【创新设计】2014-2015学年高二物理鲁科版选修3-5课件：3.2 原子核衰变及半衰期 (28张

高中物理·选修3-5·鲁科版第3章原子核与放射性第2节原子核衰变及半衰期[目标定位]1.知道什么是放射性、放射性元素、天然放射现象，能记住三种射线的特性.2.知道什么是原子核的衰变，知道α衰变和β衰变的规律和实质.3.理解半衰期的概念，学会利用半衰期解决相关问题．一、天然放射现象1．1896年，法国物理学家发现某些物质具有放射性．2．物质放出的性质称为放射性，具有放射性的元素称为放射性元素，放射性元素自发地放出的现象叫做天然放射现象．3．玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里发现了两种放射性更强的新元素，命名为和．预习导学贝克勒尔射线射线钋(Po)镭(Ra)二、射线的本质1．三种射线：如图3－2－1中1是，2是，3是．预习导学β射线γ射线α射线图3－2－1(1)α射线是高速α粒子流，实际上是，电荷数是，质量数是.(2)β射线是高速流．(3)γ射线是波长很短的．2．三种射线的特点(1)α射线：α粒子容易使空气，但贯穿本领．(2)β射线：β粒子贯穿本领，但电离能力．(3)γ射线：γ射线电离本领，但贯穿本领．预习导学氦原子核24电子电磁波电离很弱较强较弱很弱很强预习导学三、原子核的衰变1．原子核的衰变：原子核放出或，而转变为新原子核的变化．原子核衰变时电荷数和质量数都．2．α衰变：原子核进行α衰变时，质量数减少，电荷数减少.例：23892U的α衰变方程为23892U→.3．β衰变：原子核进行β衰变时，质量数，电荷数增加，例：23490Th的β衰变方程为23490Th→.α粒子β粒子守恒4223490Th＋42He不变123491Pa＋0－1e四、半衰期1．放射性元素的原子核有发生衰变所需的时间，叫做这种元素的半衰期．2．放射性元素衰变的快慢是由的因素决定的，跟原子所处的和没有关系.预习导学半数核内部自身化学状态外部条件一、三种射线的本质及特点1．α、β、γ三种射线的性质、特征比较课堂讲义种类α射线β射线γ射线组成高速氦核流高速电子流光子流(高频电磁波)带电荷量2e－e0质量4mp(mp＝1.67×10－27kg)mp1836静止质量为零课堂讲义续表速率0.1c0.99cc贯穿本领最弱用一张纸就能挡住较强能穿透几毫米的铝板最强能穿透几厘米的铅板电离作用很强较弱很弱课堂讲义2.在电场、磁场中偏转情况的比较(1)在匀强电场中，α射线偏转较小，β射线偏转较大，γ射线不偏转，如图3－2－2甲所示．(2)在匀强磁场中，α射线偏转半径较大，β射线偏转半径较小，γ射线不偏转，如图乙所示．图3－2－2课堂讲义【例1】一置于铅盒中的放射源发射出的α、β和γ射线，由铅盒的小孔射出，在小孔外放一铝箔，铝箔后的空间有一匀强电场．进入电场后，射线变为a、b两束，射线a沿原来方向行进，射线b发生了偏转，如图3－2－3所示，则图中的射线a为________射线，射线b为________射线．图3－2－3课堂讲义答案γβ解析在三种射线中，α射线带正电，穿透能力最弱，γ射线不带电，穿透能力最强；β射线带负电，穿透能力一般，综上所述，结合题意可知，a射线应为γ射线，b射线应为β射线．课堂讲义借题发挥三种射线的比较方法：(1)α射线是α、β、γ三种射线中贯穿本领最弱的一种，它穿不过白纸．(2)要知道三种射线的成分，贯穿本领和电离本领．(3)要知道α、β、γ三种射线的本质，α、β是实物粒子，γ射线是光子．课堂讲义针对训练1(2014·福建理综)如图3－2－4，放射性元素镭衰变过程中释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是()A．①表示γ射线，③表示α射线B．②表示β射线，③表示α射线C．④表示α射线，⑤表示γ射线D．⑤表示β射线，⑥表示α射线答案C解析由三种射线的带电性质可以判断出①⑥表示β射线，②⑤表示γ射线，③④表示α射线，故C对．图3－2－4课堂讲义二、原子核的衰变1．α衰变：AZX―→A－4Z－2Y＋42He原子核进行α衰变时，质量数减少4，电荷数减少2.α衰变的实质：在放射性元素的原子核中，2个中子和2个质子结合得比较牢固，有时会作为一个整体从较大的原子核中释放出来，这就是放射性元素发生的α衰变现象．课堂讲义2．β衰变：AZX―→AZ＋1Y＋0－1e原子核进行β衰变时，质量数不变，电荷数增加1.