资源简介

(共51张PPT)
第五章 原子核
High school physics
2　放射性元素
的衰变
知道什么是α衰变和β衰变，能运用衰变规律写出衰变方程。
知道半衰期的概念和半衰期的统计意义，能利用半衰期公式进行简单计算。
知道核反应及其遵循的规律，会正确书写核反应方程。
知道放射性同位素，了解放射性在生产和科学领域的应用和防护。
01
02
03
04
重点
重难点
重点
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。
思考：真的能让一种元素变成另一种元素吗？
类似于“点石成金”的事一直就在自然界中进行着，这就是伴随着天然放射现象发生的原子核“衰变”过程。
原子核的衰变
01
三种射线的本质分别是什么？
α射线
β射线
γ射线
氦原子核
高速电子流
高能量电磁波
e
He
原子核中没有电子，那么β射线是从哪里来的呢？
射线来源于何处？
射线与核外电子无关，来自原子核。
原子核由什么组成？
原子核
原子
10-15 m
10-10 m
中子(n)
质子(p)
原子核的衰变
1.定义
原子核自发地放出α粒子或β粒子，而变成另一种原子核的变化。
核电荷数改变，在元素周期表中的位置随之改变，变成另一种原子核
2.衰变类型
(1)α衰变：原子核放出 α粒子的衰变。
质量数减少4
电荷数减少2
衰变方程：
质量数守恒
电荷数守恒
核
α 粒子
核
(2)β衰变：原子核放出 β粒子的衰变。
质量数不变
电荷数增加1
β 粒子
核
核
衰变方程：
质量数守恒
电荷数守恒
3.衰变规律
α衰变：
+
β衰变：
+
核电荷数守恒：衰变前的核电荷数=衰变后的核电荷数之和
质量数守恒：衰变前的质量数=衰变后的质量数之和
√ 核子总数不变 ≠质量守恒
√ 代数和 ≠绝对值之和
如图为α衰变示意图。
(1)当原子核发生α衰变时，原子核的质子数和中子数如何变化？
+
质子数减少2
中子数减少2
(2)当原子核发生β衰变时，新核的核电荷数相对原来的原子核在元素周期表中的位置怎样变化？
电荷数增加1
+
新核在元素周期表中的位置向后移动一位。
如图为β衰变示意图。
(3)原子核中没有电子，β衰变中的电子来自哪里？
新核电荷数增加1，而新核的质量数不改变
电子
中子
质子
+
如图为β衰变示意图。
1U核经一系列的衰变后变为Pb核，问：
(1)一共经过几次α衰变和几次β衰变？
(2Pb与U相比，质子数和中子数各少了多少？
答案　8次α衰变和6次β衰变
答案　10　22
(1)设U衰变为Pb经过x次α衰变和y次β衰变。由质量数守恒和电荷数守恒可得238＝206＋4x ①
92＝82＋2x－y ②
联立①②解得x＝8，y＝6
即一共经过8次α衰变和6次β衰变。
(2)由于每发生一次α衰变质子数和中子数均减少2，每发生一次β衰变中子数减少1，而质子数增加1，故Pb较U质子数少10，中子数少22。
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，而不是化学反应。
衰变次数的判断技巧
方法：设放射性元素X经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素Y，则衰变方程为：
根据质量数守恒和电荷数守恒可列方程：A=A'+4n，Z=Z'+2n-m。
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。
2.A、B两种放射性元素，原来都静止在同一匀强磁场中，磁场方向如图所示，其中一个放出α粒子，另一个放出β粒子，α与β粒子的运动方向跟磁场方向垂直，下列关于图中a、b、c、d与α粒子、β粒子以及两处剩余核的运动轨迹的说法，正确的是
A.a为α粒子轨迹，c为β粒子轨迹
B.b为α粒子轨迹，d为β粒子轨迹
C.b为α粒子轨迹，c为β粒子轨迹
D.a为α粒子轨迹，d为β粒子轨迹
√
a
b
d
c
两个相切的圆表示在相切点处静止的原子核发生了衰变，由于无外力作用，动量守恒，所以原子核发生衰变后，新核与放出的粒子速度方向相反，若它们带相同电性的电荷，则它们所受的洛伦兹力方向相反，则轨道应是外切圆，故左图应该是原子核发生了α衰变的轨迹，又因为r=，半径大的应该是电荷量小的α粒子的运动轨迹，A、D错误；若它们所带电荷的电性不同，则它们的轨道应是内切圆，则右图的轨迹表示放出了与原子核电性相反的电荷，故应该是发生了β衰变，半径大的应该是电荷量小的β粒子的运动轨迹，故B错误，C正确。
核污染水中放射性元素多久会消失呢？
半 衰 期
02
放射性同位素衰变的快慢有一定的规律。
例如氡222经过α衰变成为钋218。
如图所示，横坐标表示时间，纵坐标表示任意时刻氡的质量m与t=0时的质量m0的比值。
通过观察，你发现了什么规律？
答案　每过3.8 d就有一半的氡发生了衰变。
11.4
7.6
3.8
t /d
0
氡的衰变
3.8天
3.8天+3.8天
1.定义
放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。
半衰期
2.特点
不同的放射性元素，半衰期不同，甚至差别非常大。
放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。
