人教版高中物理選擇性必修第三冊第五章2放射性元素的衰變課件

2．放射性元素的衰變第五章

原子核整體感知·自我新知初探[學(xué)習(xí)任務(wù)]

任務(wù)1．了解原子核的衰變，會正確書寫衰變方程。任務(wù)2．掌握半衰期及其統(tǒng)計意義。任務(wù)3．會根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒寫出核反應(yīng)方程。任務(wù)4．知道放射性同位素及其應(yīng)用，知道射線的危害及防護(hù)。[問題初探]

問題1．什么樣的衰變稱為α衰變？原子核內(nèi)存在α粒子嗎？問題2．衰變方程與化學(xué)反應(yīng)方程有哪些主要區(qū)別？問題3．衰變和原子核的人工轉(zhuǎn)變有什么不同？問題4．放射性同位素是怎么發(fā)現(xiàn)的？[思維導(dǎo)圖]探究重構(gòu)·關(guān)鍵能力達(dá)成1．原子核的衰變原子核自發(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。知識點(diǎn)一原子核的衰變α粒子β粒子原子核

4．衰變規(guī)律原子核衰變時______和______都守恒。[微提醒]

質(zhì)量數(shù)守恒僅指衰變前后核子的總數(shù)不變，并不是質(zhì)量不變。電荷數(shù)質(zhì)量數(shù)如圖所示為α衰變、β衰變示意圖。問題1．當(dāng)原子核發(fā)生α衰變時，原子核的質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)和質(zhì)量數(shù)如何變化？問題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？問題3．原子核衰變過程中遵循哪些規(guī)律？提示：1．原子核發(fā)生α衰變時，質(zhì)子數(shù)減少2，中子數(shù)減少2，質(zhì)量數(shù)減少4。2．原子核發(fā)生β衰變時，新核的核電荷數(shù)增加1。新核在元素周期表中的位置向后移動一位。3．原子核衰變時電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒。1．α衰變和β衰變的比較衰變類型α衰變β衰變方程通式衰變類型α衰變β衰變衰變實(shí)質(zhì)原子核內(nèi)兩個質(zhì)子和兩個中子結(jié)合成一個α粒子原子核內(nèi)的一個中子變成質(zhì)子，同時放出一個電子勻強(qiáng)磁場中軌跡的形狀

共同規(guī)律電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒、動量守恒

【典例1】

(對衰變規(guī)律的理解)居室裝修中經(jīng)常用到的花崗巖、大理石等裝飾材料含有放射性元素氡。放射性元素會發(fā)生衰變，放射出α、β、γ射線，這些射線會導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生癌變及呼吸道等方面的疾病。關(guān)于放射性元素氡及三種射線，下列說法正確的是(

)A．γ射線是高速電子流B．發(fā)生α衰變時，生成的新核與原來的原子核相比，中子數(shù)減少了2C．β衰變時釋放的電子是核外電子D．三種射線中α射線的穿透能力最強(qiáng)，電離作用最弱√

√

思路點(diǎn)撥：解題關(guān)鍵是根據(jù)衰變規(guī)律進(jìn)行分析和求解。

[鏈接教材]

閱讀教材P114“科學(xué)漫步”，已知碳14發(fā)生放射性衰變成為氮，半衰期約為5730年。已知植物存活期間，其體內(nèi)碳14與碳12的比例不變，生命活動結(jié)束后，碳14的比例會持續(xù)減少?，F(xiàn)測量某古木樣品中碳14的比例，發(fā)現(xiàn)正好是現(xiàn)代植物樣品中碳14比例的二分之一。則該古木生命活動結(jié)束的年代距今約為多少年？知識點(diǎn)二半衰期

1．定義：放射性元素的原子核有____發(fā)生衰變所需的時間。2．特點(diǎn)(1)不同的放射性元素，半衰期____，甚至差別非常大。(2)放射性元素衰變的快慢是由________________決定的，跟原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件________。3．適用條件：半衰期描述的是________，不適用于單個原子核的衰變。4．半衰期的應(yīng)用：利用半衰期非常穩(wěn)定這一特點(diǎn)，可以通過測量其衰變程度來推斷____。半數(shù)不同核內(nèi)部自身的因素沒有關(guān)系統(tǒng)計規(guī)律時間如圖所示為氡衰變剩余質(zhì)量與原有質(zhì)量比值的示意圖?？v坐標(biāo)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。問題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?？問題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？問題3．對于某個或選定的幾個氡原子核能根據(jù)它的半衰期預(yù)測它的衰變時間嗎？

