第5.2节 放射性元素的衰变（同步课件）-【上好课】2024-2025学年高二物理同步精品课堂（人教版2019选择性必修第三册）

5.2 放射性元素的衰变 壹 素养目标 (1) 了解原子核的衰变，会正确书写衰变方程。 (2) 知道半衰期及其统计意义。 (3) 根据质量数守恒和电荷数守恒写出核反应方程。 (4) 知道放射性同位素及其应用，知道射线的危害及防护。 conclusion 课堂导入 ONE 在古代，不论是东方还是西方，都有一批人追求“点石成金”之术，他们试图利用化学方法将一些普通的矿石变成黄金。当然，这些炼金术士的希望都破灭了。那么，真的存在能让一种元素变成另一种元素的过程吗？ 课堂导入 课程目录 知识点讲解、探索新知 壹 总结与归纳 贰 课堂检测 叁 课后作业 肆 conclusion 知识点讲解 ONE 知识点讲解 一、原子核的衰变 1.定义：原子核放出粒子或粒子转变为新核的变化叫做原子核的衰变。 2.种类： 放出粒子的不同 放出ɑ粒子：ɑ衰变 放出β粒子：β衰变 （氦核 ） （电子 ） 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 知识点讲解 ⑴α衰变 原子核放出一个α 粒子，质量数减少4，电荷数减少2，就成了一个新原子核的过程 。 比如铀238核放出一个α 粒子后，质量数减少4，电荷数减少2，就变成了钍234核。 衰变方程： ɑ粒子 核 核 在这个衰变过程中，衰变前的质量数等于衰变后的质量数之和；衰变前的电荷数等于衰变后的电荷数之和。大量事实表明，原子核衰变时电荷数和质量数都守恒。 在α衰变中，新核的质量数与原来的核的质量数有什么关系？相对于原来的核在元素周期表中的位置，新核在元素周期表中的位置应当向前移还是向后移？要移动几位？你能概括出α衰变的质量数、核电荷数变化的一般规律吗？ α衰变的一般方程： 在这个衰变过程中，衰变前的质量数等于衰变后的质量数之和；衰变前的电荷数等于衰变后的电荷数之和。 发生一次α衰变，困为原子序数减小2，所以相对于原来的核在元素周期表中的位置，新核在元素周期表中的位置应当向前移2位。 α衰变过程中质量数守恒，核电荷数守恒。 思考与讨论 知识点讲解 ⑵β衰变 原子核放出一个β 粒子，质量数不变，电荷数增加1，就成了一个新原子核的过程 。 核 β 粒子 核 比如 发生α衰变后产生的 也具有放射性，它放出一个β 粒子后质量数没有改变，但电荷数增加了1 ，就变成镤 。 “电荷数之和”指代数和，因为发生β衰变时，电子的电荷数是－1。 在β衰变中，质量数、核电荷数有什么变化规律？原子核里没有电子，β衰变中的电子来自哪里？ β衰变的一般方程： β衰变过程中质量数守恒，核电荷数守恒。 研究发现， β衰变实质是核内的中子转化成了一个质子和一个电子。 β衰变过程中，衰变前的质量数等于衰变后的质量数之和；衰变前的电荷数等于衰变后的电荷数之和。 发生一次β衰变，困为原子序数增加1，所以相对于原来的核在元素周期表中的位置，新核在元素周期表中的位置应当向后移1位。 β衰变的本质 思考与讨论 知识点讲解 3.衰变方程： 说明： （1）中间用单箭头，不用等号； （2）是质量数守恒，不是质量守恒; （3）方程及生成物要以实验为基础，不能杜撰。 衰变： + 衰变： + 化学方程式 核反应方程式 联系 区别 电荷、质量守恒 电荷数、质量数守恒 用符号 用箭头 课堂检测 （氡核）要经过几次ɑ衰变，几次β衰变？ 例1： （铀核）衰变为 解：设经过x次衰变，y次衰变 质量数：238＝222＋4x 电荷数：92 = 86 + 2x - y x＝4 y＝2 所以经过4次衰变，2次衰变 知识点讲解 二、半衰期 2.物理意义：表示放射性元素本身衰变快慢的物理量。不同元素的半衰期不同，有的差别很大。 1.