2019-2020学年高中物理 第四章 原子核 第一节 走进原子核 第二节 放射性元素的衰变课件 粤

第一节走进原子核第二节放射性元素的衰变第四章原子核第四章原子核1.知道天然放射现象，了解放射性及放射性元素的概念．2.了解质子、中子的发现过程，知道原子核的组成．3.知道三种射线的本质和特点．4.理解原子核的衰变及核反应规律．5.知道半衰期的概念，会应用半衰期解决有关问题．一、放射性的发现1．放射性：物质放射出射线的性质叫做________．具有放射性的元素叫____________．研究发现，原子序数大于______的所有元素，都有放射性．原子序数小于等于______的元素，有的也具有放射性．这些能自发地放出射线的元素叫做________________．2．意义：放射性的发现揭示了原子核结构的复杂性，促进了人类对微观结构更为深入的认识．放射性放射性元素8383天然放射性元素二、原子核的组成原子核是由中子和质子组成的，中子和质子统称为______，它们的质量几乎相等．中子不带电，质子带一个单位的________．由于原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，这个倍数叫做原子核的________，原子核的质量数就是核内的________．质子用符号____表示，其质量为mp＝1.6726×10－27kg，中子用符号____表示，其质量为mn＝1.6749×10－27kg.核子正电荷质量数核子数pn1．(1)质子和中子都不带电，是原子核的组成成分，统称为核子．()(2)原子核的电荷数就是核内的质子数，也就是这种元素的原子序数．()×√三、原子核的衰变1．三种射线的本质特征α射线：它是__________，速度约为光速的110，贯穿本领很弱，__________比较强．β射线：它是________，速度接近光速的99%，贯穿本领很强，电离作用较____．γ射线：它是__________的电磁波，贯穿本领最强，电离作用最小．α粒子流电离作用电子流弱频率极高2．衰变：原子核由于放出________或________而转变为新的原子核，把一种元素经放射过程变成另一种元素的现象，称为原子核的衰变．3．衰变形式：常见的衰变有两种，放出α粒子的衰变为α衰变，放出β粒子的衰变叫β衰变，而________是伴随α射线或β射线产生的．4．衰变规律：原子核衰变时，________和________总是守恒的．α粒子β粒子γ射线电荷数质量数2．(1)原子核发生衰变，变成了一种新的原子核．()(2)原子核衰变时质量是守恒的．()(3)β衰变时放出的电子就是核外电子．()√××四、半衰期1．概念：原子核数目因衰变减少到原来的______所经过的时间，叫做半衰期，记为T1/2，半衰期越大，表明放射性元素衰变得越____．2．衰变规律表达式：m＝m012tT1/2m0表示放射性元素________的质量，m是经时间t后______的质量，T1/2表示半衰期．3．半衰期与平均寿命之间的关系：T1/2＝0.693τ.4．特点：放射性元素衰变的速率由________的因素决定，与原子所处的物理状态或化学状态______．一半慢衰变前剩余核本身无关3．(1)半衰期可以表示放射性元素衰变的快慢．()(2)半衰期是放射性元素的大量原子核衰变的统计规律．()(3)对放射性元素加热时，其半衰期缩短．()√√×原子核的组成1．原子核(符号AZX)原子核大小：很小，半径为10－15～10－14m组成质子：电量e＝＋1.6×10－19C质量mp＝1.6726231×10－27kg中子：电量e＝0质量mn＝1.6749286×10－27kg2．基本关系：核电荷数＝质子数(Z)＝元素的原子序数＝核外电子数．质量数(A)＝核子数＝质子数＋中子数．3．对核子数、电荷数、质量数的理解(1)核子数：质子和中子质量差别非常微小，二者统称为核子，质子数和中子数之和叫核子数．(2)电荷数(Z)：原子核所带的电荷总是质子电荷的整数倍，通常用这个倍数表示原子核的电荷量，叫做原子核的电荷数．(3)质量数(A)：原子核的质量等于核内质子和中子的质量的总和，而质子与中子质量几乎相等，所以原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，这个倍数叫做原子核的质量数．原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，这个倍数称为原子核的质量数．因此，质量数就是核子的个数，是一个纯数字，它与质量是不同的．如质子和中子的质量数相同均为1，但它们的质量不同，中子的质量比质子的质量约大一千八百分之一．已知镭的原子序数是88，原子核质量数是226.试问：(1)镭核中有几个质子？几个中子？(2)镭核所带的电荷量是多少？(3)呈中性的镭原子，核外有几个电子？[解题探究](1)原子核的核电荷数、质子数、核外电子数具有什么关系？(2)质量数和核子数具有什么关系？[解析](1)镭核中的质子数等于其原子序数，故质子数为88，中子数N等于原子核的质量数A与质子数Z之差，即N＝A－Z＝226－88＝138.(2)镭核所带电荷量：Q＝Ze＝88×1.6×10－19C≈1.41×10－17C.(3)核外电子数等于核电荷数，故核外电子数为88.[答案](1)88138(2)1.41×10－17C(3)88明确核子数、质子数、核外电子数及中子数的相互关系，是正确解答此类问题的关键．(多选)铀235的原子核符号常写成23592U，由此可知()A．铀235的原子核中有质子92个B．铀235的原子核中有电子92个C．铀235的原子核中有中子235个D．铀235的原子核中有中子143个解析：选AD.原子核符号AZX中X为元素符号，A为原子核的质量数，Z为核电荷数．核电荷数等于质子数，中子数等于质量数减去质子数，质子数等于核外电子数．因而，A、D正确．三种射线的比较1．α、β、γ三种射线的性质、特征比较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α射线β射线γ射线速率0.1c0.99cc贯穿本领最弱，用一张纸就能挡住较强，能穿透几毫米厚的铅板最强，能穿透几厘米厚的铅板电离作用很强较弱很弱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，如图甲．