《2017-2018學年高中創(chuàng)新設計物理粵教版選修3-5課件：4-1,4-2 走進原子核 放射性元素的衰變》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《2017-2018學年高中創(chuàng)新設計物理粵教版選修3-5課件：4-1,4-2 走進原子核 放射性元素的衰變（36頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、第一節(jié)第一節(jié) 走進原子核走進原子核 第二節(jié)第二節(jié) 放射性元素的衰變放射性元素的衰變 目標定位目標定位 1.知知道什么是放射性、放射性元素、天然放射道什么是放射性、放射性元素、天然放射現象現象.2.知道原子核的組成，會正確書寫原子核的符號知道原子核的組成，會正確書寫原子核的符號.3.知道知道原子核的衰變及兩種衰變的規(guī)律，掌握三種射線的特性原子核的衰變及兩種衰變的規(guī)律，掌握三種射線的特性.4.會會用半衰期描述衰變的快慢，知道半衰期的統(tǒng)計意義用半衰期描述衰變的快慢，知道半衰期的統(tǒng)計意義 一一、放射性的發(fā)現放射性的發(fā)現 1放射性放射性 1896年法國物理學家年法國物理學家 發(fā)現發(fā)現，鈾和含鈾的鈾和含鈾

2、的礦物都能夠發(fā)出看不見的射線礦物都能夠發(fā)出看不見的射線，物質放射出物質放射出 的性質的性質叫做放射性叫做放射性 2放射性元素放射性元素 具有具有 的元素叫放射性元素的元素叫放射性元素 瑪麗瑪麗居里和她的丈夫皮埃爾居里和她的丈夫皮埃爾居里發(fā)現了兩種放射性更居里發(fā)現了兩種放射性更強的新元素強的新元素，命名為命名為 和和 享利享利貝克勒爾貝克勒爾 射線射線 放射性放射性 釙釙(Po) 鐳鐳(Ra) 3天然放射性元素天然放射性元素 能能 地放出射線的元素叫做天然放射性元素地放出射線的元素叫做天然放射性元素原子序原子序數大于數大于 的所有元素的所有元素，都有放射性都有放射性原子序數小于等原子序數小于等于

3、于 的元素的元素，有的也具有放射性有的也具有放射性 4放射性發(fā)現的意義放射性發(fā)現的意義 放放射性的發(fā)現揭示了射性的發(fā)現揭示了 結構的復雜性結構的復雜性 自發(fā)自發(fā) 83 83 原子核原子核 二、原子核的組成二、原子核的組成 1質質子的發(fā)現：子的發(fā)現： 用用 粒子轟擊粒子轟擊 獲得了質子獲得了質子 2中子的發(fā)現：盧瑟福的學生中子的發(fā)現：盧瑟福的學生 通過實驗證實了通過實驗證實了 的的存在存在 3原子核的組成：由原子核的組成：由 和和 組成，因此它們統(tǒng)稱為組成，因此它們統(tǒng)稱為 4原子核的電荷數：等于原子核的原子核的電荷數：等于原子核的 即原子的即原子的 5原子核的質量數：等于原子核的質量數：等于 和

4、和 的總和的總和 6 原子核的符號： 原子核的符號：AZX， 其中， 其中 X 為為 ， A 為原子核的為原子核的 ，Z 為原子核的為原子核的 盧瑟福盧瑟福 氮核氮核 查德威克查德威克 中子中子 質子質子 中子中子 核子核子 質子數質子數 原子序數原子序數 質子數質子數 中子數中子數 元素符號元素符號 質量數質量數 電荷數電荷數 三三、放射線的本質放射線的本質 1射線種類射線種類 放放射性物質發(fā)出的射線有三種：射性物質發(fā)出的射線有三種： 、 、 2放射線的本質放射線的本質 (1)射射線是高速運動的線是高速運動的 粒子流粒子流，射出時的速度可達射出時的速度可達0.1c. (2)射線是高速運動的射

