2018-2019高中物理 第19章 原子核 19.2 放射性元素的衰變課件 新人教版選修3-5.ppt

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1、2 放射性元素的衰變,【自主預(yù)習(xí)】 1.原子核的衰變: (1)定義:原子核放出_______粒子,由于_________變了, 它在元素周期表中的位置就變了,變成另一種_______。 我們把這種變化稱為_____________。,α或β,核電荷數(shù),原子核,原子核的衰變,(2)種類: ①α衰變:放出_______的衰變叫作α衰變。 鈾238核放出一個(gè)α粒子后,核的質(zhì)量數(shù)______,核電荷 數(shù)______,變成新核——釷234核。 衰變方程式:,α粒子,減少4,減少2,②β衰變:放出_______的衰變叫作β衰變。釷234核也 具有放射性,它能放出一個(gè)β粒子而變成 衰變方程式: (3)規(guī)律:

2、原子核衰變時(shí)_______和_______都守恒。,β粒子,電荷數(shù),質(zhì)量數(shù),2.半衰期: (1)定義:放射性元素的原子核有_____發(fā)生衰變所需的 時(shí)間。 (2)決定因素:放射性元素衰變的快慢是由___________ 的因素決定的,跟原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件沒 有關(guān)系。不同的放射性元素,半衰期_____。,半數(shù),核內(nèi)部自身,不同,,(3)應(yīng)用:利用半衰期非常_____這一特點(diǎn),可以測(cè)量其衰 變程度,推斷時(shí)間。,穩(wěn)定,,【預(yù)習(xí)小測(cè)】 1.下列核反應(yīng)方程中,屬于α衰變的是 ( ),,【解析】選B。選項(xiàng)A是人工核反應(yīng),選項(xiàng)B是α衰變,選項(xiàng)C是核聚變,選項(xiàng)D是β衰變,選項(xiàng)B正確。,,2.14C測(cè)

3、年法是利用14C衰變規(guī)律對(duì)古生物進(jìn)行年代測(cè)定的方法。若以橫坐標(biāo)t表示時(shí)間,縱坐標(biāo)m表示任意時(shí)刻14C的質(zhì)量,m0為t=0時(shí)14C的質(zhì)量。下面四幅圖中能正確反映14C衰變規(guī)律的是 ( ),,【解析】選C。由半衰期公式m= 并結(jié)合數(shù)學(xué)知識(shí) 可知C正確。,,3.(多選)14C發(fā)生放射性衰變成為14N,半衰期約5700年。已知植物存活期間,其體內(nèi)14C與12C的比例不變;生命活動(dòng)結(jié)束后,14C的比例持續(xù)減少。現(xiàn)通過測(cè)量得知,某古木樣品中14C的比例正好是現(xiàn)代植物所制樣品的二分之一。下列說法正確的是 ( ),,A.該古木的年代距今約5700年 B.12C、13C、14C具有相同的中子數(shù) C.14C衰變

4、為14N的過程中放出β射線 D.增加樣品測(cè)量環(huán)境的壓強(qiáng)將加速14C的衰變,,【解析】選A、C。剩余的碳14占 ,表明經(jīng)過了一個(gè)半衰期,A正確;碳14、13、12的質(zhì)子數(shù)相同,質(zhì)量數(shù)不同,中子數(shù)不同,B錯(cuò)誤;碳14變?yōu)榈?4,質(zhì)量數(shù)未變,放出的是電子流,即β射線,C正確;半衰期不受外界環(huán)境影響,D錯(cuò)誤。,主題一 原子核的衰變 【互動(dòng)探究】 1.原子核輻射射線會(huì)發(fā)生什么變化? 提示:天然放射性元素的原子核輻射α或β射線,原子核的核電荷數(shù)就發(fā)生了變化,變成了另一種原子核,也就是原子核發(fā)生了衰變。,,2.原子核衰變過程中符合哪些規(guī)律?發(fā)生α衰變時(shí),原 子核的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)發(fā)生了怎樣的變化? 提示:原子

