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2. 放射性元素的衰变
人教版（2019）物理（选择性必修第三册）
第五章 原子核
目录
素养目标
01
课程导入
02
新课讲解
03
总结归纳
04
课堂练习
05
正确教育
素养目标
1.了解原子核的衰变，会正确书写衰变方程
2.知道半衰期及其统计意义
3.根据质量数守恒和电荷数守恒写出核反应方程
4.知道放射性同位素及其应用，知道射线的危害及防护
在古代，不论是东方还是西方，都有一批人追求“点石成金”之术，他们试图利用化学方法将一些普通的矿石变成黄金。当然，这些炼金术士的希望都破灭了。
那么，真的存在能让一种元素变成另一种元素的过程吗？
正确教育
原子核的衰变
原子核自发地放出α 粒子、β 粒子，由于核电荷数变了，它在元素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（decay）
①定义：
②α衰变
定义：放出一个α粒子的衰变
α衰变特点：
新核电荷数减少2，质量数减少4
新核在元素周期表中序号向前移动2个位次
α衰变一般方程
衰变方程：
②β衰变
定义：放出一个β粒子的衰变
β衰变特点：
新核电荷数增加1，质量数不变化
新核在元素周期表中序号向后移动1个位次
β衰变一般方程
衰变方程：
原子核的衰变
③规律：
④本质：
原子核发生衰变时，衰变前后的电荷数和质量数都守恒。
说明：(1)中间用单箭头，不用等号；
(2)是质量数守恒，不是质量守恒;
(3)方程及生成物要以实验为基础，不能杜撰。
元素的放射性与元素存在的状态无关，放射性表明原子核是有内部结构的
原子核的能量也跟原子的能量一样，其变化是不连续的，也只能取一系列不连续的数值，因此也存在着能级，同样是能级越低越稳定。
1.在一个 衰变为一个 的过程中，发生α衰变的次数为( )
A.6次 B.8次 C.22次 D.32次
经典例题
B
解析：设发生了n次α衰变，m次β衰变，有4n = 32，2n-m =1 2，解得 n = 8，m = 4，故B正确.
正确教育
半衰期
1.意义：表示放射性元素衰变快慢的物理量
2.定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间
3.物理意义：
表示放射性元素本身衰变快慢的物理量。不同元素的半衰期不同，有的差别很大。
例如：氡222衰变为钋218的半衰期为3.8天
镭226衰变为氡222的半衰期为1620年
铀238衰变为钍234的半衰期长达4.5×109年
半衰期的公式，
经过 n 个半衰期（ T ）剩余的质量为：
质量与原子个数相对应，故经过 n 个半衰期后剩余的粒子数为：
11.4
7.6
3.8
1/2
1/4
1/8
m/m0
t /天
0
①元素的半衰期由原子核内部的因素决定，只与元素的种类有关，跟元素所处的物理或化学状态无关。不同元素半衰期不同。
②半衰期是一个统计规律，只对大量的原子核才适用，对少数原子核是不适用的。
半衰期是表示放射性元素本身衰变快慢的物理量。不同元素的半衰期不同，有的差别很大。
衰变的半衰期描述的对象是大量的原子核，不是个别原子核，这是一个统计规律。
比如某原子核半衰期是2天，现在有两个这样的原子核，那么过两天后是不是就剩下一个了？
想一想
经典例题
C
2.
