2022-2023學年新教材高中物理 第五章 原子核 2 放射性元素的衰變課件 新人教版選擇性必修第三冊

第五章原子核2．放射性元素的衰變課前預習反饋課內互動探究課堂達標檢測目標體系構建核心素養(yǎng)提升目標體系構建【學習目標】1．知道放射現象的實質是原子核的衰變，會正確書寫衰變方程。2．了解半衰期及其統計意義。3．知道核反應及其遵從的規(guī)律。4．知道放射性同位素及其應用，知道射線的危害及防護。【思維脈絡】課前預習反饋

1．定義原子核自發(fā)地放出__________或__________，由于核電荷數變了，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原子核的衰變。α粒子知識點1原子核的衰變β粒子原子核4．衰變規(guī)律(1)原子核衰變時__________和__________都守恒。(2)任何一種放射性元素只有一種放射性，不能同時既有α放射性又有β放射性，而γ射線伴隨α衰變或β衰變產生。說明：原子核衰變時質量數守恒，但不是質量守恒，有質量減少(也叫質量虧損)。電荷數質量數1．定義：放射性元素的原子核有________發(fā)生衰變所需的時間。2．決定因素：放射性元素衰變的快慢是由______________的因素決定的，跟原子所處的化學狀態(tài)和外部條件沒有關系。不同的放射性元素，半衰期________。3．應用：利用半衰期非常穩(wěn)定這一特點，可以測量其衰變程度、推斷時間。半數知識點2半衰期核內部自身不同知識點3核反應新原子核質量數電荷數1．放射性同位素：很多元素都存在一些具有__________的同位素，它們被稱為放射性同位素。2．放射性同位素的應用(1)射線測厚儀。(2)放射治療。(3)培優(yōu)、保鮮。(4)示蹤原子：一種元素的各種同位素具有__________化學性質，用放射性同位素替換非放射性的同位素后，可以探測出原子到達的位置。放射性知識點4放射性同位素的應用與安全相同的3．輻射與安全：人類一直生活在放射性的環(huán)境中，過量的射線對人體組織______________。要防止放射性物質對水源、空氣、用具等的污染。說明：一般放射性同位素半衰期短，而且強度容易控制，使用更廣泛。有破壞作用思考辨析『判一判』(1)發(fā)生β衰變是原子核中的電子發(fā)射到核外。 (

)(2)γ射線經常是伴隨α射線和β射線產生的。 (

)(3)半衰期是原子核有半數發(fā)生衰變需要的時間，經過兩個半衰期原子核就全部發(fā)生衰變。 (

)×

√

×

√

×

×

C

解析：設x、y、z的電荷數分別為Zx、Zy、Zz，質量數分別為Ax、Ay、Az。由前兩個核反應方程中的電荷數守恒，Zx＋3＝2Zy，Zy＋7＝Zx＋8，可得Zy＝2；質量數守恒Ax＋7＝2Ay，Ay＋14＝Ax＋17，可得Ay＝4；由第三個核反應方程中的電荷數守恒2＋4＝Zz＋6，得Zz＝0，質量數守恒4＋9＝Az＋12，Az＝1。即z是電荷數為零，質量數為1的粒子，也就是中子，C正確?！合胍幌搿环派湫酝凰氐姆派鋸姸纫子诳刂?，它的半衰期比天然放射性物質短得多，因此在生產和科學領域得以廣泛的應用。(1)能用α射線來測量金屬板的厚度嗎？(2)γ射線照射食品延長保存期的原理是什么？

答案：(1)不能(2)用γ射線照射食品可以殺死使食物腐敗的細菌，抑制蔬菜發(fā)芽，延長保存期。課內互動探究探究原子核的衰變規(guī)律與衰變方程情景導入如圖為α衰變、β衰變示意圖。(1)當原子核發(fā)生α

