5.2放射性元素的衰变 课件-2024-2025学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

5.2 放射性元素的衰变 一、原子核的衰变 1. 定义 原子核自发地放出 α粒子 或 β粒子，转变为新核的现象。 放射性衰变后的原子核 ɑ粒子 β粒子 放射性衰变后的原子核 核电荷数改变，在元素周期表中的位置随之改变， 变成另一种原子核 一、原子核的衰变 2. α衰变 原子核自发地放出 α粒子，转变为新核的现象。 ɑ粒子 核 核 质量数减少4 电荷数减少2 衰变方程： 质量数守恒 电荷数守恒 一、原子核的衰变 3. β衰变 原子核自发地放出 β粒子，转变为新核的现象。 质量数不变 电荷数增加1 衰变方程： 质量数守恒 电荷数守恒 β 粒子 核 核 一、原子核的衰变 4. 衰变规律 衰变： + 衰变： + 原子核内：减少两个质子、两个中子 原子核内：一个中子转化成一个质子、一个电子 原子序数减小2，元素周期表中的位置向前移2位 原子序数增加1，元素周期表中的位置向后移1位 本质： 本质： 一、原子核的衰变 4. 衰变规律——核反应方程式 衰变： + 衰变： + 衰变方程、生成物要以实验为基础，不能杜撰。 核电荷数守恒： 衰变前的核电荷数=衰变后的核电荷数之和 质量数守恒： 衰变前的质量数=衰变后的质量数之和 √ 核子总数不变× 质量守恒 单箭头 × 等号 √ 代数和 ×绝对值之和 衰变后，元素的化学性质会发生变化，即生成了新的原子核。 一、原子核的衰变 4. 衰变规律 γ 射线 /γ 辐射 放射性原子核在发生α衰变、β衰变时，核内能量释放，新核处于高能级， 会向低能级跃迁，能量以γ光子的形式辐射出来。 因此，γ射线经常是伴随α射线和β射线产生的，不存在单独的γ衰变。 一种元素只能发生一种衰变，但当放射性物质连续衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ射线。此时，放射性物质发出的射线中会同时具有α、β、γ三种射线。 α、β、γ三种射线同时出现 原子核的能量同样存在能级，能级越低，越稳定。 一、原子核的衰变 5. 计算衰变次数 若放射性元素 经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素 ： 衰变方程： 电荷数守恒： 质量数守恒： √原子核的变化 ×原子的变化 先确定α衰变的次数 再确定β衰变的次数 一、原子核的衰变 6. 应用：衰变中的动量守恒 α 衰变： β 衰变： A B c 衰变 A B c 衰变 常考题型： 反比 F内 >> F外 动量守恒： r= 动量守恒： 牛顿第二定律： qvB=m 一、原子核的衰变 6. 应用：衰变中的动量守恒 A B c 衰变 常考题型： 反比 α 衰变： β 衰变： 一、原子核的衰变 7. 应用：衰变在磁场中的轨迹分析 设有一个质量为M0的原子核，原来处于静止状态。当发生一次α(或β)衰变后，释放的粒子的质量为m，速度为v，产生的反冲核的质量为M，速度为V 动量守恒：0＝mv＋MV或mv＝－MV 二、半衰期𝝉 1. 定义 放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。 半衰期是表示放射性元素本身衰变快慢的物理量。 2. 物理意义 11.4 7.6 3.8 1/2 1/4 1/8 m/m0 t /天 0 若放射性元素原来的质量为m0 、原子数为N0 经过个半衰期(T)后，剩余质量： 经过个半衰期(T)后，剩余粒子数： 二、半衰期𝝉 3. 特征 只与元素的种类有关，与元素所处的物理状态、化学状态（单质、化合物）、外部条件（温度、压强）无关。 不同元素的半衰期不同。 统计规律 只适用于大量的原子核，不适用少数或个别的原子核。 