3-2-原子核衰变及半衰期(市级公开)课课件

听说过听说过“点石成金点石成金”的传说吗？的传说吗？同学们有没有听说过点石成金的传说吗？这个成语讲的是有个穷困潦倒、沿路求乞的书生遇到了一位仙翁，书生向仙翁祈求帮助，仙翁欣然答应，叫书生看看地上的石块，接着用右手食指轻轻一点，石块立即变成了黄金。仙翁叫书生拾起黄金变卖为生。书生俯身拾起了黄金，恭恭敬敬地交还给仙翁，说：“这块黄金我不要，我要你的手指头。”看来，点石成金是不可能实现了，果真是这样？到了20世纪，科学昌盛了，于是，科学家又重新想起，要圆当年炼金家“点石成金”的梦。问题：给同学们以下信息，作为当代的炼金术士，你有方法实现前人的夙愿么？利用高能的射线来照射某种金属元素时，这种金属元素的原子核便会失去一个质子，转变成原子序数比它小1的金属元素。打开元素周期表，观察金原子序数与汞原子序数的关系。根据上述设想，日本科学家松本高明进行了一次大型实验，将1.34t汞放在一个特制的容器中，然后用五千万电子伏特的射线照射汞，照射时间为70天，最后得到74kg的黄金。看来，真的可以通过直接改变原子核质子数，来创造新原子！那么，我们现在就开始一起学习的这种神奇的物理现象衰变！翠砷铜铀矿翠砷铜铀矿斜水钼铀斜水钼铀矿矿 3-2 3-2 原子核原子核 人们通过什么现象或实验发现原子核是由人们通过什么现象或实验发现原子核是由更小的微粒构成的？更小的微粒构成的？人们认识原子核的人们认识原子核的结构就是从天然放结构就是从天然放射性开始的。射性开始的。一：认真阅读教材P49第一部分“天然放射现象的发现”，自学后回答：什么叫“天然放射现象”、“放射性”、“放射性元素”？1.1.放射性和放射性元素放射性和放射性元素:18961896年，法国物理学家贝克勒尔发现，铀和年，法国物理学家贝克勒尔发现，铀和含铀的矿物能够发出看不见的射线，这种射含铀的矿物能够发出看不见的射线，这种射线可以穿透黑纸使照相底片感光，物质发射线可以穿透黑纸使照相底片感光，物质发射射线的性质称为射线的性质称为放射性放射性具有具有放放射性的元素射性的元素称为称为放射性元素放射性元素2.2.天然放射性现象天然放射性现象:放射性元素自发地放出射线的现象叫做放射性元素自发地放出射线的现象叫做天然天然放射现象放射现象一、天然放射现象放射性元素 居里和居里夫人在贝可勒耳的建议下，对居里和居里夫人在贝可勒耳的建议下，对铀和铀的各种矿石进行了深入研究，又发现了铀和铀的各种矿石进行了深入研究，又发现了发射性更强的新元素。其中一种，为了纪念她发射性更强的新元素。其中一种，为了纪念她的祖国波兰而命名为钋（的祖国波兰而命名为钋（Po)，另一种命名为，另一种命名为镭镭（Ra）。）。放射性不是少数几种元素才有的，研放射性不是少数几种元素才有的，研究发现，原子序数大于究发现，原子序数大于8282的所有元素，都的所有元素，都能自发的放出射线，原子序数小于能自发的放出射线，原子序数小于8383的元的元素，有的也具有放射性素，有的也具有放射性放大了放大了10001000倍的铀矿石倍的铀矿石钡铀云母钡铀云母翠砷铜铀矿翠砷铜铀矿斜水钼铀矿斜水钼铀矿铀钙石矿铀钙石矿认真阅读教材P50第二部分“放射线的本质”，自学后回答：1.在射线经过的空间施加磁场，你观察到了什么现象？据此现象推断、三种射线分别带何种电荷？若不用磁场判断，还可以用什么方法判断三种射线的带电性质？三种射线的的实质是什么？放射性思考与讨论思考与讨论不加磁场，如何实现如下图偏转情况？不加磁场，如何实现如下图偏转情况？