走進(jìn)原子核-放射性元素的衰變教學(xué)課件

1、 探測射線探測射線 的方法的方法 1896年，法國科學(xué)家年，法國科學(xué)家貝克貝克 勒爾勒爾發(fā)現(xiàn)了鈾的放射性現(xiàn)象。發(fā)現(xiàn)了鈾的放射性現(xiàn)象。 發(fā)出不發(fā)出不 可見的可見的 射線射線 穿透黑穿透黑 紙使底紙使底 片感光片感光 一、放射性的發(fā)現(xiàn)一、放射性的發(fā)現(xiàn) 天然放射現(xiàn)象：天然放射現(xiàn)象：某些物質(zhì)自發(fā)地放射出看不某些物質(zhì)自發(fā)地放射出看不 見的射線的現(xiàn)象。見的射線的現(xiàn)象。 放大了放大了10001000倍的鈾礦石倍的鈾礦石 天然放射現(xiàn)象天然放射現(xiàn)象 的發(fā)現(xiàn)說明原的發(fā)現(xiàn)說明原 子核具有復(fù)雜子核具有復(fù)雜 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 鋇鈾云母鋇鈾云母翠砷銅鈾礦翠砷銅鈾礦 斜水鉬鈾礦斜水鉬鈾礦 鈾鈣石礦鈾鈣石礦 鉛盒鉛盒 放射源放射源

2、射射 線線 天然放射性元素的原子核發(fā)出天然放射性元素的原子核發(fā)出 的射線可使照相底片感光的射線可使照相底片感光 照相底片照相底片 1898年，波蘭籍的法國科年，波蘭籍的法國科 學(xué)家居里夫人發(fā)現(xiàn)比鈾強(qiáng)學(xué)家居里夫人發(fā)現(xiàn)比鈾強(qiáng)200萬倍的放射性萬倍的放射性 元素鐳和釙，元素鐳和釙，1903年獲諾貝爾獎。年獲諾貝爾獎。 放射性放射性 放射性元素放射性元素 發(fā)射射線的性質(zhì)發(fā)射射線的性質(zhì) 具有放射性的元素具有放射性的元素 放出射線后，元素的性質(zhì)發(fā)生變化放出射線后，元素的性質(zhì)發(fā)生變化 天然放射性元素天然放射性元素大于大于83的元素的元素 原子序數(shù)小于原子序數(shù)小于8383的一些天然元素也有的一些天然元素也有具

3、具 有放射性有放射性。例：例：Na, PNa, P等。等。 放射性物質(zhì)發(fā)出的射線有三種：放射性物質(zhì)發(fā)出的射線有三種： He 4 2 e o 1 氦核流氦核流 電子流電子流 高頻電磁波高頻電磁波 （光子流）（光子流） +2e -e 不帶電不帶電 最強(qiáng)最強(qiáng) 較強(qiáng)較強(qiáng) 最弱最弱 最弱最弱 較強(qiáng)較強(qiáng) 最強(qiáng)最強(qiáng) 三種射線性質(zhì)三種射線性質(zhì) 0.1c 0.9c c 鉛盒鉛盒 放放 射射 源源 照相底片照相底片 思考：思考：判斷圖中對應(yīng)哪種射線？判斷圖中對應(yīng)哪種射線？ 質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的發(fā)現(xiàn) 14 14 7 7 17 17 8 8 O 4 4 2 2 HeH 1 1 1 1 盧瑟福的盧瑟福的 粒子轟擊氮核實驗粒

4、子轟擊氮核實驗 原子核都是由質(zhì)子組成的嗎？原子核都是由質(zhì)子組成的嗎？ 原子核的比荷原子核的比荷質(zhì)子的比荷質(zhì)子的比荷 盧瑟福猜想：原子核內(nèi)還有不帶電的盧瑟福猜想：原子核內(nèi)還有不帶電的“中中 子子”(neutron) 1932年盧瑟福的學(xué)生查德威克發(fā)現(xiàn)了中子年盧瑟福的學(xué)生查德威克發(fā)現(xiàn)了中子 實驗實驗 測量測量: : (1)(1)這種不可見的粒子在電場、磁場中不偏轉(zhuǎn)，表這種不可見的粒子在電場、磁場中不偏轉(zhuǎn)，表 明它不帶電；明它不帶電； (2)(2)測定其速度小于測定其速度小于C/10,C/10,表明它不是表明它不是射線射線; ; (3)(3)通過與氫核的碰撞通過與氫核的碰撞, ,測定其質(zhì)量測定其質(zhì)量

