α衰变同时放出γ射线课件

衰变同时放出射线课件原原子子结结构构原原 子子 核核（选选 考考）原子核与放射性原子核与放射性核能波与粒子核能波与粒子第十五章原子结构原子核（选考）原子核与放射性核能波与粒一、天然放射现象一、天然放射现象1.天天然然放放射射现现象象：某某些些元元素素放放射射某某些些射射线线的的现现象象称称为为天天然然放放射射现现象象，这这些些元元素称素称.2.三三种种射射线线的的本本质质：射射线线是是，射线是射线是，射线是射线是.自发地自发地放射性元素放射性元素氦核流氦核流电子流电子流光子流光子流一、天然放射现象自发地放射性元素氦核流电子流光子流二、原子核的衰变二、原子核的衰变1.定定义义：原原子子核核自自发发地地放放出出某某种种粒粒子而转变为子而转变为的变化叫原子核的的变化叫原子核的.2.分类分类(1)衰衰变变：同同时放出时放出射线射线.(2)衰衰变变：同同时放出时放出射线射线.新核新核衰变衰变二、原子核的衰变新核衰变3.半衰期半衰期(1)定定义义：放放射射性性元元素素的的原原子子核核有有发发生生衰变需要的时间衰变需要的时间.(2)半半衰衰期期的的大大小小由由放放射射性性元元素素的的原原子子核核内内部部本本身身的的因因素素决决定定，跟跟原原子子所所处处的的.(如如压压强强、温温度度等等)或或(如如单单质质或或化化合物合物)无关无关.4.放放射射性性同同位位素素有有些些原原子子的的原原子子核核电电荷荷数数，但但质质量量数数，这这样样一一些些具具有有相相同同核核电电荷荷数数和不同中子数的原子互称为同位素和不同中子数的原子互称为同位素.半数半数物理状态物理状态化学状态化学状态相同相同不同不同3.半衰期半数物理状态化学状态相同不同三、核能三、核能1.核核力力：间间的的相相互互作作用用力力叫叫做做核核力力，它是短程力它是短程力.2.质质 量量 亏亏 损损：原原 子子 核核 在在 核核 反反 应应 前前 后后 的的 .3.质能方程质能方程(1)方程：方程：.(2)物物理理意意义义：物物体体的的质质量量和和能能量量间间有有一一定定联联系系，即即物物体体具具有有的的能能量量与与其其质质量量成成正正比比.当当物物体体的的能能量量增增加加或或减减小小E,它它的的质质量量也也会会相相应应地地减减少或增加少或增加m，E与与m的关系是的关系是E=mc2.核子核子质量之差质量之差E=mc2三、核能核子质量之差E=mc24.获得核能的方式获得核能的方式(1)重重核核裂裂变变：重重核核俘俘获获一一个个中中子子后后分分裂裂成成两两个个(或或多多个个)中中等等质质量量核核的的反反应应过过程程.重重核核裂裂变变的的同同时时放放出出几几个个中中子子，并并释释放放出出大大量核能量核能.如：如：.应用：原子弹、原子核反应堆应用：原子弹、原子核反应堆4.获得核能的方式(2)轻轻核核聚聚变变：某某些些轻轻核核结结合合成成质质量量较较大大的的核核的的反反应应过过程程，同同时时释释放放出出大大量量的的核核能能.要要想想使使氘氘核核和和氚氚核核结结合合成成氦氦核核，必必须须达达到到几几百百万万度度以以上上的的高高温温，因因此裂变反应又叫此裂变反应又叫反应反应.如：如：.应用：氢弹应用：氢弹热核热核(2)轻核聚变：某些轻核结合成质量较大的核的反应过程，同时释四、光电效应四、光电效应1.金金属属在在光光(包包括括不不可可见见光光)的的照照射射下下，发发射射出出的的现现象象叫叫光光电电效效应应.发射出来的电子叫光电子发射出来的电子叫光电子.2.光电效应规律光电效应规律(1)任任何何一一种种金金属属都都有有一一个个极极限限频频率率0，只只有有入入射射光光的的频频率率0时时，才才能产生光电效应能产生光电效应.