定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间 11.4 7.6 3.8 1/2 1/4 1/8 m/m0 t /天 0 氡的衰变 例如： 氡222衰变为钋218的半衰期为3.8天 镭226衰变为氡222的半衰期为1620年 铀238衰变为钍234的半衰期长达4.5×109年 知识点讲解 经过个半衰期（ ）其剩余的质量为： 质量与原子个数相对应， 故经过个半衰期后剩余的粒子数为： 3.公式： 知识点讲解 4.注意： ⑴元素的半衰期由原子核内部的因素决定，只与元素的种类有关，跟元素所处的物理或化学状态无关。不同元素半衰期不同。 ⑵半衰期是一个统计规律，只对大量的原子核才适用，对少数原子核是不适用的。 课堂检测 例2．关于放射性元素的半衰期，下列说法正确的是（ ） A．半衰期是原子核全部衰变所需时间的一半。 B．半衰期是原子核有半数发生衰变所需的时间。 C．半衰期是原子量减少一半所需的时间。 D．半衰期是元素质量减少一半所需的时间。 B 知识点讲解 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。 3、规律：质量数和电荷数都守恒 （人类第一次实现原子核的人工转变。 ） 2、条件：用α粒子、质子、中子，甚至用γ光子轰击原子核使原子核发生转变。 ⑴1919 年，卢瑟福发现质子的核反应。 ⑵1932 年查德威克发现中子的核反应。 4、原子核人工转变的三大发现 知识点讲解 ⑶1934 年约里奥·居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应。 I·约里奥·居里，1900～1958 F·约里奥·居里，1897～1956 法国科学家。是P·居里和M·居里的女儿和女婿.由于发现人工放射性而获得1935年诺贝尔化学奖. 相同点：在发生过程中质量数和电荷数都守恒；反应前后粒子总动量守恒 5、人工转变与衰变的比较 不同点： 人工转变是一种核反应，是其他粒子与原子核相碰撞的结果，需要一定的装置和条件才能发生;衰变是原子核自发的变化，不受物理化学条件的影响 课堂检测 例3：写出下列原子核人工转变的核反应方程。 （1）俘获1个粒子后放出1个质子 （2）俘获1个粒子后放出1个中子 （3）俘获1个中子后放出1个质子 知识点讲解 四、放射性同位素及其应用 1、定义： 很多元素都存在一些具有放射性的同位素，它们被称为放射性同位素。 2、分类 ⑴天然放射性同位素。 ⑵人工放射性同位素。 3、人工放射性同位素的优势（与天然的放射性物质相比） ⑴放射强度容易控制。 ⑵半衰期短，废料易处理。 不过40多种 已达3000多种 (3)可以制成各种需要的形状。 1934年，约里奥·居里夫妇发现经过粒子轰击的铝片中含有放射性磷。它是通过核反应生成的人工放射性同位素。 知识点讲解 射线测厚仪 利用射线的穿透本领与物质厚度密度的关系，来检查各种产品的厚度和密封容器中液体的高度等，从而实现自动控制。 4、放射性同位素应用 知识点讲解 4、放射性同位素应用 利用钴60的射线治疗癌症（放疗） 由于γ射线贯穿本领强，可以用来γ射线检查金属内部有没有砂眼或裂纹，所用的设备叫γ射线探伤仪。 也可以利用它杀菌、治病等。 伽马刀治疗癌症 知识点讲解 4、放射性同位素应用 利用射线照射植物，引起植物变异而培育良种，也可以利用它杀菌、治病等。 培育优良品种 经照射 未经照射 知识点讲解 4、放射性同位素应用 医学方面：人体甲状腺的工作需要碘，碘被吸收后会聚集在甲状腺内。给人注射碘的放射性同位素碘131，然后定时用探测器测量甲状腺及邻近组织的放射强度，有助于诊断甲状腺的器质性和功能性疾病。 用碘-131诊断甲状腺 示踪原子：同位素化学性质相同，这样就可以用放射性同位素了解各元素的流向。 知识点讲解 棉花在结桃、开花的时候需要较多的磷肥，把磷肥喷在棉花叶子上，磷肥也能被吸收。 但是，什么时候的吸收率最高、磷在作物体内能存留多长时间、磷在作物体内的分布情况等，用通常的方法很难研究。如果用磷的放射性同位素制成肥料喷在棉花叶面上，然后每隔一定时间用探测器测量棉株各部位的放射性强度，上面的问题就很容易解决． 