衰變時，原子核的質子數和中子數如何變化？為什么？(2)當發(fā)生β

衰變時，新核的核電荷數相對原來的原子核變化了多少？新核在元素周期表中的位置怎樣變化？提示：(1)當原子核發(fā)生α衰變時，原子核的質子數和中子數各減少2個。因為α粒子是原子核內2個質子和2個中子結合在一起發(fā)射出來的。(2)當原子核發(fā)生β衰變時，新核的核電荷數相對于原來增加了1個。新核在元素周期表中的位置向后移動了1個位次。要點提煉(1)核反應中遵循質量數守恒而不是質量守恒，核反應過程中反應前后的總質量一般會發(fā)生變化(質量虧損)而釋放出核能。(2)衰變方程的書寫方面：衰變方程用“→”表示，而不用“＝”表示。特別提醒(3)衰變方程表示的變化方面：衰變方程表示的是原子核的變化，而不是原子的變化。(4)為了確定衰變次數，一般是由質量數的改變先確定α衰變的次數，這是因為β衰變的次數的多少對質量數沒有影響，然后再根據衰變規(guī)律確定β衰變的次數。典例1典例剖析解題指導：(1)可根據衰變過程中質量數守恒和電荷數守恒求解；(2)根據每發(fā)生一次α衰變原子核的質子數和中子數均少2，每發(fā)生一次β衰變原子核的中子數少1，質子數多1來推算；(3)根據(1)的解答結果寫方程。對點訓練BD

解析：α衰變時核電荷數減2，質量數減4，β衰變時核電荷數加1，質量數不變；設發(fā)生了x次α衰變和y次β衰變，則根據質量數和電荷數守恒有：2x－y＋86＝88，4x＋222＝226，解得x＝1，y＝0，A錯誤；同理可判斷選項C錯誤；BD正確。探究放射性元素的半衰期及其應用情景導入下圖為氡衰變剩余質量與原有質量比值示意圖?？v坐標表示的是任意時刻氡的質量m與t＝0時的質量m0的比值。(1)每經過一個半衰期，氡原子核的質量變?yōu)樵瓉淼亩嗌俦叮?2)從圖中可以看出，經過兩個半衰期未衰變的原子核還有多少？1．半衰期的理解半衰期是表示放射性元素衰變快慢的物理量，同一放射元素具有的衰變速率一定，不同元素半衰期不同，有的差別很大。要點提煉3．適用條件半衰期是一個統計概念，是對大量的原子核衰變規(guī)律的總結，對于一個特定的原子核，無法確定其何時發(fā)生衰變，半衰期只適用于大量的原子核。4．應用利用半衰期非常穩(wěn)定這一特點，可以測量其衰變過程、推斷時間等。(1)半衰期由核內部自身的因素決定，與原子所處的化學狀態(tài)和外部條件都無關。(2)半衰期是一個統計規(guī)律，適用于對大量原子核衰變的計算，對于個別少數原子核不適用。特別提醒為測定水庫的存水量，將一瓶放射性溶液倒入水庫中，已知這杯溶液每分鐘衰變8×107次，這種同位素半衰期為2天，10天以后從水庫中取出1m3的水，并測得每分鐘衰變10次，求水庫的存水量為多少？解題指導：找出每分鐘衰變次數與其質量成正比這一隱含條件是解決本題的關鍵。典例2典例剖析答案：2.5×105m32．(多選)下列關于放射性元素的半衰期的幾種說法正確的是 (

)A．同種放射性元素，在化合物中的半衰期比在單質中長B．放射性元素的半衰期與元素所處的物理和化學狀態(tài)無關，它是一個統計規(guī)律，只對大量的原子核才適用C．氡的半衰期是3.8天，若有4g氡原子核，則經過7.6天就只剩下1g氡D．氡的半衰期是3.8天，若有4個氡原子核，則經過7.6天就只剩下一個氡對點訓練BC