5、線是高速運動的 ，射出時速度可達射出時速度可達0.99c. (3)射線是波長很短的射線是波長很短的 射線射線 射線射線 射線射線 電子流電子流 電磁波電磁波 四、原子核的衰變四、原子核的衰變 1衰變衰變 一一種元素經放射過程變成另一種元素的現象種元素經放射過程變成另一種元素的現象 2衰變方程衰變方程 (1) 衰衰變的一般方程為變的一般方程為MZX M4Z2Y42He ，每發(fā)生一次，每發(fā)生一次 衰變，衰變，新元素與舊元素相比較，核電荷數減新元素與舊元素相比較，核電荷數減 2，質量數減，質量數減 4. (2) 衰變的一般方程為衰變的一般方程為MZX MZ1Y 01e ，每發(fā)生一次，每發(fā)生一次 衰變

6、，衰變，新元素與舊元素相比較，核電荷數加新元素與舊元素相比較，核電荷數加 1，質量數不變，質量數不變 3 射線射線 射射線是伴隨線是伴隨 衰變、衰變、 衰變衰變 產生的，產生的， 射線不改變原子核射線不改變原子核的電荷數和質量數的電荷數和質量數 同時同時 五五、半衰期半衰期 1定定義：原子核數目因衰變減少到原來的義：原子核數目因衰變減少到原來的 所經過的所經過的時間時間 2公式：公式：m ，m0表示放射性元素衰變前的質量表示放射性元素衰變前的質量，m為經過時間為經過時間t后剩余的放射性元素的質量后剩余的放射性元素的質量 一半一半 預習完成后，請把你疑惑的問題記錄在下面的表格中預習完成后，請把你

7、疑惑的問題記錄在下面的表格中 問題問題1 問題問題2 問題問題3 2原子核的符號和數量關系原子核的符號和數量關系 (1)符符號：號：AZX. (2)基本關系：核電荷數質子數基本關系：核電荷數質子數(Z)元素的原子序數核外電元素的原子序數核外電子數質量數子數質量數(A)核子數質子數中子數核子數質子數中子數 一一、原子核的組成原子核的組成 1原子核的組成原子核的組成 原原子核是由質子子核是由質子、中子構成的中子構成的，質子帶正電質子帶正電，中子不帶中子不帶電電不同的原子核內質子和中子的個數并不相同不同的原子核內質子和中子的個數并不相同原子原子核的直徑為核的直徑為10151014 m. 【例【例 1

8、】 已已知鐳的原子序數是知鐳的原子序數是 88，原子核的質量，原子核的質量數是數是 226.試問：試問： (1)鐳核中有幾個質子？幾個中子？鐳核中有幾個質子？幾個中子？ (2)鐳核所帶電量是多少？鐳核所帶電量是多少？ (3)若鐳原子呈電中性，它核外有幾個電子？若鐳原子呈電中性，它核外有幾個電子？ (4)228 88Ra 是鐳的一種同位素，讓是鐳的一種同位素，讓226 88Ra 和和228 88Ra 以相同速度垂直射以相同速度垂直射入磁感應強度為入磁感應強度為 B 的勻強磁場中， 它們運動的軌跡半徑之比是多的勻強磁場中， 它們運動的軌跡半徑之比是多少？少？ 答案答案 (1)88 138 (2)1

9、.411017 C (3)88 (4)113114 解析解析 因為原子序數與核內質子數因為原子序數與核內質子數、核電荷數核電荷數、中性原子的中性原子的核外電子數都是相等的核外電子數都是相等的，原子核的質量數等于核內質子數與原子核的質量數等于核內質子數與中子數之和中子數之和由此可得：由此可得： (1)鐳核中的質子數等于其原子序數鐳核中的質子數等于其原子序數，故質子數為故質子數為88，中子數中子數N等于原子核的質量數等于原子核的質量數A與質子數與質子數Z之差之差，即即 NAZ22688138. (2)鐳核所帶電荷量鐳核所帶電荷量 QZe881.61019 C1.411017 C. (3)鐳原子呈電

