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    选择性必修 第三册第2节 原子核衰变及半衰期课前预习ppt课件

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    这是一份选择性必修 第三册第2节 原子核衰变及半衰期课前预习ppt课件,文件包含鲁科版高中物理选择性必修第三册第5章第2节原子核衰变及半衰期课件ppt、鲁科版高中物理选择性必修第三册第5章第2节原子核衰变及半衰期学案doc、鲁科版高中物理选择性必修第三册课后素养落实12原子核衰变及半衰期含答案doc等3份课件配套教学资源,其中PPT共60页, 欢迎下载使用。

    2节 原子核衰变及半衰期

    [核心素养·明目标]

    核心素养

    学习目标

    物理观念

    知道衰变、半衰期及原子核衰变的规律了解核反应及放射性同位素应用的基本观念和相关实验证据。

    科学思维

    理解原子核的衰变规律及半衰期的计算方法掌握核反应方程的写法与放射性同位素的应用培养分 析、推理能力。

    科学探究

    通过学习科学家对放射性元素衰变的探究学会观察和思考提升科学探究的能力。

    科学态度与责任

    坚持实事求是的科学态度体验科学家探索科学规律的艰辛和科学研究的价值激发学习兴趣。

     

    知识点一 原子核的衰变

    1原子核的衰变

    原子核因释放出像αβ这样的射线(粒子流)而转变成新核的变化。

    2衰变的类型

    (1)α衰变:放出α粒子的衰变。

    例如:U的衰变方程为UHeTh

    (2)β衰变:放出β粒子的衰变。

    例如:Th放出β粒子衰变方程为ThePa

    在原子核衰变过程中产生的新核有些处于激发态这些不稳定的激发态会辐射出光子射线)而变成稳定的状态。而在自然界中放射性元素往往经历一系列的衰变直到变为一种稳定的非放射性元素为止。

    说明:原子核衰变时质量数守恒但不是质量守恒有质量减少(也叫质量亏损)

    1思考辨析(正确的打“√”错误的打“×”)

    (1)原子核的衰变有α衰变、β衰变和γ衰变的三种形式。 (×)

    (2)β射线中的电子是从原子核中释放出来的。 ()

    (3)原子核在衰变时它在元素周期表中的位置不变。 (×)

    知识点二 衰变的快慢——半衰期

    1半衰期

    放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间。

    2公式

    mM()m为剩余质量M为原来的质量T为放射性元素的半衰期。

    3影响因素

    元素半衰期的长短只由原子核自身因素决定与原子核所处的物理、化学状态无关。

    说明:半衰期是大量原子核衰变的统计规律只对大量原子核有意义对少数原子核没有意义。

    2思考辨析(正确的打“√”错误的打“×”)

    (1)同种放射性元素在化合物中的半衰期比单质中长。 (×)

    (2)原子所处的周围环境温度越高衰变越快。 (×)

    (3)半衰期的长短与外界因素无关。  ()

    知识点三 放射性的应用 放射性污染和防护

    1推断生物死亡年代:利用14 C的半衰期和剩余14 C的含量推测含碳物质年代。

    2作为示踪原子:用仪器探测放射性同位素放出的射线可以查明放射性元素的行踪好像带有标记一样人们把具有这种用途的放射性同位素叫作示踪原子。

    3辐射育种:利用γ射线照射种子可使种子内的遗传物质发生变异培育出新的优良品种。

    4放射性同位素电池:把放射性同位素衰变时释放的能量转换成电能的装置。

    5γ射线探伤:利用了γ射线穿透能力强的特点。

    6放射性污染的主要来源:核爆炸、核泄漏、医疗照射。

    7防护

    (1)减少受辐射时间。

    (2)采取必要的防范措施。

    说明:一般放射性同位素半衰期短而且强度容易控制使用更广泛。

    3思考辨析(正确的打“√”错误的打“×”)

    在用到射线时利用人工放射性同位素和天然放射性物质都可以。 (×)

    4填空

    约里奥·居里夫妇发现放射性磷的核反应方程为AlHePn其中P就是磷的放射性同位素发生衰变的核反应方程为PSie

    考点1 对原子核衰变的理解

    原子核α衰变实质是放出一个氦原子核β衰变实质是放出一个电子。

    试探究:(1)放射性元素能不能一次衰变同时产生α射线和β射线?

    (2)γ射线又是怎样产生的?

