5.2原子核衰变.ppt

上节课我们讲了原子的核式模型 原子的中心有一个很小的原子核 集合了全部正电荷以及原子的几乎全部质量 带负电的电子在核外空间运动 氦原子核式结构模型 原子核由质子和中子组成的 质子和中子统称为核子 如图 某种元素X的原子核常用字下面的符号来表示 既然知道了原子核结构 今天我们就来学习原子核的衰变 上节课我们学习了天然放射线现象 那么 射线的本质是什么物质 原子核放出射线后本身是否发生了变化呢 若有变化 它变成了什么呢 中间又存在什么规律呢 想知道答案 就赶快进入课程吧 第二节 原子核衰变 1 知识与能力 掌握常用衰变方程 理解半衰期及其应用 了解原子核衰变的过程和机理 2 过程与方法 理解衰变过程 能够用 衰变解释某些元素的衰变 并写衰变方程式 能正确理解半衰期并应用半衰期做题 3 情感态度与价值观 能正确理解半衰期并应用半衰期做题 能理解 衰变的实质并灵活应用 了解测定古木等年龄的方法 比如碳14鉴年技术 1 重点 2 难点 衰变方程 半衰期及其应用 半衰期及其应用 衰变方程 1 原子核衰变 2 半衰期 3 碳14鉴年技术 原子核衰变 原子核放出 粒子或 粒子后 变成新的原子核 我们把这种变化称为原子核的衰变 放出 粒子 称为 衰变 放出 粒子 称为 衰变 大量的实验表明 原子核衰变前后的电荷数和质量数都守恒 例如 铀238核在放出一个 粒子后 铀核的质量数减少4 电荷数减少2 铀核转化为新核钍234 如图 以上 衰变可以用下面的衰变方程来表示 上述衰变产生的新核钍也具有放射性 它能放出一个 粒子而变成一个镤 核 如下页的图 电子的质量比核子质量小的多 可以认为它的质量数为零 电荷数为 1 钍核放出粒子后的质量数不变 电荷数增加1 转变为镤核 以上 衰变可以用下面的衰变方程来表示 上述两个衰变分别为 衰变和 衰变 每个方程两边的质量数和电荷数也是守恒的 我们了解了两个 衰变和 衰变的粒子 那么 它们究竟是怎样定义的呢 想一想 放射性元素的原子核中 两个中子和两个质子 结合得比较紧密 有时它们会作为一个整体从较大的原子核中抛射出来 这就是 衰变 有时原子核内一个中子可以转化为一个质子和一个电子 产生的电子从核内发射出来 这就是 衰变 原子核的能量也只能取一系列不连续的数值 因此也存在着能级 而且能级越低越稳定 放射性原子核在发生 衰变 衰变时产生的新核往往处于较高的能级状态 这时它要向低的能及状态跃迁 从而辐射出 射线 因此 射线是伴随 射线和 射线产生的 通常放射性元素样本中 有的原子核发生 衰变 有的原子核发生 衰变 同时伴随 辐射 这时射线终会同时具有 三种射线 放射性元素往往会连续发生衰变 例如铀238要经过一系列衰变直至变成稳定的铅206的核 才停止衰变 小练习 解 半衰期 研究表明 放射性同位素衰变的快慢有一定的规律 而且非常稳定 例如 氡222经过 衰变变为钋218 如果隔一段时间测量一次剩余氡的数量就会发现 大约每过3 8天就会有一半的氡发生了变化 也就是说每经过一个3 8天 剩有一半的氡 经过第二个3 8天 剩有1 4的氡 再经过3 8天 剩余1 8的氡 放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间 叫做这种元素的半衰期 不同的放射性元素 半衰期不同 甚至差别非常大 例如 氡222衰变为钋218的半衰期是3 8天 镭226帅变为氡222的半衰期是1620年 铀238衰变为钍234的半衰期竟长达4 5 109年 右图表示的是氡的衰变 m和m0表示任意时刻和t 0时氡的质量 小资料 人造放射性同位素的半衰期比天然放射性物质短得多 而且它的放射强度容易控制 各种放射性同位素的应用技术都使用人造放射性同位素 这样可消除放射性同位素长期滞留所造成的危害 例如 在放射性示踪技术和医疗技术中 所使用的人造放射性同位素的半衰期通常以分钟或小时为单位 最大的以天为单位 下表为一些医疗影用放射性同位素的半衰期及造影部位 你知道吗 放射性元素衰变的快慢是由核内部本身的因素决定的 跟原子所处的物理或化学状态无关 例如 一种放射性元素 不管它是以单质的形式存在 还是和其他元素形成化合物 或者对它施加压力 或者增高它的温度 都不能改变它的半衰期 这是因为衰变发生在原子核的内部 压力 温度 与其他元素的化合等 