10、中性， 則核外電子數等于質子數， 故核外電子數為鐳原子呈電中性， 則核外電子數等于質子數， 故核外電子數為 88. (4)帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的向心力為洛倫茲力，故帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的向心力為洛倫茲力，故有有 Bqvmv2r，兩種同位素具有相同的核電荷數，但質量數不同，兩種同位素具有相同的核電荷數，但質量數不同，故故r226r228226228113114. 借題發(fā)揮借題發(fā)揮 對核子數對核子數、電荷數電荷數、質量數的理解質量數的理解 (1)核子數：質子和中子的質量差別非常微小核子數：質子和中子的質量差別非常微小，二者統(tǒng)稱為核二者統(tǒng)稱為核子子，所以質子數和中子數之和

11、叫核子數所以質子數和中子數之和叫核子數 (2)電荷數電荷數(Z)：原子核所帶的電荷等于質子電荷的整數倍：原子核所帶的電荷等于質子電荷的整數倍，通常用這個數表示原子核的電量通常用這個數表示原子核的電量，叫做原子核的電荷數叫做原子核的電荷數 (3)質量數質量數(A)：原子核的質量等于核內質子和中子的質量總：原子核的質量等于核內質子和中子的質量總和和，而質子與中子質量幾乎相等而質子與中子質量幾乎相等，所以原子核的質量幾乎等所以原子核的質量幾乎等于單個核子質量的整數倍于單個核子質量的整數倍，這個倍數叫做原子核的質量數這個倍數叫做原子核的質量數 針對訓練針對訓練 1 在在 粒子轟擊金箔的散射實驗中，粒子

12、轟擊金箔的散射實驗中， 粒子可以表示為粒子可以表示為 42He，42He 中的中的 4 和和 2 分別表示分別表示 ( ) A4 為核子數，為核子數，2 為中子數為中子數 B4 為質子數和中子數之和，為質子數和中子數之和，2 為質子數為質子數 C4 為核外電子數，為核外電子數，2 為中子數為中子數 D4 為中子數，為中子數，2 為質子數為質子數 答案答案 B 解析解析 根據根據42He 所表示的物理意義，原子核的質子數決定核外電子所表示的物理意義，原子核的質子數決定核外電子數，原子核的電荷數就是核內的質子數，也就是這種元素的原子序數，原子核的電荷數就是核內的質子數，也就是這種元素的原子序數原子

13、核的質量數就是核內質子數和中子數之和，即為核內的核數原子核的質量數就是核內質子數和中子數之和，即為核內的核子數子數.42He 符號的左下角表示的是質子數或相應中性原子核外電子符號的左下角表示的是質子數或相應中性原子核外電子數，即為數，即為 2，42He 符號左上角表示的是核子數，即為符號左上角表示的是核子數，即為 4，故選項，故選項 B正確正確 二二、三種射線的本質及特點三種射線的本質及特點 1、三種射線的性質三種射線的性質、特征比較特征比較 種種 類類 射線射線 射線射線 射線射線 組組 成成 高速氦核流高速氦核流 高速電子流高速電子流 光子流光子流 (高頻電磁波高頻電磁波) 帶電荷量帶電荷

14、量 2e e 0 質質 量量 4mp (mp1.67 1027 kg) mp1 836 靜止質量為零靜止質量為零 速速 率率 0.1c 0.99c c 貫穿本領貫穿本領 最弱最弱 用一張紙用一張紙 就能擋住就能擋住 較強較強 能穿透幾能穿透幾 毫米的鋁板毫米的鋁板 最強最強 能穿透幾能穿透幾 厘米的鉛板厘米的鉛板 電離作用電離作用 很強很強 較弱較弱 很弱很弱 2.在電場在電場、磁場中偏轉情況的比較磁場中偏轉情況的比較 (1)在在勻強電場中勻強電場中，射線偏轉較小射線偏轉較小，射線偏轉較大射線偏轉較大，射射線不偏轉線不偏轉，如圖如圖1甲所示甲所示 圖圖1 (2)在勻強磁場中在勻強磁場中，射線偏