對半衰期規(guī)律的理解半衰期定義放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間物理意義表示放射性元素衰變的快慢半衰期衰變規(guī)律影響因素由原子核內(nèi)部因素決定，跟原子所處的外部條件、化學(xué)狀態(tài)無關(guān)半衰期適用條件半衰期是對大量原子核衰變行為作出的統(tǒng)計結(jié)果，可以對大量原子核的衰變行為進(jìn)行預(yù)測，而單個特定原子核的衰變行為不可預(yù)測應(yīng)用利用半衰期非常穩(wěn)定的特點(diǎn)，可以測算其衰變過程，推斷時間等

√

方法技巧

半衰期理解的兩個誤區(qū)(1)錯誤地認(rèn)為半衰期就是一個放射性元素的原子核發(fā)生衰變所經(jīng)歷的時間，其實(shí)半衰期是大量原子核發(fā)生衰變時的統(tǒng)計規(guī)律。(2)錯誤地認(rèn)為放射性元素的半衰期就是元素質(zhì)量減少為原來一半所需要的時間，該觀點(diǎn)混淆了尚未發(fā)生衰變的放射性元素的質(zhì)量與衰變后元素的質(zhì)量的差別，其實(shí)衰變后元素的質(zhì)量包括衰變后新元素的質(zhì)量和尚未發(fā)生衰變的元素的質(zhì)量兩部分。1．定義：原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生________或者發(fā)生狀態(tài)變化的過程。2．原子核的人工轉(zhuǎn)變(1)1919年______用α粒子轟擊氮原子核，產(chǎn)生了氧的一種同位素，同時產(chǎn)生一個質(zhì)子。知識點(diǎn)三核反應(yīng)新原子核盧瑟福

[微提醒]

核反應(yīng)與化學(xué)反應(yīng)的區(qū)別：核反應(yīng)中物質(zhì)的核子數(shù)發(fā)生變化導(dǎo)致元素種類發(fā)生了變化，而化學(xué)反應(yīng)只是原子或離子的重新排列組合，元素本身沒有變化。

質(zhì)量數(shù)電荷數(shù)如圖所示為α粒子轟擊氮原子核的示意圖。問題1．充入氮?dú)馇盁晒馄辽峡床坏介W光，充入氮?dú)夂鬅晒馄辽峡吹搅碎W光，說明了什么問題？問題2．原子核的人工轉(zhuǎn)變與原子核的衰變相比有什么特點(diǎn)？提示：1．α粒子轟擊氮核后產(chǎn)生了一種新粒子。2．①放射強(qiáng)度容易控制；②半衰期很短，廢料容易處理。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(shí)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。

4．原子核的人工轉(zhuǎn)變與衰變的比較(1)不同點(diǎn)：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互作用的結(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(diǎn)：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．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?！镜淅?】

(核反應(yīng)方程)(2023·全國甲卷)在下列兩個核反應(yīng)方程中X和Y代表兩種不同的原子核，以Z和A分別表示X的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)，則(

)A．Z＝1，A＝1

B．Z＝1，A＝2C．Z＝2，A＝3

D．Z＝2，A＝4

√D

[設(shè)Y的質(zhì)量數(shù)為a，電荷數(shù)為b。根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒可以列出方程A＋14＝a＋17、a＋7＝2A，求得A＝4，根據(jù)電荷數(shù)守恒可以列出方程Z＋7＝b＋8、b＋3＝2Z，求得Z＝2，故D正確。]

√

知識點(diǎn)四放射性同位素及其應(yīng)用1．放射性同位素(1)定義：具有______的同位素。(2)類型：____放射性同位素和____放射性同位素。(3)人工放射性同位素具有____豐富、放射強(qiáng)度________、半衰期____和放射性廢料容易____的優(yōu)點(diǎn)。放射性天然人工資源容易控制較短處理2．放射性同位素的應(yīng)用(1)射線測厚儀：使用放射性同位素發(fā)出的射線來測____。(2)放射治療：利用放射性同位素發(fā)出的____破壞癌細(xì)胞組織。(3)培優(yōu)、保鮮：利用放射性同位素放出的射線照射____，培養(yǎng)優(yōu)良品種；照射食品可以殺死使食物腐敗的細(xì)菌，抑制蔬菜發(fā)芽，延長保存期。(4)示蹤原子：一種元素的各種同位素有____的化學(xué)性質(zhì)，用放射性同位素代替非放射性的同位素后可以探測出原子到達(dá)的位置。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)對空氣、水源、用具等的污染。厚度射線種子相同有破壞作用

