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高中物理选择性必修第三册 第五章 原子核
热力学定律
5.1 原子核的组成 5.2 放射性元素的衰变
放射性不是少数几种元素才有的，研究发现，原子序数大于83的所有元素，都能自发的放出射线，原子序数小于或等于83的元素，有的也具有放射性．
1896年法国物理学家贝克勒尔：铀和含铀矿物能发出射线，穿透黑纸使底片感光。
1898年居里夫妇：深入研究铀，发现发射性更强新元素：钋（Po），镭（Ra）。
元素的放射性，与它所处的物理、化学状态均无关！
1、放射性：物质能发射射线的性质
2、放射性元素：具有放射性的元素
放大了1000倍的铀矿石
一、天然放射现象
1、射线到底是什么呢？
二、射线的本质
把放射源铀、钋或镭放入用铅做成的容器中，射线只能从容器的小孔射出，成为细细的一束。在射线经过的空间施加磁场。
这三种射线分别叫作α射线、β射线和γ射线。
射线分裂成三束：
两束在磁场中向不同的方向偏转，这说明它们是带电粒子流；且电性相反。另一束在磁场中不偏转，说明它不带电。
二、射线的本质
2、三种射线
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}
????射线
?
????射线
?
????射线
?
电离能力
速度
本质
0.99C
光速 c
????10
?
氦核流
高速电子流
波长极短的电磁波（光子）
射线使原子中的电子脱离核的束缚成为自由电子，这样的过程叫作电离。射线的上述作用叫作电离作用。
由于与物质中的微粒作用时会损失自己的能量，在空气中只能前进几厘米，用一张纸就能把它挡住。（最弱）
最强
较弱
最弱
穿透能力较强，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板。（较弱）
甚至能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土（最强）
穿透能力
思考：放射性现象中放出的三种射线都是从放射性元素的原子核内释放出来的，这表明原子核也有内部结构。
原子核内究竟还有什么结构？
原子核又是由什么粒子组成的呢？
三、原子核的组成
1. 质子的发现
1919年，卢瑟福用镭放射出的α粒子轰击氮原子核，从氮原子核中打出了一种新的粒子。根据这种粒子在电场和磁场中的偏转，测出了它的质量和电荷量，原来它就是氢原子核，叫作质子，用p表示。
质子带正电荷，电荷量与一个电子的电荷量相等。质子的质量为
mp= 1.672621898x 10-27 kg .
三、原子核的组成
同样的方法，从氟、钠、铝的原子核中打出了质子。------质子是原子核的组成部分。
原子核是否只是由质子组成呢？
核的质量
质子质量
核的电量
质子电量
？
卢瑟福进而猜想原子核内存在不带电的中子，这一猜想被他的学生查德威克用实验证实，并得到公认．
核的质量
质子质量
核的电量
质子电量
>
三、原子核的组成
2. 中子的发现
1932年英国物理学家查德威克又发现了中子，通过研究证明中子的质量和质子的质量基本相同，但是不带电.是中性粒子。
中子不带电，用符号n表示。
中子的质量是mn= 1.674 927471 x 10-27 kg
三、原子核的组成
中子
质子
核子
10－15m
X
A
Z
（核）电荷数
质量数
元素符号
3、原子核的组成:
原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子。
（核）电荷数=质子数
质量数=质子数+中子数
三、原子核的组成
原子核的表示:
X:元素符号
Z:质子数
A:质量数
U
He
4
2
235
92
同位素：具有相同质子数而中子不同的原子核组成的元素，在元素周期表中处于同一位置，它们互称为同位素.例如，氢有三种同位素
三、原子核的组成
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？
四 原子核的衰变
2、衰变规律：原子核衰变时，衰变前后的电荷数和质量数守恒。
3、衰变方程：
①α衰变
1、定义：原子核放出α粒子或β粒子后变成新的原子核。
进行α衰变时，质量数减少4，电荷数减少2。
α衰变本质:两个中子和两个质子能十分紧密地结合在一起,会作为一个整体从较大的原子核中被抛射出来。
四 原子核的衰变
????????????????+????????????????→????????????????
?
②β衰变
③γ衰变伴随α衰变和β衰变：放射性的原子核在发生α衰变、β衰变时产生的新核处于高能级，这时它要向低能级跃迁，并放出γ光子。γ射线经常是伴随α射线和β射线产生的。
β衰变的本质：在β衰变中，核内的一个中子转变为质子，同时释放一个电子。进行β 衰变时，质量数不变，电荷数加1
四 原子核的衰变
在 α衰变时产生的 也具有放射性，它能放出一个β粒子而变为 （镤）。
四 原子核的衰变
4.衰变方程的书写：
衰变方程用“→”，而不用“＝”表示，因为衰变方程表示的是原子核的变化，而不是原子的变化.
5.衰变次数的判断技巧
技巧：为了确定衰变次数，一般先由质量数的改变确定α衰变的次数(这是因为β衰变的次数多少对质量数没有影响)，然后根据衰变规律确定β衰变的次数.
