5.1-5.2原子核的组成、放射性元素的衰变 课件-2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

原子核的组成 放射性元素的衰变 选择性必修第三册 第五章 第一、二节 2025.4.11 一、原子核的组成 核子 mn＝1.674927471×10-27 kg mp=1.672×10-27kg 质子：p 电量：e=+1.602×10-19C 中子：n 原子核— 原子序数/质子数—— 质量数—— ——元素符号 氚 铯 锶 一.原子核的组成 1. 质子的发现 1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，发现质子。 质子的性质与氢原子核完全相同，即氢原子核。 核反应方程： 质子p带正电 电量：e=1.602×10-19C 与电子电量相同 质量：mp=1.672×10-27kg 远大于电子质量 一、原子核的组成 2. 中子n的发现 若原子核内只有质子： 实际上： 核的质量 核的电量 质子质量 质子电量 = 核的质量 核的电量 质子质量 质子电量 > 说明原子核内存在其他组成部分 一、原子核的组成 2. 中子n的发现 在对各种原子核进行的实验中，发现： 质子、中子是组成原子核的两种基本粒子 卢瑟福猜想，原子核内部存在中子。1932年，查德威克验证猜想，发现中子，证明中子质量与质子质量基本相同，但不带电，是中性粒子。 中子n不带电 质量：mn=1.6749×10-27kg 核反应方程： 一、原子核的组成 3. 同位素 元素周期表中处于同一位置，化学性质基本相同，物理性质有所差异。 质子数相同，中子数不同，质量数A不同，互为同位素。 二、天然放射现象 1896年，法国物理学家贝克勒尔发现，铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线，这种射线可以穿透黑纸使照相底片感光。这是铀原子本身的性质。 放大1000倍的铀矿石 二、天然放射现象 居里夫妇研究了一种沥青铀矿，根据它的含铀量计算发出的射线不会太强，但实际测得的射线要强得多。 其中存在两种新元素：钋（Po）和镭（Ra）。 物质发射射线的性质，称为放射性 具有放射性的元素，称为放射性元素 元素自发地放出射线的现象，称为天然放射现象 原子序数＞83的所有元素 原子序数≤83的部分元素 三、三类射线 将放射源（铀、钋、镭）放入用铅做成的容器中，射线只能从容器的小孔射出，成为细细的一束。 三种射线分别叫作α射线、β射线、γ射线 在射线经过的空间施加磁场，射线分裂成三束： 两束射线在磁场中向不同的方向偏转，说明它们是带电粒子流，且电性相反。 另一束射线在磁场中不偏转，说明它不带电。 β粒子带负电 速度：0.99c 电离作用较弱 穿透能力较强 三、三类射线 磁场中的偏转 ×　×　×　×　× ×　×　×　×　× ×　×　×　×　× ×　×　×　×　×　 α射线 β射线 γ射线 波长很短的电磁波 不带电 速度：c （光子） 电离作用弱 穿透能力强 α粒子带正电 速度：0.1c 电离能力强 穿透能力弱 三、三类射线 α射线，在空气中只能前进几厘米，用一张纸就能挡住。 β射线，穿透能力较强，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板。 γ射线，穿透能力很强，能穿透几十厘米厚的混凝土。 三、三类射线——射线的来源 原子核 放射性是原子核的性质，不是原子的性质，三种射线都是从放射性元素的原子核内释放出来的。 放射性与元素所处的化学状态无关： 如果一种元素具有放射性，无论以单质的形式存在，还是以某种化合物的形式存在，放射性都不受影响。 放射性与元素存在的物理状态无关： 放射性的强度不受温度、外界压强的影响。 为什么福岛核污水排海会对人体有危害呢？ 原子核的衰变会放出射线，射线对人体产生危害。 核污水：日本发生9.0级地震+海啸，冷却系统发生故障，反应堆堆芯熔毁，内循环水和地下水、雨水大量混合。 核废水：外循环水，不与核原料接触，经处理后可以排出。 四、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。 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 四、原子核的衰变 2. α衰变 原子核中2个质子、2个中子飞出来了 ɑ粒子 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 α射线在体外危害不大。但若海水富集进入人体，这就非常危险了。它很强的电离性能，可能导致人体组织癌变、突变等。 四、原子核的衰变 3. β衰变 原子核1中子→1质子+1电子 质量数不变 电荷数增加1 质量数守恒 电荷数守恒 β 粒子 四、原子核的衰变 4. 衰变规律 γ 射线 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 四、原子核的衰变 4. 衰变规律——核反应方程式 衰变： + 衰变： + 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 衰变后，元素的化学性质会发生变化，即生成了新的原子核。 四、原子核的衰变 5. 计算衰变次数 核污染水中放射性元素多久会消失呢？ 氚 铯 锶 抛开剂量谈毒性，就是耍流氓。 浓度不高，但是总量很大，可能会随食物链逐级积累。 五、半衰期𝝉 1. 定义 大量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原子数为N0，半衰期为T,经过后，剩余粒子数： 统计 五、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 核污水中放射性元素 半衰期 100年后剩余的百分比 12.43年 0.38% 30年 9.92% 29.1年 9.24%    六、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；核电荷数守恒 六、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。 六、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 核反应：不自发，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。 七、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。 细胞分裂越快的组织，它对射线的耐受能力就越弱。像癌 细胞那样，不断迅速繁殖的、无法控制的细胞组织，在培优、保鲜 利用γ射线照射种子，会使种子的遗传基 因发生变异，经过筛选，可以培育出新品种。用γ射线照 射食品可以杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长 保存期（图5.2-7）培优、保鲜 利用γ射线照射种子，会使种子的遗传基 因发生变异，经过筛选，可以培育出新品种。用γ射线照 射食品可以杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长 保存期（图5.2-7） 线照射下破坏得比健康细胞快 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 伽马刀 细胞分裂越快的组织，它对射线的耐受能力就越弱。在射线照射下癌细胞破坏得比健康细胞快。 保鲜 培优 Lavf58.76.100 $$