原子核衰变及半衰期.

1、听说过听说过“点石成金点石成金”的传说吗？的传说吗？第二节第二节 人们通过什么现象或实验发现原子核是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？由更小的微粒构成的？ 人们认识原子人们认识原子核的结构就是核的结构就是从天然放射性从天然放射性开始的。开始的。1895年年9月月8日这一天，伦琴正在做阴极射日这一天，伦琴正在做阴极射线实验。伦琴接通阴极射线管的电路时，他线实验。伦琴接通阴极射线管的电路时，他惊奇地发现在附近一条长凳上的一个荧光屏惊奇地发现在附近一条长凳上的一个荧光屏（镀有一种荧光物质氰亚铂酸钡）上开始发（镀有一种荧光物质氰亚铂酸钡）上开始发光，恰好象受一盏灯的感应激发出来似的

2、。光，恰好象受一盏灯的感应激发出来似的。他断开阴极射线管的电流，荧光屏即停止发他断开阴极射线管的电流，荧光屏即停止发光。由于阴极射线管完全被覆盖，伦琴很快光。由于阴极射线管完全被覆盖，伦琴很快就认识到当电流接通时，一定有某种不可见就认识到当电流接通时，一定有某种不可见的辐射线自阴极发出。由于这种辐射线的的辐射线自阴极发出。由于这种辐射线的神密性质，他称之为神密性质，他称之为“X射线射线1895年年12月伦月伦琴写出了他的第一篇琴写出了他的第一篇X射线的论文射线的论文 (1901年伦琴获得年伦琴获得诺贝尔物理奖诺贝尔物理奖) 伦琴 （德国）国科学院举行了一次重要学术讨论会，在伦琴发明的国科学院举

3、行了一次重要学术讨论会，在伦琴发明的直接感召下而进行研究的科学家当中有一位是直接感召下而进行研究的科学家当中有一位是安托万安托万亨利亨利贝克勒尔。贝克勒尔虽然是有意在贝克勒尔。贝克勒尔虽然是有意在做做X射线的研究，但是却偶然发现了甚至更为重射线的研究，但是却偶然发现了甚至更为重要的放射现象要的放射现象 贝克勒尔选择氧化铀作为主攻对象，贝克勒尔选择氧化铀作为主攻对象，他精心设计了研究方案，用一张黑纸包好一张感他精心设计了研究方案，用一张黑纸包好一张感光底片，在底片上放置两小块铀盐和钾盐的混合光底片，在底片上放置两小块铀盐和钾盐的混合物。在其中一块和底片之间放了一枚银元，然后物。在其中一块和底片之

4、间放了一枚银元，然后把这些东西放在阳光下放置几小时，让底片略微把这些东西放在阳光下放置几小时，让底片略微有些感光，虽不太清晰，但还可以分解银元的影有些感光，虽不太清晰，但还可以分解银元的影象。可是凑巧碰上连阴雨，他只好把实验的东西象。可是凑巧碰上连阴雨，他只好把实验的东西原封不动地锁进抽屉。原封不动地锁进抽屉。5天后，天放晴，继续中断天后，天放晴，继续中断的试验。他是个细心过人的人，在试验前他重新检的试验。他是个细心过人的人，在试验前他重新检查一遍实验品。使他吃惊的是，在没有阳光的情况查一遍实验品。使他吃惊的是，在没有阳光的情况下，底片上竟然出现明显的感光现象。这说明铀本下，底片上竟然出现明显

5、的感光现象。这说明铀本身在发光！第二天他在科学院的学术报告上公布这身在发光！第二天他在科学院的学术报告上公布这一新发现。他又用验电器对这种射线进行了定量研一新发现。他又用验电器对这种射线进行了定量研究，终于揭示了放射性的奥妙。究，终于揭示了放射性的奥妙。贝克勒尔（法国）贝克勒尔（法国）（1903年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖 ） 1896年，法国科学家年，法国科学家贝克贝克勒尔勒尔发现了铀的放射性现象。发现了铀的放射性现象。 贝克勒尔贝克勒尔 一、放射性的发现一、放射性的发现天然放射现象：天然放射现象：某些物质自发地放射出看不某些物质自发地放射出看不见的射线的现象。见的射线的现象。铅盒铅盒放

