放射性元素的衰变+高二下学期物理人教版（2019）选择性必修三

5.2放射性元素的衰变选择性必修第三册&第五章

原子核

在古代，不论是东方还是西方，都有一批追求，“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。那么，真的存在能让一种元素变成另一种元素的过程吗？课堂引入点石成金真实的将一种物质变成另一种物质

天然放射现象中原子核自发地放出

α射线或β射线，由于核电荷数变了，它在元素周期表中的位置就变了，就变成另一种原子核。我们把这种变化称为原子核的衰变。

1、衰变（氦核

）放射性衰变后的原子核ɑ粒子（电子

）β粒子放射性衰变后的原子核一、原子核的衰变—衰变2.α衰变：原子核放出

粒子的衰变

铀238核放出一个α粒子后，核的质量数减少4，电荷数减少2，变成新核钍234核。用衰变方程式来表示：在衰变中遵循什么规律呢？用一般方程表达为：

衰变

在这个衰变过程中，衰变前的质量数等于衰变后的质量数之和,衰变前的电荷数等于衰变后的电荷数之和。原子核衰变时电荷数和质量数都守恒。一、原子核的衰变—α衰变新核质量数+4=旧核质量数，即上标相加左右相等。电荷数=原子序数，在α衰变中电荷数减少2，所以往前挪动2位。原子核衰变时电荷数和质量数都守恒。α衰变的一般方程：

在α衰变中，新核的质量数与原来的核的质量数有什么关系?相对于原来的核在周期表中的位置，新核在周期表中的位置应当向前移还是向后移?要移动几位?你能概括出α衰变的质量数、核电荷数变化的一般规律吗?思考与讨论一、原子核的衰变—α衰变3.β衰变：原子核放出β粒子的衰变用一般方程表达为：β衰变

原子核衰变时电荷数和质量数都守恒一、原子核的衰变—β衰变结果:新核在元素周期表中位置前移2位

（原子序数减2）本质:原子核内的一个中子变成质子，同时放出一个电子，结果:新核在元素周期表中位置后移

1位

（原子序数增1）α衰变：

β衰变：本质:

原子核内少了两个质子和两个中子（原子核中的两个中子和两个质子结合形成ɑ粒子并释放出来）4.衰变本质一、原子核的衰变—衰变本质为何放射性物质会同时放出三种射线呢？原子核能量变化是不连续的与原子类似存在能级且越低越稳定新核处于高能级发生α衰变或β衰变跃迁到低能级放出γ光子5.γ射线的来源

当放射性物质连续衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ射线辐射。这时，放射性物质发出的射线中就会同时具有α、β、γ三种射线。不存在单独的γ衰变一、原子核的衰变—γ射线的来源m余/m原11.47.63.81/21/41/8t/天0放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间是固定3.8天3.8天+3.8天氡的衰变1/21/41/16…每经过3.8天氡222的剩余质量就是原来的一半二、半衰期—氡的衰变1.半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间2.意义：表示放射性元素衰变快慢的物理量3.公式：衰变前质量衰变后质量衰变时间半衰期衰变时间半衰期衰变前原子数衰变后原子数4.说明：①半衰期是针对大量的原子核的统计规律

②不同放射性元素的原子核半衰期差异很大

③每种放射性元素的原子核半衰期是固定的，由原子核内部结构决定的，与原子所处的化学状态和外部条件没有关系二、半衰期—定义

例如：氡222衰变为钋218的半衰期为3.8天

镭226衰变为氡222的半衰期为1620年

铀238衰变为钍234的半衰期长达4.5×109年半衰期是表示放射性元素本身衰变快慢的物理量。不同元素的半衰期不同，有的差别很大。衰变的半衰期描述的对象是大量的原子核，不是个别原子核，这是一个统计规律。比如某原子核半衰期是2天，现在有两个这样的原子核，那么过两天后是不是就剩下一个了？想一想单个原子核的微观事件是不可预测二、半衰期—拓展1、定义：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核或发生状态变化的过程。3、规律：2、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。⑴1919年，卢瑟福发现质子的核反应。⑵1932年查德威克发现中子的核反应。⑶1934年约里奥·居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应。4、原子核人工转变的三大发现I·约里奥·居里，1900～1958F·约里奥·居里，1897～1956法国科学家。是P·居里和M·居里的女儿和女婿.由于发现人工放射性而获得1935年诺贝尔化学奖.发现质子发现中子发现放射性同位素和正电子质量数和电荷数都守恒三、核反应2.放射性同位素的分类①天然放射性同位素。②人工放射性同位素。3.人工放射性同位素的优势①放射强度容易控制。②半衰期短，废料易处理。1.放射性同位素：具有放射性的同位素.四、放射性同位素及其应用（1）射线测厚仪