都不能影响原子的内部结构 想一想 为什么半衰期不会改变呢 碳14鉴年技术 考古学家用半衰期很长的放射性同位素碳14作为时钟 来测量考古发掘物所经历的漫长时间 这种技术称为碳14鉴年法 自然界中的碳主要是12C 也有少量14C 它是高层大气中的原子核在太阳射来的高能粒子流的作用下产生的 14C是具有放射性的碳同位素 能够自发地进行 衰变 变成氮 半衰期为5730年 14C原子不断产生又不断衰变 达到动态平衡 它在大气中的含量是稳定的 大约在1012个碳原子中有一个14C 活的植物通过光合作用和呼吸作用与环境交换碳元素 体内14C的比例与大气中的相同 植物枯死后 遗体内的14C仍在进行衰变 不断减少 但是不再得到补充 因此 根据放射性强度减小的情况就可以算出植物死亡的时间 例如 要推断一块古木的年代 可以先把古木加温 制取1g碳的样品 再用粒子计数器进行测量 如果测得样品每分钟衰变的次数正好是现代植物所制样品的一半 表明这块古木经过了14C的一个半衰期 即5730年 如果测得每分钟衰变的次数是其他值 也可以根据半衰期计算出古木的年代 我国考古工作者用放射性同位素鉴年法对马王堆一号汉墓外椁盖板杉木进行测量 结果表明该墓距今2130 95年 通过历史文献考证 该古墓的年代为西汉早期 约在2100年前 两者符合得很好 左图为同位素质谱仪 可用来测定样本中微量的碳14 1 原子核衰变 原子核衰变前后的电荷数和质量数都守恒 2 半衰期 放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间 叫做这种元素的半衰期 放射性元素衰变的快慢是由核内部的元素决定的 与元素的状态无关 不同元素的半衰期不同 3 碳14鉴年技术 此技术为半衰期的应用 了解即可 1 07年海南 一速度为v的高速 粒子 与同方向运动的氖核 发生弹性正碰 碰后 粒子恰好静止 求碰撞前后氖核的速度 不计相对论修正 解 设 粒子与氖核的质量分别为m 与mNe 氖核在碰撞前后的速度分别为VNe与 将 式代入 式得 2 09年江苏 在 衰变中常伴有一种称为 中微子 的例子放出 中微子的性质十分特别 因此在实验中很难探测 1953年 莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统 利用中微子与水中的核反应 间接地证实了中微子的存在 1 中微子与水中的发生核反应 产生中子 和正电子 即中微子 可以判定 中微子的质量数和电荷数分别是 填写选项前的字母 A 0和0 B 0和1 C 1和0 D 1和1 A 2 上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇 与电子形成几乎静止的整体后 可以转变为两个光子 即 2 已知正电子和电子的质量都为9 1 10 31 反应中产生的每个光子的能量约为 J 正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子 原因是 遵循动量守恒 8 2 10 14 1 发生核反应前后 粒子的质量数和核电荷数均不变 据此可知中微子的质量数和电荷数分都是0 A项正确 2 3 07年江苏卷2 2006年美国和俄罗斯的科学家利用回旋加速器 通过 钙48 轰击 锎249 发生核反应 成功合成了第118号元素 这是迄今为止门捷列夫元素周期表中原子序数最大的元素 实验表明 该元素的原子核先放出3个相同的粒子x 再连续经过3次 衰变后 变成质量为282的第112号元素的原子核 则上述过程中的粒子x是 A 中子B 质子C 电子D 粒子 可见x为中子 A A 原子核放出电子后 它的质量数不变而电荷数却减少1 AB 1 下列关于放射性元素衰变的描述 哪些是错误的 B 核衰变时放出的射线都是由带电粒子所组成的 C 半衰期表示放射性元素衰变的快慢 它和外界的温度 压强无关 D 衰变不改变元素在周期表上的位置 2 关于放射性元素原子核的衰变 下列叙述中哪些是正确的 C 某核放出一个 粒子或 粒子后 都变成一种新元素的原子核 ABC A 射线是伴随 射线或 射线而发射出来的 B 半衰期的大小不随化学状态 温度等变化而变 D 若原来有某种放射性元素的原子核10个 则经一个半衰期后 一定有5个原子核发生了衰变 1 2题考查类型相同 只要正