高中物理 选择性必修3 5.2放射性元素的衰变

精品教学课件高中物理选择性必修第三册

RJ第五章原子核5.2放射性元素的衰变目录CONTENTS1

学习目标2

新课导入3

新课讲解4

课堂小结5

典例分析当堂小练61．知道放射现象的实质是原子核的衰变。2．知道两种衰变的基本性质，并掌握原子核的衰变规律。3．理解半衰期的概念。4．了解放射性同位素及其应用。5．了解核辐射与防护方法。学习目标

在古代，不论是东方还是西方，都有一批人追求“点石成金”之术，他们试图利用化学方法将一些普通的矿石变成黄金。当然，这些炼金术士的希望都破灭了。那么，真的存在能让一种元素变成另一种元素的过程吗？类似于“点石成金”的事一直就在自然界中进行着，这就是伴随着天然放射现象发生的原子核“衰变”过程。新课导入

天然放射现象中原子核自发地放出

α射线或β射线，这样由于核电荷数变了，它在元素周期表中的位置就变了，就变成另一种原子核。我们把这种变化称为原子核的衰变。

原子核自发地放出α粒子或β粒子而转变为新核的现象。1、衰变：新课讲解一、原子核的衰变⑴α衰变：

2、衰变的种类原子核自发放出α粒子而转变为新核的过程叫α衰变。原子核放出一个α粒子（），质量数减少4，电荷数减少2，就成了一个新原子核的过程。

比如铀238核放出一个α粒子后，质量数减少4，电荷数减少2，就变成了钍234核。在这个衰变过程中，衰变前的质量数等于衰变后的质量数之和；衰变前的电荷数等于衰变后的电荷数之和。大量事实表明，原子核衰变时电荷数和质量数都守恒。衰变方程：在α衰变中，新核的质量数与原来的核的质量数有什么关系？相对于原来的核在元素周期表中的位置，新核在元素周期表中的位置应当向前移还是向后移？要移动几位？你能概括出α衰变的质量数、核电荷数变化的一般规律吗？α衰变的一般方程：

在这个衰变过程中，衰变前的质量数等于衰变后的质量数之和；衰变前的电荷数等于衰变后的电荷数之和。发生一次α衰变，困为原子序数减小2，所以相对于原来的核在元素周期表中的位置，新核在元素周期表中的位置应当向前移2位。α衰变过程中质量数守恒，核电荷数守恒。⑵β衰变：2、衰变的种类原子核自发放出β粒子而转变为新核的过程叫β衰变。原子核放出一个β粒子（），质量数不变，电荷数增加1，就成了一个新原子核的过程。

比如

发生α衰变后产生的也具有放射性，它放出一个β

粒子后质量数没有改变，但电荷数增加了1，就变成镤。

发生β衰变时，除了产生电子

外，还产生反电子中微子

。由于

的质量数和电荷数都是0，所以在中学教科书中一般都不写出。

“电荷数之和”指代数和，因为发生β衰变时，电子的电荷数是－1。在β衰变中，质量数、核电荷数有什么变化规律？原子核里没有电子，β衰变中的电子来自哪里？

β衰变的一般方程：β衰变过程中质量数守恒，核电荷数守恒。研究发现，β衰变实质是核内的中子转化成了一个质子和一个电子。

β衰变过程中，衰变前的质量数等于衰变后的质量数之和；衰变前的电荷数等于衰变后的电荷数之和。发生一次β衰变，困为原子序数增加1，所以相对于原来的核在元素周期表中的位置，新核在元素周期表中的位置应当向后移1位。β衰变的本质放射性的原子核在发生α衰变、β衰变时产生的新核处于高能级，这时它要向低能级跃迁，并放出γ光子。γ射线经常是伴随α射线和β射线产生的。事实表明，两个中子和两个质子能十分紧密地结合在一起，因此，在一定条件下它们会作为一个整体从较大的原子核中被抛射出来，即发生了α衰变。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。当放射性物质连续衰变时，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。这时，放射性物质发出的射线中就会同时具有α、β、γ三种射线。α衰变的本质

γ衰变的本质α、β、γ三种射线同时出现二、半衰期11.47.63.81/21/41/8m/m0t/天01、半衰期（𝝉）：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。氡的衰变m/m0t/天3.81/22×3.81/43×3.81/81/164×3.8……若放射性元素原来的质量为m0

