2022-2023学年新教材高中物理 第五章 原子核 2 放射性元素的衰变课件 新人教版选择性必修第三册

第五章原子核2．放射性元素的衰变课前预习反馈课内互动探究课堂达标检测目标体系构建核心素养提升目标体系构建【学习目标】1．知道放射现象的实质是原子核的衰变，会正确书写衰变方程。2．了解半衰期及其统计意义。3．知道核反应及其遵从的规律。4．知道放射性同位素及其应用，知道射线的危害及防护。【思维脉络】课前预习反馈

1．定义原子核自发地放出__________或__________，由于核电荷数变了，它在元素周期表中的位置就变了，变成另一种__________。我们把这种变化称为原子核的衰变。α粒子知识点1原子核的衰变β粒子原子核4．衰变规律(1)原子核衰变时__________和__________都守恒。(2)任何一种放射性元素只有一种放射性，不能同时既有α放射性又有β放射性，而γ射线伴随α衰变或β衰变产生。说明：原子核衰变时质量数守恒，但不是质量守恒，有质量减少(也叫质量亏损)。电荷数质量数1．定义：放射性元素的原子核有________发生衰变所需的时间。2．决定因素：放射性元素衰变的快慢是由______________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。不同的放射性元素，半衰期________。3．应用：利用半衰期非常稳定这一特点，可以测量其衰变程度、推断时间。半数知识点2半衰期核内部自身不同知识点3核反应新原子核质量数电荷数1．放射性同位素：很多元素都存在一些具有__________的同位素，它们被称为放射性同位素。2．放射性同位素的应用(1)射线测厚仪。(2)放射治疗。(3)培优、保鲜。(4)示踪原子：一种元素的各种同位素具有__________化学性质，用放射性同位素替换非放射性的同位素后，可以探测出原子到达的位置。放射性知识点4放射性同位素的应用与安全相同的3．辐射与安全：人类一直生活在放射性的环境中，过量的射线对人体组织______________。要防止放射性物质对水源、空气、用具等的污染。说明：一般放射性同位素半衰期短，而且强度容易控制，使用更广泛。有破坏作用思考辨析『判一判』(1)发生β衰变是原子核中的电子发射到核外。 (

)(2)γ射线经常是伴随α射线和β射线产生的。 (

)(3)半衰期是原子核有半数发生衰变需要的时间，经过两个半衰期原子核就全部发生衰变。 (

)×

√

×

√

×

×

C

解析：设x、y、z的电荷数分别为Zx、Zy、Zz，质量数分别为Ax、Ay、Az。由前两个核反应方程中的电荷数守恒，Zx＋3＝2Zy，Zy＋7＝Zx＋8，可得Zy＝2；质量数守恒Ax＋7＝2Ay，Ay＋14＝Ax＋17，可得Ay＝4；由第三个核反应方程中的电荷数守恒2＋4＝Zz＋6，得Zz＝0，质量数守恒4＋9＝Az＋12，Az＝1。即z是电荷数为零，质量数为1的粒子，也就是中子，C正确。『想一想』放射性同位素的放射强度易于控制，它的半衰期比天然放射性物质短得多，因此在生产和科学领域得以广泛的应用。(1)能用α射线来测量金属板的厚度吗？(2)γ射线照射食品延长保存期的原理是什么？

答案：(1)不能(2)用γ射线照射食品可以杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期。课内互动探究探究原子核的衰变规律与衰变方程情景导入如图为α衰变、β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？为什么？(2)当发生β

衰变时，新核的核电荷数相对原来的原子核变化了多少？新核在元素周期表中的位置怎样变化？提示：(1)当原子核发生α衰变时，原子核的质子数和中子数各减少2个。因为α粒子是原子核内2个质子和2个中子结合在一起发射出来的。(2)当原子核发生β衰变时，新核的核电荷数相对于原来增加了1个。新核在元素周期表中的位置向后移动了1个位次。要点提炼(1)核反应中遵循质量数守恒而不是质量守恒，核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化(质量亏损)而释放出核能。(2)衰变方程的书写方面：衰变方程用“→”表示，而不用“＝”表示。特别提醒(3)衰变方程表示的变化方面：衰变方程表示的是原子核的变化，而不是原子的变化。(4)为了确定衰变次数，一般是由质量数的改变先确定α衰变的次数，这是因为β衰变的次数的多少对质量数没有影响，然后再根据衰变规律确定β衰变的次数。典例1典例剖析解题指导：(1)可根据衰变过程中质量数守恒和电荷数守恒求解；(2)根据每发生一次α衰变原子核的质子数和中子数均少2，每发生一次β衰变原子核的中子数少1，质子数多1来推算；(3)根据(1)的解答结果写方程。对点训练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。探究放射性元素的半衰期及其应用情景导入下图为氡衰变剩余质量与原有质量比值示意图。纵坐标表示的是任意时刻氡的质量m与t＝0时的质量m0的比值。(1)每经过一个半衰期，氡原子核的质量变为原来的多少倍？(2)从图中可以看出，经过两个半衰期未衰变的原子核还有多少？1．半衰期的理解半衰期是表示放射性元素衰变快慢的物理量，同一放射元素具有的衰变速率一定，不同元素半衰期不同，有的差别很大。要点提炼3．适用条件半衰期是一个统计概念，是对大量的原子核衰变规律的总结，对于一个特定的原子核，无法确定其何时发生衰变，半衰期只适用于大量的原子核。4．应用利用半衰期非常稳定这一特点，可以测量其衰变过程、推断时间等。(1)半衰期由核内部自身的因素决定，与原子所处的化学状态和外部条件都无关。(2)半衰期是一个统计规律，适用于对大量原子核衰变的计算，对于个别少数原子核不适用。特别提醒为测定水库的存水量，将一瓶放射性溶液倒入水库中，已知这杯溶液每分钟衰变8×107次，这种同位素半衰期为2天，10天以后从水库中取出1m3的水，并测得每分钟衰变10次，求水库的存水量为多少？解题指导：找出每分钟衰变次数与其质量成正比这一隐含条件是解决本题的关键。典例2典例剖析答案：2.5×105m32．(多选)下列关于放射性元素的半衰期的几种说法正确的是 (