电子电子大于大于四、光电效应电子大于(2)光光电电子子的的最最大大初初动动能能与与入入射射光光的的强强度度，只只随随着着入入射射光光的的频频率率增增大而大而.(3)入入射射光光照照到到金金属属上上时时，光光电电子子的发射几乎是瞬时的，一般不超过的发射几乎是瞬时的，一般不超过109s.(4)在在发发生生光光电电效效应应时时，光光电电流流的的强度与入射光的强度成正比强度与入射光的强度成正比.无关无关增大增大(2)光电子的最大初动能与入射光的强度，只随着入射光的五、康普顿效应五、康普顿效应X射射线线散散射射时时，部部分分散散射射光光的的波波长长变变长长，波波长长改改变变的的多多少少与与散散射射角角有有关关，这种现象称为康普顿效应这种现象称为康普顿效应.六、波粒二象性六、波粒二象性光光具具有有波波粒粒二二象象性性，光光子子既既有有粒粒子子的的特特征征，又又有有波波的的特特征征.实实物物粒粒子子(原原子子、质质子子、中中子子、电电子子等等)也也具具有有波波粒粒二二象象性性.粒子能量粒子能量E=h.粒子动量粒子动量p=.五、康普顿效应应应用用质质量量数数和和电电荷荷数数守守恒恒，进行核反应方程和核反应类型的判断进行核反应方程和核反应类型的判断在在原原子子核核的的核核反反应应过过程程中中遵遵循循质质量量数数守守恒恒和和电电荷荷数数守守恒恒，在在很很多多情情况况下下，可以作为判断反应方程是否正确的依据可以作为判断反应方程是否正确的依据.应用质量数和电荷数守恒，进行核反应方程和核反应类型的判 在在匀匀强强磁磁场场中中有有一一个个原原来来静静止止的的放放射射性性同同位位素素，它它所所放放射射的的粒粒子子与与反反冲冲核核的的径径迹迹在在磁磁场场中中是是两两个个内内切切圆圆，圆圆的的半半径径之之比比是是7 1，如如图图1521所所示示，那那么么的的衰衰变变方方程是程是()A.B.C.D.图图1521 在匀强磁场中有一个原来静止的放射性同位素，它所放射的原原来来静静止止的的放放射射性性同同位位素素，发发生生放放射射性性衰衰变变时时所所放放射射出出的的粒粒子子与与反反冲冲核核的的径径迹迹在在磁磁场场中中是是两两个个内内切切圆圆，说说明明放放射射出出的的粒粒子子与与反反冲冲核核是是异异性性的的带带电电粒粒子子，由由此此可可以以判判断断所所发发生生的的衰衰变变是是放放出出负负粒粒子子的的衰衰变变，轨轨道道圆圆的的半半径径为为r=，而而静静止止的的原原子子核核衰衰变变的的过过程程中中两两个个粒粒子子的的动动量量大大小小相相等等，半半径径与与带带电电量量成成反反比比，由由此此可可以以确确定定，本本题题的的正正确确答答案案为为C.原来静止的放射性同位素，发生放射性衰变时所放射出的粒 本本题题中中根根据据两两个个内内切切圆圆来来判判断断粒粒子子的的种种类类，要要用用到到动动量量守守恒恒定定律律和和判判断断洛洛伦伦兹兹力力方方向向的的左左手手定定则则，所所以以，在在核核反反应应中中，有有时时也也要要综综合合利利用用其其他他部部分的物理知识进行求解分的物理知识进行求解.本题中根据两个内切圆来判断粒子的种类，要用到动变变式式训训练练1：原原子子序序数数大大于于83的的所所有有元元素素，都都能能自自发发地地放放出出射射线线，这这些些射射线线共共有有三三种种：射射线线、射射线线和和射射线线.下列说法中正确的是下列说法中正确的是()A.原原子子核核每每放放出出一一个个粒粒子子，原原子子序数减少序数减少4B.原原子子核核每每放放出出一一个个粒粒子子，原原子子序数增加序数增加4C.原原子子核核每每放放出出一一个个粒粒子子，原原子子序数减少序数减少1D.