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

第五章 原子核 第2节 放射性元素的衰变 02 主题二、半衰期 01 主题一、原子核的衰变 目录 CONTENTS 03 主题三、核反应 第2节 放射性元素的衰变 04 主题四、放射性同位素 新课引入：原子核内是如何发出这三种射线的呢？ 中子 质子 重核元素里质子、中子太多了，耍的好的“结伴”就跑出了原子核。 新课引入：原子核内是如何发出这三种射线的呢？ α粒子 质子 中子 β粒子 重核元素里质子、中子太多了，耍的好的“结伴”就跑出了原子核。 问题来了：原子核里怎么会放出β粒子和γ粒子呢？ 原来是中子被质子“挤来挤去”很不爽，分裂成一个带正电的质子和电子，电子跑出来，质子留在了原子核里。 放出α或β粒子后，新原子核处于激发态，能量高不稳定，回到低能级从而放出γ射线 第一部分 原子核的衰变 中子 质子 一、原子核的衰变 1.定义: 一种元素经放射过程变成另一种元素. 2.种类: ①α衰变：衰变放射出一个α粒子。 ②β衰变：衰变放射出一个电子。 一、原子核的衰变 3.衰变原则: 核电荷数守恒，质量数守恒 注意：光子是伴随射线或射线由新核跃迁产生的。 1.定义: 一种元素经放射过程变成另一种元素. 2.种类: ①α衰变：衰变放射出一个α粒子。 ②β衰变：衰变放射出一个电子。 4.衰变本质: ①α衰变 一、原子核的衰变 4.衰变本质: ①α衰变 ②β衰变 【典例1】写出如下元素的衰变方程，发生衰变、发生衰变。提示：镭(Ra)的原子序数为88. 典例分析： 【典例2】经过一系列衰变和衰变后，可以变成稳定的元素铅元素() ，问这一过程衰变和衰变次数？ 解：设经过x次衰变，y次衰变 238＝206 ＋ 4x 92 = 82 + 2x - y 得:x＝8 、y＝6 典例分析： 思考与讨论：每种元素衰变的快慢一样吗？ 氡的 衰变 m剩/m0 t /天 3.8 1/2 2×3.8 1/4 3×3.8 1/8 1/16 4×3.8 … … m剩/m0 t /d 0 11.4 7.6 3.8 15.2 1/2 1/4 1/8 1/1 例:氡222衰变一半为3.8天 镭226衰变一半为1620年 铀238衰变一半长达4.5×109年 第二部分 半衰期 m剩/m0 t /d 0 11.4 7.6 3.8 15.2 1/2 1/4 1/8 1/1 二、半衰期(T) 1.定义 : 半数原子核发生衰变的时间 2.公式 : m剩= m0()n n= =m0 思考：质量为m0的某放射性元素，t时间经过n个半衰期(T),其剩余的质量m剩为多少呢？ 那剩余的放射性粒子的个数N剩与原来个数N0有什么关系呢？ N剩= N0()n =N0 二、半衰期(T) 1.定义 : 半数原子核发生衰变的时间 2.公式 : m剩= m0()n n= =m0 N剩= N0()n =N0 3.规律 : ①半衰期由原子核内部因素决定，只与元素的种类有关，与原子所处的物理、化学状态无关. 不同元素半衰期不同。 ②半衰期是统计规律，只对大量的原子核适用，对少数原子核不适用． ②碳14测年技术，14C是具有放射性的碳的同位素，能够自发的进行β衰变，变成氮。可以利用14C测定含碳元素的古生物的年龄。 4.应用 二、半衰期(T) ①人们利用地壳岩石中存在的微量的放射性元素的衰变规律，测定地球的年龄为46亿年。地壳有一部漫长的演变历史，一部不断变化、不断发展的历史。 C 典例分析： 【典例3】下列说法正确的是（ ） A.半衰期是原子核有半数发生衰变需要的时间，经过两个半衰期原子核就全部发生衰变。 B.根据半衰期的计算，我们可以知道一个特定的原子核何时发生衰变。 C.半衰期与原子所处的化学状态和外部条件都无关。 D.