6、射源放射源射射线线照相底片照相底片1898 年，居里夫妇从铀矿石提炼出两种前所年，居里夫妇从铀矿石提炼出两种前所未发现的元素，他们将这两种新元素分未发现的元素，他们将这两种新元素分别定名别定名 为铀和镭。为了亲身体验镭的为铀和镭。为了亲身体验镭的生理效应，他们多次被辐射所伤。生理效应，他们多次被辐射所伤。 1903 年，居里夫妇与贝克勒尔一起因发现年，居里夫妇与贝克勒尔一起因发现放射性而获得诺放射性而获得诺 贝尔物理学奖。贝尔物理学奖。1911 年，居里夫人在化学的研究亦使她获年，居里夫人在化学的研究亦使她获得诺贝尔化学奖。得诺贝尔化学奖。 居里夫妇有两个女儿。但双亲未能亲眼居里夫妇有两个女儿

7、。但双亲未能亲眼见到女儿伊莲与其丈夫弗里德里克见到女儿伊莲与其丈夫弗里德里克约里奥取得的成就。约里奥取得的成就。1935 年，他们因发现年，他们因发现了人工放射性而荣获诺贝尔奖。了人工放射性而荣获诺贝尔奖。 放射性放射性放射性元素放射性元素发射射线的性质发射射线的性质具有放射性的元素具有放射性的元素放出射线后，元素的性质发生变放出射线后，元素的性质发生变化化20984po22688R a 1896 1896年，法国物理学家贝克勒尔发现，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，这铀和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，物质种射线可以穿透黑

8、纸使照相底片感光，物质发射射线的性质称为发射射线的性质称为放射性放射性具有发射性的具有发射性的元素称为元素称为放射性元素放射性元素元素这种自发的放出元素这种自发的放出射线的现象叫做射线的现象叫做天然放射现象天然放射现象天然放射现象天然放射现象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 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

9、倍的铀矿石倍的铀矿石 在放射性现象中放出的射线是什么东西呢？在放射性现象中放出的射线是什么东西呢？ 它们除了能穿透黑纸使照相底片感光的性它们除了能穿透黑纸使照相底片感光的性质以外，还有些什么性质呢？质以外，还有些什么性质呢？ 这些射线带不带电呢？这些射线带不带电呢？二、射线到底是什么二、射线到底是什么 思考与讨论：利用什么方法可以将天然放思考与讨论：利用什么方法可以将天然放射线分离开来，并加以鉴别？射线分离开来，并加以鉴别？法一：利用磁场法一：利用磁场 法二：利用电场法二：利用电场放射型物质发出的射线有三种：放射型物质发出的射线有三种：三种射线三种射线 射线带正电射线带正电 射线射线 带负电带

10、负电 射线射线 不带电不带电探测射线的方法探测射线的方法1、云室实验、云室实验在云室看到的只是成串的小液滴，它描述的在云室看到的只是成串的小液滴，它描述的是射线粒子运动的径迹，而不是射线本是射线粒子运动的径迹，而不是射线本身云室利用的是射线的电离本领径迹的身云室利用的是射线的电离本领径迹的长短和粗细可以知道粒子的性质；粒子轨迹长短和粗细可以知道粒子的性质；粒子轨迹的弯曲方向可以知道粒子带电的正负的弯曲方向可以知道粒子带电的正负 注意：云室实验装置小，粒子径迹呈现时注意：云室实验装置小，粒子径迹呈现时间较短间较短威尔逊云室：威尔逊云室：构造：一个圆筒状容器，构造：一个圆筒状容器，低部可以上下移动

11、，上低部可以上下移动，上盖是透明的，内有干净盖是透明的，内有干净空气空气实验时，加入少量酒精，实验时，加入少量酒精，使酒精蒸汽达到过饱和使酒精蒸汽达到过饱和状态。状态。利用射线的电离本领利用射线的电离本领a射线射线在云室中的径迹：在云室中的径迹：直而粗直而粗原因：原因：a粒子质量大，不易改变方向，电离粒子质量大，不易改变方向，电离本领大，沿涂产生的粒子多本领大，沿涂产生的粒子多射线射线在云室中的径迹：在云室中的径迹：比较细，而且常比较细，而且常常弯曲常弯曲原因：粒子质量小，跟气体碰撞易改变原因：粒子质量小，跟气体碰撞易改变方向，电离本领小，沿途产生的离子少方向，电离本领小，沿途产生的离子少射线

12、射线 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. 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

13、就能把它挡住.射线射线 与与射线偏转方向相反的那束射线带负射线偏转方向相反的那束射线带负电荷，我们把它叫做电荷，我们把它叫做射线射线.研究发现研究发现射线射线由带负电的粒子（由带负电的粒子（粒子）组成粒子）组成.进一步研进一步研究表明究表明粒子就是电子粒子就是电子. 射线的穿透本领较强，很容易穿透黑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纸，还能穿透几厘米厚的铝板. 射线射线 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磁波电磁波，它不带电，是中性的，它不带电，是中性的. 射线的

