高中物理人教版 (2019)選擇性必修第三冊第五章原子核2 放射性元素的衰變圖片ppt課件-課件下載-教習(xí)網(wǎng)

2. 放射性元素的衰變
1．知道放射現(xiàn)象的實質(zhì)是原子核的衰變，會正確書寫衰變方程。2．了解半衰期及其統(tǒng)計意義。3．知道核反應(yīng)及其遵從的規(guī)律。4．知道放射性同位素及其應(yīng)用，知道射線的危害及防護。
1．知道什么是α衰變和β衰變，能運用衰變規(guī)律寫出衰變方程。2．知道半衰期的概念和半衰期的統(tǒng)計意義，能利用半衰期公式進行簡單計算。3．知道什么是放射性同位素和人工轉(zhuǎn)變的放射性同位素。4．了解放射性在生產(chǎn)和科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用和防護。
1．定義原子核自發(fā)地放出__________或_________，由于核電荷數(shù)變了，它在元素周期表中的位置就變了，變成另一種_________。我們把這種變化稱為原子核的衰變。2．衰變分類(1)α衰變：放出α粒子的衰變。(2)β衰變：放出β粒子的衰變。
3．衰變過程4．衰變規(guī)律(1)原子核衰變時_________和_________都守恒。(2)任何一種放射性元素只有一種放射性，不能同時既有α放射性又有β放射性，而γ射線伴隨α衰變或β衰變產(chǎn)生。說明：原子核衰變時質(zhì)量數(shù)守恒，但不是質(zhì)量守恒，有質(zhì)量減少(也叫質(zhì)量虧損)。
『判一判』(1)發(fā)生β衰變是原子核中的電子發(fā)射到核外。(　　)(2)γ射線經(jīng)常是伴隨α射線和β射線產(chǎn)生的。(　　)
『選一選』(2022·山東菏澤檢測)居室裝修中經(jīng)常用到的花崗巖、大理石等裝飾材料含有放射性元素氡。放射性元素會發(fā)生衰變，放射出α、β、γ射線，這些射線會導(dǎo)致細胞發(fā)生癌變及呼吸道等方面的疾病。關(guān)于放射性元素氡及三種射線，下列說法正確的是(　　)A．γ射線是高速電子流B．發(fā)生α衰變時，生成的新核與原來的原子核相比，中子數(shù)減少了2C．β衰變時釋放的電子是核外電子D．三種射線中α射線的穿透能力最強，電離作用最弱
1．定義：放射性元素的原子核有_______發(fā)生衰變所需的時間。2．決定因素：放射性元素衰變的快慢是由_____________的因素決定的，跟原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件沒有關(guān)系。不同的放射性元素，半衰期_______。3．應(yīng)用：利用半衰期非常穩(wěn)定這一特點，可以測量其衰變程度、推斷時間。說明：半衰期是大量原子核衰變的統(tǒng)計規(guī)律，只對大量原子核有意義，對少數(shù)原子核沒有意義。
『判一判』(3)半衰期是原子核有半數(shù)發(fā)生衰變需要的時間，經(jīng)過兩個半衰期原子核就全部發(fā)生衰變。(　　)
2．定義：原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生___________的過程。3．特點：在核反應(yīng)中，_________守恒、_________守恒?！号幸慌小?4)在核反應(yīng)中，質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒。(　　)
1．放射性同位素：很多元素都存在一些具有_________的同位素，它們被稱為放射性同位素。2．放射性同位素的應(yīng)用(1)射線測厚儀。(2)放射治療。(3)培優(yōu)、保鮮。(4)示蹤原子：一種元素的各種同位素具有_________化學(xué)性質(zhì)，用放射性同位素替換非放射性的同位素后，可以探測出原子到達的位置。
3．輻射與安全：人類一直生活在放射性的環(huán)境中，過量的射線對人體組織_____________。要防止放射性物質(zhì)對水源、空氣、用具等的污染。說明：一般放射性同位素半衰期短，而且強度容易控制，使用更廣泛。
