5.2 放射性元素的衰变 课件-2025-2026学年高二下学期物理教科版选择性必修第三册

第五章 原子核与基本粒子 第2节 放射性元素的衰变 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？ 一、天然放射性 放射性不是少数几种元素才有的，研究发现，原子序数大于或等于83的所有元素，都能自发的放出射线，原子序数小于83的元素，有的也具有放射性． 1896年 法国物理学家贝克勒尔：铀和含铀矿物能发出射线，穿透黑纸使底片感光。 1898年 居里夫妇：深入研究铀，发现发射性更强新元素：钋（Po），镭（Ra）。 元素的放射性，与它所处的物理、化学状态均无关！ 放射性：物质能发射射线的性质 放射性元素：具有放射性的元素 射线到底是什么呢？ 二、射线的性质 若在射线经过的空间施加磁场，可以发现射线分裂成三束，其中两束在磁场中向不同的方向偏转，这说明它们是带电粒子流；另一束在磁场中不偏转，说明它不带电。于 是， 人 们 把 这 三 种 射 线 分 别 叫 作α射 线、β射 线 和 γ射线。 通过左手定则： 左偏带负电，是β射线 不偏不带电，叫γ射线 右偏带正电，是α射线 厚纸张 铝板 混凝土 三种射线穿透能力不同 α 射线 β 射线 γ 射线 进一步研究表明 α 粒子就是氦原子核、 β 粒子就是电子、γ 射线的实质是一种波长极短的电磁波，不带电。 三种射线的性质、特性 成分 速度 电离能力 穿透能力 α 射线 β 射线 γ 射线 氦原子核 1/10光速 很强 较弱 电子流 接近光速 较弱 较强 电磁波 光速 更弱 很强 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。 1.放射性同位素的分类 ⑴天然放射性同位素。 ⑵人工放射性同位素。 2.人工放射性同位素的优势（与天然的放射性物质相比） （1）放射强度容易控制。 （2）半衰期短，废料易处理。 不过40多种 已达1000多种 （3）可以制成各种需要的形状。 三、人工放射性同位素 3.放射性同位素的主要作用 (1)工业部门使用射线测厚度——利用γ射线的穿透力极强的特性。 (2)医学上——利用γ射线的高能量治疗癌症。 (3)农业应用——γ射线使种子的遗传基因发生变异,杀死使食物腐败的细菌、抑制蔬菜发芽、延长保存期等。 (4)做示踪原子——利用化学元素与其放射性同位素有相同的化学性质。 四、衰变 1.定义：放射性元素是不稳定的，会自发地蜕变为另一种元素，同时放出射线，我们称这种现象为放射性衰变。 2.α衰变和β衰变： α衰变：放出α粒子的衰变，如 β衰变：放出β粒子的衰变，如 + + 3.规律： 原子核发生衰变时，衰变前后的电荷数和质量数都守恒。 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： + 4.衰变的本质： (2)β衰变：原子核内的一个中子变成质子，同时放出一个电子。 (1)α衰变：原子核内少两个质子和两个中子 。 放射性的原子核在发生α衰变、β衰变时产生的新核处于高能级，这时它要向低能级跃迁，并放出γ光子。因此，γ射线经常是伴随α射线和β射线产生的。 5.γ射线的产生： 五、半衰期 2.意义：表示放射性元素衰变快慢的物理量 1.定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间 经过个半衰期（τ）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. 半衰期的计算 最初的质量：m0 半衰期：τ 时间：t 氡的衰变 4.半衰期是由原子核内部本身的因素决定的，与原子所处的物理、化学状态无关。 5.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。 思考： 1.原子核发生衰变后,变成了一种新的原子核吗? 是的。原子核发生衰变后,核电荷数变化了,变成了一种新的原子核。 2.β衰变时放出的电子是核外电子吗? 不是。β衰变时放出的电子是核内的中子转化成质子时放出的。 3.若有10个具有放射性的原子核,经过一个半衰期,则一定有5个原子核发生了衰变,这种说法是否正确,为什么? 不正确。因为半衰期描述的是大量放射性元素衰变的统计规律,不适用于少量原子核的衰变。 4.对放射性元素的原子加热时,其半衰期会缩短吗? 不会。半衰期由元素的原子核内部自身的因素决定,与原子所处的化学状态和外部条件无关。 1.(多选)将α、β、γ三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场,如下图表示射线偏转情况中正确的是(　　) AD 2.锝99m在医疗诊断中被广泛用作显像剂或示踪剂.质量为 m0 的锝99m经过12h 后剩余锝的质量为 m0/4 ，它的半衰期为( ) A.3 h B.6 h C.9 h D.12 h B 3.氡的半衰期是3.8天，下列说法正确的是(　 ) A．升高温度，可以使氡的半衰期变短 B．增加压强，可以使氡的半衰期变短 C．4克氡原子核，经过7.6天就只剩下1克氡原子核 D．4个氡原子核，经过7.6天就只剩下1个氡原子核 C 带正电，穿透本领弱，电离能力强 天然放射现象，三种放射线 定义： 发现历程 元素自发的放出射线的现象 贝克勒尔发现放射现象 β射线（电子）： 带负电，穿透本领中等，电离能力中等 α射线（氦原子核）： γ射线（电磁波）： 不带电，穿透能力强，电离能力弱 居里夫妇发现镭并提出放射性概念 原子核的衰变： 放射性同位素及其应用： 放射线测厚仪 放射治疗 培优、保鲜 示踪原子 原子核放出粒子或粒子转变为新核的变化 $