15、轉半徑較大射線偏轉半徑較大，射線偏轉半徑較射線偏轉半徑較小小，射線不偏轉射線不偏轉，如圖乙所示如圖乙所示 【例例2】 一一置于鉛盒中的放射源發(fā)射出的置于鉛盒中的放射源發(fā)射出的、和和射線射線，由鉛盒由鉛盒的小孔射出的小孔射出，在小孔外放一鋁箔在小孔外放一鋁箔，鋁箔后的空間有一勻強電鋁箔后的空間有一勻強電場場進入電場后進入電場后，射線變?yōu)樯渚€變?yōu)閍、b兩束兩束，射線射線a沿原來方向行進沿原來方向行進，射線射線b發(fā)生了偏轉發(fā)生了偏轉，如圖如圖2所示所示，則圖中的射線則圖中的射線a為為_射線射線，射線射線b為為_射線射線 圖圖2 答案答案 解析解析 在三種射線中在三種射線中，射線帶正電射線帶正電，穿透

16、能力最弱穿透能力最弱，射線射線不帶電不帶電，穿透能力最強；穿透能力最強；射線帶負電射線帶負電，穿透能力一般穿透能力一般，綜綜上所述上所述，結合題意可知結合題意可知，a射線應為射線應為射線射線，b射線應為射線應為射射線線 借題發(fā)揮借題發(fā)揮 (1)射線是射線是、三種射線中貫穿本領最弱的一三種射線中貫穿本領最弱的一種種，它穿不過白紙它穿不過白紙 (2)要知道三種射線的成分要知道三種射線的成分，貫穿本領和電離本領的強弱貫穿本領和電離本領的強弱 (3)要知道要知道、三種射線的本質三種射線的本質，、是實物粒子是實物粒子，射線射線是電磁波譜中的一員是電磁波譜中的一員 針對訓練針對訓練2 (多選多選)天天然放

17、射性物質的放射線包括三種成分然放射性物質的放射線包括三種成分，下列說法正確的是下列說法正確的是 ( ) A一張厚的黑紙能擋住一張厚的黑紙能擋住射線射線，但不能擋住但不能擋住射線和射線和射射線線 B某原子核在放出某原子核在放出射線后會變成另一種元素的原子核射線后會變成另一種元素的原子核 C三種射線中對氣體電離作用最強的是三種射線中對氣體電離作用最強的是射線射線 D粒子是電子粒子是電子，但不是原來繞核旋轉的核外電子但不是原來繞核旋轉的核外電子 答案答案 ACD 解析解析 由三種射線的本質和特點可知，由三種射線的本質和特點可知，射線貫穿本領最弱，射線貫穿本領最弱，一張黑紙都能擋住，而擋不住一張黑紙都

18、能擋住，而擋不住射線和射線和射線，故射線，故A正確；正確；射射線是伴隨線是伴隨、衰變而產生的一種電磁波，不會使原核變成新衰變而產生的一種電磁波，不會使原核變成新核，故核，故B錯；三種射線中錯；三種射線中射線電離作用最強，故射線電離作用最強，故C正確；正確；粒子是電子，來源于原子核，故粒子是電子，來源于原子核，故D正確正確 三三、原子核的衰變原子核的衰變 1原原子核放出子核放出粒子或粒子或粒子后粒子后，變成另一種原子核變成另一種原子核，這種現這種現象稱為原子核的衰變象稱為原子核的衰變 2衰變：衰變： (1)原子核進行原子核進行衰變時衰變時，質量數減少質量數減少4，電荷數減少電荷數減少2. (2)

