代的推移，其体内14C的含量为现代鸟的 ，已知地表中14C的含量基本不变，14C的半衰期为T年，试判断始祖鸟距今年代为： A B C D 2,1：在垂直于纸面的匀强磁场中，有一原来静止的原子核，该核衰变后，放出的带电粒子和反冲核的运动轨迹如图所示。由图可以判定 （ ）,A、该核发生的是衰变 B、该核发生的是衰变 C、磁场方向一定垂直于纸面向里 D、不能判定磁场方向向里还是向外,BD,分析：1.放出的带电粒子和反冲核的运动方向相反。 2.原子核和反冲核系统动量守恒:MV1=mv2. 3.“异性内切、同性外切”：为粒子。 4.r=mv/qB由于动量等大，则电量小，r大。 a 为粒子的轨迹，b为反冲核的轨迹,练习1：静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核，当它放出一个粒子后，其速度方向与磁场方向垂直，测得粒子和反冲核轨道半径之比为44：1，如图所示：则（ ）,A、 粒子与反冲粒子的动量大小 相等，方向相反 B、原来放射性元素的原子核电荷 数为90 C、反冲核的核电荷数为88 D、粒子与反冲核的速度之比为1：88,ABC,分析：1.动量守恒 2.r=mv/qB则44/1=q/2e 所以反冲核q=88e。Q原=88+2=90,3.不知质量比，无法确定速度比,2.一个原来静止的238 92U原子核,辐射出粒子,它的两个产物在垂直于它们速度方向的匀强磁场中运动,它们的轨迹和运动方向(图中用箭头表示)可能是下图中哪一个?(图中半径大小没有按比例画)( ),解析:由于发生衰变,产物是两个带正电的粒子,根据动量守恒可知衰变后,粒子和新核具有大小相等,方向相反的动量,受到洛伦兹力方向相反,即轨迹为外切圆,再利用左手定则判断洛伦兹力的方向,可知选项D正确. 答案:D,静止在匀强磁场中的放射性元素发生衰变后 1、放出的粒子与反冲核的动量大小相等， 方向相反 2、粒子与反冲粒子的运动轨迹是外切圆 粒子与反冲粒子的运动轨迹是内切圆 3 半径关系 4、周期关系,小结：,一、原子核的衰变,2.衰变原则：,质量数守恒，电荷数守恒。,1.原子核的衰变：,（1）衰变:原子核放出粒子的衰变叫做衰变,（2）衰变:原子核放出粒子的衰变叫做衰变,（3）辐射:伴随射线或射线产生.,二、半衰期,1、半衰期:放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，叫做这种元素的半衰期。,2、不同的放射性元素，半衰期不同,放射性元