高三《原子核》教学案(二)

《原子核》专题二共7页第1页第十九章《原子核》课题二天然放射现象衰变制订人殷裕华审核人张松【教学目标】1、了解天然放射现象，知道放射现象是原子核的衰变2、知道三种天然放射线的基本性质3、知道α、β衰变的实质4、理解半衰期的概念【教学重点】1、三种放射线的实质2、两种衰变的规律【教学难点】半衰期的理解【授课时数】2课时【教学过程】○、复习&引入从上节课的内容我们已经得知，原子是可分的，原子核也是可分的，它由核子组成，将核子约束在一起的力叫核力。那么，一种原子的组成是不是一成不变的呢？【知识要点】一、天然放射现象(一)：天然放射现象:1896年，（法）贝克勒尔发现：铀或含铀的矿物能发出穿透黑纸的射线。研究发现，这是原子核发生变化的结果。物质能自发发出放射线的性质叫——放射性。原子序数大于83的所有元素（和小于83的少量元素）都具有放射性。人们也把具有放射性的元素成为放射性元素。以上的现象叫做天然放射现象。1.天然放射现象的发现的重要意义：使人们认识到原子核也有复杂结构。2、三种射线：放射性物质放出的射线有三种：α、β和γ射线。三种放射线的性质种类本质质量（u）电荷（e）速度（c）电离性贯穿性α射线氦核4+20.1最强最弱，纸能挡住β射线电子1/1840-10.99较强较强，穿几mm铝板γ射线光子001最弱最强，穿几cm铅版☆学生活动：判断教材P64图22-4中三种射线的名称对应…提问：人们认识原子核的内部结构是在认识原子结构之前，还是之后呢？☆学生：之前。提问：原子核外部也有电子，为什么认为β射线中的电子一定是从核内部打出来的？☆学生：对应有原子序数的改变。（从外部打出则不会这样。）二、衰变α射线、β射线都带电，它们从原子核中放出来后，直接的后果将是什么？☆学生：使原子核的电荷数发生改变，并最终改变原子序数。1、衰变：原子核放出α粒子或β粒子后，变成新原子核。α衰变：原子核放出α粒子的衰变。如：23892U→23490hT+42eH盐城市时杨中学高二物理教学案《原子核》专题二共7页第2页β衰变：原子核放出β粒子的衰变。如：23490hT→23491aP+01e原子核内部没有负电物质，怎么会打出电子？原来，它是来自中子向质子的蜕变。也就是说，β衰变的实质是：10n→11H+01e提问：存不存在独立的γ衰变？☆学生：不存在。因为不会导致原子序数改变（γ射线一般都是伴随着其它核反应辐射出来。）射线是伴随、衰变放射出来的高频光子流2、衰变的特点a、生成新核b、过程质量数、电荷数守恒原子核的α衰变和β衰变的规律性：类型衰变方程规律衰变新核电荷数减少质量数减少24衰变新核电荷数增加质量数不变1三、半衰期衰变规律的第三点——衰变的的快慢的固定不变性——可以用定量规律来表达，它就是——1.半衰期：放射性元素的原子核的半数发生衰变所需要的时间，称该元素的半衰期。研究表明，任何放射性元素，其原子核有半数发生衰变的时间是不变的。这就是：同一放射性元素半衰期是；不同放射性元素半衰期是。如：氡222→钋218——3.8d；镭226→氡222——1620y；铀238→钍234——4.5×109y；*设半衰期为τ，放射性物质原来的质量为m0，则经过时间t后，剩下放射性物质的质量m应该为：m=t/12m0。【疑难辩析】提问：有人说，一块放射性物质经过一个半衰期以后，再去测量其质量，质量就是原来的一半。这种说法对吗？☆学生：思考、讨论…（答案：不是。因为发生衰变后，我们所测量的质量必然是未．衰变．．的元素和已衰变．．．的元素构成的混合物。）2、半衰期的应用鉴于半衰期不随时间、不随物理化学条件而改变，所以会有特殊的应用，那就是考古。☆学生活动：阅读教材P67“阅读材料”…四、小结本节我们学习了什么是放射性和放射性元素，以及三种放射线的实质和特点。还介绍了两种衰变，由衰变的特点导出了半衰期的概念。