14、穿透本领极强，一般薄金属板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都挡不住它，它能穿透几十厘米厚的水泥墙和几厘米厚的铅板墙和几厘米厚的铅板. 氦核氦核电子电子电磁波电磁波 射线射线射线射线高速氦核流高速氦核流(24He)高速电子流高速电子流(0-1e)射线射线高频电磁波（高能光子流）高频电磁波（高能光子流）天然放射线的种类及其其性质天然放射线的种类及其其性质天然放射线的性质及其比较天然放射线的性质及其比较名称名称构成构成电量电量（e e）质量质量(u)(u)射出射出速度速度电离电离能力能力贯穿贯穿本领本领氦核氦核+2+24 40.1c0.1c最强最强最弱最弱电子电子

15、-1-11/18401/18400.9c0.9c较强较强较强较强光子光子0 00 0c c最弱最弱最强最强He42e01三、原子核的衰变三、原子核的衰变2.2.衰变遵循的原则：衰变遵循的原则：质量数质量数守恒，电荷数守恒。守恒，电荷数守恒。 原子核放出原子核放出粒子或粒子或粒子，由于粒子，由于核电荷数变了，它在周期表中的位置就核电荷数变了，它在周期表中的位置就变了，变成另一种原子核。变了，变成另一种原子核。1.1.原子核的衰变：我们把原子核由于放出某原子核的衰变：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种粒子而转变为新核的变化叫做原子核的衰变变 （1 1） 衰变衰变: :原

16、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 XAZHeThU422349023892 HeRnRa422228622688 ?23892U?23090ThHeRaTh422268823090 He42 YAZ42 3.3.原子核衰变的分类原子核衰变的分类: :（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 ePaTh012349123490 XAZeMgNa0124122411 ?24

17、11Nae01 YAZ 1 思考与讨论思考与讨论原子核里没有电子，原子核里没有电子，衰变中的电子来自哪衰变中的电子来自哪里？里？11H10n01e（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. . 衰变规律：新的原子核比原来的核质量数减少4，电荷数减小2 衰变规律：新的原子核比原来的核质量数不变，电荷数增加1

18、注意：注意： 1、 放射性元素衰变不可能有单独的放射性元素衰变不可能有单独的衰变！衰变！ 2、衰变后元素的化学性质发生了变化，即：、衰变后元素的化学性质发生了变化，即：生成了新的原子核！生成了新的原子核！四、半衰期四、半衰期 nnmmmm212100或tnn)21(原余tmm)21(原余五、应用五、应用 1 1、人们利用地壳岩石中存在的微量的放射性元素、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，测定地球的年龄为的衰变规律，测定地球的年龄为4646亿年。地壳有一亿年。地壳有一部漫长的演变历史，一部不断变化、不断发展的历部漫长的演变历史，一部不断变化、不断发展的历史。史。 2 2、碳、碳

19、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。1 1、近年来科学家在超重元素的探测方面取得了近年来科学家在超重元素的探测方面取得了重大进展。科学家们在观察某两个重离子结合成重大进展。科学家们在观察某两个重离子结合成超重元素的反应时，发现所生成的超重元素的核超重元素的反应时，发现所生成的超重元素的核AZX X经过经过6 6次次衰变后成为衰变后成为253100定该超重元素的原子序数和质量数依次是定该超重元素的原子序数和质量数依次是( ) ( ) A.124A.124，259 B.124259

20、B.124，265 C.112265 C.112，265 D.112265 D.112，277277Fm，由此可以判，由此可以判D D2 2、钍（钍（9090）232232经过经过6 6次次衰变和衰变和4 4次次衰变后变成衰变后变成一种稳定的元素一种稳定的元素. .这种元素是这种元素是 , ,它的质它的质量数是量数是 , ,原子序数是原子序数是 . .Pb82Pb8220820882823、静止在匀强磁场中的、静止在匀强磁场中的U（92）238，当它，当它自发地放出一个自发地放出一个粒子后变成一个新核，若粒子后变成一个新核，若粒子放出时的速度方向与磁感强度方向垂粒子放出时的速度方向与磁感强度方

21、向垂直，则直，则粒子和新生核做匀速圆周运动的轨粒子和新生核做匀速圆周运动的轨道半径之比为道半径之比为_。45：14 4、 经过一系列经过一系列 衰变和衰变和 衰变后，可以衰变后，可以变成稳定的元素铅变成稳定的元素铅206 206 ，问这一过程，问这一过程 衰变和衰变和 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2382064x92 = 82 + 2x - yx8y6)(20682Pb 5、完成核反应方程：、完成核反应方程： Th Pa 。 衰变为衰变为 的半衰期是的半衰期是1.2分钟，则分钟，则64克克 经过经过6分钟还有分钟还有 克尚未衰