5、核的衰變符合質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒。 α粒子的質(zhì)量數(shù)是4,電荷數(shù)是2,所以發(fā)生α衰變的原 子核的質(zhì)量數(shù)減少4,電荷數(shù)減少2,新核在元素周期表 中的位置向前提了兩位,核反應(yīng)方程為,,3.發(fā)生β衰變的原子核的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)發(fā)生了怎樣的變化?β衰變時(shí)的核電荷數(shù)為什么會(huì)增加?釋放的電子從哪里來的?,,提示:β粒子的質(zhì)量數(shù)是0,電荷數(shù)是-1,所以發(fā)生β衰 變的原子核質(zhì)量數(shù)不變,電荷數(shù)增加1,新核在元素周期 表中的位置向前進(jìn)一位,核反應(yīng)方程為 原子核內(nèi)雖然沒有電子,但核內(nèi)的質(zhì)子和中子是可以相 互轉(zhuǎn)化的,當(dāng)核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時(shí),同時(shí)要產(chǎn)生一 個(gè)電子并從核內(nèi)釋放出來,就形成了β衰變,從而新核 少了一個(gè)

6、中子,但增加了一個(gè)質(zhì)子,核電荷數(shù)增加,并 輻射出來一個(gè)電子。,,4.原子核發(fā)生衰變的實(shí)質(zhì)是什么? 提示:α衰變的實(shí)質(zhì)是原子核內(nèi)的2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)α粒子放射出來,β衰變的實(shí)質(zhì)是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子放射出來。可見,放射出的α粒子和β粒子是原子核內(nèi)的質(zhì)子或中子轉(zhuǎn)化而成的。,,【探究總結(jié)】 1.α衰變的實(shí)質(zhì):在放射性元素的原子核中,2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子結(jié)合得比較緊密,有時(shí)會(huì)作為一個(gè)整體從較大的原子核中拋射出來,這就是放射性元素發(fā)生的α衰變,其反應(yīng)式為,,2.β衰變的實(shí)質(zhì):原子核里雖然沒有電子,但是核內(nèi)的中子可以轉(zhuǎn)化成質(zhì)子和電子,產(chǎn)生的電子從核內(nèi)發(fā)射出來,這就是β衰變,其反應(yīng)

7、式為,,3.衰變次數(shù)的分析思路與計(jì)算方法: (1)分析思路:在分析或計(jì)算衰變次數(shù)的問題時(shí),首先要寫出衰變方程的通式,然后根據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒列式計(jì)算。 (2)計(jì)算方法:如放射性元素 經(jīng)過n次α衰變和m次β衰變后,變成穩(wěn)定的新元素 則表示該核反應(yīng)的方程為,,根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可列方程 A=A′+4n,Z=Z′+2n-m 由以下兩式解得 由此可見,確定衰變次數(shù)可歸結(jié)為解一個(gè)二元一次方程組。,,【典例示范】 核經(jīng)一系列的衰變后變?yōu)?核,問: (1)一共經(jīng)過幾次α衰變和幾次β衰變? (2) 與 相比,質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)各少多少? (3)綜合寫出這一衰變過程的方程。,,【解題指南】(1)衰變過

8、程中質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒。 (2)根據(jù)每發(fā)生一次α衰變?cè)雍说馁|(zhì)子數(shù)和中子數(shù)均減少2,每發(fā)生一次β衰變?cè)雍说闹凶訑?shù)減少1,質(zhì)子數(shù)增加1。,,【解析】(1)設(shè) 衰變?yōu)? 經(jīng)過x次α衰變和y次β衰變。由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可得 238=206+4x① 92=82+2x-y② 聯(lián)立①②解得x=8,y=6,即一共經(jīng)過8次α衰變和6次β衰變。,,(2)由于每發(fā)生一次α衰變質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)均減少2,每發(fā)生一次β衰變中子數(shù)減少1,而質(zhì)子數(shù)增加1,故 較 質(zhì)子數(shù)少10,中子數(shù)少22。 答案:(1)8次 6次 (2)10 22 (3)見解析,,【探究訓(xùn)練】 1.表示放射性元素碘131 β衰變的方程是 (