在钢板一面，放置γ射线源，另一面放着接收装置。那么钢板越厚，接收到了射线信号越弱，根据信号强度就可以测量金属板的厚度。——利用γ射线具有很强的穿透性4.放射性同位素的应用四、放射性同位素及其应用（2）放射治疗利用γ射线高能量治疗癌症四、放射性同位素及其应用——γ射线遗传基因发生变异,培育优良品种（3）培优保鲜——γ射线可以杀死细菌食品保鲜四、放射性同位素及其应用医学方面：给人注射碘的放射性同位素碘131,在颈部底部的甲状腺(红色，部分被遮蔽)，被放射性示踪剂碘131高亮着色。定时用探测器测量甲状腺及邻近组织的放射强度，有助于诊断甲状腺的疾病。（4）示踪原子——同位素化学性质相同，这样就可以用放射性同位素了解各元素的流向。农业方面：棉花在开花、结桃的时候需要较多的磷肥，把磷肥喷在棉花叶子.上，磷肥也能被吸收。但是，什么时候的吸收率最高、磷在作物内能存留多长时间、磷在作物体内的分布情况等，用通常的方法很难研究。如果用磷的放射性同位素制成肥料喷在棉花的叶面上，然后每隔一定时间用探测器测量棉株各部位的放射性强度，上面的问题就解决了。四、放射性同位素及其应用

人类一直生活在放射性的环境中。例如，地球上的每个角落都有来自宇宙的射线，我们周围的岩石，其中也有放射性物质。不过这些射的强度都在安全剂量之内，对我们没有伤害。电磁信号五、辐射与安全然而过量的射线对人体组织有破坏作用，这些破坏往往是对细胞核的破坏，有时不会马上察觉。因此，在使用放射性同位素时，必须严格遵守操作规程，注意人身安全，同时，要防止放射性物质对空气、水源、用具等的污染。五、辐射与安全C-14（“碳钟”）年代测定法，又称放射性碳定年法，就是根据C-14衰变的程度来判定古生物体的年代，该项研究获得1960年诺贝尔化学奖。要推断一块古木的年代，可以先把古木加温，制取1g碳的样品，再用粒子计数器进行测量。如果测得样品每分钟衰变的次数正好是现代植物所制样品的一半，表明这块古木经过了14C的一个半衰期，即5730年，如果测得每分钟衰变的次数是其他值，也可以根据半衰期计算出古木的年代。稳定14C半衰期τ=5730

年碳14测年技术科学漫步一、原子核的衰变2.衰变原则：质量数守恒，电荷数守恒。1.原子核的衰变：（1）衰变:原子核放出

粒子的衰变叫做

衰变．（2）β衰变:原子核放出β粒子的衰变叫做β衰变．（3）γ射线:伴随

射线或

射线产生.二、半衰期1、半衰期: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。2、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。放射性元素半衰变是一个统计规律。课堂总结课堂练习课堂练习课堂练习(3)综合写出这一衰变过程的方程。课堂练习

1.关于放射性元素氡及三种射线，下列说法正确的是(

)A．γ射线是高速电子流B．发生α衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了2C．β衰变时释放的电子是核外电子D．三种射线中α射线的穿透能力最强，电离作用最弱B课堂练习A课堂练习课堂练习课堂练习

3.下列有关半衰期的说法正确的是(

)A．放射性元素的半衰期越短，表明有半数原子核发生衰变所需的时间越短，衰变速度越快B．放射性元素的样品不断衰变，随着剩下未衰变的原子核的减少，元素半衰期也变长C．把放射性元素放在密封的容器中，可以减慢放射性元素的衰变速度D．降低温度或增大压强，让该元素与其他物质形成化合物，均可减小衰变速度A课堂练习C课堂练习课堂练习(1)写出核反应方程；课堂练习(2)求出质子的速度大小v(结果保留两位有效数字)。[答案]

(2)0.23c课堂练习

5.(多选)诺贝尔官方称居里夫人的“笔记”仍具放射性，还将持续1500年。关于放射性元素、衰变和半衰期，下列说法正确的是(

)A．居里夫人的笔记本，经过两个半衰期，质量仅剩下原来的四分之一B．放射性元素的半衰期不仅与核内部本身因素有关，还与质量有关C．一个放射性原子核，每发生一次β衰变，它的中子数减少一个，质子数增加一个CD课堂练习D课堂练习正电子发射计算机断层显像(PET)的基本原理是：将放射性同位素15O注入人体，参与人体的代谢过程。15O在人体内衰变放出正电子，与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清晰的图像。根据PET原理，回答下列问题：(1)写出15O的衰变和正负电子湮灭的方程式。课堂练习(2)将放射性同位素15O注入人体，15O的主要用途是

。A．利用它的射线 B．作为示踪原子C．参与人体的代谢过程 D．有氧呼吸[解析]

(2)将放射性同位素15O注入人体后，由于它能放出正电子，并能与人体内的负电子产生一对光子，从而被探测器探测到，所以它的用途是作为示踪原子，选项B正确。B课堂练习(3)PET中所选的放射性同位素的半衰期应

(选填“长”“短”或“长短均可”)。[解析]

(3)根据同位素的用途，为了减小对人体的伤害，半衰期应该短。短课堂练习

7.(多选)人工放射性同位素被用作示踪原子，

主要