原原子子核核每每放放出出一一个个粒粒子子，原原子子序数增加序数增加1变式训练1：原子序数大于83的所有元素，都能自发地放出射线，解解析析：由由于于a粒粒子子是是氦氦的的原原子子核核，内内部部有有2个个质质子子和和2个个中中子子，原原子子序序数数为为2，核核子子数数为为4.而而b粒粒子子是是电电子子，质质子子数数和和中中子子数数为为0，原原子子序序数数为为0，所所以以，原原子子核核每每放放出出一一个个a粒粒子子，被被a粒粒子子带带走走2个个质质子子，原原子子序序数数减减少少2,而而原原子子核核每每放放出出一一个个b粒粒子子，原原子子核核内内将将有有一一个个中中子子转转化化为为一一个个质质子子并并产产生生一一个个电电子子，产产生生的的电电子子放放出出了了，但但原原子子核核内内增增加加了了一个质子，原子序数增加一个质子，原子序数增加1，正确答案为正确答案为D.解析：由于a粒子是氦的原子核，内部有2个质子近近年年来来科科学学家家在在超超重重元元素素的的探探测测方方面面取取得得了了重重大大进进展展.科科学学家家们们在在观观察察某某两两个个重重离离子子结结合合成成超超重重元元素素的的反反应应时时，发发现现所所生生成成的的超超重重元元素素的的核核经经过过6次次衰衰变变后后成成为为，由由此此可可以以判判定定该该超超重重元元素素的的原原子子序序数数和和质质量量数数依依次次是是()A.124，259B.124，265C.112，265D.112，277 近年来科学家在超重元素的探测方面取得了重大进展.科学家们在观直直接接利利用用核核衰衰变变过过程程中中质质量量数数守守恒恒和和电电荷荷数数守守恒恒来来进进行行计计算算.核核衰衰变变方程为方程为Z=100+12=112，A=253+24=277，答案答案D正确正确.这这是是一一个个多多次次衰衰变变的的问问题题，反反应应物物只只能能根根据据最最后后的的产产物物和和两两个个守守恒恒定定律律来来确确定定，注注意意：多多次次衰衰变变问问题题可可以以在一个核反应方程中体现出来在一个核反应方程中体现出来.直接利用核衰变过程中质量数守恒和电荷数守恒来进行计算.核 变变式式训训练练2：(2010.全全国国卷卷)原原子子核核 经经放放射射性性衰衰变变变变为为原原子子核核 ，继继而而经经放放射射性性衰衰变变变变为为原原子子核核 ，再再经经放放射射性性衰衰变变变变为为原原子子核核 .放放射射性性衰衰变变、和和依依次次为为()Aa a衰变、衰变、b b衰变和衰变和b b衰变衰变 Bb b衰变、衰变、b b衰变和衰变和a a衰变衰变 Cb b衰变、衰变、a a衰变和衰变和b b衰变衰变 Da a衰变、衰变、b b衰变和衰变和a a衰变衰变 变式训练2：(2010.全国卷)原子核 答案：答案：A答案：A利利用用质质能能方方程程和和质质量量亏亏损损，计计算核反应过程中释放核能的大小算核反应过程中释放核能的大小.根根据据不不同同的的题题设设条条件件和和不不同同的的核核反反应应特特征，归纳几种计算方法征，归纳几种计算方法.(1)根根据据爱爱因因斯斯坦坦的的质质能能方方程程，用用核核子子结结合合成成原原子子核核时时质质量量亏亏损损(m)的的千千克克数数乘乘以以真真空中光速的平方空中光速的平方(c=3108m/s),即即E=mc2.(2)根根据据1原原子子质质量量单单位位(u)相相当当于于931.5兆兆电电子子伏伏(MeV)能能量量，用用核核子子结结合合成成原原子子核核时时质质量亏损的原子质量单位乘以量亏损的原子质量单位乘以931.5MeV.(3)能的转化和守恒定律能的转化和守恒定律.