甲乙(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．3．研究放射性的意义：如果一种元素具有放射性，那么不论它是以单质的形式存在，还是以某种化合物的形式存在，放射性都不受影响．也就是说，放射性与元素存在的状态无关，放射性仅与原子核有关．因此，原子核不是组成物质的最小微粒，原子核也存在着一定结构．α、β、γ射线中的电子是从原子核中放出的，并不是从原子核外面的电子放出的．(多选)将α、β、γ三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场，下图表示射线偏转情况中正确的是()[解析]带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，其半径为r＝mvBq，将其数据代入，则α粒子与β粒子的半径之比为rαrβ＝mαmβ·vαvβ·qβqα＝411836×0.1c0.99c×12≈370.91由此可见，A项正确，B项错误．带电粒子垂直进入匀强电场，设初速度为v0，垂直电场线方向位移为x，沿电场线方向位移为y，则有x＝v0t，y＝12·qEmt2，消去t可得y＝qEx22mv20对某一确定的x值，α、β粒子沿电场线偏转距离之比为yαyβ＝qαqβ·mβmα·v2βv2α＝21×118364×（0.99c）2（0.1c）2≈137.5由此可见，C项错误，D项正确．[答案]AD三种射线的比较方法(1)知道三种射线带电的性质，α射线带正电、β射线带负电、γ射线不带电．α、β是实物粒子，而γ射线是光子流，属电磁波的一种．(2)在电场或磁场中，通过其受力及运动轨迹半径的大小来判断α和β射线偏转方向，由于γ射线不带电，故运动轨迹仍为直线．(3)α粒子穿透能力较弱，β粒子穿透能力较强，γ射线穿透能力最强，而电离作用相反．原子核的衰变1．衰变过程(1)α衰变：AZX―→A－4Z－2Y＋42He(2)β衰变：AZX―→AZ＋1Y＋0－1e2．α衰变和β衰变的实质(1)α衰变：210n＋211H―→42He(2)β衰变：10n―→11H＋0－1e3．衰变次数的计算方法设放射性元素AZX经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素A′Z′Y，则衰变方程为AZX―→A′Z′Y＋n42He＋m0－1e根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m以上两式联立解得：n＝A－A′4，m＝A－A′2＋Z′－Z.(1)为了确定衰变次数，一般是由质量数的改变先确定α衰变的次数，这是因为β衰变的次数的多少对质量数没有影响．(2)再根据衰变规律确定β衰变的次数．命题视角1原子核衰变的应用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[思路点拨]设初核AZX经p次α衰变和q次β衰变形成新核A′Z′Y，其衰变方程为AZX→A′Z′Y＋p42He＋q0－1e，根据质量数和电荷数守恒有A＝A′＋4p、Z＝Z′＋2p－q，由此可得p、q.[解析]衰变过程满足质量数守恒和电荷数守恒．写出核反应方程：23592U→20782Pb＋m42He＋n0－1e根据质量数守恒和电荷数守恒列出方程235＝207＋4m92＝82＋2m－n解得m＝7，n＝4，故选项B正确，选项A、C、D错误．[答案]B命题视角2原子核在磁场中衰变的运动分析(多选)静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核，当它放出一个α粒子后，其速度方向与磁场方向垂直，测得α粒子和反冲核轨道半径之比为44∶1，如图所示，则()A．α粒子与反冲粒子的动量大小相等，方向相反B．原来放射性元素的原子核电荷数为90C．反冲核的核电荷数为90D．α粒子和反冲粒子的速度之比为1∶88[解析]微粒之间相互作用的过程中遵守动量守恒，由于初始总动量为零，则末动量也为零，即α粒子和反冲核的动量大小相等、方向相反．由于释放的α粒子和反冲核均在垂直于磁场的平面内且在洛伦兹力作用下做圆周运动由Bqv＝mv2R得R＝mvBq.若原来放射性元素的核电荷数为Q，则对α粒子R1＝p1B·2e对反冲核：R2＝p2B（Q－2）e由于p1＝p2，又R1∶R2＝44∶1，得Q＝90.它们的速度大小与质量成反比，故D错误，上述选项正确的为A、B.[答案]AB原来静止的放射性同位素的原子核发生衰变而发射出粒子后，由于发生反冲运动，新生成的核也要运动．衰变过程中满足动量守恒，它们的动量大小相等，方向相反；当它们在匀强磁场中速度垂直磁场时，产生的粒子和反冲核都要做匀速圆周运动；由公式qvB＝mv2r，得到r＝mvqB，由于它们动量大小相等，故电荷量小的粒子半径大，电荷量大的新核半径小，且半径之比等于电荷量的反比；又由于它们在同向的磁场中，速度方向相反，当轨迹内切时，受洛伦兹力同向，应带异种电荷，为β衰变；当轨迹外切时，受洛伦兹力反向，应带同种电荷，为α衰变．其轨迹如图甲和乙．在一个23892U原子核衰变为一个20682Pb原子核的过程中，发生β衰变的次数为()A．6次B．10次C．22次D．32次解析：选A.设原子核衰变过程中发生了n次α衰变，m次β衰变，由核衰变规律及衰变前后质量数守恒与电荷数守恒得4n＝238－206，2n－m＝92－82，解得n＝8，m＝6，故A正确．对半衰期的理解和计算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12tT1/2，m余＝m012tT1/2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，T1/2表示半衰期．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