四 原子核的衰变
BD　
解析：α衰变时核电荷数减2，质量数减4，β衰变时核电荷数加1，质量数不变；设发生了x次α衰变和y次β衰变，则根据质量数和电荷数守恒有：2x－y＋86＝88,4x＋222＝226，解得x＝1，y＝0，A错误；同理可判断选项C错误；BD正确。
四 原子核的衰变
设有一个质量为M0的原子核，原来处于静止状态。当发生一次α(或β)衰变后，释放的粒子的质量为m，速度为v，产生的反冲核的质量为M，速度为V：（1）．动量守恒关系 0＝mv＋MV 或 mv＝－MV
6、α衰变和β衰变在磁场中的轨迹分析
（2）．在磁场中径迹的特点
四 原子核的衰变
例2(多选)A、B是两种放射性元素，原来都静止在同一匀强磁场，其中一个放出α粒子，另一个放出β粒子，运动方向都与磁场方向垂直。图中a、b与c、d分别表示各粒子的运动轨迹，下列说法中正确的是 (　 　)
A．磁场方向一定为垂直纸面向里
B．A放出的是α粒子，B放出的是β粒子
C．b为α粒子运动轨迹，c为β粒子运动轨迹
D．a轨迹中粒子比b轨迹中的粒子动量大
BC　
四 原子核的衰变
11.4
7.6
3.8
1/2
1/4
1/8
m/m0
t /天
0
1、定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。
氡的衰变
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}
m/m0
t /天
3.8
1/2
2×3.8
1/4
3×3.8
1/8
1/16
4×3.8
…
…
2、公式：若放射性元素原来的质量为m0 、原子数为N0；剩余的质量m，剩余的原子数为N，经过时间t，则：
⑴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。
⑵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。
五 半衰期
例3　 下列有关半衰期的说法中正确的是（ ）
A.所有放射性元素都有半衰期，其半衰期的长短与元素的质量有关
B.半衰期是放射性元素有半数核子发生衰变所需要的时间
C.一块纯净的放射性元素矿石，经过一个半衰期后，它的总质量仅剩下
一半
D.放射性元素在高温和高压下，半衰期变短，在与其他物质组成化合物
时半衰期要变长
B
五 半衰期
1.定义：
原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核或者发生状态变化的过程。
2.原子核的人工转变
3.规律：质量数守恒，电荷数守恒.
卢瑟福
约里奥·居里夫妇
查德威克
I·约里奥·居里，1900～1958
F·约里奥·居里，1897～1956
法国科学家。是P·居里和M·居里的女儿和女婿.由于发现人工放射性而获得1935年诺贝尔化学奖.
发现质子
发现中子
发现放射性同位素和正电子
六 核反应
2.放射性同位素的分类
①天然放射性同位素。
②人工放射性同位素。
3.人工放射性同位素的优势
①放射强度容易控制。
②半衰期短，废料易处理。
1.放射性同位素：具有放射性的同位素.
七 放射性同位素及其应用
4.放射性同位素的主要应用
1)利用它的射线
a．γ射线探伤、测厚等。
b．γ射线使种子发生变异，培 育良种，
保鲜食物，抑制蔬菜发芽。
探伤
测厚
七 放射性同位素及其应用
c．放射医疗抑制甚至杀死病变组织；
利用钴60的γ射线治疗癌症（放疗）
七 放射性同位素及其应用
2)作示踪原子：一种元素的各种同位素具有相同的化学性质，用放射性同位素代替非放射性的同位素后可以探测出原子到达的位置.
a．在农业生产中，探测农作物在不同的季节对元素的需求。
b．在工业上，检查输油管道上的漏油位置。
c．在生物医疗上，可以检查人体对某元素的吸收情况，也可以帮助确定肿瘤的部位和范围。
d．近年来，有关生物大分子的结构及其功能的研究，几乎都要借助于示踪原子。
植物吸收了放射性磷32后的照片
七 放射性同位素及其应用
三、辐射与安全
1.人类一直生活在放射性的环境中.
2.过量的射线对人体组织有破坏作用.在使用放射性同位素时，必须严格遵守操作规程，注意人身安全，同时，要防止放射性物质对水源、空气、用具等的污染.
七 放射性同位素及其应用
生活中的放射性污染：装修建材、家居饰品
大理石
七 放射性同位素及其应用
原子弹爆炸、核电站泄露会产生严重的污染。
在利用放射性同位素给病人做“放疗”时，如果放射性的剂量过大，皮肤和肉就会溃烂不愈，导致病人因放射性损害而死去。
过量的放射性会对环境造成污染，对人类和自然界产生破坏作用。
有些矿石中含有过量的放射性物质，如果不注意也会对人体造成巨大的危害。
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。因此，在使用放射性同位素时，必须严格遵守操作规程，注意人身安全，同时要防上放射性物质对空气、水源、用具等的污染。
七 放射性同位素及其应用
1945年，日本广岛、长崎原子弹爆炸
1987年，苏联乌克兰境内切尔诺贝利核电站爆炸
2011年3月11日发生于日本福岛县的福岛第一核电站事故
美国在海湾地区、科索沃地区战争是使用含放射性的炸弹.
七 放射性同位素及其应用
切尔诺贝利核辐射危害严重，导致事故前后3个月内有31人死亡，之后15年内有6-8万人死亡，13.4万人遭受各种程度的辐射疾病折磨，方圆30公里地区的11.5万多民众被迫疏散。
七 放射性同位素及其应用
七 放射性同位素及其应用
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
科学漫步

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