22、变。克尚未衰变。2349023491Th23490Pa23491Th234902 e01 427、 天然放射性元素天然放射性元素 (钍钍)经过一系列经过一系列衰变和衰变和衰变之后变成衰变之后变成 （铅）下列论（铅）下列论断中正确的是（断中正确的是（ ）A.铅核比钍核少铅核比钍核少24个中子个中子B.铅核比钍核少铅核比钍核少8个质子个质子C.衰变过程中共有衰变过程中共有4次次衰变和衰变和8次次衰变衰变D.衰变过程中共有衰变过程中共有6次次衰变和衰变和4次次衰变衰变Th23290Pb20882BD8、在下列核反应方程中,X代表质子的方程是（ ）( )( )( )( )nHeXHDXnHCXOHeN

23、BXPHeAlA0423110211784214730154227131gBC9、写出下列核反应方程：、写出下列核反应方程：nAIHe10271342eHePbRa014220682226881010、一块含铀的矿石质量为、一块含铀的矿石质量为M M，其中铀元素的质量为，其中铀元素的质量为m m。铀发生一系列衰变，最终生成物为铅。已知铀的半衰铀发生一系列衰变，最终生成物为铅。已知铀的半衰期为期为T T，那么下列说法中正确的有，那么下列说法中正确的有 ( ) ( ) A.A.经过两个半衰期后这块矿石中基本不再含有铀了经过两个半衰期后这块矿石中基本不再含有铀了B.B.经过两个半衰期后原来所含的铀元

24、素的原子核有经过两个半衰期后原来所含的铀元素的原子核有m m/4/4发生了衰变发生了衰变C.C.经过三个半衰期后，其中铀元素的质量还剩经过三个半衰期后，其中铀元素的质量还剩m m/8/8D.D.经过一个半衰期后该矿石的质量剩下经过一个半衰期后该矿石的质量剩下M M/2/2C1111、铋、铋210210的半衰期是的半衰期是5 5天，经过多少天后，天，经过多少天后，20g20g铋还剩铋还剩1.25g?1.25g?12、10克镭克镭226变为氡变为氡222的半衰期为的半衰期为1620年，年，有人说：经过有人说：经过1620年有一半镭发生衰变，还有年有一半镭发生衰变，还有镭（镭（226）5克，再经过克

25、，再经过1620年另一半镭也发生年另一半镭也发生了衰变，镭了衰变，镭226就没有了，对吗？为什么？就没有了，对吗？为什么？ 13、判断古生物年代常用、判断古生物年代常用14C定年法。若干万年以前，定年法。若干万年以前，始祖鸟通过摄食，吸收了植物中含有始祖鸟通过摄食，吸收了植物中含有14C的营养物质，的营养物质，死亡后不再吸收。随着年代的推移，其体内死亡后不再吸收。随着年代的推移，其体内14C的含的含量为现代鸟的量为现代鸟的 ，已知地表中，已知地表中14C的含量基本不变，的含量基本不变，14C的半衰期为的半衰期为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 2NT)

26、21( c ) 14、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BC15、在垂直于纸面的匀强磁场中，有一原来、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，放出的带电粒静止的原子核，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子和反冲核的运动轨迹分别如图中a、b所示，所示，由图可以知

27、（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BDab外切衰变外切衰变16、如图，在匀强磁场中的、如图，在匀强磁场中的A点，有一个静止的原子核点，有一个静止的原子核，当它发生哪一种衰变时，射出的粒子以及新核的轨道，当它发生哪一种衰变时，射出的粒子以及新核的轨道才作如图的圆周运动，并确定它们环绕的方向，若两圆才作如图的圆周运动，并确定它们环绕的方向，若两圆的半径之比是的半径之比是45 1，这个放射性元素原子核的原子序，这个放射性元素原子核的原子序数是多少？数是多少？abA解解：由动量守恒定律：由动量守恒定律 MV+mv = 0 两者速度方向相反两者速度方向相反 必须是同种电荷才能外切，所以是必须是同种电荷才能外切，所以是 衰变。衰变。由左手定则，两者的环绕的方向均为逆时针方向。由左手定则，两者的环绕的方向均为逆时针方向。r=mv/qB1/q qa/qb=rb/ra=2/90 大圆为大圆为粒子，粒子，ThHeU234904223892这个原子核的原子序数是这个原子核的原子序数是9217、本题中用大写字母代表原子核