β衰变的实质：原子核中的一个中子转化成一个质子且放出一个电子即β粒子，使核电荷数增加1，但β衰变不改变原子核的质量数，其转化方程为：10n―→11H＋0－1e.3．衰变规律衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒．课堂讲义【例2】原子核23892U经放射性衰变①变为原子核23490Th，继而经放射性衰变②变为原子核23491Pa，再经放射性衰变③变为原子核23492U.放射性衰变①、②和③依次为()A．α衰变、β衰变和β衰变B．β衰变、α衰变和β衰变C．β衰变、β衰变和α衰变D．α衰变、β衰变和α衰变答案A课堂讲义解析根据衰变反应前后的质量数守恒和电荷数守恒特点，23892U核与23490Th核比较可知，衰变①的另一产物为42He，所以衰变①为α衰变，选项B、C错误；23491Pa核与23492U核比较可知，衰变③的另一产物为0－1e，所以衰变③为β衰变，选项A正确、D错误．【例3】23892U核经一系列的衰变后变为20682Pb核，问：(1)一共经过几次α衰变和几次β衰变？(2)20682Pb与23892U相比，质子数和中子数各少了多少？(3)综合写出这一衰变过程的方程．课堂讲义答案(1)8次α衰变，6次β衰变(2)10个；22个(3)见解析课堂讲义解析(1)设23892U衰变为20682Pb经过x次α衰变和y次β衰变，由质量数守恒和电荷数守恒可得238＝206＋4x①92＝82＋2x－y②联立①②解得x＝8，y＝6.即一共经过8次α衰变和6次β衰变．(2)由于每发生一次α衰变质子数和中子数均减少2，每发生一次β衰变中子数少1，而质子数增加1，故20682Pb较23892U质子数少10，中子数少22.(3)核反应方程为23892U→20682Pb＋842He＋60－1e.课堂讲义借题发挥衰变次数的判断方法(1)衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒．(2)每发生一次α衰变质子数、中子数均减少2.(3)每发生一次β衰变中子数减少1，质子数增加1.针对训练2(2012·大纲版全国卷)23592U经过m次α衰变和n次β衰变，变成20782Pb，则()A．m＝7，n＝3B．m＝7，n＝4C．m＝14，n＝9D．m＝14，n＝18课堂讲义答案B解析根据题意有：235－4m＝207,92－2m＋n＝82，解两式得m＝7，n＝4，选项B正确．课堂讲义三、对半衰期的理解1．对半衰期的理解：半衰期是表示放射性元素衰变快慢的物理量，同一放射性元素具有的衰变速率一定，不同元素的半衰期不同，有的差别很大．2．半衰期公式N余＝N原12，m余＝m012式中N原、m0表示衰变前的原子数和质量，N余、m余表示衰变后的尚未发生衰变的原子数和质量，t表示衰变时间，τ表示半衰期．课堂讲义3．适用条件：半衰期是一个统计概念，是对大量的原子核衰变规律的总结，对于一个特定的原子核，无法确定其何时发生衰变，但可以确定各个时刻发生衰变的概率，即某时衰变的可能性，因此，半衰期只适用于大量的原子核．课堂讲义【例4】(2014·江苏高考)氡222是一种天然放射性气体，被吸入后，会对人的呼吸系统造成辐射损伤．它是世界卫生组织公布的主要环境致癌物质之一．其衰变方程是22286Rn―→21884Po＋________.已知22286Rn的半衰期约为3.8天，则约经过________天，16g的22286Rn衰变后还剩1g.答案42He15.2解析根据质量数、电荷数守恒得衰变方程为22286Rn→21884Po＋42He.根据衰变规律m＝m012，代入数值解得t＝15.2天．课堂讲义针对训练3(2013·大纲版全国卷)放射性元素(22286Rn)经α衰变成为钋(21884Po)，半衰期约为3.8天；但勘测表明，经过漫长的地质年代后，目前地壳中仍存在天然的含有放射性元素22286Rn的矿石，其原因是()A．目前地壳中的22286Rn主要来自于其他放射性元素的衰变B．在地球形成的初期，地壳中元素22286Rn的含量足够高C．当衰变产物21884Po积累到一定量以后，21884Po的增加会减慢22286Rn的衰变进程D.22286Rn主要存在于地球深处的矿石中，温度和压力改变了它的半衰期课堂讲义答案A解析元素半衰期的长短由原子核自身因素决定，一般与原子所处的物理、化学状态以及周围环境、温度无关，C、D错；即使元素氡的含量足够高，经过漫长的地质年代，地壳中也几乎没有氡了，一定是来自于其他放射性元素的衰变，故A对、B错．再见