問題1．放射性同位素可以怎樣獲得？問題2．人工放射性同位素的半衰期有什么特點(diǎn)？提示：1．可以由天然放射性元素獲得，也可以用人工方法獲得。2．半衰期比較短。1．放射性同位素的分類(1)天然放射性同位素：天然放射性同位素比較少，有40多種。(2)人工放射性同位素：目前人工放射性同位素已達(dá)3000多種，每種元素都有自己的放射性同位素。2．放射性同位素的主要應(yīng)用(1)利用它的射線①射線測厚儀：利用γ射線的穿透特性。②放射治療：利用射線的高能量治療癌癥。③培優(yōu)、保鮮：利用γ射線使種子的遺傳基因發(fā)生變異，培育新的品種；照射食品，殺死使食物腐敗的細(xì)菌，抑制蔬菜發(fā)芽，延長保存期。(2)作為示蹤原子：把放射性同位素原子通過物理或化學(xué)反應(yīng)的方式摻到其他物質(zhì)中，然后用探測器進(jìn)行追蹤，確定其位置?！镜淅?】

(放射性同位素的應(yīng)用)某校學(xué)生在進(jìn)行社會綜合實(shí)踐活動時，收集列出了一些放射性同位素的半衰期和可供利用的射線(見表)，并總結(jié)出它們的幾種用途。同位素釙210鍶90锝99鈷60氡放射性αβγγα半衰期138天28年6小時5年3.8天請你根據(jù)上表分析判斷下面結(jié)論正確的是(

)A．塑料公司生產(chǎn)聚乙烯薄膜，方法是讓較厚的聚乙烯薄膜通過軋輥后變薄，利用α射線來測定通過軋輥后的薄膜厚度是否均勻B．鈷60的半衰期為5年，若取4個鈷60原子核，經(jīng)10年后就一定剩下1個原子核C．把放射性元素釙210摻雜到其他穩(wěn)定元素中，放射性元素的半衰期變短D．锝99可以作為示蹤原子，用來診斷人體內(nèi)的器官是否正常，方法是給被檢查者注射或口服附有放射性同位素的某些物質(zhì)，當(dāng)這些物質(zhì)的一部分到達(dá)要檢查的器官時，可根據(jù)放射性同位素的射線情況分析器官正常與否√D

[A錯誤：因?yàn)棣辽渚€穿透能力弱，不適合測量薄膜的厚度。B錯誤：鈷60的半衰期為5年，是指大量鈷60原子核因衰變而減少到它原來數(shù)目的一半所需要的時間，對少量原子核不適用。C錯誤：半衰期由元素本身決定，與原子核所處環(huán)境、狀態(tài)無關(guān)。D正確：檢查時，要在人體外探測到體內(nèi)輻射出來的射線，而又不能讓放射性物質(zhì)長期留在體內(nèi)，所以應(yīng)選取锝99作為示蹤原子。]應(yīng)用遷移·隨堂評估自測1．放射性在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中有廣泛的應(yīng)用，下列關(guān)于放射性的應(yīng)用與防護(hù)，說法不正確的是(

)A．利用γ射線照射食品，可以殺死使食物腐敗的細(xì)菌，延長保質(zhì)期B．利用示蹤原子可以研究生物大分子的結(jié)構(gòu)和功能C．利用射線的貫穿作用，可以制成射線測厚裝置D．放射治療利用了射線對病灶細(xì)胞的電離作用√243題號1D

[用γ射線照射食品，可以殺死使食物腐敗的細(xì)菌，延長保存期，故A正確；利用示蹤原子可以研究生物大分子的結(jié)構(gòu)和功能，故B正確；利用射線的貫穿作用，可以制成射線測厚裝置，故C正確；放射治療利用了射線對病灶細(xì)胞的破壞作用，故D錯誤。]243題號1

23題號14√

23題號14

23題號41√

23題號41

243題號1√

243題號1回歸本節(jié)知識，完成以下問題：1．原子核的衰變分為哪兩類？衰變時滿足什么物理規(guī)律？提示：α衰變和β衰變；衰變時電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒，還滿足動量守恒。2．寫出半衰期的公式。

3．放射性同位素的主要應(yīng)用有哪些？提示：①利用它的射線；②作為示蹤原子。閱讀材料·拓寬物理視野大自然的“時鐘”——碳14一座古墓被發(fā)掘出來了，科學(xué)家們從其中的一塊木片就可以大致推斷這座古墓是在多少年前建造的。你想知道其中的原因嗎？原來，在地球的大氣中含有一定比例的碳14，碳14具有放射性