3.适用条件
半衰期描述的是统计规律，不适用于少数原子核的衰变。
单个原子核的微观事件是不可预测
大量
+
4.衰变规律
若放射性元素T1/2表示半衰期、
原来的质量为、原子数为
经过后，剩余质量：
经过后，剩余粒子数：
11.4
7.6
3.8
t /d
0
4
1.放射性元素衰变有一定的速率。镭226衰变为氡222的半衰期为1620年，有人说：20 g镭226经过1 620年有一半发生衰变，镭226还有10 g，再经过1620年另一半镭226也发生了衰变，镭226就没有了。这种说法对吗？为什么？
答案　不对。经过第二个1 620年后镭226还剩5 g。
2.10个U经过一个半衰期之后一定还剩5个U，这种理解正确吗？
答案　不正确。半衰期是统计规律，不适用于少数原子核的衰变。
3. (2025·河南卷)由于宇宙射线的作用，在地球大气层产生有铍的两种放射性同位素Be和Be。测定不同高度大气中单位体积内二者的原子个数比，可以研究大气环境的变化。已知Be和Be的半衰期分别约为53天和139万年。在大气层某高度采集的样品中，研究人员发现Be和Be的总原子个数经过106天后变为原来的，则采集时该高度的大气中Be和Be的原子个数比约为
A.1∶4 B.1∶2
C.3∶4 D.1∶1
√
设采集时大气中有x个Be原子和y个Be原子，由于Be的半衰期为139万年，故经过106天后Be原子的衰变个数可以忽略不计，Be的半衰期为53天，故经过106天后剩余数量为x·()2，故可得==，故B正确。
地球上的放射性元素是从哪里来的？都是天然的吗？
核 反 应
03
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。
条件：用α粒子、质子、中子，甚至用γ光子轰击原子核使原子核发生转变
实质：用粒子轰击原子核并不是粒子与核碰撞将原子核打开，而是粒子打入原子核内部使核发生了转变
核反应
2. 原子核的人工转变的三大发现
人类第一次实现原子核的人工转变
1919年，卢瑟福发现质子的核反应。
粒子
铝箔
荧光屏
氮气
显微镜
卢瑟福
He→
1932年，查德威克发现中子的核反应。
查德威克
He→
1934年，约里奥·居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应
注意：核反应中质量数守恒，电荷数守恒！
AlHe→P
PSi+
衰变和原子核的人工转变有什么不同？
答案　衰变是具有放射性的不稳定核自发进行的变化，原子核的人工转变是用α粒子、质子、中子或γ光子轰击原子核发生的变化。
4.完成下列核反应方程，并指出其中哪个是发现质子的核反应方程，哪个是发现中子的核反应方程。
(1)+；
(2)He+；
(3)→He；
(4)He→+；
(5)HCo +。
Li
发现质子的核反应方程
发现中子的核反应方程
书写核反应方程时要注意
质量数守恒和电荷数守恒；
中间用箭头，不能写成等号；
核反应方程遵守质量数守恒而不是质量守恒，核反应过程中，一般会发生质量的变化。
核反应释放的射线对人类有什么危害呢？
放射性同位素及其应用　辐射与安全
04
1. 定义
具有放射性的同位素。
2. 类型
天然放射性同位素：40多种
资源丰富
放射强度容易控制
半衰期短，废料易处理
人工放射性同位素获得了广泛的应用
放射性同位素
人工放射性同位素：已达1000多种
1. 射线测厚仪
γ射线具有很强的穿透性
在钢板一面，放置γ射线源，另一面放置接收装置。钢板越厚，接收到的射线信号越弱，根据信号强度可以测量金属板的厚度。
应用
2. 放射治疗
γ射线具有很强的细胞杀伤力
钴60的射线
伽马刀
3. 培优
γ射线引发遗传基因发生变异
保鲜
γ射线可以杀死细菌
食品保鲜
培育优良品种
4. 示踪原子
同位素的化学性质相同，通过放射性同位素了解各元素的流向
探测磷肥的分布与吸收
碘131用于诊断甲状腺疾病
人类一直生活在放射性的环境中，过量的射线对人体组织有破坏作用。
生活中的辐射强度往往在安全剂量之内，对人体没有伤害。
辐射与安全
岩石放射性物质
电磁信号
宇宙的射线
抛开剂量谈毒性，就是耍流氓。
浓度不高，但是总量很大，可能会随食物链逐级积累。
要防止放射性物质对水源、空气、用具等的污染。
距离防护
屏蔽防护
操作放射性物质的设备
国际通用的放射性标志
原子弹爆炸、核电站泄露会产生严重污染。
苏联切尔诺贝利核泄漏
广岛原子弹事件
5.(多选)放射性同位素在工农业生产和科学研究领域有广泛的应用，下列关于放射性同位素的应用与防护的说法正确的是
A.利用γ射线照射食品，可以杀死使食物腐败的细菌，延长保质期
B.利用示踪原子可以研究生物大分子的结构和功能
C.利用射线的贯穿作用，可以制成射线测厚装置
D.放射治疗利用了射线对病灶细胞的电离作用
√
放射治疗利用了射线对病灶细胞的破坏作用，故A、B、C正确，D错误。
√
√
放射性元素的衰变
一：原子核的衰变
分类
α衰变：
β衰变：
核反应遵循质量数与电荷数守恒
二：半衰期
四：放射性同位素及其应用辐射与安全
规律
质量数和电荷数守恒
物理意义：表示放射性元素本身
衰变快慢的物理量
公式：
核反应是原子核的变化
三：核反应
+
+

展开更多......

收起↑