    提示:(1)不能一次衰变只能是α衰变或β衰变而不能同时发生α衰变和β衰变。

    (2)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。

    1衰变实质

    α衰变:原子核内两个质子和两个中子结合成一个α粒子,并在一定条件下作为一个整体从较大的原子核中抛射出来,产生α衰变。

    转化方程为2n2HHe

    β衰变:原子核内的一个中子变成一个质子留在原子核内同时放出一个电子β粒子放射出来。

    转化方程为nHe

    2衰变规律

    原子核发生衰变时遵循三个守恒定律

    (1)衰变前后的电荷数守恒。

    (2)质量数守恒。

    (3)动量守恒。

    3衰变方程通式

    (1)α衰变:XYHe

    (2)β衰变:XYe

    4确定原子核衰变次数的方法与技巧

    (1)方法:设放射性元素X经过nα衰变和mβ衰变后变成稳定的新元素Y则衰变方程为

    XYnHeme

    根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程:

    AA4nZZ2nm

    以上两式联立解得:nmZZ

    由此可见确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组。

    (2)技巧:为了确定衰变次数一般先由质量数的改变确定α衰变的次数(这是因为β衰变的次数多少对质量数没有影响)然后根据衰变规律确定β变的次数。

    【典例1 U核经一系列的衰变后变为Pb问:

    (1)一共经过几次α衰变和几次β衰变?

    (2)PbU相比质子数和中子数各少了多少?

    (3)综合写出这一衰变过程的方程。

    思路点拨:(1)α衰变和β衰变方程遵守质量数守恒和电荷数守恒的规律。

    (2)在写方程时用“→”而不能用因为质量并不相等且也不可逆。

    [解析] (1)U衰变为Pb经过xα衰变和yβ衰变。由质量数守恒和电荷数守恒可得

    2382064x  

    92822xy  

    联立①②解得x8y6

    即一共经过8α衰变和6β衰变。

    (2)由于每发生一次α衰变质子数和中子数均减少2每发生一次β衰变中子数减少1而质子数增加1PbU质子数少10中子数少22

    (3)衰变方程为UPb8He6e

    [答案] (1)8α衰变和6β衰变 (2)10 22

    (3)UPb8He6e

    衰变次数的判断方法

    (1)衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒。

    (2)每发生一次α衰变质子数、中子数均减少2

    (3)每发生一次β衰变中子数减少1质子数增加1

    1(多选)原子核92U经放射性衰变变为原子核90Th继而经放射性衰变变为原子核91Pa再经放射性衰变变为原子核92U。下列选项正确的是(  )

    Aα衰变   Bβ衰变

    Cβ衰变 Dγ衰变

    ABC [92U质量数少4电荷数少2说明α衰变A正确;90Th质子数加1质量数不变说明β衰变中子转化成质子B正确;91Pa质子数加1质量数不变说明β衰变中子转化成质子C正确D错误]

    考点2 半衰期的理解与应用

    放射性元素氡(Rn)α衰变成为钋(Po)半衰期约为3.8天;但勘测表明经过漫长的地质年代后目前地壳中仍存在天然的含有放射性元素Rn的矿石。

    试探究:(1)甲同学说Rn主要存在于地球深处的矿石中温度和压力改变了它的半衰期这种说法对吗?

    (2)如果不对那到底是什么原因呢?

    提示:(1)不对。放射性元素的半衰期由原子核本身的因素决定与外界环境等因素无关。

    (2)地壳中原有的Rn早已衰变完了目前地壳中的Rn主要来自其他放射性元素的衰变。

    1对半衰期的理解:半衰期表示放射性元素衰变的快慢。

    2半衰期公式:NNmm0式中Nm0表示衰变前的原子数和质量Nm表示衰变后的尚未发生衰变的原子数和质量t表示衰变时间τ表示半衰期。

    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,对于一个特定的原子核,无法确定其何时发生衰变,半衰期只适用于大量的原子核。

    【典例2 某放射性元素原为8 g6天时间已有6 g发生了衰变此后它再衰变1 g还需要几天?

