2022-2023學(xué)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(yù)習(xí)反饋課內(nèi)互動探究課堂達標檢測目標體系構(gòu)建核心素養(yǎng)提升目標體系構(gòu)建【學(xué)習(xí)目標】1．知道放射現(xiàn)象的實質(zhì)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(tǒng)計意義。3．知道核反應(yīng)及其遵從的規(guī)律。4．知道放射性同位素及其應(yīng)用，知道射線的危害及防護?！舅季S脈絡(luò)】課前預(yù)習(xí)反饋

1．定義原子核自發(fā)地放出__________或__________，由于核電荷數(shù)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(chǎn)生。說明：原子核衰變時質(zhì)量數(shù)守恒，但不是質(zhì)量守恒，有質(zhì)量減少(也叫質(zhì)量虧損)。電荷數(shù)質(zhì)量數(shù)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(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________。3．應(yīng)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(shù)知識點2半衰期核內(nèi)部自身不同知識點3核反應(yīng)新原子核質(zhì)量數(shù)電荷數(shù)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(yīng)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(xué)性質(zhì)，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(yīng)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(zhì)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(jīng)常是伴隨α射線和β射線產(chǎn)生的。 (

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

)×

√

×

√

×

×

C

解析：設(shè)x、y、z的電荷數(shù)分別為Zx、Zy、Zz，質(zhì)量數(shù)分別為Ax、Ay、Az。由前兩個核反應(yīng)方程中的電荷數(shù)守恒，Zx＋3＝2Zy，Zy＋7＝Zx＋8，可得Zy＝2；質(zhì)量數(shù)守恒Ax＋7＝2Ay，Ay＋14＝Ax＋17，可得Ay＝4；由第三個核反應(yīng)方程中的電荷數(shù)守恒2＋4＝Zz＋6，得Zz＝0，質(zhì)量數(shù)守恒4＋9＝Az＋12，Az＝1。即z是電荷數(shù)為零，質(zhì)量數(shù)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(zhì)短得多，因此在生產(chǎn)和科學(xué)領(lǐng)域得以廣泛的應(yīng)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(nèi)互動探究探究原子核的衰變規(guī)律與衰變方程情景導(dǎo)入如圖為α衰變、β衰變示意圖。(1)當(dāng)原子核發(fā)生α

衰變時，原子核的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)如何變化？為什么？(2)當(dāng)發(fā)生β

衰變時，新核的核電荷數(shù)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(dāng)原子核發(fā)生α衰變時，原子核的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)各減少2個。因為α粒子是原子核內(nèi)2個質(zhì)子和2個中子結(jié)合在一起發(fā)射出來的。(2)當(dāng)原子核發(fā)生β衰變時，新核的核電荷數(shù)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(yīng)中遵循質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒，核反應(yīng)過程中反應(yīng)前后的總質(zhì)量一般會發(fā)生變化(質(zhì)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(shù)，一般是由質(zhì)量數(shù)的改變先確定α衰變的次數(shù)，這是因為β衰變的次數(shù)的多少對質(zhì)量數(shù)沒有影響，然后再根據(jù)衰變規(guī)律確定β衰變的次數(shù)。典例1典例剖析解題指導(dǎo)：(1)可根據(jù)衰變過程中質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒求解；(2)根據(jù)每發(fā)生一次α衰變原子核的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)均少2，每發(fā)生一次β衰變原子核的中子數(shù)少1，質(zhì)子數(shù)多1來推算；(3)根據(jù)(1)的解答結(jié)果寫方程。對點訓(xùn)練BD