利用质能方程和质量亏损，计算核反应过程中释放核能的大已已知知氘氘核核质质量量为为2.0136u,中中子子质质量量为为1.0087u,核的质量为核的质量为3.0150u.(1)写写出出两两氘氘核核聚聚变变成成的的核核反反应应方程；方程；(2)计算上述核反应中释放的核能计算上述核反应中释放的核能;(3)若若两两氘氘核核以以相相等等的的动动能能0.35MeV做做对对心心碰碰撞撞即即可可发发生生上上述述核核反反应应，且且释释放放的的核核能能全全部部转转化化为为机机械械能能，则则反反应应中中生成的核和中子的动能各是多少？生成的核和中子的动能各是多少？已知氘核质量为2.0136u,中子质量为1.0087u,(1)应应用用质质量量数数守守恒恒和和电电荷荷数数守守恒恒不难写出核反应方程为不难写出核反应方程为(2)由题给条件可求出质量亏损为由题给条件可求出质量亏损为m=2.0136u2(3.0150+1.0087)u=0.0035u所以释放的核能为所以释放的核能为E=931.50.0035MeV=3.26MeV(1)应用质量数守恒和电荷数守恒不难写出核反应方程为(3)因因为为该该反反应应中中释释放放的的核核能能全全部部转转化化为为机机械械能能即即转转化化为为核核和和中中子子的的动动能能.若若设设核核和和中中子子的的质质量量分分别别为为m1、m2，速速度度分分别别为为v1、v2，则则由由动动量量守守恒恒及及能能的的转转化化和和守守恒恒定定律律，得得m1v1m2v2=0,Ek1Ek2=2Ek0+E.(3)因为该反应中释放的核能全部转化为机械能即转化为解方程组，得解方程组，得Ek1=(2Ek0+E)=(20.35+3.26)MeV=0.99MeVEk2=(2Ek0+E)=(20.35+3.26)MeV=2.97MeV解方程组，得变变式式训训练练3：一一个个铀铀核核衰衰变变为为钍钍核核时时释释放放出出一一个个粒粒子子，已已知知铀铀核核的的质质量量为为 3.8531311025kg,钍钍 核核 的的 质质 量量 为为3.7865671025kg,粒粒 子子 的的 质质 量量 为为6.646721027kg,在在这这个个衰衰变变过过程程中中释释放放的的能能量量等等于于J(保保留留两两位位有有效效数字数字).变式训练3：一个铀核衰变为钍核时释放出一个粒子，已知铀核的解析：解析：质量亏损质量亏损m=mU(mTh+m)根据爱因斯坦质能方程根据爱因斯坦质能方程E=mc2=mU(mTh+m)c2=3.853131(3.786567+0.0664672)1025(3108)2J=8.71013J 解析：质量亏损m=mU(mTh+m)1.如如图图1522所所示示，使使某某放放射射性性元元素素发发出出的的射射线线垂垂直直进进入入匀匀强强电电场场，按按图图中中标标号号判判断断()A1的穿透本领最强的穿透本领最强B3的速度最大的速度最大C3的电离本领最大的电离本领最大D1是由原子放出的，是由原子放出的，2、3不是不是 图1522基础训练1.如图1522所示，使某放射性元素发出的射线垂 解解析析：由由图图可可知知，射射线线3带带正正电电，是是a射射线线，其其电电离离作作用用大大而而穿穿透透能能力力弱弱，速速度度小小；射射线线1带带负负电电，是是b射射线线，是是接接近近光光速速的的电电子子流流；射射线线2不不带带电电，是是射射线线，其其穿穿透透本本领领最最强强，而而电电离离作作用用最最弱弱，速速度度为为光光速速答案：答案：C基础训练 解析：由图可知，射线3带正电，是a射线，其 2.