粤教版 (2019)第五章 原子与原子核第二节 放射性元素的衰变多媒体教学课件ppt

第二节　放射性元素的衰变

[核心素养·明目标]

知识点一　放射性的发现

1．放射性：1896年，法国物理学家贝可勒尔发现射线可使包在黑纸里的照相底片感光，这种物质放射出射线的性质叫作放射性．

2．放射性元素：具有放射性的元素叫作放射性元素．

3．天然放射性元素：能自发地放出射线的元素叫作天然放射性元素．

4．意义：放射性与元素存在的状态无关，说明原子核是有内部结构的．

　原子序数大于83的所有元素都具有放射性，原子序数小于83的元素，有的也具有放射性．

知识点二 　原子核衰变

1．三种射线：放射性元素放出的射线常见的有三种：α射线、β射线和γ射线．

2．三种射线的实质

(1)α射线是高速运动的α粒子流，实际上就是氦原子核，电荷数是2质量数是4，可达光速的十分之一，电离本领强，贯穿物体的本领很小．

(2)β射线是高速运动的电子流，可达光速的99%，电离作用弱，贯穿本领较强．

(3)γ射线不带电，是频率很高的电磁波，电离作用最小，贯穿本领却最强．

3．原子核的衰变：把一种元素经放射过程变成另一种元素的现象，称为原子核的衰变．

4．衰变形式两种

(1)α衰变：放出α粒子的衰变称为α衰变．

(2)β衰变：放出β粒子的衰变称为β衰变．

　γ射线是伴随α射线或β射线产生的．

知识点三　半衰期

1．半衰期：原子核数目因衰变减少到原来的一半所经过的时间，叫作半衰期，记为T.

2．衰变规律公式：m＝m0，其中m0表示衰变前的质量，m表示经过t时间后剩余的放射性元素的质量．

3．放射性元素的半衰期，描述的是大量该元素衰变的统计规律．

4．放射性元素衰变的速率由核本身的因素决定，与原子所处的物理状态或化学状态无关．

　半衰期是统计规律，对少数原子核没有意义，只适用于大量的原子核．

1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)1896年，贝可勒尔发现了天然放射性． (　　)

(2)放射性元素发出的射线可以直接观察到． (　　)

(3)γ射线的电离能力最差，贯穿能力最强，故可利用其贯穿本领给金属探伤．               (　　)

(4)原子所处的周围环境温度越高，衰变越快． (　　)

[答案]　(1)√　(2)×　(3)√　(4)×

2．(多选)天然放射性物质的放射线包括三种成分，下列说法正确的是(　　)

A．一张厚的黑纸能挡住α射线，但不能挡住β射线和γ射线

B．某原子核在放出γ射线后会变成另一种元素的原子核

C．三种射线中对气体电离作用最强的是α射线

D．β粒子是电子，但不是原来绕核旋转的核外电子

ACD　[由三种射线的本质和特点可知，α射线穿透本领最弱，一张黑纸都能挡住，而挡不住β射线和γ射线，故A正确；γ射线是一种波长很短的光子，不会使原子核变成新核，故B错误；三种射线中α射线电离作用最强，故C正确；β粒子是电子，来源于原子核，故D正确．]

3．(多选)关于放射性元素的半衰期，下列说法正确的是(　　)

A．是放射源质量减少一半所需的时间

B．是原子核半数发生衰变所需的时间

C．与外界压强和温度有关

D．可以用于测定地质年代、生物年代等

BD　[原子核的衰变是由原子核的内部因素决定的，与外界环境无关．原子核的衰变有一定的速率，每隔一定的时间即半衰期，原子核就衰变掉总数的一半．不同种类的原子核，其半衰期也不同，若开始时原子核数目为N0，经时间t剩下的原子核数目为N，半衰期为T，则N＝N0.若能测出N与N0的比值，就可求出t，依此公式可测定地质年代、生物年代等．故正确答案为BD．]

考点1　三种射线的本质特征

三种射线的比较如下表

【典例1】　(多选)将α、β、γ三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场，图中表示射线偏转情况正确的是(　　)

A　　　　　　B

C　　　　　　D

[思路点拨]　(1)α粒子带正电、β粒子带负电，据洛伦兹力方向和电场力方向来判定；

(2)γ射线不带电，在磁场、电场中都不偏转．

AD　[已知α粒子带正电，β粒子带负电，γ射线不带电，根据正、负电荷在磁场中运动受洛伦兹力方向和正、负电荷在电场中受电场力方向可知，A、B、C、D四幅图中α、β粒子的偏转方向都是正确的，但偏转的程度需进一步判断．带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，其半径r＝，

将数据代入，则α粒子与β粒子的半径之比＝··＝××＝371，A正确，B错误；带电粒子垂直进入匀强电场，设初速度为v0，垂直电场线方向位移为x，沿电场线方向位移为y，则有x＝v0t，y＝×t2，消去t可得y＝，

对某一确定的x值，α、β粒子沿电场线偏转距离之比＝··＝××＝，C错误，D正确．]

判断三种射线性质的方法

(1)射线的电性：α射线带正电、β射线带负电、γ射线不带电．α、β是实物粒子，而γ射线是光子流，它是波长很短的电磁波．

(2)射线的偏转：在电场或磁场中，通过其受力及运动轨迹半径的大小来判断α和β射线偏转方向，由于γ射线不带电，故运动轨迹仍为直线．

(3)射线的穿透能力：α粒子穿透能力较弱，β粒子穿透能力较强，γ射线穿透能力最强，而电离作用相反．

1．如图所示，放射性元素镭释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，其中________是α射线，________是β射线，________是γ射线．

[解析]　由放射现象中α射线带正电，β射线带负电，γ射线不带电，结合在电场与磁场中的偏转可知②⑤是γ射线，③④是α射线．

[答案]　③④　①⑥　②⑤

考点2　半衰期的理解与应用

1．常用公式：n＝N，m＝M.