解析：α衰變時核電荷數(shù)減2，質(zhì)量數(shù)減4，β衰變時核電荷數(shù)加1，質(zhì)量數(shù)不變；設(shè)發(fā)生了x次α衰變和y次β衰變，則根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)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(yīng)用情景導(dǎo)入下圖為氡衰變剩余質(zhì)量與原有質(zhì)量比值示意圖?？v坐標表示的是任意時刻氡的質(zhì)量m與t＝0時的質(zhì)量m0的比值。(1)每經(jīng)過一個半衰期，氡原子核的質(zhì)量變?yōu)樵瓉淼亩嗌俦叮?2)從圖中可以看出，經(jīng)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(tǒng)計概念，是對大量的原子核衰變規(guī)律的總結(jié)，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(yīng)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(nèi)部自身的因素決定，與原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件都無關(guān)。(2)半衰期是一個統(tǒng)計規(guī)律，適用于對大量原子核衰變的計算，對于個別少數(shù)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(dǎo)：找出每分鐘衰變次數(shù)與其質(zhì)量成正比這一隱含條件是解決本題的關(guān)鍵。典例2典例剖析答案：2.5×105m32．(多選)下列關(guān)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(zhì)中長B．放射性元素的半衰期與元素所處的物理和化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，它是一個統(tǒng)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(jīng)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(jīng)過7.6天就只剩下一個氡對點訓(xùn)練BC

解析：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變時所需要的時間叫半衰期，這是一個統(tǒng)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(nèi)部自身決定的，與外界的物理和化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，故A、D錯誤，B、C正確。探究核反應(yīng)放射性同位素及其應(yīng)用情景導(dǎo)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(zhuǎn)變與原子核的衰變有什么相同規(guī)律？提示：(1)產(chǎn)生了新粒子(2)質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)都守恒，動量守恒1．核反應(yīng)的條件用α粒子、質(zhì)子、中子，甚至用γ光子轟擊原子核使原子核發(fā)生轉(zhuǎn)變。2．核反應(yīng)的實質(zhì)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(nèi)部使核發(fā)生了轉(zhuǎn)變。要點提煉4．人工轉(zhuǎn)變核反應(yīng)與衰變的比較(1)不同點：原子核的人工轉(zhuǎn)變，是一種核反應(yīng)，是其他粒子與原子核相碰撞的結(jié)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(xué)條件的影響。(2)相同點：人工轉(zhuǎn)變與衰變過程一樣，在發(fā)生過程中質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)都守恒，反應(yīng)前后粒子總動量守恒。5．放射性同位素的主要應(yīng)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(nóng)業(yè)應(yīng)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(xué)性質(zhì)，通過探測放射性同位素的射線確定其位置。(1)核反應(yīng)過程一般都是不可逆的，核反應(yīng)方程不能用等號連接，只能用單向箭頭表示反應(yīng)方向。(2)核反應(yīng)方程應(yīng)以實驗事實為基礎(chǔ)，不能憑空杜撰。特別提醒典例3典例剖析解題指導(dǎo)：此題只要嚴格按照寫核反應(yīng)方程的原則進行，一般是不會出錯的，寫核反應(yīng)方程的原則是：(1)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒；(2)中間用箭頭，不能寫成等號。因兩端僅僅是質(zhì)量數(shù)守恒，沒有體現(xiàn)質(zhì)量相等；也不能僅畫一橫線，因箭頭的方向還表示反應(yīng)進行的方向；(3)能量守恒，但中學(xué)階段不作要求；(4)核反應(yīng)必須是實驗?zāi)軌虬l(fā)生的，不能毫無根據(jù)地寫未經(jīng)實驗證實的核反應(yīng)方程。對點訓(xùn)練A

4．下列說法正確的是 (

)A．給農(nóng)作物施肥時，在肥料里放一些放射性同位素，是因為農(nóng)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?shù)挠椭蟹乓恍┓派湫酝凰靥綔y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(jīng)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(xué)性質(zhì)相同，但是利用放射性元素可以確定農(nóng)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(zhì)，與元素的狀態(tài)、組成等無關(guān)，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(shè)有一個質(zhì)量為M0的原子核，原來處于靜止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)發(fā)生一次α(或β)衰變后，釋放的粒子的質(zhì)量為m，速度為v，產(chǎn)生的反沖核的質(zhì)量為M，速度為V1．動量守恒關(guān)系0＝mv＋MV或mv＝－MV2．在磁場中徑跡的特點

(多選)(2021·北京101中學(xué)高二下學(xué)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(chǎn)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