2. 放射性元素的衰变（培优教学课件）物理人教版选择性必修第三册

第五章 原子核 选择性必修三•人教版 2.放射性元素的衰变 核能是蕴藏在原子核内部的能量。核能的发现是人们探索微观物质结构的一个重大成果。人类通过许多方式利用核能，主要的途径是发电。如今，全世界大约有 16% 的电能是由核反应堆生产的。核能的利用可以有效缓解常规能源的短缺。 导入新课 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？ 物理观念 了解原子核的衰变，会正确书写衰变方程。 科学思维 知道半衰期及其统计意义，知道放射性同位素及其应用，知道射线的危害及防护。 科学探究 根据质量数守恒和电荷数守恒写出核反应方程。 科学态度 与责任 认识量子力学对现代科技发展的推动作用，体会科学探索需要勇于突破传统观念的创新精神。 学习目标 重点难点 重点 原子核的衰变，会正确书写衰变方程 难点 根据质量数守恒和电荷数守恒写出核反应方程。 一、原子核的衰变 2.反射性元素的衰变 一、原子核的衰变 原子核自发地放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核。我们把这种变化称为原子核的衰变（decay）。 α衰变：放出α粒子的衰变，如 β衰变：放出β粒子的衰变，如 + + 一、原子核的衰变 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。 一、原子核的衰变 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。 一、原子核的衰变 “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 一、原子核的衰变 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 二、半衰期 2.反射性元素的衰变 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 二、半衰期 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： 三、核反应 2.反射性元素的衰变 三、核反应 卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，产生了氧的一种同位素——氧17和一个质子，即 + 发现质子 这是人类第一次实现的原子核的人工转变 三、核反应 原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应（nuclear reaction）。与衰变过程一样，在核反应中，质量数守恒、电荷数守恒。 1932 年查德威克发现中子 1934 年约里奥·居里夫妇发现放射性同位素和正电子 BeHen 三、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。 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 四、放射性同位素及其应用 2.反射性元素的衰变 四、放射性同位素及其应用 天然放射性同位素不过40多种，而今天通过核反应生成的人工放射性同位素已达1 000多种，每种元素都有了自己的放射性同位素。丰富的放射性同位素资源在国民经济和科学研究的各个领域中得到了广泛的应用。 四、放射性同位素及其应用 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。 四、放射性同位素及其应用 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 四、放射性同位素及其应用 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 四、放射性同位素及其应用 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。 四、放射性同位素及其应用 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、放射性同位素及其应用 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 四、放射性同位素及其应用 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。 五、课堂总结 2.反射性元素的衰变 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 六、练习与应用 2.反射性元素的衰变 六、练习与应用 1.下列说法中正确的是 (　　) A．β衰变放出的电子来自组成原子核的电子 B．β衰变放出的电子来自原子核外的电子 C．α衰变说明原子核中含有α粒子 D．γ射线总是伴随其他衰变发生，它的本质是电磁波 六、练习与应用 【答案】D 【解析】原子核发生β衰变中放出的电子是原子核内的中子转化为质子而释放的电子，A、B错误；α射线是具有放射性的元素的原子核在发生衰变时两个中子和两个质子结合在一起从原子核中释放出来，γ射线总是伴随其他衰变发生，它的本质是电磁波，故D正确． 六、练习与应用 六、练习与应用 【答案】C 六、练习与应用 3.核污染水中含有一些放射性元素，有人提出处理核污染水的三个措施，其中可以减缓放射线元素衰变的是 (　　) A．使核污染水蒸发到天空 B．将核污染水密封于大型特制容器中 C．将核污染水放到大海进行稀释 D．上述措施均无法减缓放射性元素衰变 六、练习与应用 【答案】D 【解析】放射性元素的半衰期是由其内部因素决定的，与外界条件均无关，故上述措施均无法减缓放射性元素衰变．故选D． 七、提升训练 2.反射性元素的衰变 七、提升训练 七、提升训练 【答案】A 七、提升训练 六、提升训练 【答案】B 七、提升训练 七、提升训练 【答案】A 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 $