《原子核》专题二共7页第3页【典型例析】【例1】Th23290(钍)经过一系列α和β衰变，衰变为Pb20882(铅)，下列说法正确的是()A．铅核比钍核少8个质子B．铅核比钍核少16个中子C．共经过4次α衰变和6次β衰变D．共经过6次α衰变和4次β衰变例1.解析此题为90年全国高考题，主要考查对原子核符号的认识和对衰变规律的掌握．根据符号XAZ，Z表示核电荷数(质子数)，A表示质量数，很容易确定铅核比钍核少90—82＝8个质子，铅核比钍核少(232-90)-(208-82)＝16个中子．α、β衰变次数则根据电荷数和质量数守恒算得：α衰变次数＝(232-208)/4＝6，β衰变次数＝82+6×2-90＝4．答案A、B、D【例2】.由原子核的衰变规律可知()A．放射性元素一次衰变可同时产生α射线和β射线B．放射性元素发生β衰变时，新核的化学性质不变C．放射性元素发生衰变的快慢不可人为控制D．放射性元素发生正电子衰变时，新核质量数不变，核电荷数增加1例2解析一次衰变不可能同时产生α射线和β射线，只可能同时产生α射线和γ射线或β射线和γ射线；原子核发生衰变后，新核的核电荷数发生了变化，故新核(新的物质)的化学性质理应发生改变；发生正电子衰变，新核质量数不变，核电荷数减少1．答案C【例3】.完成核反应方程：23490Th→23491Pa＋_____。Th23490衰变为Pa23491的半衰期是1.2分钟，则64克23490Th经过6分钟还有克尚未衰变。【例4】三种射线在匀强磁场、匀强电场、正交电场和磁场中的偏转情况比较：如⑴、⑵图所示，在匀强磁场和匀强电场中都是β比α的偏转大，γ不偏转；区别是在磁场中偏转轨迹是圆弧，在电场中偏转轨迹是抛物线。⑶图中γ肯定打在O点；如果α也打在O点，则β必打在O点下方；如果β也打在O点，则α必打在O点下方。123123⑴⑵⑶O《原子核》专题二共7页第4页【例5】.在匀强磁场中，一个原来静止的原子核发生衰变，形成如图所示的径迹，不计放出光子的能量，则下述说法中正确的是()A．发生的是β衰变，b为β粒子的径迹B．发生的是α衰变，b为α粒子的径迹C．磁场方向垂直纸面向外D．磁场方向垂直纸面向里※【例6】钍核Th23090发生衰变生成镭核Ra22688并放出一个粒子。设该粒子的质量为m、电荷量为q，它进入电势差为U的带窄缝的平行平板电极1S和2S间电场时，其速度为0v，经电场加速后，沿ox方向进入磁感应强度为B、方向垂直纸面向外的有界匀强磁场，ox垂直平板电极2S，当粒子从p点离开磁场时，其速度方向与ox方位的夹角60，如图所示，整个装置处于真空中。（1）写出钍核衰变方程；（2）求粒子在磁场中沿圆弧运动的轨道半径R；（3）求粒子在磁场中运动所用时间t。【思考】.为什么说半衰期短，放射性废料就容易处理?解析半衰期短的放射性物质衰变得快，衰变结束所需的时间就短，所谓废料处理就是要求衰变结束前废料不能对人和环境造成污染，常用封闭、深埋的方法，故半衰期短，废料处理就容易．答案半衰期短，其放射射线结束的时间就短，在填埋核废料处竖立警示标志，到什么时候人员可进入便可．【基础训练】姓名组别1.天然放射现象的发现揭示了()A.原子不可再分B.原子的核式结构C.原子核还可再分D.原子核由质子和中子组成2.下列说法正确的是()A.22688Ra衰变为22286Rn要经过1次α衰变和1次β衰变。B.23892U衰变为23491Pa要经过1次α衰变和1次β衰变。C.23290Th衰变为20882Pb要经过6次α衰变和4次β衰变。D.23892U衰变为22286Rn要经过4次α衰变和4次β衰变。《原子核》专题二共7页第5页3.以下几个原子核反应中，X代表α粒子的反应式是：()A.42He+94Be→126C+XB.23490Th→23491Pa+XC.21H+31H→10n+XD.3015P→3014Si+X4．下列核反应方程中，哪些是平衡的？