『判一判』(6)現(xiàn)在用到射線時，既可以用人工放射性同位素，也可以用天然放射性物質(zhì)。(　　)
『想一想』放射性同位素的放射強度易于控制，它的半衰期比天然放射性物質(zhì)短得多，因此在生產(chǎn)和科學(xué)領(lǐng)域得以廣泛的應(yīng)用。(1)能用α射線來測量金屬板的厚度嗎？(2)γ射線照射食品延長保存期的原理是什么？
答案：(1)不能(2)用γ射線照射食品可以殺死使食物腐敗的細菌，抑制蔬菜發(fā)芽，延長保存期。
原子核的衰變規(guī)律與衰變方程
要|點|提|煉1．定義：原子核放出α粒子或β粒子轉(zhuǎn)變?yōu)樾潞说淖兓凶髟雍说乃プ儭?．衰變種類(1)α衰變：放出α粒子的衰變，
3．衰變規(guī)律原子核發(fā)生衰變時，衰變前后的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒。4．衰變實質(zhì)
6．確定衰變次數(shù)的方法
(1)核反應(yīng)中遵循質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒，核反應(yīng)過程中反應(yīng)前后的總質(zhì)量一般會發(fā)生變化(質(zhì)量虧損)而釋放出核能。(2)衰變方程的書寫方面：衰變方程用“→”表示，而不用“＝”表示。(3)衰變方程表示的變化方面：衰變方程表示的是原子核的變化，而不是原子的變化。(4)為了確定衰變次數(shù)，一般是由質(zhì)量數(shù)的改變先確定α衰變的次數(shù)，這是因為β衰變的次數(shù)的多少對質(zhì)量數(shù)沒有影響，然后再根據(jù)衰變規(guī)律確定β衰變的次數(shù)。
典|例|剖|析　　　　　某放射性元素的原子核發(fā)生2次α衰變和6次β衰變，關(guān)于原子核的變化，下列說法正確的是(　　)A．質(zhì)子數(shù)增加2 B．質(zhì)子數(shù)減小2C．中子數(shù)減小8 D．核子數(shù)減小10解析：設(shè)該原子核的質(zhì)量數(shù)(核子數(shù))為m，電荷數(shù)(質(zhì)子數(shù))為n，衰變后新核的質(zhì)量數(shù)為x，電荷數(shù)為y，根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可得x＝m－8，y＝n－4＋6＝n＋2，由此可知與衰變前相比，新核核子數(shù)減小8，質(zhì)子數(shù)增加2，中子數(shù)減小10，選項A正確。
解題指導(dǎo)：(1)可根據(jù)衰變過程中質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒求解；(2)根據(jù)每發(fā)生一次α衰變原子核的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)均少2，每發(fā)生一次β衰變原子核的中子數(shù)少1，質(zhì)子數(shù)多1來推算；(3)根據(jù)(1)的解答結(jié)果寫方程。
238＝206＋4x①92＝82＋2x－y②聯(lián)立①②解得x＝8，y＝6，即一共經(jīng)過8次α衰變和6次β衰變。
放射性元素的半衰期及其應(yīng)用
要|點|提|煉1．半衰期的理解半衰期是表示放射性元素衰變快慢的物理量，同一放射元素具有的衰變速率一定，不同元素半衰期不同，有的差別很大。
2．公式式中N原、m原表示衰變前的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量，N余、m余表示衰變后尚未發(fā)生衰變的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量，t表示衰變時間，T表示半衰期。
3．適用條件半衰期是一個統(tǒng)計概念，是對大量的原子核衰變規(guī)律的總結(jié)，對于一個特定的原子核，無法確定其何時發(fā)生衰變，半衰期只適用于大量的原子核。4．應(yīng)用利用半衰期非常穩(wěn)定這一特點，可以測量其衰變過程、推斷時間等。