    思路点拨:8 g放射性元素已衰变了6 g还有2 g没有衰变现在要求在2 g的基础上再衰变1 g即再衰变一半故找出元素衰变的半衰期就可得出结论。

    [解析] 由半衰期公式mm08 g6 g8 g×2

    即放射性元素从8 g衰变6 g余下2 g时需要2个半衰期。

    因为t6所以τ3即半衰期是3而余下的2 g衰变1 g1个半衰期τ3天。故此后它衰变1 g还需3天。

    [答案] 3

    有关半衰期的两点提醒

    (1)半衰期是指放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间而不是样本质量减少一半的时间。

    (2)经过n个半衰期剩余原子核NN

    角度一 有关衰变的计算

    2(2020·辽宁省辽阳市期末)已知Co60的衰变方程为CoCoX半衰期为5.27X1Co60经过5.27年后还剩下Co60的质量分别为(  )

    A质子 0.5     B电子 0.5

    C质子 0.25 D电子 0.25

    B [原子核衰变过程的质量数和核电荷数均守恒可得X为电子;1Co60中有大量的原子核1Co60经过5.27年后还有0.5克没有衰变。故选B]

    角度二 有关衰变的图像

    3U的衰变方程为UThHe其衰变曲线如图所示τ为半衰期(  )

    AU发生的是β衰变

    BU发生的是γ衰变

    Ck3

    Dk4

    C [放出He的衰变是α衰变根据公式mm0×可得m0·m0解得k3C正确。]

    考点3 核反应与放射性同位素的应用

    用人工方法得到放射性同位素这是一个很重要的发现天然放射性同位素只不过40几种而今天人工制造的放射性同位素已达1 000多种。放射性同位素在工业、农业、医疗卫生和科学研究的许多方面都得到了广泛的应用。

    试探究:(1)带电的验电器在放射线照射下电荷会很快消失这是什么原因?

    (2)在我国首次用人工方法合成牛胰岛素时需要证明人工合成的牛胰岛素结晶跟天然牛胰岛素结晶是同一种为此采用放射性同位素14C的作用是什么?

    提示:(1)放射线的电离作用空气中与验电器所带电荷电性相反的离子与之中和所以使验电器所带电荷消失。

    (2)示踪原子。

    1核反应

    (1)原子核人工转变的三大发现

    1919年卢瑟福发现质子的核反应:

    NHeOH

    1932年查德威克发现中子的核反应:

    BeHeCn

    1934年约里奥居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应:AlHePnPSie

    (2)人工转变核反应与衰变的比较 

    不同点:原子核的人工转变是一种核反应是其他粒子与原子核相碰撞的结果需要一定的装置和条件才能发生而衰变是原子核的自发变化它不受物理和化学条件的影响。

    相同点:人工转变与衰变过程一样在发生过程中质量数与电荷数都守恒反应前后粒子总动量守恒。

    2放射性同位素的应用

    (1)放射性同位素的分类

    可分为天然放射性同位素和人工放射性同位素两种,天然放射性同位素不过40多种而人工放射性同位素已达1 000多种每种元素都有自己的放射性同位素。

    (2)人工放射性同位素的优点

    放射强度容易控制。

    可以制成各种所需的形状。

    半衰期比天然放射性物质短得多放射性废料容易处理。因此凡是用到射线时用的都是人工放射性同位素。

    (3)放射性同位素的主要应用

    利用它的射线。

    a.工业部门使用射线测厚度——利用γ射线的穿透特性;

    b农业应用——利用γ射线使种子的遗传基因发生变异杀死使食物腐败的细菌,抑制蔬菜发芽,延长保存期等;

    c医疗上——利用γ射线的高能量治疗癌症。

    作为示踪原子:放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质通过探测放射性同位素的射线确定其位置。

    【典例3 (多选)关于放射性同位素的应用下列说法中正确的有(  )

    A放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电因此达到了消除有害静电的目的

    B利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤

    C用放射线照射作物种子能使其DNA发生变异其结果一定是成为更优秀的品

    Dγ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量以免对人体正常组织造成太大的伤害

    思路点拨:(1)α射线电离能力强。

    (2)γ射线的穿透能力强。

    BD [利用放射线消除有害静电是利用α射线的电离性使空气分子电离成导体将静电泄出A错误;利用γ射线的穿透性可以为金属探伤γ射线对人体细胞伤害太大因此不能用来人体透视在用于治疗肿瘤时要严格控制剂量BD正确;DNA变异并不一定都是有益的C错误]

    放射性同位素的两类应用

    (1)利用它的射线:α射线的电离作用γ射线的贯穿本领和生物作用β射线的贯穿本领。

    (2)作为示踪原子:多数情况下用β射线因为γ射线难以探测到。

    4(多选)下列哪些应用是把放射性同位素作为示踪原子 (  )