铅盒铅盒放放射射源源射射线线 天然放射性元素的原子核发出的天然放射性元素的原子核发出的射线可使照相底片感光射线可使照相底片感光照相底片照相底片放射性由左手定则可得如下结论：由左手定则可得如下结论：射线射线n根据射线的偏转方向和磁场方向的关系可以根据射线的偏转方向和磁场方向的关系可以确定，偏转较小的一束由带正电荷的粒子组成，确定，偏转较小的一束由带正电荷的粒子组成，我们把它叫做我们把它叫做射线，射线，射线由带正电的射线由带正电的粒子组粒子组成成.科学家们研究发现每个科学家们研究发现每个粒子带的正电荷是电粒子带的正电荷是电子电荷的子电荷的2倍，倍，粒子质量大约等于氦原子的质量粒子质量大约等于氦原子的质量.进一步研究表明进一步研究表明粒子就是氦原子核粒子就是氦原子核.n由于由于粒子的质量较大，所以粒子的质量较大，所以射线的穿透本射线的穿透本领最小，我们用一张厚纸就能把它挡住领最小，我们用一张厚纸就能把它挡住.射线射线n与与射线偏转方向相反的那束射线带负电射线偏转方向相反的那束射线带负电荷，我们把它叫做荷，我们把它叫做射线射线.研究发现研究发现射线由带射线由带负电的粒子（负电的粒子（粒子）组成粒子）组成.进一步研究表明进一步研究表明粒子就是电子粒子就是电子.n射线的穿透本领较强，很容易穿透黑纸，射线的穿透本领较强，很容易穿透黑纸，还能穿透几厘米厚的铝板还能穿透几厘米厚的铝板.射线射线n 中间不发生偏转的那束射线叫做中间不发生偏转的那束射线叫做射线，射线，研究表明，研究表明，射线的实质是一种波长极短的射线的实质是一种波长极短的电电磁波磁波，它不带电，是中性的，它不带电，是中性的.n射线的穿透本领极强，一般薄金属板都射线的穿透本领极强，一般薄金属板都挡不住它，它能穿透几十厘米厚的水泥墙和几挡不住它，它能穿透几十厘米厚的水泥墙和几厘米厚的铅板厘米厚的铅板.放射性由上图所示实验可得如下结论由上图所示实验可得如下结论经过研究可得三种射线电离能力关系如下经过研究可得三种射线电离能力关系如下射线射线射线射线射线射线电离能力电离能力贯穿能力贯穿能力速度速度成分成分高能量高能量电磁波电磁波1/10光速光速接近光速接近光速光速光速弱弱较强较强很强很强很很强强较较强强弱弱阅读课文填写表格：阅读课文填写表格：氦原子核氦原子核He42高速电子流高速电子流e01n三：认真阅读教材P51第三部分“原子核的衰变”，自学后回答：n1.什么叫“原子核的衰变”？衰变过程中哪些量是守恒的？nn2.衰变与衰变的规律如何表示？衰变与衰变的实质是什么？三三.原子核原子核 原子核由于放出某种粒子而转变为新核的原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化叫做原子核的衰变。变化叫做原子核的衰变。原子核衰变时电荷数和质量数都守恒原子核衰变时电荷数和质量数都守恒 U238U238在在 衰变时产生的钍衰变时产生的钍234234也具有放射性，也具有放射性，放出放出 离子后变为（镤），上述的过程可以用下面离子后变为（镤），上述的过程可以用下面的衰变方程表示：的衰变方程表示：U23892Th23490He42Pa23491e01-Th23490衰变衰变质子质子中子中子结合结合衰变在放射性元素的原子核中：在放射性元素的原子核中：中子中子质子质子电子电子转化转化和和衰变射线是由于原子核在发生衰变和衰变时原子核受激发而产生的光（能量）辐射，通常是伴随射线和射线而产生。射线的本质是能量。射线不能单独发生。（1 1）衰变衰变:原子核放出原子核放出 粒子的衰变叫做粒子的衰变叫做 衰变衰变 XAZHe42 YAZ42 3.3.原子核衰变的分类原子核衰变的分类:（2 2）衰变衰变:原子核放出原子核放出粒子的衰变叫做粒子的衰变叫做衰变衰变 XAZe01 YAZ 1（3 3）衰变衰变:伴随伴随 射线或射线或 射线产生射线产生.认真阅读教材P52第四部分“衰变的快慢半衰期”，自学后回答：1.什么叫“半衰期”？2.半衰期的长短与什么因素有关？