(1)半衰期由核內(nèi)部自身的因素決定，與原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件都無關(guān)。(2)半衰期是一個統(tǒng)計規(guī)律，適用于對大量原子核衰變的計算，對于個別少數(shù)原子核不適用。
典|例|剖|析　　　　　為測定水庫的存水量，將一瓶放射性溶液倒入水庫中，已知這杯溶液每分鐘衰變8×107次，這種同位素半衰期為2天，10天以后從水庫中取出1 m3的水，并測得每分鐘衰變10次，求水庫的存水量為多少？解題指導(dǎo)：找出每分鐘衰變次數(shù)與其質(zhì)量成正比這一隱含條件是解決本題的關(guān)鍵。
解析：由每分鐘衰變次數(shù)與其質(zhì)量成正比出發(fā)，運用半衰期知識可求出存水量。
答案：2.5×105 m3
　　　　　　　　已知碘131的半衰期約為8天，下列說法中正確的是(　　)A．全部碘131衰變所需時間的一半是8天B．2個碘131原子核經(jīng)過8天只剩1個C．碘131原子質(zhì)量數(shù)減少一半所需的時間是8天D．1 g碘131原子經(jīng)過8天，碘131質(zhì)量剩余一半
核反應(yīng)、放射性同位素及其應(yīng)用
要|點|提|煉1．核反應(yīng)的條件用α粒子、質(zhì)子、中子，甚至用γ光子轟擊原子核使原子核發(fā)生轉(zhuǎn)變。2．核反應(yīng)的實質(zhì)用粒子轟擊原子核并不是粒子與核碰撞將原子核打開，而是粒子打入原子核內(nèi)部使核發(fā)生了轉(zhuǎn)變。
3．原子核人工轉(zhuǎn)變的三大發(fā)現(xiàn)(1)1919年盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)：
4．人工轉(zhuǎn)變核反應(yīng)與衰變的比較(1)不同點：原子核的人工轉(zhuǎn)變，是一種核反應(yīng)，是其他粒子與原子核相碰撞的結(jié)果，需要一定的裝置和條件才能發(fā)生，而衰變是原子核的自發(fā)變化，它不受物理化學(xué)條件的影響。(2)相同點：人工轉(zhuǎn)變與衰變過程一樣，在發(fā)生過程中質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)都守恒，反應(yīng)前后粒子總動量守恒。
5．放射性同位素的主要應(yīng)用(1)利用它的射線。①工業(yè)部門使用射線測厚度——利用γ射線的穿透特性；②農(nóng)業(yè)應(yīng)用——γ射線使種子的遺傳基因發(fā)生變異，殺死使食物腐敗的細菌，抑制蔬菜發(fā)芽，延長保存期等；③醫(yī)療上——利用γ射線的高能量治療癌癥。(2)作為示蹤原子：放射性同位素與非放射性同位素有相同的化學(xué)性質(zhì)，通過探測放射性同位素的射線確定其位置。
(1)核反應(yīng)過程一般都是不可逆的，核反應(yīng)方程不能用等號連接，只能用單向箭頭表示反應(yīng)方向。(2)核反應(yīng)方程應(yīng)以實驗事實為基礎(chǔ)，不能憑空杜撰。
解題指導(dǎo)：此題只要嚴格按照寫核反應(yīng)方程的原則進行，一般是不會出錯的，寫核反應(yīng)方程的原則是：(1)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒；(2)中間用箭頭，不能寫成等號。因兩端僅僅是質(zhì)量數(shù)守恒，沒有體現(xiàn)質(zhì)量相等；也不能僅畫一橫線，因箭頭的方向還表示反應(yīng)進行的方向；(3)能量守恒，但中學(xué)階段不作要求；(4)核反應(yīng)必須是實驗?zāi)軌虬l(fā)生的，不能毫無根據(jù)地寫未經(jīng)實驗證實的核反應(yīng)方程。
解析：根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，算出新生核的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)，然后寫出上述核反應(yīng)方程如下：