式中N、M表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，n、m表示发生衰变的放射性元素的原子数和质量，t表示衰变时间，T表示半衰期．

2．意义：表示放射性元素衰变的快慢．

3．规律的特征：放射性元素的半衰期是稳定的，由元素的原子核内部因素决定，跟原子所处的物理状态(如压强、温度)或化学状态(如单质、化合物)无关．

4．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．

5．规律的用途：利用天然放射性元素的半衰期可以估测岩石、化石和文物的年代．

【典例2】　恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，当温度达到108 K时，可以发生“氦燃烧”．

(1)Be是一种不稳定的粒子，其半衰期为2.6×10－16 s．一定质量的Be，经7.8×10－16s后所剩Be占开始时的________．

(2)压强变大，温度升高是否能加快Be的衰变速度？

[思路点拨]　(1)m＝m0；

(2)半衰期由原子核本身决定，与压力、温度、化合物等无关．

[解析]　(1)Be的半衰期为2.6×10－16s，经过7.8×10－16s后，

也就是经过3个半衰期后剩余的质量为

m′＝m＝m，

所剩Be占开始时的.

(2)半衰期由原子核本身决定，与外界因素无关．

[答案]　(1)或12.5%　(2)不能

应用半衰期公式m＝M，n＝N的三点注意：

(1)半衰期公式只对大量原子核才适用，对少数原子核是不适用的；

(2)明确半衰期公式中m、M的含义及二者的关系，n、N的含义及二者的关系；

(3)明确发生衰变的原子核与新产生的原子核质量之间的比例关系，每衰变一个原子核，就会产生一个新核，它们之间的质量之比等于各自原子核的质量之比．

2．已知A和B两种放射性元素的半衰期分别为T和2T，则相同质量的A和B经过2T后，剩有的A和B质量之比为(　　)

A．1∶4　　　　　 B．1∶2

C．2∶1 D．4∶1

B　[由半衰期含义可知，A经过两个半衰期剩余的质量为原来的，B经过一个半衰期，剩余的质量为原来的，所以剩余的A、B质量之比为1∶2，B项正确．]

1．物理观念：放射性与放射性元素，原子核衰变与半衰期．

2．科学思维：对三种射线的本质的理解，运用半衰期规律计算．

3．科学方法：实验法、观察法、计算法等．

1．为提出原子核式结构模型提供依据的实验或现象是(　　)

A．α粒子散射实验　 B．电子的发现

C．质子的发现 D．天然放射现象

A　[卢瑟福根据α粒子散射实验的现象，提出了原子核式结构模型，故选项A正确；电子的发现使人们认识到原子有复杂的结构；质子的发现说明了原子核是由质子和中子组成的；天然放射现象的发现使人们认识到原子核有复杂的结构，故选项BCD错误．]

2．关于α、β、γ三种射线，下列说法正确的是(　　)

A．α射线是一种波长很短的电磁波

B．γ射线是一种波长很短的电磁波

C．β射线的电离能力最强

D．γ射线的电离能力最强

B　[α射线电离本领最大，贯穿本领最小，但不属于电磁波，故A错误；γ射线是原子核在发生α衰变和β衰变时产生的能量以γ光子的形式释放，是高频电磁波，波长很短，故B正确；β射线是具有放射性的元素的原子核中的一个中子转化成一个质子同时释放出一个高速电子即β粒子，但电离能力没有α射线强，故C错误；γ射线不带电，没有电离能力，故D错误．]

3．某一放射性元素放出的射线通过电场后分成三束，如图所示，下列说法正确的是(　　)

A．射线1的电离作用在三种射线中最强

B．射线2贯穿本领最弱，用一张白纸就可以将它挡住

C．放出一个射线1的粒子后，形成的新核比原来的电荷数少1个

D．一个原子核放出一个射线3的粒子后，质子数和中子数都比原来少2个

D　[射线3在电场中向负极板偏转，射线3为α粒子，电离作用在三种射线中最强，故A错误；射线2在电场中不偏转，射线2为γ射线，其贯穿本领最强，故B错误；射线1在电场中向正极板偏转，射线1是β粒子，放出一个射线1的粒子后，形成的新核比原来的电荷数多1个，故C错误；射线3为α粒子，一个原子核放出一个射线3的粒子后，质子数和中子数都比原来少2个，故D正确．]

4．(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14C与12C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年

B．12C、13C、14C具有相同的中子数

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　[剩余的碳14占，表明经过了一个半衰期，A正确；碳14、13、12的质子数相同，质量数不同，中子数不同，碳14比碳12多两个中子，故B错误；碳14变为氮14，质量数未变，放出的是电子流，即β射线，C正确；半衰期不受外界环境影响，D错误．]

5．约里奥·居里夫妇因发现人工放射性同位素而获得了1935年的诺贝尔化学奖，他们发现的放射性元素P衰变成Si的同时放出另一种粒子，这种粒子是？

P是P的同位素，被广泛应用于生物示踪技术.1 mg P随时间衰变的关系如图所示，请估算4 mg的P经多少天的衰变后还剩0.25 mg.

[解析]　由核反应过程中电荷数和质量数守恒可写出核反应方程：P→Si＋e，可知这种粒子是正电子．由图像可知P的半衰期为14天，4 mg的P衰变后还剩0.25 mg，经历了4个半衰期，所以为56天．

[答案]　正电子　56天