高中物理第四章原子核4.1走進(jìn)原子核4.2放射性元素的衰變課件粵教版.ppt

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,第一節(jié) 走進(jìn)原子核 第二節(jié) 放射性元素的衰變,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,二,一,三,四,五,一、放射性的發(fā)現(xiàn),,,,目標(biāo)導(dǎo)航,二,一,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,三,四,五,二、原子核的組成 1.質(zhì)子的發(fā)現(xiàn),2.中子的發(fā)現(xiàn),,,,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,二,一,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,三,四,五,3.原子核的組成 原子核由質(zhì)子和中子組成,質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子. 4.原子核的符號(hào),,,,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,二,一,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,三,四,五,盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子是原子核的組成部分和湯姆生發(fā)現(xiàn)電子是原子的組成部分的科學(xué)思想有何共同點(diǎn)? 答案:湯姆生通過陰極射線,確定陰極射線的電性和電荷量,猜測(cè)電子來源于原子,通過換用不同的材料作陰極得到相同的陰極射線,證明了電子是原子的組成部分;盧瑟福通過α粒子轟擊氮原子核得到質(zhì)子,并確定了質(zhì)子的電性和電荷量,猜測(cè)質(zhì)子來源于原子核,通過用α粒子轟擊不同原子的原子核都得到相同的質(zhì)子,證明了質(zhì)子是原子核的組成部分.盧瑟福和湯姆生都經(jīng)歷了“實(shí)驗(yàn)事實(shí)→猜想(預(yù)言)→實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證”的過程.,目標(biāo)導(dǎo)航,二,一,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,三,四,五,三、放射線的本質(zhì),,,,,,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,二,一,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,三,四,五,若在射線經(jīng)過的空間施加電場(chǎng)(方向與射線的出射方向垂直),射線能分成三束嗎? 答案:能分成三束.三種射線的帶電情況各不相同,它們?cè)陔妶?chǎng)中的受力情況不同,故可分成三束.,目標(biāo)導(dǎo)航,二,一,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,三,四,五,四、原子核的衰變 1.原子核的衰變:原子核放出α粒子或β粒子,由于核電荷數(shù)變了,變成了另一種原子核. 2.,,,,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,二,一,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,三,四,五,,目標(biāo)導(dǎo)航,二,一,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,三,四,五,五、半衰期 1.定義:放射性元素的原子核數(shù)目因衰變減少到原來的一半所經(jīng)過的時(shí)間. 2.公式: m0表示放射性元素衰變前的質(zhì)量,m為經(jīng)過時(shí)間t后剩余的放射性元素的質(zhì)量. 3.影響因素:放射性元素衰變的速率由核本身的因素決定,與原子所處的物理狀態(tài)(如溫度、壓強(qiáng))或化學(xué)狀態(tài)(如單質(zhì)、化合物)無關(guān).,,,目標(biāo)導(dǎo)航,二,一,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,三,四,五,有10個(gè)鐳226原子核,經(jīng)過一個(gè)半衰期有5個(gè)發(fā)生衰變,這樣理解對(duì)嗎? 答案:不對(duì).10個(gè)原子核,數(shù)目太少,它們何時(shí)衰變是不可預(yù)測(cè)的,因?yàn)樗プ円?guī)律是大量原子核的統(tǒng)計(jì)規(guī)律.,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,知識(shí)精要,一、天然放射現(xiàn)象 1.天然放射現(xiàn)象的意義 天然放射現(xiàn)象說明原子核是有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的.元素的放射性不受單質(zhì)和化合物存在形式的影響.化學(xué)反應(yīng)決定于核外的電子,能量有限,不可能放出α粒子,也不可能放出高速的β粒子和γ光子來,因此三種射線只能是從原子核內(nèi)放出的.