放放射射性性元元素素的的原原子子核核X经经a衰衰变变得得到到新新核核Y，新新核核Y经经b衰衰变变得得到到另另一一个个核核Z，则则这这三三个个原原子子核的有关说法中正确的是核的有关说法中正确的是()A原子核原子核Z的中子数比核的中子数比核X少少2 B原子核原子核Z的质子数比核的质子数比核X少少1 C原子核原子核Z的中子数比核的中子数比核Y多多1 D原子核原子核Z的质子数比核的质子数比核Y少少1B基础训练 2.放射性元素的原子核X经a衰变得到新核Y3.关关于于放放射射性性元元素素的的半半衰衰期期，下下列列说说法法中中正正确确的是的是()A放放射射性性元元素素的的半半衰衰期期越越短短，表表明明有有半半数数原原子核发生衰变所需要的时间越短，衰变速度越大子核发生衰变所需要的时间越短，衰变速度越大 B放放射射性性元元素素的的样样品品不不断断衰衰变变，随随着着剩剩下下的的未衰变的原子核的减少，元素的半衰期也变短未衰变的原子核的减少，元素的半衰期也变短 C把把放放射射性性元元素素放放在在密密封封的的容容器器中中，可可以以减减慢放射性元素衰变的速度慢放射性元素衰变的速度 D降降低低或或增增大大压压强强，让让该该元元素素与与其其他他物物质质形形成化合物，均可以减小衰变速度成化合物，均可以减小衰变速度基础训练3.关于放射性元素的半衰期，下列说法中正确的是(解解析析：放放射射性性元元素素的的半半衰衰期期能能反反映映元元素素衰衰变变的的速速度度，半半衰衰期期越越短短，表表明明有有半半数数原原子子核核发发生生衰衰变变所所需需要要的的时时间间越越短短，衰衰变变速速度度越越大大，选选项项A正正确确；半半衰衰期期由由元元素素原原子子核核的的结结构构决决定定，与与外外界界因因素素无无关关，因因此此，选项选项B、C、D均错均错答案：答案：A基础训练 解析：放射性元素的半衰期能反映元素衰变的速 4.1999年年12月月30日日，我我国国等等离离子子物物理理研研究究所所承承担担的的“九九五五”重重大大科科学学工工程程HT7超超导托托卡卡马克克实验，获得得稳定定的的准准稳态等等离离子子体体等等离离子子体体放放电时间已已超超过10s，这是是我我国国可可控控核核聚聚变研研究究的的重重大大进展展，标志志着着我我国国磁磁约束束核核聚聚变研研究究已已达达到到国国际先先进水水平平下下列列属属于核聚于核聚变的有的有()基础训练 4.1999年12月30日，我国等离子物 解解析析：A属属于于b b衰衰变变，B属属于于重重核核的的裂裂变变，D是人工核反应是人工核反应 答案：答案：C基础训练 解析：A属于b衰变，B属于重核的裂变，D是 5.下面下面说法中正确的是法中正确的是()A用用a a粒粒子子轰击铍核核 Be，铍核核转变为碳核碳核 C，同，同时放出放出b b射射线 Bb b射射线是是由由原原子子核核外外电子子受受到到激激发而而产生的生的 C射射线是是波波长很很短短的的电磁磁波波，它它的的贯穿能力很穿能力很强强 D利利用用射射线的的电离离作作用用，可可检查金金属属内部有无沙眼和裂内部有无沙眼和裂纹基础训练 5.下面说法中正确的是()解解析析：b b射射线线是是原原子子核核中中一一个个中中子子转转化化为为一一个个质质子子时时放放出出的的，检检查查金金属属内内部部的的裂裂纹纹是是利利用用射线的穿透能力射线的穿透能力答案：答案：C基础训练 解析：b射线是原子核中一个中子转化为一个质 6.(2010 福福建建卷卷)14C测年年法法是是利利用用14C衰衰变规律律对古古生生物物进行行年年代代测定定的的方方法法若若以以横横坐坐标t表表示示时间，纵坐坐标m表表示示任任意意时刻刻14C的的质量量，m0为t=0时14C的的质量量下下面面四幅四幅图中能正确反映中能正确反映14C衰衰变规律的是律的是()基础训练 6.