一放射性样品经一个半衰期后总质量变为原来的一半 【典例4】已知钍234的半衰期是24天，1g钍经过120天后还剩多少钍？ 典例分析： 解：m剩= m0()n =m0 =1× 得：m剩= g 重核元素自发衰变，变成另一种元素，那么人类能让稳定的轻核元素发生转变,从而变为别的元素吗？ 1919年卢瑟福通过用α粒子轰击氮原子放出氢核，而发现了质子。并预言了中子的存在 人工转变元素种类（炼金术） 1930年，德国物理学家博特和贝克尔用刚 发明不久的盖革--米勒计数器，发现金属铍在α粒子轰击下，产生一种贯穿性很强的辐射，当时他们认为这是一种高能量的硬γ射线。 1932年，约里奥·居里夫妇（居里夫人的女儿和女婿）用更精密的仪器重复了这一实验，他们惊奇地发现，这种硬γ射线的能量大大超过了天然放射性物质发射的γ射线的能量。同时他们还发现，用这种射线去轰击石蜡，竟能从石蜡中打出质子来。约里奥·居里夫妇把这种现象解释为一种康普顿效应。但是打出的质子能量高达5.7MeV，按照康普顿公式，入射的γ射线能量至少应为50MeV，这在理论上是解释不通的。 查德威克把这一情况报告了卢瑟福，卢瑟福听了后很兴奋激动，但他不同意约里奥·居里夫妇的解释。认为很可能是自己预言的中子，查德威克很快重做了上面的实验。 他用α粒子轰击铍，再用铍产生的 射线轰击氢、氮，结果打出了氢核和氮核。由此，他断定这种射线不可能是γ射线。因为γ射线不具备将从原子中打出质子所需要的动量。他认为，只有假定从铍中放出的射线是一种质量跟质子差不多的中性粒子，才能解释。他用仪器测量了被打出的氢核和氮核的速度，并由此推算出了这种新粒子的质量。查得威克还用别的物质进行实验，得出的结果都是这种未知粒子的质量与氢核的质量差不多。正是他的老师预言的中子。后来更精确的实验测出，中子的质量非常接近于质子的质量，只比质子质量约大千分之一。 人工转变元素种类（炼金术） 查德威克将他的研究成果写成论文“中子的存在”发表在皇家学会的学报上。查德威克从重复约里奥·居里夫妇的实验，到发现中子，前后不到一个月。 这一方面是由于前人的工作为他打下了基础，主要的还是由于他能打破常规，有大胆的创新精神，敢于破除传统思想的束缚。 而约里奥·居里夫妇（居里夫人的女儿和女婿）虽然已经遇到了中子，由于没有作出正确的解释，而与中子失之交臂，错过了发现中子的机会。 詹姆斯·查德威克（James Chadwick）（1891年10月20日-1974年7月24日）英国物理学家。1935年获得诺贝尔物理学奖。 人工转变元素种类（炼金术） 约里奥·居里和伊丽芙·居里 1934年，约里奥·居里和伊丽芙·居里发现经过α粒子轰击的铝片中含有放射性磷 由于他们首次发现了人工放射性元素，并发现了正电子，从而获得1935年诺贝尔化学奖 X 正电子怎么产生？ 正电子 人工转变元素种类（炼金术） 第三部分 核反应 中子 质子 1.定义: 2.规律：质量数和电荷数守恒 三、核反应 卢瑟福发现质子 查德威克发现中子 小居里夫妇发现人工放射性并发现了正电子 原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程， 又叫人工转变，与之对应的叫自发衰变。 1919年，卢瑟福发现质子 1932年，查德威克发现中子 1934年，小居里夫妇发现人工放射性元素，并发现了正电子 三、核反应 第四部分 放射性同位素 中子 质子 四、放射性同位素 人工放射性同位素优点(1)资源丰富，应用广泛。(2)放射强度容易控制，(3)可以制成各种所需的形状，废料容易处理。 1.定义：具有放射性的同位素。 2.种类： ①天然放射性同位素 ②人工放射性同位素 40多种 3000多种 现在凡是用到射线时，用的都是人工放射性同位素，而不用天然放射性物质。 3.应用 四、放射性同位素 3.