正确教育
核反应
衰变是原子核的自发变化，科学家更希望控制原子核的变化。
卢瑟福用α粒子轰击氮核
分叉情况表明，α粒子击中氮核后，生成一个新核，同时放出质子。新核的电量较大速度较慢，径迹短而粗；质子速度大，电量小，故径迹细而长。根据核反应中质量数守恒和电荷数守恒，可以写出这个发现质子的核反应方程并得知新核放出质子后变成了氧核。
说明：
(1)核反应中质量数与电荷数守恒。
(2)核反应是原子核的变化，化学反应是核外电子的变化。
用α粒子、中子等去轰击其它元素的原子核，也都产生类似的转变，并产生质子，说明质子是各种原子核里都有的成分，质子是人类继电子、光子后发现的第三个基本粒子。
原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程。——核反应
1、定义：
原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应。
2、原子核人工转变的三大发现
⑴1919 年，卢瑟福发现质子的核反应。
⑵1932 年查德威克发现中子的核反应。
⑶1934 年约里奥 — 居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应。
在核反应中，质量数守恒、电荷数守恒。
化学方程式 核反应方程式
联系
区别
电荷、质量守恒
电荷数、质量数守恒
用符号
用箭头
说明：
1.中间用单箭头，不用等号；
2.是质量数守恒，不是质量守恒；
3.方程及生成物要以实验为基础，不能杜撰。
注意：质量数守恒指衰变前后核子的总数不变，并不是质量不变！
5、一种元素只能发生一种衰变，但在一块放射性物质中可以同时放出α、β 和 γ 三种射线。
2、放射性元素衰变不可能有单独的γ衰变！γ粒子不是带电的粒子，因此γ射线并不影响原子核的核电荷数，故γ射线不会改变元素在周期表中的位置。
3、元素的放射性与元素存在的状态无关，放射性表明原子核是有内部结构的。
4、衰变后元素的化学性质发生了变化，即：生成了新的原子核！
1、核反应指的是原子核内部核子数发生相应变化，而化学反应指的是原子核外最外层电子数发生变化，二者存在本质的不同。
正确教育
放射性同位素及其应用
（1）射线测厚仪
在钢板一面，放置γ射线源，另一面放着接收装置。那么钢板越厚，接收到了射线信号越弱，根据信号强度就可以测量金属板的厚度。
——利用γ射线具有很强的穿透性
(2)放射治疗
——γ射线对细胞有很强的杀伤力
——γ射线遗传基因发生变异，培育优良品种
（3）培优
保鲜
——γ射线可以杀死细菌
医学方面：给人注射碘的放射性同位素碘131,在颈部底部的甲状腺(红色，部分被遮蔽)，被放射性示踪剂碘131高亮着色。定时用探测器测量甲状腺及邻近组织的放射强度，有助于诊断甲状腺的疾病。
(4)示踪原子
—— 同位素化学性质相同，这样就可以用放射性同位素了解各元素的流向。
农业方面：棉花在开花、结桃的时候需要较多的磷肥，把磷肥喷在棉花叶子.上，磷肥也能被吸收。但是，什么时候的吸收率最高、磷在作物内能存留多长时间、磷在作物体内的分布情况等，用通常的方法很难研究。如果用磷的放射性同位素制成肥料喷在棉花的叶面上，然后每隔一定时间用探测器测量棉株各部位的放射性强度，上面的问题就解决了。
正确教育
辐射与安全
人类一直生活在放射性的环境中。例如，地球上的每个角落都有来自宇宙的射线，我们周围的岩石，其中也有放射性物质。
不过这些射的强度都在安全剂量之内，对我们没有伤害。
电磁信号
然而过量的射线对人体组织有破坏作用，这种破坏往往是对细胞核的破坏，有时不会马上察觉。
所以使用放射性同位素质，都必须严格遵守操作规程，做好防护。防止对空气，水源等的污染。
C-14（“碳钟”）年代测定法，又称放射性碳定年法，就是根据C-14衰变的程度来判定古生物体的年代，该项研究获得1960年诺贝尔化学奖。
要推断一块古木的年代，可以先把古木加温，制取1g碳的样品，再用粒子计数器进行测量。如果测得样品每分钟衰变的次数正好是现代植物所制样品的一半，表明这块古木经过了14C的一个半衰期，即5730年，如果测得每分钟衰变的次数是其他值，也可以根据半衰期计算出古木的年代。
稳定
14C 半衰期 τ =5730 年
碳14测年技术
3.放射性同位素发出的射线在科研、医疗、生产等诸多方面得到了广泛的应用，下列有关放射线应用的说法中不正确的是( )
A.轧钢厂的热轧机安装射线测厚仪对钢板厚度进行自动控制
B.利用γ射线的贯穿性能进行人体的透视
C.用放射线照射作物种子能使其DNA发生变异，经过筛选可以培育优良品种
D.用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体正常组织造成太大的危害
经典例题
B
答案：B
解析：轧钢厂的热轧机安装射线测厚仪可以对钢板厚度进行自动控制，A正确；利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤，但γ射线对人体细胞伤害太大，因此不能用来透视人体，B错误；用放射线照射作物种子能使其DNA发生变异，经过筛选可以培育优良品种，C正确；用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体正常组织造成太大的危害，D正确.
放射性元素的衰变
原子核的衰变
半衰期
放射性同位素及其应用
核反应
辐射与安全
①α衰变
②β衰变
定义
特点
公式
放射线
示踪原子
原子核放出α粒子或β粒子转变为新核的变化
C
B
B
谢谢观看

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