由原子核内部的因素决定 三、核反应 1. 定义 原子核在其他粒子的轰击下，产生新原子核的过程。 2. 产生条件 用α粒子、质子、中子、γ光子轰击原子核，使原子核发生转变。 3. 特征 质量数守恒；质量数守恒 三、核反应 4. 原子核的人工转变 人类第一次实现原子核的人工转变 1919年，卢瑟福发现质子的核反应。 1932年，查德威克发现中子的核反应。 1934年，约里奥·居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应。 三、核反应 5. 核反应vs化学反应 核反应：原子核内部核子数发生变化 化学反应：原子核外最外层电子数发生变化 6. 人工转变vs衰变 人工转变：其他粒子与原子核相碰撞的结果，需要一定的装置和条件。 衰变：原子核的自发变化，不受物理、化学条件的影响。 相同点：质量数守恒；电荷数守恒；粒子总动量守恒 四、放射性同位素 1. 定义 很多元素都存在一些具有放射性的同位素，称为放射性同位素。 2. 分类 天然放射性同位素：40多种 放射强度容易控制。 半衰期短，废料易处理。 可制成各种需要的形状。 人工放射性同位素：已达1000多种 现实应用中一般使用人工放射性同位素 四、放射性同位素 3. 应用——射线测厚仪 γ射线具有很强的穿透性 在钢板一面，放置γ射线源，另一面放置接收装置。 钢板越厚，接收到的射线信号越弱，根据信号强度可以测量金属板的厚度。 四、放射性同位素 3. 应用——放射治疗 γ射线具有很强的细胞杀伤力 钴60的射线 伽马刀 四、放射性同位素 3. 应用——培优 γ射线引发遗传基因发生变异 保鲜 γ射线可以杀死细菌 食品保鲜 培育优良品种 经照射 未经照射 四、放射性同位素 3. 应用——示踪原子 同位素的化学性质相同，通过放射性同位素了解各元素的流向。 探测磷肥的分布与吸收 碘131用于诊断甲状腺疾病 四、放射性同位素 3. 应用——化学考古 碳14年代测定法 14C 半衰期 τ =5730 年 要推断一块古木的年代，先把古木加温，制取1g碳的样品，再用粒子计数器进行测量。如果测得样品每分钟衰变的次数正好是现代植物所制样品的一半，表明这块古木经过了14C的一个半衰期，即5730年，如果测得每分钟衰变的次数是其他值，也可以根据半衰期计算出古木的年代。 根据C-14衰变的程度判定古生物体的年代，该研究获得1960年诺贝尔化学奖。 四、放射性同位素 3. 应用——化学考古 碳14年代测定法 稳定 根据C-14衰变的程度判定古生物体的年代，该研究获得1960年诺贝尔化学奖。 五、辐射与安全 人类一直生活在放射性的环境中 宇宙的射线 岩石放射性物质 电磁信号 生活中的辐射强度往往在安全剂量之内，对人体没有伤害。 五、辐射与安全 过量射线对人体组织有破坏作用，这种破坏往往是对细胞核的破坏，有时不会马上察觉。 使用放射性同位素，必须严格遵守操作规程，做好防护。防止对空气，水源等的污染。 五、辐射与安全 原子弹爆炸、核电站泄露会产生严重污染。 苏联切尔诺贝利核泄漏 广岛原子弹事件 五、辐射与安全 放射性防护 核电站的核反应堆外层用厚厚的水泥来防止泄露 核废料要放在很厚的重金属箱内，埋在深海中 防范意识，尽量远离放射源 5.2 放射性元素的衰变 α衰变 eq \o\al(A,Z)X―→eq \o\al(A－4,Z－2)Y＋eq \o\al(4,2)He 两圆外切，α粒子半径大 β衰变 eq \o\al(A,Z)X→eq \o\al(　　A,Z＋1)Y＋eq \o\al(　0,－1)e 两圆内切，β粒子半径大 EV录屏3.9.7软件录制 Lavf56.38.102 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制，www.ieway.cn $$