2022-2023學(xué)年粵教版（2019）選擇性必修第三冊 5.2放射性元素的衰變 課件（26張PPT）

第五章

原子與原子核第二節(jié)

放射性元素的衰變粵教版（2019）高中物理選擇性必修第三冊一、放射性的發(fā)現(xiàn)1896年，法國物理學(xué)家貝可勒爾發(fā)現(xiàn)鈾和含鈾的礦物都能發(fā)出一種看不見的射線，這種射線可以使包在黑紙里的照相底片感光。后來，瑪麗·居里將這種物質(zhì)放射出射線的性質(zhì)叫作放射性，具有放射性的元素叫作放射性元素。在貝可勒爾的影響下，瑪麗·居里和她的丈夫皮埃爾·居里對鈾和各種含鈾的礦石進(jìn)行了深入的研究，并且發(fā)現(xiàn)了兩種放射性更強(qiáng)的新元素?，旣悺ぞ永餅榱思o(jì)念她的祖國波蘭，把其中一種元素命名為釙，另一種元素命名為鐳?！纠碚摗ぬ骄俊糠派湫圆⒉皇巧贁?shù)幾種元素才有的。研究發(fā)現(xiàn)，原子序數(shù)大于83的所有元素都有放射性。原子序數(shù)小于等于83的元素，有的也具有放射性。這些能自發(fā)地放出射線的元素叫作天然放射性元素。如果一種元素具有放射性，那么不論它是以單質(zhì)的形式存在，還是以某種化合物的形式存在，放射性都不受影響。也就是說，放射性與元素存在的狀態(tài)無關(guān)。我們知道，元素的化學(xué)性質(zhì)取決于原子核外的電子，因此可以斷定，射線來源于原子核，也就是說，原子核是有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的。二、原子核衰變放射性元素放出的射線常見的有三種：α射線、β射線和γ射線，α射線和β射線由盧瑟福在1899年研究鈾放射性時發(fā)現(xiàn)并命名，γ射線由法國科學(xué)家維拉德在1900年研究鈾射線時發(fā)現(xiàn)α射線是高速運(yùn)動的α粒子流，電荷數(shù)是2，質(zhì)量數(shù)是4，實(shí)際上就是氦原子核。α粒子的速度可達(dá)光速的十分之一，具有很高的動能，很容易使氣體電離，但因?yàn)樗谂鲎矔r很容易損失能量，所以貫穿物體的本領(lǐng)很小。β射線是高速運(yùn)動的電子流，速度可達(dá)光速的99%，但電離作用較弱，貫穿本領(lǐng)較強(qiáng)。γ射線不帶電，它是頻率很高的電磁波，波長很短，在10-10m數(shù)量級以下，其電離作用最小，貫穿本領(lǐng)卻最強(qiáng)，甚至能穿透幾厘米厚的鉛板。上述三種射線都是原子核放射出來的。原子核放出α粒子或β粒子后，會變成新的原子核。我們把一種元素經(jīng)放射過程變成另一種元素的現(xiàn)象，稱為原子核的衰變，把放出α粒子的衰變稱為α衰變，放出β粒子的衰變稱為β衰變。三、半衰期

【理論·探究】每一種放射性元素都有一定的半衰期，不同的放射性元素，半衰期不同，甚至差別非常大。例如，前面提到的氡222變?yōu)獒?18的半衰期是3。8天，而鐳226變?yōu)殡?22的半衰期是1620年，鈾238變?yōu)殁Q234的半衰期竟長達(dá)4.5×109年。放射性元素的半衰期，描述的是大量該元素衰變的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。對于一個特定或少量的原子來說，我們只知道其發(fā)生衰變的概率，而無法預(yù)測其何時發(fā)生衰變。例如，一個特定的氡核可能在1s后就發(fā)生衰變，也可能1h后發(fā)生衰變，甚至100萬年后才發(fā)生衰變。但對于大量氡核，可以根據(jù)其半衰期，準(zhǔn)確預(yù)言其在某時刻未發(fā)生衰變的比例。放射性元素衰變的速率由核本身的因素決定，與原子所處的物理狀態(tài)或化學(xué)狀態(tài)無關(guān)。例如，一種放射性元素，不管它以單質(zhì)的形式還是以化合物的形式存在，對它加壓或者增高它的溫度，都不能改變其半衰期。這是因?yàn)閴毫?、溫度或與其他元素的化合等，都不會影響到原子核的結(jié)構(gòu)。