19、衰變的實質：在放射性元素的原子核中衰變的實質：在放射性元素的原子核中，2個中子和個中子和2個質子結合得比較牢固個質子結合得比較牢固，有時會作為一個整體從較大的原有時會作為一個整體從較大的原子核中釋放出來子核中釋放出來，這就是放射性元素發(fā)生的這就是放射性元素發(fā)生的衰變現象衰變現象 3 衰變：衰變： (1)原子核進行原子核進行 衰變時，質量數不變，電荷數增加衰變時，質量數不變，電荷數增加 1. (2) 衰變的實質： 原子核中的中子轉化成一個質子且放出一個電衰變的實質： 原子核中的中子轉化成一個質子且放出一個電子即子即 粒子，使核電荷數增加粒子，使核電荷數增加 1，但，但 衰變不改變原子核的質量衰變

20、不改變原子核的質量數，其轉化方程為：數，其轉化方程為：10n11H 01e. 4衰變規(guī)律：衰變規(guī)律： 衰變過程遵循質量數守恒和電荷數守恒衰變過程遵循質量數守恒和電荷數守恒 5 射線是在發(fā)生射線是在發(fā)生 或或 衰變過程中伴隨產生的，且衰變過程中伴隨產生的，且 射線是不帶射線是不帶電的， 因此電的， 因此 射線并不影響原子核的核電荷數， 不會改變元素在射線并不影響原子核的核電荷數， 不會改變元素在周期表中的位置周期表中的位置 6確定衰變次數的方法確定衰變次數的方法 設放射性元素設放射性元素AZX 經過經過 n 次次 衰變和衰變和 m 次次 衰變后， 變成穩(wěn)定的衰變后， 變成穩(wěn)定的新元素新元素AZY

21、，則衰變方程為，則衰變方程為 AZXAZYn42Hem 01e. 根據電荷數守恒和質量數守恒可列方程根據電荷數守恒和質量數守恒可列方程 AA4n，ZZ2nm. 【例【例 3】 238 92U 核經一系列的衰變后變?yōu)楹私浺幌盗械乃プ兒笞優(yōu)?06 82Pb 核，問：核，問： (1)一共經過幾次一共經過幾次 衰變和幾次衰變和幾次 衰變？衰變？ (2)206 82Pb 與與238 92U 相比，質子數和中子數各少了多少？相比，質子數和中子數各少了多少？ (3)綜合寫出這一衰變過程的方程綜合寫出這一衰變過程的方程 答案答案 (1)8 次次 衰變，衰變，6 次次 衰變衰變 (2)10 個；個；22 個個

22、(3)見解析見解析 解析解析 (1)設設238 92U 衰變?yōu)樗プ優(yōu)?06 82Pb 經過經過 x 次次 衰變和衰變和 y 次次 衰變，由質衰變，由質量數守恒和電荷數守恒可得量數守恒和電荷數守恒可得 2382064x 92822xy 聯立聯立解得解得 x8，y6.即一共經過即一共經過 8 次次 衰變和衰變和 6 次次 衰變衰變 (2)由于每發(fā)生一次由于每發(fā)生一次 衰變質子數和中子數均減少衰變質子數和中子數均減少 2，每發(fā)生一次，每發(fā)生一次 衰變中子數少衰變中子數少 1，而質子數增加，而質子數增加 1，故，故206 82Pb 較較238 92U 質子數少質子數少 10，中，中子數少子數少 22.