解析：放射性元素的原子核有半數發(fā)生衰變時所需要的時間叫半衰期，這是一個統計規(guī)律，對于大量的原子核才適用，對于少量原子核是不成立的，放射性元素衰變的快慢是由原子核內部自身決定的，與外界的物理和化學狀態(tài)無關，故A、D錯誤，B、C正確。探究核反應放射性同位素及其應用情景導入如圖所示為α粒子轟擊氮原子核示意圖。(1)充入氮氣前熒光屏上看不到閃光，充入氮氣后熒光屏上看到了閃光，說明了什么問題？(2)原子核的人工轉變與原子核的衰變有什么相同規(guī)律？提示：(1)產生了新粒子(2)質量數與電荷數都守恒，動量守恒1．核反應的條件用α粒子、質子、中子，甚至用γ光子轟擊原子核使原子核發(fā)生轉變。2．核反應的實質用粒子轟擊原子核并不是粒子與核碰撞將原子核打開，而是粒子打入原子核內部使核發(fā)生了轉變。要點提煉4．人工轉變核反應與衰變的比較(1)不同點：原子核的人工轉變，是一種核反應，是其他粒子與原子核相碰撞的結果，需要一定的裝置和條件才能發(fā)生，而衰變是原子核的自發(fā)變化，它不受物理化學條件的影響。(2)相同點：人工轉變與衰變過程一樣，在發(fā)生過程中質量數與電荷數都守恒，反應前后粒子總動量守恒。5．放射性同位素的主要應用(1)利用它的射線。①工業(yè)部門使用射線測厚度——利用γ射線的穿透特性；②農業(yè)應用——γ射線使種子的遺傳基因發(fā)生變異，殺死使食物腐敗的細菌，抑制蔬菜發(fā)芽，延長保存期等；③醫(yī)療上——利用γ射線的高能量治療癌癥。(2)作為示蹤原子：放射性同位素與非放射性同位素有相同的化學性質，通過探測放射性同位素的射線確定其位置。(1)核反應過程一般都是不可逆的，核反應方程不能用等號連接，只能用單向箭頭表示反應方向。(2)核反應方程應以實驗事實為基礎，不能憑空杜撰。特別提醒典例3典例剖析解題指導：此題只要嚴格按照寫核反應方程的原則進行，一般是不會出錯的，寫核反應方程的原則是：(1)質量數守恒和電荷數守恒；(2)中間用箭頭，不能寫成等號。因兩端僅僅是質量數守恒，沒有體現質量相等；也不能僅畫一橫線，因箭頭的方向還表示反應進行的方向；(3)能量守恒，但中學階段不作要求；(4)核反應必須是實驗能夠發(fā)生的，不能毫無根據地寫未經實驗證實的核反應方程。對點訓練A

4．下列說法正確的是 (

)A．給農作物施肥時，在肥料里放一些放射性同位素，是因為農作物吸收放射性同位素后生長更好B．輸油管道漏油時，可以在輸的油中放一些放射性同位素探測其射線，確定漏油位置C．天然放射元素也可以作為示蹤原子加以利用，只是較少，經濟上不劃算D．放射性元素被植物吸收，其放射性將發(fā)生改變B

解析：放射性元素與它的同位素的化學性質相同，但是利用放射性元素可以確定農作物在各季節(jié)吸收含有哪種元素的肥料。無論植物吸收含放射性元素的肥料，還是無放射性肥料，植物生長是相同的，A錯誤；放射性同位素，含量易控制，衰變周期短，不會對環(huán)境造成永久污染，而天然放射性元素，劑量不易控制、衰變周期長，會污染環(huán)境，所以不用天然放射元素，C錯誤；放射性是原子核的本身性質，與元素的狀態(tài)、組成等無關，D錯誤。放射性同位素可以向周圍釋放射線，只要在管道周圍尋找射線源，就可找到漏油位置，故B正確。核心素養(yǎng)提升α衰變和β衰變在磁場中的軌跡分析設有一個質量為M0的原子核，原來處于靜止狀態(tài)。當發(fā)生一次α(或β)衰變后，釋放的粒子的質量為m，速度為v，產生的反沖核的質量為M，速度為V1．動量守恒關系0＝mv＋MV或mv＝－MV2．在磁場中徑跡的特點

(多選)(2021·北京101中學高二下學期期末)A、B是兩種放射性元素，原來都靜止在同一勻強磁場，其中一個放出α粒子，另一個放出β粒子，運動方向都與磁場方向垂直。圖中a、b與c、d分別表示各粒子的運動軌跡，下列說法中正確的是 (

)A．磁場方向一定為垂直紙面向里B．A放出的是α粒子，B放出的是β粒子C．b為α粒子運動軌跡，c為β粒子運動軌跡D．a軌跡中粒子比b軌跡中的粒子動量大案例BC

解析：粒子在磁場中做勻速圓周運動，由于α粒子和β粒子的速度方向未知，不能判斷磁場的方向，故A錯誤；放射性元素放出α粒子時，α粒子與反沖核的速度相