5、m mX XmmH H，即與氫，即與氫 核核( (質(zhì)子質(zhì)子) )質(zhì)量相當(dāng)質(zhì)量相當(dāng) nCHeBe 1 0 12 6 4 2 9 4 核反應(yīng)方程核反應(yīng)方程 質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)：質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)： 核反應(yīng)方程是：核反應(yīng)方程是： 中子的發(fā)現(xiàn)中子的發(fā)現(xiàn) 核反應(yīng)方程是：核反應(yīng)方程是： HOHeN 1 1 17 8 4 2 14 7 nCHeBe 1 0 12 6 4 2 9 4 X A z X表示表示 元素符號元素符號 Z表示表示 質(zhì)子數(shù)質(zhì)子數(shù) A表示表示 質(zhì)量數(shù)質(zhì)量數(shù) )2( , 4,2 4 2 個中子即有 質(zhì)量數(shù)為個質(zhì)子有 表示氦原子核He )143( ,235,92 235 92 個中子即有 質(zhì)量數(shù)為個質(zhì)子有 表

6、示鈾原子核U 4 4同位素：同位素：具有相同具有相同 質(zhì)子數(shù)而中子數(shù)不同的質(zhì)子數(shù)而中子數(shù)不同的 原子原子，在元素周期表中，在元素周期表中 處于同一位置，互稱同處于同一位置，互稱同 位素。位素。 )( 1 1 氫H)( 2 1 重氫H)( 3 1 氚H 諾貝爾的搖籃 當(dāng)人們評論盧瑟福的成就時，總要提到他當(dāng)人們評論盧瑟福的成就時，總要提到他“桃李滿天下桃李滿天下”。在。在 盧瑟福的悉心培養(yǎng)下，他的學(xué)生和助手有多人獲得了諾貝爾獎盧瑟福的悉心培養(yǎng)下，他的學(xué)生和助手有多人獲得了諾貝爾獎 金：金： 1921年，盧瑟福的助手索迪獲諾貝爾化學(xué)獎年，盧瑟福的助手索迪獲諾貝爾化學(xué)獎 1922年，盧瑟福的學(xué)生阿斯頓

7、獲諾貝爾化學(xué)獎；年，盧瑟福的學(xué)生阿斯頓獲諾貝爾化學(xué)獎； 1922年，盧瑟福的學(xué)生玻爾獲諾貝爾物理獎；年，盧瑟福的學(xué)生玻爾獲諾貝爾物理獎； 1927年，盧瑟福的助手威爾遜獲諾貝爾物理獎；年，盧瑟福的助手威爾遜獲諾貝爾物理獎； 1935年，盧瑟福的學(xué)生查德威克獲諾貝爾物理獎；年，盧瑟福的學(xué)生查德威克獲諾貝爾物理獎； 1948年，盧瑟福的助手布萊克特獲諾貝爾物理獎；年，盧瑟福的助手布萊克特獲諾貝爾物理獎； 1951年，盧瑟福的學(xué)生科克拉夫特和瓦耳頓，共同獲得諾年，盧瑟福的學(xué)生科克拉夫特和瓦耳頓，共同獲得諾 貝爾物理獎；貝爾物理獎； 1978年，盧瑟福的學(xué)生卡皮茨獲諾貝爾物理獎。年，盧瑟福的學(xué)生卡皮茨