1.下列敘述正確的是（）A．發(fā)生光電效應(yīng)時，入射光越強(qiáng)，光子的能量就越大，光電子的最大初動能越大B．盧瑟福依據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)中極少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型C．氫原子的核外電子，由離核較遠(yuǎn)的軌道自發(fā)躍遷到離核較近軌道，放出光子，電子的動能減小D．原子核發(fā)生β衰變過程中所放出的電子來自原子的外層電子B課堂練習(xí)2.自然界中的碳主要是碳12，也有少量的碳14。宇宙射線進(jìn)入大氣層時，同大氣作用產(chǎn)生中子，中子撞擊大氣中的氮產(chǎn)生碳14。碳14具有放射性，能夠自發(fā)地進(jìn)行β衰變而變成氮，碳14的半衰期為5730年。下列說法正確的是（）A．溫度升高，碳14衰變加快，半衰期變小B．通過測量某樣品中碳14的含量，可以推斷該物質(zhì)的年代C．碳14進(jìn)行β衰變產(chǎn)生電子說明碳核內(nèi)含有電子D．中子撞擊氮核產(chǎn)生碳14的同時產(chǎn)生一個正電子B課堂練習(xí)3.下列敘述中符合物理學(xué)史的有（）A．湯姆孫通過研究陰極射線實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了電子和質(zhì)子的存在B．普朗克為了解釋黑體輻射現(xiàn)象，第一次提出了能量量子化理論C．貝克勒爾天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)揭示了原子核是由中子和質(zhì)子組成的D．玻爾提出的原子模型，徹底否定了盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)學(xué)說B

4.α粒子穿過充滿氮?dú)獾脑剖視r會產(chǎn)生氧，如圖照片中有一條徑跡發(fā)生了分叉，分又后粗而短、細(xì)而長的兩段分別為（）A．電子和氧核的徑跡 B．氧核和電子的徑跡C．質(zhì)子和氧核的徑跡 D．氧核和質(zhì)子的徑跡D

D時間/min4366186100132衰變率/（個/s）3921628140.226.810.9

C7.氚核是最簡單的放射性原子核，夜光手表就是利用氚核衰變產(chǎn)生的β射線激發(fā)熒光物質(zhì)發(fā)光而制成的。若氚核發(fā)生β衰變的半衰期為12.43年，則下列說法正確的是（）A．氚核衰變產(chǎn)生的新核是氘核B．氚核衰變放出的β射線是高速電子流，來源于核外電子C．氚核衰變過程中，核子數(shù)保持不變D．20個氚核經(jīng)過12.43年，一定有10個發(fā)生了衰變C

C9.關(guān)于天然放射現(xiàn)象，下列說法正確的是（）A．放射性元素的原子核內(nèi)的核子有半數(shù)發(fā)生變化所需的時間就是半衰期B．放射性物質(zhì)放出的射線中，α粒子動能很大，因此貫穿物質(zhì)的本領(lǐng)很強(qiáng)C．把放射性元素放在密封的容器中，可以減慢放射性元素的半衰期D．放射性的原子核發(fā)生衰變后產(chǎn)生的新核從高能級向低能級躍遷時，輻射出γ射線D

A放射性、放射性元素、天然放射性元素課堂小結(jié)一、放射性的發(fā)現(xiàn)二、原子核衰變

課堂小結(jié)三、半衰期1．定義：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間。2．特點(diǎn)(1)不同的放射性元素，半衰期不同，甚至差別非常大。(2)放射性元素衰變的快慢是由核內(nèi)部自身的因素決定的，跟原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件沒有關(guān)系。3．適用條件：半衰期描述的是統(tǒng)計(jì)規(guī)律，不適用于少數(shù)原子核的衰變。課堂訓(xùn)練1.實(shí)驗(yàn)觀察到，靜止在勻強(qiáng)磁場中A點(diǎn)的原子核發(fā)生β衰變，衰變產(chǎn)生的新核與電子恰在紙面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動，運(yùn)動方向和軌跡示意如圖。則（）A．軌跡1是電子的，磁場方向垂直紙面向里 B．軌跡2是電子的，磁場方向垂直紙面向外C．軌跡1是新核的，磁場方向垂直紙面向外 D．軌跡2是新核的，磁場方向垂直紙面向里AD課堂訓(xùn)練2.一個靜止的放射性原子核處于勻強(qiáng)磁場中，由于發(fā)生了衰變而在磁場中形成如圖所示的兩個圓形徑跡，兩圓半徑之比為1:16，下列判斷中正確的是（）A．反沖核在小圓上逆時針運(yùn)動B．該原子核發(fā)生了α衰變C．原來靜止的核，其原子序數(shù)為15D．讓放射性原子核和反沖核均在磁場中做圓周運(yùn)動，二者周期相同AC課堂訓(xùn)練

BD課堂訓(xùn)練4.如圖所示是我國的“祝融號”火星車，它的電源來自于太陽能電池而非核電池（核電池能量來自钚238發(fā)生的α衰變），它多次將火星表面影像通過無線電波傳送回地球，為人類提供了許多寶貴資料。下列說法正確的是（）A．α粒子的速度可以達(dá)到光速B．無線電波與光波都是電磁波C．钚238發(fā)生α衰變后新核的中子數(shù)增加2D．當(dāng)?shù)厍蚓嗷鹦羌s為6×107km時，地球上收到的大約200s之前的影像BD課堂訓(xùn)練5.對原子和原子核結(jié)構(gòu)的認(rèn)識，下列說法正確的是（）A．為了解釋黑體輻射規(guī)律，普朗克提出電磁輻射的“能量子”概念B．盧瑟福依據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，提出了原子能級結(jié)構(gòu)假設(shè)C．法國物理學(xué)家貝可勒爾發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象，說明原子核還可以分割D．β衰變的實(shí)質(zhì)是原子