3.半衰期描述的对象是大量的原子核还是 个别原子核？衰变快慢衰变快慢-放射性元素的原子核放射性元素的原子核有半数发生衰变所需有半数发生衰变所需的时间，叫做这种元的时间，叫做这种元素的素的半衰期半衰期半半衰期表示放射性元素衰期表示放射性元素衰变快慢的物理量。衰变快慢的物理量。放射性元素衰变的快慢有一定的规律。放射性元素衰变的快慢有一定的规律。2、半衰期、半衰期 tmm)21(0 放射性元素的剩余质量放射性元素的剩余质量与原有质量的关系：与原有质量的关系：tNN)21(0 考古学家确定古木年代的方法是用放射性考古学家确定古木年代的方法是用放射性同位素作为同位素作为“时钟时钟”，来测量漫长的时间，这，来测量漫长的时间，这就就叫做放射性同位素鉴年法叫做放射性同位素鉴年法 半衰期是由元素原子核本身的因素决半衰期是由元素原子核本身的因素决定的，与原子所处的物理、化学状态及周定的，与原子所处的物理、化学状态及周围环境、温度都无关。围环境、温度都无关。3.不同的放射性元素，半衰期不同。不同的放射性元素，半衰期不同。(1)“单个的微观事件是不可预测的单个的微观事件是不可预测的”，所以，所以，放射性元素的半衰期，描述的是放射性元素的半衰期，描述的是统计规律统计规律。例如：数学上的概率问题例如：数学上的概率问题（抛硬币）将（抛硬币）将1万枚硬币抛在地上，那万枚硬币抛在地上，那正反两面的个数大概为正反两面的个数大概为5000对对5000，但，但就某个硬币来看要么是正面，要么是反面。就某个硬币来看要么是正面，要么是反面。这个事实告诉我们统计规律的对象仅仅对这个事实告诉我们统计规律的对象仅仅对大量事实适用，对个别不适用。大量事实适用，对个别不适用。(2)半衰期的长短由半衰期的长短由核内部自身核内部自身的因素决定，的因素决定，跟所处的化学状态和外部条件都没有关系。跟所处的化学状态和外部条件都没有关系。4 4、注意：、注意：常见核素半衰期Pm-147钷-1472.62年PMGd-153钆-153240.4天GDIr-192 铱-19273.8天IRPo-210钋-210138.4天PORa-226镭-2261602年RAPu-238钚-23887.7年P8Pu-239/Be钚-239/铍24400年P9Am-241镅241432.2年AMAm-241/Be镅241/铍432.2年ABCm-244锔-24418.1年CMCf-252锎-2522.64年CFP-32磷-32 14.26天-Mo-99 钼-99 2.7天-5、应用、应用1 1、人们利用地壳岩石中存在的微量的放射性元素的、人们利用地壳岩石中存在的微量的放射性元素的衰变规律，测定地球的年龄为衰变规律，测定地球的年龄为4646亿年。地壳有一部亿年。地壳有一部漫长的演变历史，一部不断变化、不断发展的历史。漫长的演变历史，一部不断变化、不断发展的历史。2 2、碳、碳1414测年技术，测年技术，1414C C是具有放射性的碳的同位素，是具有放射性的碳的同位素，能够自发的进行能够自发的进行 衰变，变成氮。衰变，变成氮。判断古生物年代常用判断古生物年代常用14C定年法。若干万年以定年法。若干万年以前，始祖鸟通过摄食，吸收了植物中含有前，始祖鸟通过摄食，吸收了植物中含有14C的营养物质，死亡后不再吸收。随着年代的的营养物质，死亡后不再吸收。随着年代的推移，其体内推移，其体内14C的含量为现代鸟的的含量为现代鸟的 ，已，已知地表中知地表中14C的含量基本不变，的含量基本不变，14C的半衰期的半衰期为为T年，试判断始祖鸟距今年代为：年，试判断始祖鸟距今年代为：()A B C D 2高考题回顾：一、原子核的衰变一、原子核的衰变2.2.衰变原则：衰变原则：质量数质量数守恒，电荷数守恒。守恒，电荷数守恒。1.1.