8、獲諾貝爾物理獎。 有人說，如果世界上設(shè)立培養(yǎng)人才的諾貝爾獎金的話，那么盧有人說，如果世界上設(shè)立培養(yǎng)人才的諾貝爾獎金的話，那么盧 瑟福是第一號候選人。瑟福是第一號候選人。 4.2 4.2 放射性元素的衰變放射性元素的衰變 一、衰變一、衰變 1 1、原子核放出、原子核放出粒子或粒子或粒子轉(zhuǎn)變?yōu)榱Ｗ愚D(zhuǎn)變?yōu)?新核的變化叫做新核的變化叫做原子核的衰變原子核的衰變 衰變：衰變：放出放出粒子的衰變，如粒子的衰變，如 衰變：衰變：放出放出 粒子的衰變，如粒子的衰變，如 HeThU 4 2 234 90 238 92 ePaTh 0 1 234 91 234 90 2.2.種類：種類： 衰變前后的衰變前后的電荷

9、數(shù)和質(zhì)量數(shù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒都守恒 衰變：衰變： 衰變：衰變： HeYX A Z A Z 4 2 4 2 eYX A Z A Z 0 11 說明：說明： 中間用單箭頭，不用等號中間用單箭頭，不用等號； 與化學(xué)方程式不同與化學(xué)方程式不同 2. 2. 是質(zhì)量數(shù)守恒是質(zhì)量數(shù)守恒，不是質(zhì)量守恒，不是質(zhì)量守恒; ; 3 3規(guī)律：規(guī)律： 衰衰 變變 方方 程程 備注：核衰變是核反應(yīng)的一種，核反應(yīng)與化學(xué)反備注：核衰變是核反應(yīng)的一種，核反應(yīng)與化學(xué)反 應(yīng)有著根本性的區(qū)別：應(yīng)有著根本性的區(qū)別： 核反應(yīng)時，核反應(yīng)時，原子核內(nèi)部的核子數(shù)會發(fā)生相應(yīng)的原子核內(nèi)部的核子數(shù)會發(fā)生相應(yīng)的 變化變化，核反應(yīng)可以使一種原子向另一

10、種原子轉(zhuǎn)化；，核反應(yīng)可以使一種原子向另一種原子轉(zhuǎn)化； 而化學(xué)反應(yīng)指的是而化學(xué)反應(yīng)指的是原子核最外層電子數(shù)目發(fā)生原子核最外層電子數(shù)目發(fā)生 變化變化，在化學(xué)反應(yīng)中，一種原子不能轉(zhuǎn)變成另一，在化學(xué)反應(yīng)中，一種原子不能轉(zhuǎn)變成另一 種原子。種原子。 4. 4. 本本質(zhì)質(zhì)： ： （1 1） 衰變：衰變：原子核內(nèi)少兩個質(zhì)子和兩個中子原子核內(nèi)少兩個質(zhì)子和兩個中子 （2 2） 衰變：原子核內(nèi)的一個中子變成質(zhì)子，同衰變：原子核內(nèi)的一個中子變成質(zhì)子，同 時放出一個電子時放出一個電子 n 1 0 H 1 1 e 0 1 （3 3）衰變本質(zhì)：衰變本質(zhì)： 射線是射線是電磁波電磁波，不是實物粒子。，不是實物粒子。 射線是射

11、線是伴隨伴隨著著衰變和衰變和衰變衰變產(chǎn)生產(chǎn)生的。的。 射線射線不改變電荷數(shù)與質(zhì)量數(shù)不改變電荷數(shù)與質(zhì)量數(shù)。 例例1 1： 經(jīng)過一系列經(jīng)過一系列 衰變和衰變和 衰變后，可以變衰變后，可以變 成穩(wěn)定的元素鉛成穩(wěn)定的元素鉛206 206 ，問這一過程，問這一過程 衰變和衰變和 衰變次數(shù)？衰變次數(shù)？ )( 206 82Pb U 238 92 例例2 2、關(guān)于、關(guān)于、三種射線，下列說法中正確三種射線，下列說法中正確 的是（的是（ ） A A、射線是原子核自發(fā)射出的氦核，它的電離作射線是原子核自發(fā)射出的氦核，它的電離作 用最弱用最弱 B B、射線是原子核外電子電離形成的電子流，它射線是原子核外電子電離形成的

