2019-2020学年高中物理第19章原子核第2节放射性元素的衰变课件 人教版选修3-5

2019-2020学年高中物理第19章原子核第2节放射性元素的衰变课件 人教版选修3-5

第 2 节　放射性元素的衰变 [ 学习目标 ] 1. 知道放射现象的实质是原子核的衰变．　 2. 了解半衰期的概念，知道半衰期的统计意义，能利用半衰期进行简单的计算．　 3. 知道两种衰变的实质，能运用衰变规律写出衰变方程．　 1 ． 定义 原子核放出 _________ 或 _________ ，由于核电荷数变了，它在周期表中的位置就变了，变成另一种原子核．我们把这种变化称为原子核的衰变． 要点一　原子核的衰变 α 粒子　 课前教材预案 β 粒子　 α 衰变　 β 衰变　 电荷数　 质量数　 1 ． 定义 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． 半数　 要点二　半衰期 2 ． 决定因素 放射性元素衰变的快慢是由 ______________ 的因素决定的，跟原子所处的化学状态和物理状态 ________ 关系．不同的放射性元素，半衰期 ________ ． 3 ． 应用 利用半衰期非常稳定这一特点，可以测量其衰变程度、推断时间． 核内部自身　 没有　 不同　 问题与思考 1 ．判断下列说法的正误 (1)α 和 β 射线是同时由一个原子核射出的 ( 　　 ) (2) 原子核发生衰变时质量数和电荷数都改变 ( 　　 ) (3) 原子核不能单独地发生 γ 衰变 ( 　　 ) 答案　 (1)α 射线是原子核发生 α 衰变时射出的，而 β 射线是原子核发生 β 衰变时射出的，两种射线不是同时产生的， (1) 错误． (2) 原子核发生 β 衰变时质量数保持不变， (2) 错误． (3)γ 射线是伴随着 α 衰变或 β 衰变同时产生的， γ 衰变不会单独地发生， (3) 正确． 2 ．有人说，一块放射性物质经过一个半衰期以后，再去测量其质量，质量就是原来的一半．这种说法对吗？ 答案　 不对．经过一个半衰期只有一半原子核发生衰变，放射出 α 粒子或者 β 粒子，产生的新原子核有较小的质量变化 ( 如 α 衰变，新核相对原来的核质量数少 4) 或者不变 (β 衰变，新核相对原来的核质量数不变 ) ，质量并没有减为原来的一半． 课堂深度拓展 考点一　原子核的衰变规律及其衰变方程 1 ． 衰变规律 原子核衰变时，前后的电荷数和质量数都守恒． 3 ． γ 射线的产生 (1)γ 射线产生的机理：放射性的原子核在发生 α 衰变或 β 衰变时，会释放能量，使生成的新核处于高能量状态 ( 能级 ) ，在向低能级跃迁时，能量以 γ 光子的形式辐射出来． (2)γ 射线是不带电的光子，因此原子核放射出 γ 射线，元素在周期表中的位置不变． 答案　 B 　 答案　 见解析 1 ． 定义 放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，叫做半衰期． 2 ． 理解要点 (1) 半衰期是表示放射性元素衰变快慢的物理量，同一放射性元素衰变速率一定，不同元素的半衰期不同，有的差别很大． 考点二　对半衰期的理解 (2) 放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的，跟原子所处的物理状态 ( 如温度、压强 ) 或化学状态 ( 如单质、化合物 ) 无关． (3) 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． 半衰期的常见错误 (1) 错误地认为半衰期就是一个放射性元素的原子核衰变到稳定核所经历的时间．其实半衰期是大量的原子核发生衰变时的统计规律． (2) 错误地认为放射性元素的半衰期就是元素质量减少为原来一半所需要的时间，该观点混淆了尚未发生衰变的放射性元素的质量与衰变后元素的质量的差别．其实衰变后的质量包括衰变后新元素的质量和尚未发生衰变的质量两部分． 【例题 2 】　 关于半衰期，下列说法正确的是 ( 　　 ) A ．同种放射性元素在化合物中的半衰期比在单质中长 B ．升高温度可以使半衰期缩短 C ．氡的半衰期为 3.8 天，若有四个氡原子核，经过 7.6 天就只剩下一个 D ．氡的半衰期为 3.8 天，若有 4 克氡原子核，经过 7.6 天就只剩下 1 克 答案　 D 　 解析　 考虑到放射性元素衰变的快慢跟原子所处的物理状态或化学状态无关，又考虑到半衰期是一种统计规律，即给定的四个氡核是否马上衰变会受到各种偶然因素的支配，因此，选项 D 正确． 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，选项 C 、 D 错误；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，选项 A 正确， B 错误． 考点三　半衰期或剩余质量的计算 【变式 3 】　 14 C 测年法是利用 14 C 衰变规律对古生物进行年代测定的方法．若以横坐标 t 表示时间，纵坐标 m 表示任意时刻 14 C 的质量， m 0 为 t ＝ 0 时 14 C 的质量．下列四幅图中能正确反映 14 C 衰变规律的是 ( 　　 ) 【变式 3 】　 14 C 测年法是利用 14 C 衰变规律对古生物进行年代测定的方法．若以横坐标 t 表示时间，纵坐标 m 表示任意时刻 14 C 的质量， m 0 为 t ＝ 0 时 14 C 的质量．下列四幅图中能正确反映 14 C 衰变规律的是 ( 　　 ) 答案　 C 　 1 ．目前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素，比如，有些含有铀、钍的花岗岩等岩石会释放出放射性惰性气体氡，而氡会发生放射性衰变，放射出 α 、 β 、 γ 射线．这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道等方面的疾病，根据有关放射性知识可知，下列 说法正确的是 ( 　　 ) 课末随堂演练 A ．氡的半衰期为 3.8 天，若取 4 个氡原子核，经 7.6 天后就一定剩下一个原子核了 B ．把放射性元素放在密封的容器中，可以减慢放射性元素衰变的速度 C ．放射性元素的半衰期越短，表明有半数原子核发生衰变所需要的时间越短，衰变速率越大 D ．降低温度或增大压强，让该元素与其他物质形成化合物，均可以减小衰变速度 答案　 C 　 解析　 4 个氡原子核，不是大量原子核，半衰期不适用，选项 A 错误．因半衰期决定于原子核的内部因素，与其状态、外部条件无关，选项 B 、 D 错误．半衰期短，则衰变快，选项 C 正确． 答案　 B 　 解析　 原子核每发生一次 α 衰变，质量数减少 4 ，核电荷数减少 2 ；每发生一次 β 衰变，质量数不变，核电荷数增加 1 ；比较两种原子核，质量数减少 28 ，即发生了 7 次 α 衰变；核电荷数应减少 14 ，而核电荷数减少 10 ，说明发生了 4 次 β 衰变，选项 B 正确． 答案　 A 　 答案　 D 　 再结合核电荷数的变化情况和衰变规律来判断 β 衰变的次数 .6 次 α 衰变，电荷数应减少 2 × 6 ＝ 12. 而每进行一次 β 衰变，电荷数增加 1 ，所以 β 衰变的次数为 y ＝ [12 － (90 － 82)] 次＝ 4 次． 解法二　设经过 x 次 α 衰变、 y 次 β 衰变，根据质量数和电荷数守恒得 232 ＝ 208 ＋ 4 x, 90 ＝ 82 ＋ 2 x － y ，两式联立解得 x ＝ 6 ， y ＝ 4 ． 答案　 6 　 4