原子核的衰变：我们把原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化叫做原子原子核的衰变：我们把原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化叫做原子核的衰变（核的衰变（decay）（1 1）衰变衰变:原子核放出原子核放出 粒子的衰变叫做粒子的衰变叫做 衰变衰变（2 2）衰变衰变:原子核放出原子核放出粒子的衰变叫做粒子的衰变叫做衰变衰变（3 3）衰变衰变:总是伴随总是伴随 射线或射线或 射线产生射线产生.二、半衰期二、半衰期 1 1、半衰期、半衰期:放射性元素的原子核有半数发生衰放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，叫做这种元素的半衰期。变所需的时间，叫做这种元素的半衰期。2 2、不同的放射性元素，半衰期不同、不同的放射性元素，半衰期不同放射性元素衰变的快慢是核内部自身因素决定。放射性元素衰变的快慢是核内部自身因素决定。课堂总结课堂总结 tmm)21(0 放射性元素半衰变是一个统计规律。放射性元素半衰变是一个统计规律。高考题回顾：1图中图中P为放在匀强电场中的天然放射源，为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线其放出的射线 在电在电 场的作用下分成场的作用下分成a、b、c三束，以下判断正确的是三束，以下判断正确的是Aa为为射线、射线、b为为射线射线Ba为为射线、射线、b为为射线射线Cb为为射线、射线、C为为射线射线Db为为射线、射线、C为为射线射线BC例题分析例题：本题中用大写字母代表原子核，例题：本题中用大写字母代表原子核，E经经衰变成衰变成为为F，再经，再经衰变成为衰变成为G，再经，再经衰变成为衰变成为H。上述系。上述系列衰变可记为下式：列衰变可记为下式：另一系列衰变如下：另一系列衰变如下：已知已知P和和F是同位素，则（是同位素，则（）A.Q和和G是同位素，是同位素，R和和H是同位素是同位素B.R和和E是同位素，是同位素，S和和F是同位素是同位素C.R和和G是同位素，是同位素，S和和H是同位素是同位素D.Q和和E是同位素，是同位素，R和和F是同位素是同位素BHGFE SRQP 例题分析例题：在垂直于纸面的匀强磁场中，有一原例题：在垂直于纸面的匀强磁场中，有一原来静止的原子核，该核衰变后，放出的带电来静止的原子核，该核衰变后，放出的带电粒子和反冲核的运动轨迹分别如图中粒子和反冲核的运动轨迹分别如图中a、b所所示，由图可以知（示，由图可以知（）A.该核发生的该核发生的衰变衰变B.该核发生的该核发生的衰变衰变C.磁场方向一定垂直纸面向里磁场方向一定垂直纸面向里D.磁场方向向里还是向外不能判定磁场方向向里还是向外不能判定BDab1 1、下面的事实揭示出原子核具有复杂结构的是、下面的事实揭示出原子核具有复杂结构的是 A A、粒子散射实验粒子散射实验 B B、氢光谱实验、氢光谱实验 C C、X X光的发现光的发现 D D、天然放射现象、天然放射现象巩固练习巩固练习:D2 2、完成下面的核反应方程式、完成下面的核反应方程式 BiPbRnRa21483214822228622688He42e013.3.经过一系列经过一系列 衰变和衰变和 衰变后，可以变衰变后，可以变成稳定的元素铅成稳定的元素铅206 206 ，问这一过程，问这一过程 衰衰变和变和 衰变次数？衰变次数？U23892解：设经过解：设经过x x次次 衰变，衰变，y y次次 衰变衰变eyHexPbU01422068223892 2382064x92=82+2x-yx8y6)(20682Pb作业：谢谢 谢谢