(2010福建卷)14C测年法是利用14C答案：答案：C基础训练答案：C 7.用用某某种种单单色色光光照照射射某某种种金金属属表表面面，发发生生光光电电效效应应现现将将该该单单色色光光的的光光强强减减弱弱，则则()A光电子的最大初动能增大光电子的最大初动能增大 B光电子的最大初动能减少光电子的最大初动能减少 C单位时间内产生的光电子数减少单位时间内产生的光电子数减少 D可能不发生光电效应可能不发生光电效应基础训练 7.用某种单色光照射某种金属表面，发生光 解解析析：由由光光电电效效应应方方程程Ek=hW知知光光电电子子的的最最大大初初动动能能由由入入射射光光的的频频率率决决定定，与与入入射射光光的的强强度度无无关关，A、B错错由由光光子子说说知知：当当光光强强减减弱弱时时单单位位时时间间内内入入射射到到金金属属表表面面的的光光子子减少，因而激发出的光电子也减少，减少，因而激发出的光电子也减少，C对对答案：答案：C基础训练 解析：由光电效应方程Ek=hW知光电子 8.中中子子n、质子子p、氘核核D的的质量量分分别为mn、mp、mD，现用用光光子子能能量量为E的的射射线照照射射静静止止氘核核使使之之分分解解，反反应方方程程为+Dp+n.若若分分解解后后的的中中子子、质子子的的动能能可可视为相相等等，则中中子子的的动能是能是()A.(mDmpmn)c2E B.(mpmnmD)c2+E C.(mDmpmn)c2+E D.(mpmnmD)c2E基础训练 8.中子n、质子p、氘核D的质量分别为mn 解解析析：此此题题关关键键在在于于根根据据能能量量守守恒恒及及质质能能方方程程进进行行分分析析：由由于于该该核核反反应应是是受受光光照照射射，因因此此实实物物粒粒子子质质量量和和增增加加而而不不是是亏亏损损，即即D Dm=mp+mnmD；根根据据该该反反应应能能量量守守恒恒得得：E=D DE+2Ek，选项，选项C正确正确 答案：答案：C基础训练 解析：此题关键在于根据能量守恒及质能方程 9.U衰衰变为 Rn需需经过m次次a a衰衰变和和n次次b b衰衰变，则m，n分分别为()A2,4 B4,2 C4,6 D16,6 解析：解析：由质量数和核电荷数守恒得由质量数和核电荷数守恒得 238=222+4m,92=86+2mn，联立解得联立解得m=4，n=2.B基础训练 9.U衰变为 Rn需经过 10.本本题中中用用大大写写字字母母代代表表原原子子核核E经a a衰衰变成成为F，再再经b b衰衰变成成为G，再再经a a衰衰变成成为H.上述系列衰上述系列衰变可可记为下式：下式：另一系列衰另一系列衰变如下：如下：已知已知P是是F的同位素，的同位素，则()提升训练 10.本题中用大写字母代表原子核E经a衰AQ是是G的同位素，的同位素，R是是H的同位素的同位素BR是是E的同位素，的同位素，S是是F的同位素的同位素CR是是G的同位素，的同位素，S是是H的同位素的同位素DQ是是E的同位素，的同位素，R是是F的同位素的同位素 提升训练AQ是G的同位素，R是H的同位素 解解析析：根根据据题题意意P、F是是同同位位素素，设设它它们们的的质质子子数数为为A，在在上上述述衰衰变变式式中中由由a a衰衰变变质质子子数数减减少少2和和b b衰衰变变质质子子数数增增加加1，推推出出各各对对应应原原子核的质子数如下：子核的质子数如下：A+2E AF A+1G A1H AP A+1Q A+2R AS 可可见见S、P、F是是同同位位素素，R和和E是是同同位位素素，Q和和G是同位素是同位素 答案：答案：B 提升训练 解析：根据题意P、F是同位素，设它们的质衰变同时放出射线课件