应用: ①利用γ射线的穿透本领可以测厚度. 例如轧钢厂的热轧机上可以安装射线测厚仪，让γ射线穿过钢板，仪器探测到的γ射线强度与钢板的厚度有关，轧出的钢板越厚，透过的射线越弱。因此，将射线测厚仪接收到的信号输入计算机，就可以对钢板的厚度进行自动控制。 ②用于放射治疗。 放射治疗利用钴60的γ射线治疗癌症(放疗) 四、放射性同位素 3.应用: ①利用γ射线的穿透本领可以测厚度。 在医疗方面，患了癌症的病人可以接受钴60的放射治疗。像癌细胞那样，不断迅速繁殖的、无法控制的细胞组织，在射线照射下破坏得比健康细胞快。 ②用于放射治疗。 四、放射性同位素 3.应用: ①利用γ射线的穿透本领可以测厚度。 ③培育优良品、保鲜等。 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。 ②用于放射治疗。 四、放射性同位素 3.应用: ①利用γ射线的穿透本领可以测厚度。 ③培育优良品、保鲜等。 ④做示踪原子。 用碘-131诊断甲状腺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。 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。 四、放射性同位素 3.应用: ①利用γ射线的穿透本领可以测厚度。 ③培育优良品、保鲜等。 ④做示踪原子。 ②用于放射治疗。 原子弹爆炸、核电站泄露会产生严重的污染，在利用放射性同位素给病人做“放疗”时，如果放射性的剂量过大，皮肤和肉就会溃烂不愈，导致病人因放射性损害而死去。有些矿石中含有过量的放射性物质，如果不注意也会对人体造成巨大的危害。 四、放射性同位素 4.辐射与安全: 20世纪初期人们在毫无防备的情况下研究放射性 遭原子弹炸后的广岛 四、放射性同位素 4.辐射与安全: 1986年4月26日苏联发生切尔诺贝利核泄漏事故 四、放射性同位素 4.辐射与安全: 秦山核电站 核反应堆外层的厚厚的水泥建筑 安全壳内衬钢板 四、放射性同位素 4.辐射与安全: ①装修建材 四、放射性同位素 4.辐射与安全: 生活中的放射性污染 ②家居饰品 生活中的放射性污染 四、放射性同位素 4.辐射与安全: ①不要直接接触放射性物质； ②室内要经常通风换气，一可增氧，二可排除氡气和放射性灰尘以及其他有害物质； ③房屋不要建在高放射性本底的岩石、土壤上； ④挑选装修用的石材和陶瓷砖要特别留意起放射性指标，看其是否超标； ⑥ 常带的首饰制品，最好进行内含放射性物质测定。 ⑤与岩石有关的摆件不要置于卧室内； 放射性物质标志 四、放射性同位素 4.辐射与安全: 课堂小结 原子核的衰变 非4 人 半衰期 非4 人 放射性同位素 核反应 ①α衰变：+ ②β衰变： m剩/m0 t /d 0 11.4 7.6 3.8 15.2 1/2 1/4 1/8 1/1 概念：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，又叫人工转变，与之对应的叫自发衰变。 半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间. 概念：具有放射性的同位素。应用：放射线测厚仪 培优、保鲜 、示踪原子、 γ射线探伤等 【练习1】有一种衰变叫EC衰变，EC衰变发生于核内中子数相对过少的放射性原子核。核内的一个质子(H)可以俘获一个核外电子(e)并发射出一个中微子而转变为一个中子(n)。经过一次EC衰变后原子核的(　　) A.质量数不变，原子序数减少1 B.质量数增加1，原子序数不变 C.质量数不变，原子序数不变 D.质量数不变，原子序数增加1 A 课堂练习 【练习2】(多选)某原子核A经过P次α衰变、Q次β衰变后变成原子核B，则 (　　 ) A.