12、電子流，它 具有中等的貫穿能力具有中等的貫穿能力 C C、射線一般伴隨著射線一般伴隨著或或射線產(chǎn)生，它的貫穿射線產(chǎn)生，它的貫穿 能力最強(qiáng)能力最強(qiáng) D D、射線是電磁波，它的電離作用最強(qiáng)射線是電磁波，它的電離作用最強(qiáng) C C 3 3如圖所示，如圖所示，x x為未知的放射源，為未知的放射源，L L為薄鋁片，若為薄鋁片，若 在放射源和計數(shù)器之間在放射源和計數(shù)器之間加上加上L L后后，計數(shù)器的計數(shù)器的計數(shù)率計數(shù)率 大幅度減小大幅度減小，在在L L和計數(shù)器之間和計數(shù)器之間再加豎直向下的勻再加豎直向下的勻 強(qiáng)磁場強(qiáng)磁場，計數(shù)器的計數(shù)器的計數(shù)率不變計數(shù)率不變，則，則x x可能是可能是( () ) A A和和

13、的混合放射源的混合放射源 B B純純放射源放射源 C C和和的混合放射源的混合放射源 D D純純放射源放射源 例例4 4：某原子核：某原子核A A的衰變過程為的衰變過程為A A B B C, C, 下列說法正確的是下列說法正確的是 （ ） A A、核、核A A的質(zhì)量數(shù)減核的質(zhì)量數(shù)減核C C的質(zhì)量數(shù)等于的質(zhì)量數(shù)等于5;5; B B、核、核A A的中子數(shù)減核的中子數(shù)減核C C的中子數(shù)等于的中子數(shù)等于2;2; C C、核、核A A的中性原子中的電子數(shù)比原子核的中性原子中的電子數(shù)比原子核B B的中性原的中性原 子中的電子數(shù)多子中的電子數(shù)多1;1; D D、核、核A A的質(zhì)子數(shù)比核的質(zhì)子數(shù)比核C C的質(zhì)

14、子數(shù)多的質(zhì)子數(shù)多1 1。 D D 例例5 5：在垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場中，有一原來靜止：在垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場中，有一原來靜止 的原子核，該核衰變后，的原子核，該核衰變后，放出的帶電粒子和反沖放出的帶電粒子和反沖 核的運(yùn)動軌跡核的運(yùn)動軌跡如圖所示。由圖可以判定如圖所示。由圖可以判定 （ ） A A、該核發(fā)生的是、該核發(fā)生的是衰變衰變 B B、該核發(fā)生的是、該核發(fā)生的是衰變衰變 C C、磁場方向一定垂直于紙面向里、磁場方向一定垂直于紙面向里 D D、不能判定磁場方向向里還是向外、不能判定磁場方向向里還是向外 a b BD 分析：分析：1.放出的帶電粒子和反沖核的運(yùn)動方向相反。放出的帶電粒子和反沖核

15、的運(yùn)動方向相反。 2.原子核和反沖核系統(tǒng)動量守恒原子核和反沖核系統(tǒng)動量守恒:MV1=mv2. 3.“異性內(nèi)切、同性外切異性內(nèi)切、同性外切”：為：為粒子。粒子。 4.r=mv/qB由于動量等大，則由于動量等大，則電量小，電量小，r大。大。 a 為為粒子的軌跡，粒子的軌跡，b為反沖核的軌跡為反沖核的軌跡 例例6 6：靜止靜止在勻強(qiáng)磁場中的某放射性元素的原子在勻強(qiáng)磁場中的某放射性元素的原子 核，當(dāng)它放出一個核，當(dāng)它放出一個粒子粒子后，其速度方向與磁場后，其速度方向與磁場 方向垂直，測得方向垂直，測得粒子和反沖核軌道半徑之比為粒子和反沖核軌道半徑之比為 4444：1 1，如圖所示：則，如圖所示：則（

16、） A A、 粒子與反沖粒子的動粒子與反沖粒子的動 量大小相等，方向相反量大小相等，方向相反 B B、原來放射性元素的原子、原來放射性元素的原子 核電荷數(shù)為核電荷數(shù)為9090 C C、反沖核的核電荷數(shù)為、反沖核的核電荷數(shù)為8888 D D、粒子與反沖核的速度粒子與反沖核的速度 之比為之比為1 1：8888 R1 R2 ABC 靜止靜止在在勻強(qiáng)磁場勻強(qiáng)磁場中的放射性元素發(fā)生衰變后中的放射性元素發(fā)生衰變后 1 1、放出的粒子與反沖核的、放出的粒子與反沖核的動量大小相等動量大小相等， 方向相反方向相反 2 2、粒子粒子與反沖粒子的運(yùn)動軌跡是與反沖粒子的運(yùn)動軌跡是外切圓外切圓 粒子粒子與反沖粒子的運(yùn)動