    Aγ射线探伤仪

    B利用含有放射性碘131的油检测地下输油管的漏油情况

    C利用钴60治疗肿瘤等疾病

    D把含有放射性元素的肥料施给农作物用检测放射性的办法确定放射性元素在农作物内转移和分布情况找出合理施肥的规律

    BD [A是利用了γ射线的穿透性A错误;C利用了γ射线的生物作用C错误;BD是利用示踪原子。]

    1(多选)下列说法中正确的是(  )

    Aβ衰变放出的电子来自组成原子核的电子

    Bβ衰变实质是核内的中子转化成了一个质子和一个电子

    Cα衰变说明原子核中含有α粒子

    Dγ射线总是伴随其他衰变发生它的本质是电磁波

    BD [原子核发生β衰变中放出的电子是原子核内的中子转化为质子而释放的电子A错误;B正确;α射线是具有放射性的元素的原子核在发生衰变时两个中子和两个质子结合在一起而从原子核中释放出来C错误;γ射线总是伴随着其他衰变发生它的本质是电磁波D正确。]

    2有一种新型镍铜长效电池它是采用半衰期长达100年的放射性同位素镍63(Ni)和铜两种金属作为长寿命电池的材料利用镍63发生β衰变时释放电子给铜片把镍63和铜片作电池两极外接负载为负载提供电能。下面有关该电池的说法正确的是(  )

    A63的衰变方程是NiCue

    B63的衰变方程是NiCue

    C外接负载时镍63的电势比铜片低

    D该电池内电流方向是从镍片到铜片

    A [63的衰变方程为NieCu选项A正确B错误;电流方向为正电荷定向移动方在电池内部电流从铜片到镍片镍片电势高选项CD错误。]

    3(多选)14C发生放射性衰变成为14N半衰期约5 700年。已知植物存活期间其体内14C12C的比例不变;生命活动结束后14C的比例持续减少。现通过测量得知某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一。下列说法正确的是(  )

    A该古木的年代距今约5 700

    B 12C13C14C有相同的中子数

    C 14C衰变为14N的过程中放出β射线

    D增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变

    AC [古木样品中14C的比例是现代植物所制样品的二分之一根据半衰期的定义知该古木的年代距今约5 700选项A正确;同位素具有相同的质子数不同的中子数选项B错误;14C的衰变方程为CNe所以此衰变过程放出β射线选项C正确;放射性元素的半衰期与核内部自身因素有关与原子所处的化学状态和外部条件无关选项D错误。]

    4如图所示是某著名物理实验装置图科学家利用该装置第一次实现了原子核的人工转变。

    问题探究:(1)请完成该核反应方程;

    (2)请写出这位科学家的名字及他发现了什么?

    [解析] (1)核反应方程是:HeNOH

    (2)卢瑟福第一次完成了原子核的人工转变并发现了质子。

    [答案] 见解析

    回归本节知识自我完成以下问题:

    1原子核的衰变分哪两类?衰变时满足什么物理规律?

    提示:α衰变和β变时电荷数和质量数守恒还有动量守恒。

    2写出半衰期的公式

    提示:NNmm0

    3放射性同位素的主要应用有哪些?

    提示:利用它的射线;作为示踪原子。

    大自然的时钟——碳-14

    一座古墓被发掘出来了科学家们从其中的一块木片就可以大致推断这座古墓是在多少年前建造的。你想知道其中的原因吗?

    原来在地球的大气中含有一定比例的碳-14碳-14具有放射性。活的动植物从空气中吸收的碳中既有不带放射性的碳-12也有一定比例的碳-14。动植物死后不能再吸收空气中的碳-14于是动植物体中的碳-14将通过衰变而逐渐减少。

    碳-14的半衰期是5 730年。现在利用先进的加速器质谱计让碳-14离子在加速器中获得较高能量后进入粒子探测器通过直接测量被鉴定样品中碳-14的原子数来断定文物样品的年代。这种方法可使考古年代推至数十万年前误差仅为数十年测量精度非常高。

    古生物遗骸中所含的碳-14经半衰期5 730年减为一半。

     动植物死后其体内的碳-14含量逐渐减少吗?根据什么物理规律推算古生物的年代?

    提示:是的。由半衰期的规律推算时间。

     

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