9、 ),,【解題指南】解答本題時(shí)應(yīng)注意以下兩點(diǎn): (1)在原子核衰變過程中,質(zhì)量數(shù)守恒,電荷數(shù)守恒。 (2)β衰變是原子核放出高速電子流。,,【解析】選B。碘 的原子核內(nèi)一個(gè)中子放出一個(gè)電 子,變成一個(gè)質(zhì)子,質(zhì)量數(shù)沒有發(fā)生變化,核電荷數(shù)增加 1,所以生成54號(hào)元素 ,放出一個(gè)電子。B選項(xiàng)正確。,,2.(多選)原子核A發(fā)生一次α衰變后變?yōu)樵雍?,原 子核B發(fā)生一次β衰變后變?yōu)樵雍?,已知原子核A 和原子核B的中子數(shù)相同,則兩個(gè)生成核X和Y的中子數(shù)以 及a、b、c、d的關(guān)系可能是 ( ) A.X的中子數(shù)比Y少1 B.X的中子數(shù)比Y少3 C.如果a-d=2,則b-c=3 D.如果a-d=2,則b-

10、c=1,,【解析】選A、C。原子核發(fā)生一次α衰變,其質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)都減少2,發(fā)生一次β衰變,其質(zhì)子數(shù)增加1,而中子數(shù)減少1,由A、B中子數(shù)相同可得a+4-(b+2)=d-(c-1),即a-b+2=d-c+1,故A、C對(duì),B、D錯(cuò)。,,【補(bǔ)償訓(xùn)練】 (多選)元素X是放射性元素Y的同位素,X與Y分別進(jìn)行了 這樣的衰變過程: 則下列 敘述中,正確的是 ( ) A.Q和S是同位素 B.X和R的原子序數(shù)相同 C.X和R的質(zhì)量數(shù)相同 D.R的質(zhì)子數(shù)多于上述任一元素的質(zhì)子數(shù),,【解析】選A、D。X和Y是同位素,Q和S是它們發(fā)生了一次α衰變和一次β衰變的產(chǎn)物,質(zhì)子數(shù)相同,故為同位素,A項(xiàng)正確;R是

11、Y發(fā)生一次β衰變的產(chǎn)物,它的原子序數(shù)比Y多1,質(zhì)量數(shù)與Y相同,D正確;X與Y的原子序數(shù)相同,質(zhì)量數(shù)不同,故X與R原子序數(shù)不同,質(zhì)量數(shù)也不同,B、C錯(cuò)誤。,,主題二 半衰期 【互動(dòng)探究】 1.半衰期的含義是什么?它是怎么得到的?對(duì)于某個(gè)或選定的幾個(gè)原子核什么時(shí)候發(fā)生衰變能否根據(jù)半衰期算出?,,提示:半衰期是一個(gè)時(shí)間,是某種放射性元素的大量的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需要時(shí)間的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。對(duì)于某個(gè)或幾個(gè)特定的原子核的衰變時(shí)間是不能預(yù)測(cè)的。,,2.半衰期的應(yīng)用:半衰期的公式及意義是什么?如何根 據(jù)半衰期推算放射性元素的剩余質(zhì)量或根據(jù)剩余質(zhì)量 推算衰變的時(shí)間? 提示:半衰期的公式為:N= N表示核的個(gè)數(shù),

