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

第五章 原子与原子核 第二节 放射性元素的衰变 学习目标 1.知道放射性、放射性元素的概念，了解原子核衰变及半衰期，能解释相关的放射性现象 2.掌握三种射线的本质，会用半衰期进行相关的计算与分析，培养提高思维能力 3. 体验科学家发现放射性的历程，与他人合作学会探究三种射线本质的方法，体验科学探究的成就感，提升科学实验的能力 4. 通过对放射性的探索，得出原子核内部是有结构的，体会半衰期的科学利用价值，培养学习科学的良好习惯 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。 真的存在能让一种元素变成另一种元素的过程吗？ 1895年，德国物理学家伦琴发现了X射线。 一、放射性的发现 猜想：这种射线不是X射线，它来自原子核内部。 1896年，法国物理学家贝克勒尔发现一种能够使照相底片感光的神秘物质。 贝克勒尔 世界上第一张 X射线照片 伦琴 居里夫妇用不同元素进行实验，发现钋和镭都具有放射性。 放射性：物质能放射出射线的性质。 放射性元素：具有放射性的元素。 天然放射性元素：能自发地放出射线的元素。 放射现象与元素的种类有关，发生在原子核内部，原子核有内部结构。 原子序数大于83的所有元素，都有放射性。原子序数小于等于83的元素，有的也具有放射性。 放射性元素放出的三种常见射线： α射线、 β射线和γ射线。 三种射线偏转情况 α射线是高速运动的α粒子流，电荷数是2，质量数是4，实际上就是氦原子核。 α粒子的速度可达光速的十分之一，具有很高的动能，很容易使气体电离，但因为它在碰撞时很容易损失能量，所以贯穿物体的本领很小。 二、原子核衰变 β射线是高速运动的电子流，速度可达光速的99%，但电离作用较弱，贯穿本领较强。 γ射线不带电，它是频率很高的电磁波，波长很短，在10-10m数量级以下，其电离作用最小，贯穿本领却最强，甚至能穿透几厘米厚的铅板。 三种射线偏转情况 三种射线性质对比 射线种类 组成 速度 穿透本领 电离作用 α射线 α粒子是氦原子核 约0.1c 较弱，一张薄纸就能挡住 很强 β射线 β粒子是高速电子流 0.99c 较强，很容易穿透黑纸，能穿过几毫米厚的铝板 较弱 γ射线 波长很短的电磁波 等于c 最强，能透几厘米厚的铅板 更弱 原子核的衰变：一种元素经放射过程变成另一种元素的现象。 α 粒子是氦原子核，原子核每放出一个α 粒子，质量数减少4，电荷数减少2，就成了新原子核 。 如：放出一个α 粒子后，质量数减少4，电荷数减少2，就变成了。 原子核自发放出α粒子而转变为新核的过程叫α衰变。 原子核内部一个中子转变为质子 β 粒子是电子，原子核每放出一个β 粒子，质量数不会改变但电荷数增加1，就成为新原子核 。 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 ，就变成了。 原子核自发放出β粒子而转变为新核的过程叫β衰变。 11 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。 原子核衰变时电荷数和质量数都守恒。 衰变的规律 5.一种元素只能发生一种衰变，但在一块放射性物质中可以同时放出α、β 和 γ 三种射线。 2.放射性元素衰变不可能有单独的γ衰变！γ粒子不是带电的粒子，因此γ射线并不影响原子核的核电荷数，故γ射线不会改变元素在周期表中的位置。 3.元素的放射性与元素存在的状态无关，放射性表明原子核是有内部结构的。 4.衰变后元素的化学性质发生了变化，即：生成了新的原子核！ 1.核反应指的是原子核内部核子数发生相应变化，而化学反应指的是原子核外最外层电子数发生变化，二者存在本质的不同。 说明 例题1．(多选)天然放射性物质的放射线包括三种成分，下列说法正确的是（ ） A．一张厚的黑纸能挡住α射线，但不能挡住β射线和γ射线 B．某原子核在放出γ射线后会变成另一种元素的原子核 C．三种射线中对气体电离作用最强的是α射线 D．β粒子是电子，但不是原来绕核旋转的核外电子 ACD 解析：由三种射线的本质和特点可知，α射线穿透本领最弱，一张黑纸都能挡住，而一张黑纸挡不住β射线和γ射线，故A正确； γ射线是高频率的电磁波，它是伴随α或β衰变放出的，不会使原核变成新核，故B错误； 三种射线中α射线电离作用最强，故C正确； β粒子是电子，来源于原子核，故D正确。 例题2．一放射源放射出某种或多种射线，当用一张薄纸放在放射源的前面 时，射线的强度减为原来的，而当用1 cm厚的铝片放在放射源的前面时， 射线的强度减小到几乎为零，由此可知，该放射源所射出的（ ） A．仅是α射线　　　　 B．仅是β射线 C．是α射线和β射线 D．是α射线和γ射线 解析：α射线的穿透能力很弱，一张薄纸就能把它挡住；β射线的穿透能力较强，能穿透几毫米厚的铝板；γ射线的穿透能力很强，能穿透几厘米厚的铅板。题目中有部分射线穿透了薄纸，而没有射线穿透1 cm厚的铝板，故该放射源所射出的是α射线和β射线，故选C。 C 三、半衰期 放射性同位素衰变的快慢有一定的规律。 如：氡222经过α衰变为钋218，如果隔一段时间测量一次氡的数量级就会发现，每过3.8天就有一半的氡发生衰变。也就是说，经过第一个3.8天，剩下一半的氡，经过第二个3.8天，剩有1/4的氡；再经过3.8天，剩有1/8的氡..... 因此，我们可以用半衰期来表示放射性元素衰变的快慢。 原子核数目因衰变减少到原来的一半所经过的时间，叫作半衰期，记为。 如果用表示放射性元素衰变前的质量，经过t时间后剩余的放射性元素的质量为m，从实验得出的衰变规律可以写为 放射性元素衰变曲线 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 不同元素的半衰期不同，有的差别很大。 半衰期的特征：放射性元素的半衰期是稳定的，由原子核自身因素决定，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关。 半衰期描述的是大量原子核的统计行为，说明在大量原子核群体中，经过一定时间将有一定比例的原子核发生衰变，但半衰期对少量原子核没有意义。 半衰期的应用 利用天然放射性元素的半衰期可以估测岩石、化石和文物的年代。 例题3．(多选)关于放射性元素的半衰期，下列说法正确的是（ ） A．原子核全部衰变所需要的时间的一半 B．原子核有半数发生衰变所需要的时间 C．相对原子质量减少一半所需要的时间 D．放射性元素原子核总质量减半所需要的时间 解析：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间叫作这种元素的半衰期，它与原子核全部衰变所需要的时间的一半不同。放射性元素的原子核发生衰变后成了一种新的原子核，原来的放射性元素的原子核的个数不断减少，当原子核的个数减半时，该放射性元素的原子核的总质量也减半。故选项B、D正确。 BD 谢谢观赏 $$