4、放射性同位素应用 知识点讲解 五、辐射与安全 人类一直生活在放射性的环境中。例如，地球上的每个角落都有来自宇宙的射线，我们周围的岩石，其中也有放射性物质。我们的食物和日常用品中，有的也具有放射性，例如，食盐和有些水晶眼镜片中含有钾40，香烟中含有钋210，这些也是放射性同位素，不过它们辐射的强度都在安全剂量之内。 宇宙的射线 岩石放射性物质 电磁信号 知识点讲解 然而过量的射线对人体组织有破坏作用，这些破坏往往是对细胞核的破坏，有时不会马上察觉。因此，在使用放射性同位素时，必须严格遵守操作规程，注意人身安全，同时，要防止放射性物质对空气、水源、用具等的污染。存在射线危险的地方，常能看到如图所示的标志。 放射性物质标志 核反应堆外层的厚厚的水泥建筑 香烟中含有钋210 知识点讲解 广岛原子弹事件 动物变异 植物变异 知识点讲解 放射性的防护 （1）在核电站的核反应堆外层用厚厚的水泥来防止放射线的外泄。 （2）用过的核废料要放在很厚的重金属箱内，并埋在深海里。 （3）在生活中要有防范意识，尽可能远离放射源。 在防护状态下操作放射性物质 C-14（“碳钟”）年代测定法，又称放射性碳定年法，就是根据C-14衰变的程度来判定古生物体的年代，该项研究获得1960年诺贝尔化学奖。 要推断一块古木的年代，可以先把古木加温，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。 稳定 14C 半衰期 τ =5730 年 【碳14测年技术】 科学漫步 conclusion 课堂检测 THREE 课堂检测 1. β 射线是高速电子流。原子核中没有电 子，为什么有些放射性元素的原子核会放出β 粒子？写出下列各放射性元素的β 衰变方程。 （ 1）（铋核）。 （2）（钋核） 课堂检测 2. 写出（钍核）与（铜核）两种放射性元素的α 衰变方程。（铀核）衰变为（氡核） 要经过几次α 衰变，几次β 衰变？   课堂检测 3. 已知钍234 的半衰期是24 d ，1 g 钍234 经过 120 d 后还剩多少？若已知铋210 的半衰期是5 d，经过多少天后，20 g 铋210 还剩 1.25 g ？   课堂检测 4. 原子核的人工转变与放射性元素的衰变有什么区别？ 课堂检测 5. 写出下列原子核人工转变的核反应方程。 （ 1）（钠核）俘获 1 个 α 粒子后放出1 个质子。 （2） （铝核）俘获 1 个 α 粒子后放出1 个中子。 （3）（氧核）俘获 1 个中子后放出  1 个质子。 （4 ） （硅核）俘获 1 个质子后放出 1 个中子。 课堂检测 7. 存在射线危险的地方，常能看到如图所示的标志。你在什么地方见过这个标志？为了保护人身安全，在有这样的标志的场所，应该注意什么？ conclusion 总结与归纳 THREE 总结与归纳 一、原子核的衰变 ①衰变：是指一种原子核放出某些粒子变为另一种原子核的过程。 ②放出粒子的不同 放出ɑ粒子和γ射线：ɑ衰变 放出β粒子和γ射线：β衰变 （氦核 ） （电子 ） ③原子核衰变时电荷数和质量数都守恒 二、半衰期 半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间 conclusion 课后作业 FOUR 课后作业 添加分层作业链接 Teaching 演示结束 谢谢观看 The top "Start" panel allows you to modify the font, size, color, line spacing, and more. It is recommended that the text be 8 to 18 characters with 1.3 times the space between the characters. 授课人： 教师说课│公开课│示范课│教师授课 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 $$