12、此式 也可以演變成m= ,式中m表示放射性物質(zhì)的質(zhì)量。,,3.什么因素能影響放射性元素的半衰期?能否通過增大壓強(qiáng)或提高溫度的方法加快某種放射性元素衰變的速度? 提示:放射性元素衰變的快慢由原子核內(nèi)部因素決定,跟原子所處的物理狀態(tài)(如溫度、壓強(qiáng))或化學(xué)狀態(tài)(如單質(zhì)、化合物)無關(guān)。不能通過增大壓強(qiáng)或提高溫度的方法加快某種放射性元素的衰變速度,也不能通過物理或化學(xué)的方法減緩放射性元素的衰變速度。,,【探究總結(jié)】 1.半衰期: (1)表示放射性元素衰變快慢的物理量。 (2)是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律,某幾個(gè)特定的原子核不符合此規(guī)律。 (3)它是由元素的原子核內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的,不受外部物理和化學(xué)環(huán)境的影響。,,2.

13、半衰期的計(jì)算公式:,,【典例示范】 (多選)地球的年齡到底有多大,科學(xué)家利用天然放射性元素的衰變規(guī)律,通過對(duì)目前發(fā)現(xiàn)最古老的巖石中鈾和鉛含量來推算。測(cè)得該巖石中現(xiàn)含有的鈾是巖石形成初期時(shí)(巖石形成初期時(shí)不含鉛)的一半,鈾238衰變后形成鉛206,鈾238的相對(duì)含量隨時(shí)間變化規(guī)律如圖所示,圖中N為鈾238的原子數(shù),N0為鈾和鉛的總原子數(shù)。由此可以判斷出 ( ),,,A.鈾238的半衰期為90億年 B.地球的年齡大致為45億年 C.被測(cè)定的巖石樣品在90億年時(shí)鈾、鉛原子數(shù)之比約為1∶4 D.被測(cè)定的巖石樣品在90億年時(shí)鈾、鉛原子數(shù)之比約為1∶3,,【解題指南】解答本題時(shí)應(yīng)注意以下三點(diǎn): (1)根據(jù)

14、圖象和半衰期的定義確定半衰期。 (2)根據(jù)半衰期確定90億年衰變的鈾核。 (3)根據(jù)衰變規(guī)律確定鈾核和鉛核的個(gè)數(shù)比。,,【解析】選B、D。半衰期是有半數(shù)原子核發(fā)生衰變所 需要的時(shí)間,根據(jù)圖象可知半數(shù)衰變的時(shí)間是45億年,A 錯(cuò),B對(duì);90億年是鈾核的兩個(gè)半衰期,有 的鈾原子核 發(fā)生衰變,還有 的鈾原子核沒有發(fā)生衰變,根據(jù)衰變 方程可知一個(gè)鈾核衰變時(shí)產(chǎn)生一個(gè)鉛核,故衰變后的鈾、 鉛原子數(shù)之比約為1∶3,C錯(cuò),D對(duì)。,,【探究訓(xùn)練】 1.下列有關(guān)半衰期的說法正確的是 ( ) A.放射性元素的半衰期越短,表明有半數(shù)原子核發(fā)生衰變所需的時(shí)間越短,衰變速度越快 B.放射性元素的樣品不斷衰變,隨著剩下未衰

15、變的原子核的減少,元素半衰期也變長(zhǎng),,C.把放射性元素放在密封的容器中,可以減慢放射性元素的衰變速度 D.降低溫度或增大壓強(qiáng),讓該元素與其他物質(zhì)形成化合物,均可減小衰變速度,,【解析】選A。放射性元素的半衰期是指放射性元素的原子核半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間,它反映了放射性元素衰變速度的快慢,半衰期越短,則衰變?cè)娇?故A正確;某種元素的半衰期長(zhǎng)短由其本身因素決定,與它所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān),B、C、D錯(cuò)誤。,2.碘131的半衰期約為8天,若某藥物含有質(zhì)量為m的碘131,經(jīng)過32天后,該藥物中碘131的含量大約還有 ( ),,【解析】選C。由原子核的衰變公式m余=m( )n,其中 為衰變的次數(shù),解得m余= ,故選C。,【課堂小結(jié)】,