（）。A．HNB11137105)(粒子B．)(2712102713质子MgnAlC．)(1264294中子CHeBeD．)(17842147氘核OHeN5．某原子核的衰变过程中如下（符号β表示放射一个β粒子，α表示放射一个α粒子）：CBA，则可知（）。A．核A的中子数减核C的中子数等于2；B．核A的质量数减核C的质量数等于5C．原子核为A的中性原子中的电子数比原子核为B的中性原子中的电子数多1D．核C的质子数比核A的质子数少16．下列说法中正确的是（）A.“原子由电子和带正电的物质组成”是通过卢瑟福α粒子散射实验制定的B.波尔理论认为原子只能处在能量不连续的一系列状态C.放射性元素的半衰期与温度、压强无关D.同一元素的两种同位素，其原子核内的质子数相同而中子数不同7．关于放射性元素的半衰期，下列说法中正确的是()A．原子核全部衰变所需时间的一半B．原子核有半数发生衰变所需的时间C．原子量减少一半所需的时间D．放射性样品质量减为一半所需的时间8．放射性镭自发放出三种射线，现垂直于射线射出方向加一匀强电场，射线的偏转情况如图所示，下列判断正确的有()A．1是γ射线，其贯穿本领最强B．2是γ射线，其贯穿本领最强C．3是α射线，其电离作用最强D．1是α射线，其电离作用最强9．下列说法正确的是(C)A、α射线与γ射线都是电磁波B、β射线为原子的核外电子电离后形成的电子流C、用加温、加压或改变其化学状态的方法都不能改变原子核衰变的半衰期D、原子核经过衰变生成新核，则新核的质量总等于原核的质量10．若元素A的半衰期为4天，元素B的半衰期为5天，则相同质量的A和B，经过20天后，剩余的质量之比BAmm:=____________。10．解析半衰期数：54/20An、45/20Bn，由计算剩余质量公式0)21(mmn可得0405)21(,)21(mmmmBA，所以，2:1:BAmm．《原子核》专题二共7页第6页答案1：2．【能力提高】11．氦原子被电离一个核外电子，形成类氢结构的氦离子。已知基态的氦离子能量为eVE4.541，氦离子能级的示意图如图所示。在具有下列能量的光子和电子中，不能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是（）A、41.2eV（电子）B、43.2eV（光子）C、51.0eV（光子）D、54.4eV（电子）12．一个原子核A经过5次衰变，变成了原子核B，再经过4次衰变，变成原子核C，求（1）核A的质子数比核C的质子数多几？（2）核A的中子数比核C的中子数多几？13.在垂直于纸面向外的匀强磁场中，从A处垂直于磁场飞出一批速度相同的粒子，形成如图的径迹，则中子的径迹是，质子的径迹是，电子的径迹是，α粒子的径迹是。②③①④14．原来静止的原子核XAZ，经α衰变后变为Y原子核。（1）写出它的核反应方程。（2）若测得反冲核的动能为yE，则α粒子的动能是多少？14．解：（1）YHeXAZAZ4242（2）根据衰变过程中动量守恒有0aymvMv又因为mPmvEk2212所以有4/)4(//AmMEEya则4)4(yaEAE15．在匀强电场中，逆电场线运动的U核（23892U）速度减为零时若发生α衰变，衰变时α粒子的速度V与电场线垂直，衰变后当α粒子沿E的方向移动位移为ΔL时，残核在与电场平行的方向上位移ΔL′为ΔL，ΔL′与ΔL方向。(10/13，相同)16．图10是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图。（1）请你简述自动控制的原理。E04E-3.4eV3E-6.0eV2E-13.6eV1E-54.4eV《原子核》专题二共7页第7页（2）如果工厂生产的为1mm的铝板，在α、β和γ三种射线中，你认为哪一种射线在铝板的厚度控制中起主要作用，为什么？放射源铝板探测器图10