核A的质量数比核B的质量数多4P个 B.核A的质子数比核B的质子数多(P-Q)个 C.核A的中子数比核B的中子数多(2P+Q)个 D.核为A的中性原子中的电子数比核为B的中性原子中的电子数多(2P-Q)个 ACD 课堂练习 【练习3】(2024·北京高考)已知钍234的半衰期是24天。1 g钍234经过48天后，剩余钍234的质量为 (　　) A.0 g　　　　　　　　　 B.0.25 g C.0.5 g D.0.75 g B 课堂练习 【练习4】磷32是磷的一种放射性同位素，在农业研究中常用作示踪原子。将含磷31的材料置于反应堆中辐射，反应产生的磷32会混于稳定的磷31中。如果将该材料取出，研究发现磷31和磷32的含量相等，28天后磷32的含量占磷元素总量的20%，则磷32的半衰期为 (　　) A.28天　　　　　　　 B.14天 C.7天 D.3.5天 B 课堂练习 【练习5】(2024·河北高考)锂是新能源汽车、储能和信息通信等新兴产业的关键材料。研究表明，锂元素主要来自宇宙线高能粒子与星际物质的原子核产生的散裂反应，其中一种核反应方程为CHLi+H+X，式中的X为(　　) An　　　　　　　　 Be Ce DHe D 课堂练习 【练习6】(2024·湖北高考)硼中子俘获疗法是目前治疗癌症最先进的手段之一BnXY是该疗法中一种核反应的方程，其中X、Y代表两种不同的原子核，则(　　) A.a=7，b=1 B.a=7，b=2 C.a=6，b=1 D.a=6，b=2 B 课堂练习 【练习6】(2024·广东高考)我国正在建设的大科学装置——“强流重离子加速器”，其科学目标之一是探寻神秘的“119号”元素，科学家尝试使用核反应YAmX+n产生该元素。关于原子核Y和质量数A，下列选项正确的是(　　) A.Y为Fe，A=299 　 B.Y为Fe，A=301 C.Y为Cr，A=295 　 D.Y为Cr，A=297 C 课堂练习 【练习7】幽门螺杆菌可以引发多种胃病，因此能否准确、迅速地检测病人是否受到感染，检测方案的选择是个关键。幽门螺杆菌在生命过程中会产生一种酶，它使尿素分解，生成物中包括二氧化碳。如果在检测前让病人服下少量尿素，根据呼出的气体中是否含有酶分解尿素产生的二氧化碳，即可作出诊断。然而，正常新陈代谢也会产生二氧化碳，为了将二者区分，可以请病人服下用14C合成的尿素，14C具有放射性，能够自发地进行β衰变，因此检测呼出的二氧化碳是否具有放射性即可准确判断。但是射线对人体有害，所以这不是很好的办法。现在医院里普遍选用的尿素是用无放射性的13C合成的，用质谱仪或光谱分析的方法检测呼出的二氧化碳中是否含有13C，就可以判断病人的胃部是否被幽门螺杆菌感染，这种方法准确、迅速，现在已经得到了广泛应用。下列说法正确的是 (　　) A.12C、13C、14C的化学性质不同 B.12C、13C、14C的原子光谱不同 C.14C衰变后变为14B D.14C衰变后生成的新核比14C的质量数少 课堂练习 B 【练习8】(多选)关于人工放射性同位素，下列说法正确的是 ( 　　) A.人工放射性同位素的半衰期比天然放射 性物质的半衰期长很多 B.人工放射性同位素的放射强度容易控制 C.人工放射性同位素的γ射线能进行金属探伤 D.使用人工放射性同位素也要遵守操作规程，防止对空气、水源、用具等的污染 BCD 课堂练习 【练习9】下列说法正确的是 (　　) A.给农作物施肥时，在肥料里放一些放射性同位素，是因为农作物吸收放射性同位素后生长更好 B.输油管道漏油时，可以在输送的油中放一些放射性同位素，探测其射线，确定漏油位置 C.天然放射性元素也可以作为示踪原子加以利用，只是较少，经济上不划算 D.放射性元素被植物吸收，其放射性将发生改变 B 课堂练习 END JIESU $$