、原子数为N0；剩余的质量m，剩余的原子数为N，半衰期为𝝉，半衰期个数为n，经过时间t，则：⑴元素的半衰期由原子核内部的因素决定，只与元素的种类有关，跟元素所处的物理或化学状态无关。不同元素半衰期不同。⑵半衰期是一个统计规律，只对大量的原子核才适用，对少数原子核是不适用的。三、核反应1、定义：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应。2、原子核人工转变的三大发现⑴1919年，卢瑟福发现质子的核反应。⑵1932年查德威克发现中子的核反应。⑶1934年约里奥—居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应。在核反应中，质量数守恒、电荷数守恒。I·约里奥·居里，1900～1958F·约里奥·居里，1897～1956法国科学家。是P·居里和M·居里的女儿和女婿.由于发现人工放射性而获得1935年诺贝尔化学奖.四、放射性同位素及其应用

很多元素都存在一些具有放射性的同位素，它们被称为放射性同位素。1、放射性同位素的分类⑴天然放射性同位素。⑵人工放射性同位素。2、人工放射性同位素的优势⑴放射强度容易控制。⑵半衰期短，废料易处理。不过40多种已达1000多种3、放射性同位素及其应用⑴射线测厚仪⑵放射治疗⑶培优、保鲜⑷示踪原子五、辐射与安全核反应堆外层用厚厚的水泥来防止泄露核废料要放在很厚的重金属箱内，并埋在深海里.生活中尽量远离放射源.C-14（“碳钟”）年代测定法，又称放射性碳定年法，就是根据C-14衰变的程度来判定古生物体的年代，该项研究获得1960年诺贝尔化学奖。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。稳定14C

半衰期τ=5730

年【碳14测年技术】4、放射性同位素及其应用3、核反应5、辐射与安全1、原子核的衰变⑵衰变原则：质量数守恒，电荷数守恒。⑴原子核的衰变

衰变:β衰变:γ射线:伴随

射线或

射线产生2、半衰期⑶三种衰变

课堂小结【例题1】关于天然放射现象，下列说法正确的是（）A.天然放射现象表明原子内部有一定结构B.升高温度可以改变原子核衰变的半衰期C.β射线是原子核外的电子形成的电子流D.三种射线中γ射线的穿透能力最强，电离作用最小解析：D天然放射现象表明原子核内部有一定结构，故A错误；原子核衰变的半衰期由自身结构决定，与物理条件和化学状态无关，故升高温度不能改变原子核衰变的半衰期，故B错误；发生一次β衰变，实际是原子核内的一个中子转化为一个质子和一个电子，这个电子被抛射出来，故C错误；三种射线中γ射线是不带电的光子，穿透能力最强，电离作用最小，故D正确。典例分析解析：解析：BD【例题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的规律如图所示，图中N为铀238的原子数，N0为铀和铅的总原子数.由此可以判断下列选项正确的是（）A.铀238的半衰期为90亿年B.地球的年龄大约为45亿年C.被测定的古老岩石样品在90亿年时的铀、铅原子数之比约为1∶4D.被测定的古老岩石样品在90亿年时的铀、铅原子数之比约为1∶3【例题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的规律如图所示，图中N为铀238的原子数，N0为铀和铅的总原子数.由此可以判断下列选项正确的是（

BD

）A.铀238的半衰期为90亿年B.地球的年龄大约为45亿年C.被测定的古老岩石样品在90亿年时的铀、铅原子数之比约为1∶4D.被测定的古老岩石样品在90亿年时的铀、铅原子数之比约为1∶31.某原子研究实验室发生放射性同位素泄漏事故。已知该元素的半衰期为3天，总放射量为人体最大允许量的8倍，则研究人员至少需等待几天后才能进入该实验室（）A．3天 B．6天 C．9天 D．24天当堂小练解析：设放射性同位素的总量为N，则人体最大允许量为

，半衰期为T=3天，由半衰期公式可知故当

时，可得故有即研究人员至少需等待9天后才能进入该实验室。故选C。答案：C2．Se发生β衰变成为，假设含Se材料中发生β衰变产生的电子可以全部定向移动形成5.0×10-8A的平均电流，已知电子的电荷量为1.6×10-19C，则在3.2s时间内发生β衰变的Se的个数为（）A．1×1011个 B．2×1011个 C．5×1011个 D．1×1012个解析：在3.2s时间内的电量为

发生衰变会产生2个电子。故发生β衰变的

个数为故选C。答案：C3.关于天然放射现象，下列说法正确的是（）A．天然放射现象表明原子内部有一定结构B．升高温度可以改变原子