)A．同种放射性元素，在化合物中的半衰期比在单质中长B．放射性元素的半衰期与元素所处的物理和化学状态无关，它是一个统计规律，只对大量的原子核才适用C．氡的半衰期是3.8天，若有4g氡原子核，则经过7.6天就只剩下1g氡D．氡的半衰期是3.8天，若有4个氡原子核，则经过7.6天就只剩下一个氡对点训练BC

解析：放射性元素的原子核有半数发生衰变时所需要的时间叫半衰期，这是一个统计规律，对于大量的原子核才适用，对于少量原子核是不成立的，放射性元素衰变的快慢是由原子核内部自身决定的，与外界的物理和化学状态无关，故A、D错误，B、C正确。探究核反应放射性同位素及其应用情景导入如图所示为α粒子轰击氮原子核示意图。(1)充入氮气前荧光屏上看不到闪光，充入氮气后荧光屏上看到了闪光，说明了什么问题？(2)原子核的人工转变与原子核的衰变有什么相同规律？提示：(1)产生了新粒子(2)质量数与电荷数都守恒，动量守恒1．核反应的条件用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。2．核反应的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。要点提炼4．人工转变核反应与衰变的比较(1)不同点：原子核的人工转变，是一种核反应，是其他粒子与原子核相碰撞的结果，需要一定的装置和条件才能发生，而衰变是原子核的自发变化，它不受物理化学条件的影响。(2)相同点：人工转变与衰变过程一样，在发生过程中质量数与电荷数都守恒，反应前后粒子总动量守恒。5．放射性同位素的主要应用(1)利用它的射线。①工业部门使用射线测厚度——利用γ射线的穿透特性；②农业应用——γ射线使种子的遗传基因发生变异，杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期等；③医疗上——利用γ射线的高能量治疗癌症。(2)作为示踪原子：放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质，通过探测放射性同位素的射线确定其位置。(1)核反应过程一般都是不可逆的，核反应方程不能用等号连接，只能用单向箭头表示反应方向。(2)核反应方程应以实验事实为基础，不能凭空杜撰。特别提醒典例3典例剖析解题指导：此题只要严格按照写核反应方程的原则进行，一般是不会出错的，写核反应方程的原则是：(1)质量数守恒和电荷数守恒；(2)中间用箭头，不能写成等号。因两端仅仅是质量数守恒，没有体现质量相等；也不能仅画一横线，因箭头的方向还表示反应进行的方向；(3)能量守恒，但中学阶段不作要求；(4)核反应必须是实验能够发生的，不能毫无根据地写未经实验证实的核反应方程。对点训练A

4．下列说法正确的是 (

)A．给农作物施肥时，在肥料里放一些放射性同位素，是因为农作物吸收放射性同位素后生长更好B．输油管道漏油时，可以在输的油中放一些放射性同位素探测其射线，确定漏油位置C．天然放射元素也可以作为示踪原子加以利用，只是较少，经济上不划算D．放射性元素被植物吸收，其放射性将发生改变B

解析：放射性元素与它的同位素的化学性质相同，但是利用放射性元素可以确定农作物在各季节吸收含有哪种元素的肥料。无论植物吸收含放射性元素的肥料，还是无放射性肥料，植物生长是相同的，A错误；放射性同位素，含量易控制，衰变周期短，不会对环境造成永久污染，而天然放射性元素，剂量不易控制、衰变周期长，会污染环境，所以不用天然放射元素，C错误；放射性是原子核的本身性质，与元素的状态、组成等无关，D错误。放射性同位素可以向周围释放射线，只要在管道周围寻找射线源，就可找到漏油位置，故B正确。核心素养提升α衰变和β衰变在磁场中的轨迹分析设有一个质量为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V1．动量守恒关系0＝mv＋MV或mv＝－MV2．在磁场中径迹的特点

(多选)(2021·北京101中学高二下学期期末)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案例BC

解析：粒子在磁场中做匀速圆周运动，由于α粒子和β粒子的速度方向未知，不能判断磁场的方向，故A错误；放射性元素放出α粒子时，α粒子与反冲核的速度相