　　　　　　　　如圖所示，由天然放射性元素釙(P)放出的α射線轟擊鈹(Be)時會產(chǎn)生A粒子流，用A粒子流轟擊石蠟時，會打出B粒子流。下列說法正確的是(　　)B．該實驗是查德威克發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的實驗C．粒子A為中子，粒子B為質(zhì)子D．粒子A為質(zhì)子，粒子B為中子
　　　　　放射性在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中有廣泛的應(yīng)用，下列關(guān)于放射性的應(yīng)用與防護，說法不正確的是(　　)A．利用γ射線照射食品，可以殺死使食物腐敗的細菌，延長保質(zhì)期B．利用示蹤原子可以研究生物大分子的結(jié)構(gòu)和功能C．利用射線的貫穿作用，可以制成射線測厚裝置D．放射治療利用了射線對病灶細胞的電離作用解析：用γ射線照射食品，可以殺死使食物腐敗的細菌，延長保存期，故A正確；利用示蹤原子可以研究生物大分子的結(jié)構(gòu)和功能，故B正確；利用射線的貫穿作用，可以制成射線測厚裝置，故C正確；放射治療利用了射線對病灶細胞的破壞作用，故D錯誤。
α衰變和β衰變在磁場中的軌跡分析設(shè)有一個質(zhì)量為M0的原子核，原來處于靜止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)發(fā)生一次α(或β)衰變后，釋放的粒子的質(zhì)量為m，速度為v，產(chǎn)生的反沖核的質(zhì)量為M，速度為V1．動量守恒關(guān)系0＝mv＋MV或mv＝－MV
　　　　　(多選)(2022·北京101中學(xué)高二下學(xué)期期末)A、B是兩種放射性元素，原來都靜止在同一勻強磁場，其中一個放出α粒子，另一個放出β粒子，運動方向都與磁場方向垂直。圖中a、b與c、d分別表示各粒子的運動軌跡，下列說法中正確的是(　　)A．磁場方向一定為垂直紙面向里B．A放出的是α粒子，B放出的是β粒子C．b為α粒子運動軌跡，c為β粒子運動軌跡D．a(chǎn)軌跡中粒子比b軌跡中的粒子動量大
解析：粒子在磁場中做勻速圓周運動，由于α粒子和β粒子的速度方向未知，不能判斷磁場的方向，故A錯誤；放射性元素放出α粒子時，α粒子與反沖核的速度相反，而電性相同，則兩個粒子受到的洛倫茲力方向相反，兩個粒子的軌跡應(yīng)為外切圓；而放射性元素放出β粒子時，β粒子與反沖核的速度相反，而電性相反，則兩個粒子受到的洛倫茲力方向相同，兩個粒子的軌跡應(yīng)為內(nèi)切圓。故A放出的是α粒子，B放出的是β粒子，故B正確；放射性元素放出粒子時，兩帶電粒子的動量守恒，故a軌跡中粒子與b軌跡中的粒子動量大小相等，方向相反。由半徑公
2．(多選)(2023·河南三門峽期末)靜止在勻強磁場中的某放射性元素的原子核，放出一個α粒子后，其速度方向與磁場方向垂直，測得α粒子和反沖核軌道半徑之比R1∶R2＝44∶1，如圖所示，則(　　)A．α粒子與反沖核的動量大小相等、方向相反B．衰變瞬間，α粒子與反沖核的動能相等C．原放射性元素的電荷數(shù)為90D．α粒子和反沖核的速度大小之比為1∶88
三、核數(shù)反應(yīng)、放射性同位素及其應(yīng)用4．2021年1月26日8時39分，中國散裂中子源(CSNS)多物理譜儀成功出束，中子束流與預(yù)期相符。該譜儀的成功出束標(biāo)志著國內(nèi)首臺中子全散射譜儀的設(shè)備研制與安裝成功，下列核反應(yīng)中放出的粒子為中子的是(　　)
5．關(guān)于放射性同位素的應(yīng)用，下列說法正確的有(　　)A．放射性改變了布料的性質(zhì)使其不再因摩擦而生電，從而達到消除有害靜電的目的B．利用γ射線的貫穿性可以為金屬探傷，也能進行人體的透視C．用放射線照射作物種子使其DNA發(fā)生變異，其結(jié)果一定是使其變成更優(yōu)秀的品種D．用γ射線治療腫瘤時一定要嚴格控制劑量，以免對人體正常組織造成太大的傷害

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