23、 (3)核反應方程為核反應方程為238 92U206 82Pb842He6 01e. 借題發(fā)揮借題發(fā)揮 衰變次數的判斷方法衰變次數的判斷方法 (1)衰變過程遵循質量數守恒和電荷數守恒衰變過程遵循質量數守恒和電荷數守恒 (2)每發(fā)生一次每發(fā)生一次衰變質子數衰變質子數、中子數均減少中子數均減少2. (3)每發(fā)生一次每發(fā)生一次衰變中子數減少衰變中子數減少1，質子數增加質子數增加1. 針對訓練針對訓練 3 235 92U 經過經過 m 次次 衰變和衰變和 n 次次 衰變，變成衰變，變成207 82Pb，則，則 ( ) Am7，n3 Bm7，n4 Cm14，n9 Dm14，n18 答案答案 B 解析解析

24、 根據題意有：根據題意有： 2354m207,922mn82， 解得， 解得 m7，n4，選項，選項 B 正確正確 四、對半衰期的理解四、對半衰期的理解 1對半衰期的理解對半衰期的理解 半半衰期是表示放射性元素衰變快慢的物理量，同一放射性元素衰期是表示放射性元素衰變快慢的物理量，同一放射性元素具有的衰變速率一定，不同元素的半衰期不同，有的差別很大具有的衰變速率一定，不同元素的半衰期不同，有的差別很大 2半衰期公式半衰期公式 N余余N原原 ，m余余m0 式中式中 N原原、m0表示衰變前的原子數和質量，表示衰變前的原子數和質量，N余余、m余余表示衰變后表示衰變后的尚未發(fā)生衰變的原子數和質量，的尚未

25、發(fā)生衰變的原子數和質量，t 表示衰變時間，表示衰變時間，T1/2表示半表示半衰期衰期 3適用條件適用條件 半半衰期是一個統(tǒng)計概念衰期是一個統(tǒng)計概念，是對大量的原子核衰變規(guī)律的是對大量的原子核衰變規(guī)律的總結總結，對于一個特定的原子核對于一個特定的原子核，無法確定其何時發(fā)生衰無法確定其何時發(fā)生衰變變，但可以確定各個時刻發(fā)生衰變的概率但可以確定各個時刻發(fā)生衰變的概率，即某時衰變即某時衰變的可能性的可能性，因此因此，半衰期只適用于大量的原子核半衰期只適用于大量的原子核 【例【例 4】 碘碘 131 核不穩(wěn)定，會發(fā)生核不穩(wěn)定，會發(fā)生 衰變，其半衰期為衰變，其半衰期為 8 天天 (1)碘碘 131 核的衰

26、變方程：核的衰變方程：131 53I_(衰變后的元素用衰變后的元素用 X 表表示示) (2)經過經過_天天 75 %的碘的碘 131 核發(fā)生了衰變核發(fā)生了衰變 答案答案 (1)131 54X 01e (2)16 解析解析 (1)根據衰變過程電荷數守恒與質量數守恒可得衰變方根據衰變過程電荷數守恒與質量數守恒可得衰變方程：程：131 53I131 54X 01e. (2)每經每經 1 個半衰期，有半數原子核發(fā)生衰變，經個半衰期，有半數原子核發(fā)生衰變，經 2 個半衰期將個半衰期將剩余剩余14，即有，即有 75 %發(fā)生衰發(fā)生衰變，即經過的時間為變，即經過的時間為 16 天天 針對訓練針對訓練 4 氡氡

27、 222 是一種天然放射性氣體，被吸入后，會對人的是一種天然放射性氣體，被吸入后，會對人的呼吸系統(tǒng)造成輻射損傷它是世界衛(wèi)生組織公布的主要環(huán)境致癌呼吸系統(tǒng)造成輻射損傷它是世界衛(wèi)生組織公布的主要環(huán)境致癌物質之一其衰變方程是物質之一其衰變方程是222 86Rn218 84Po_.已知已知222 86Rn 的半衰的半衰期約為期約為 3.8 天，則約經過天，則約經過_天，天，16 g 的的222 86Rn 衰變后還剩衰變后還剩 1 g. 答案答案 42He 15.2 解析解析 根據核反應過程根據核反應過程中電荷數守恒和質量數守恒可得該反應中電荷數守恒和質量數守恒可得該反應的另一種生成物為的另一種生成物為42He. 根據根據 m余余m原原 和和tT1/24， 解得解得 t3.84 天天15.2 天天.