17、軌跡是與反沖粒子的運(yùn)動軌跡是內(nèi)切圓內(nèi)切圓 小結(jié)：小結(jié)： 核反應(yīng)方程核反應(yīng)方程 1.1.核反應(yīng)：核反應(yīng)：除了天然放射性元素會自動產(chǎn)生自發(fā)核除了天然放射性元素會自動產(chǎn)生自發(fā)核 衰變外，還可以利用天然放射性的高速粒子或利衰變外，還可以利用天然放射性的高速粒子或利 用人工加速的粒子去轟擊原子核，以產(chǎn)生新的原用人工加速的粒子去轟擊原子核，以產(chǎn)生新的原 子核，這個過程叫做核反應(yīng)。子核，這個過程叫做核反應(yīng)。 2.2.反應(yīng)能：反應(yīng)能：在核反應(yīng)過程中，原子核的質(zhì)量和電荷在核反應(yīng)過程中，原子核的質(zhì)量和電荷 數(shù)會發(fā)生變化，同時伴隨著能量的釋放或吸收，數(shù)會發(fā)生變化，同時伴隨著能量的釋放或吸收， 所放出或吸收的能量叫做

18、反應(yīng)能。所放出或吸收的能量叫做反應(yīng)能。 例例7下列核反應(yīng)方程中正確的是下列核反應(yīng)方程中正確的是 （ ）B 例例8 8粒子轟擊硼粒子轟擊硼1010生成氮生成氮1313和和X X粒子；氮粒子；氮1313具具 有放射性，放出有放射性，放出Y Y粒子并生成碳粒子并生成碳1313，則，則X X粒子和粒子和Y Y 粒子分別是粒子分別是 A A質(zhì)子和中子質(zhì)子和中子 B B質(zhì)子和電子質(zhì)子和電子 C C中子和電子中子和電子 D D中子和正電子中子和正電子 二、半衰期二、半衰期(T)(T) 1.1.意義：意義： 表示放射性元素衰變快慢的物理量。表示放射性元素衰變快慢的物理量。 2.2.定義：定義：放射性元素的原子

19、核有半數(shù)發(fā)生衰變所需放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需 的時間。的時間。 不同的放射性元素其半衰期不同不同的放射性元素其半衰期不同 3.3.公式：公式： T t T t mmNN) 2 1 (;) 2 1 ( 00 衰變后衰變后 剩余原剩余原 子數(shù)即子數(shù)即 未衰變未衰變 的原子的原子 數(shù)數(shù)衰變前原子數(shù)衰變前原子數(shù) 衰變時間衰變時間 半周期半周期 注意：注意： (1)(1)半衰期的長短是由原子核內(nèi)部本半衰期的長短是由原子核內(nèi)部本 身的因素決定的，與原子所處的物理、身的因素決定的，與原子所處的物理、 化學(xué)狀態(tài)無關(guān)化學(xué)狀態(tài)無關(guān) (2)(2)半衰期是一個統(tǒng)計規(guī)律，只對大半衰期是一個統(tǒng)計規(guī)律，只對大 量的原子核才適用，對少數(shù)原子核量的原子核才適用，對少數(shù)原子核 是不適用的是不適用的 9.關(guān)于半衰期，以下說法正確的是：關(guān)于半衰期，以下說法正確的是： A同種放射性元素在化合物中的半衰期比同種放射性元素在化合物中的半衰期比 單質(zhì)中長。單質(zhì)中長。 B升高溫度可以使半衰期縮短。升高溫度可以使半衰期縮短。 C氡的半衰期為氡的半衰期為3.8天，若有四個氡原子核，天，若有四個氡原子核， 經(jīng)過經(jīng)過7.6天就只剩下一個。天就只剩下一個。 D氡的半衰期為氡的半衰期為3.8天，天，4克