這說明原子核是有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的.,思考探究,三,特征:貫穿本領(lǐng)小,電離作用強(qiáng),能使沿途中的空氣電離. (2)β射線:貝克勒爾證實(shí),β射線是電子流,其速度可達(dá)光速的99%. 特征:貫穿本領(lǐng)大,能穿透黑紙,甚至穿透幾毫米厚的鋁板,但電離作用較弱. (3)γ射線是一種波長(zhǎng)很短的電磁波——光子流,是能量很高的電磁波,波長(zhǎng)λ10-10 m. 特征:貫穿本領(lǐng)最強(qiáng),能穿透幾厘米厚的鉛板.電離作用最弱.,遷移應(yīng)用,典題例解,一,二,知識(shí)精要,思考探究,三,知識(shí)精要,遷移應(yīng)用,典題例解,思考探究,分析、比較三種射線。 答案:三種射線的比較如下表,,一,二,三,一,二,三,知識(shí)精要,遷移應(yīng)用,典題例解,思考探究,知識(shí)精要,遷移應(yīng)用,典題例解,思考探究,【例1】 (多選)(2014全國(guó)理綜Ⅰ)關(guān)于天然放射性,下列說法正確的是( ) A.所有元素都可能發(fā)生衰變 B.放射性元素的半衰期與外界的溫度無關(guān) C.放射性元素與別的元素形成化合物時(shí)仍具有放射性 D.α、β和γ三種射線中,γ射線的穿透能力最強(qiáng) E.一個(gè)原子核在一次衰變中可同時(shí)放出α、β和γ三種射線 解析:只有放射性元素才能發(fā)生衰變,A項(xiàng)錯(cuò)誤;半衰期由原子核的內(nèi)部自身的因素決定,與原子核所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件無關(guān),B、C兩項(xiàng)正確;γ射線的穿透力最強(qiáng),D項(xiàng)正確;原子核衰變時(shí),不能同時(shí)放出α、β射線,E項(xiàng)錯(cuò)誤. 答案:BCD,一,二,三,一,二,三,知識(shí)精要,遷移應(yīng)用,典題例解,思考探究,知識(shí)精要,遷移應(yīng)用,典題例解,思考探究,(2015重慶理綜)右圖中曲線a、b、c、d為氣泡室中某放射物發(fā)生 衰變放出的部分粒子的徑跡,氣泡室中磁 感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直于紙面向里.以下判斷可能正確的是( ) A.a、b為β粒子的徑跡 B.a、b為γ粒子的徑跡 C.c、d為α粒子的徑跡 D.c、d為β粒子的徑跡 答案:D 解析:帶電粒子在磁場(chǎng)中受洛倫茲力作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn),根據(jù)左手定 則可知,曲線a、b為帶正電的α粒子的徑 跡,曲線c、d為帶負(fù)電的β粒子的徑跡,選項(xiàng)D正確.,一,二,三,遷移應(yīng)用,典題例解,知識(shí)精要,思考探究,二、原子核的組成 原子核是由質(zhì)子、中子構(gòu)成的,質(zhì)子帶正電,中子不帶電.質(zhì)子、中子統(tǒng)稱核子.不同的原子核內(nèi)質(zhì)子和中子的個(gè)數(shù)并不相同,原子核直徑大約為10-15 m. 符號(hào) X表示原子核,X為元素符號(hào);A為核質(zhì)量數(shù);Z為核電荷數(shù)A-Z=中子數(shù).,一,二,三,1.質(zhì)子的發(fā)現(xiàn) (1)質(zhì)子帶正電,電荷量與一個(gè)電子所帶電荷量相等,質(zhì)子質(zhì)量mp=1.672 623 110-27 kg. (2)1919年,盧瑟福用α粒子轟擊氮原子核,從中打出了質(zhì)子;以后,人們用同樣的方法從氟、鈉、鋁等原子核中都打出了質(zhì)子.所以質(zhì)子是原子核的組成部分. 2.中子的發(fā)現(xiàn) 1932年,查德威克通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了中子的存在.中子不帶電,質(zhì)量mn=1.674 928 610-27 kg.,一,二,三,遷移應(yīng)用,典題例解,知識(shí)精要,思考探究,知識(shí)精要,遷移應(yīng)用,典題例解,思考探究,原子核的電荷數(shù)、質(zhì)量數(shù)就是原子核的電荷量、質(zhì)量嗎? 答案:(1)電荷數(shù)Z是指原子核內(nèi)質(zhì)子的個(gè)數(shù),它可以表示原子核的電荷量,這個(gè)電荷量的單位不是庫侖,而是“元電荷”,即它表示原子核中所帶有Z個(gè)元電荷e的電量,原子的電荷量Q=Ze. (2)質(zhì)量數(shù)也不是原子核的質(zhì)量.質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子,原子核內(nèi)質(zhì)子和中子的總個(gè)數(shù)就是質(zhì)量數(shù),原子核的質(zhì)量是指原子核內(nèi)所有質(zhì)子和中子的質(zhì)量總和,即m=Zmp+(A-Z)mn≈Amp.,一,二,三,知識(shí)精要,遷移應(yīng)用,典題例解,思考探究,【例2】 (多選)以下說法中正確的是( ) A.原子中含有帶負(fù)電的電子,所以原子帶負(fù)電 B.原子核中的質(zhì)子數(shù),一定跟核外電子數(shù)相等 C.用α粒子轟擊氮、氟、鈉、鋁等元素的原子核都可以打出質(zhì)子, 因此人們斷定質(zhì)子是原子核的組成部分 D.絕大多數(shù)原子核的質(zhì)量跟質(zhì)子質(zhì)量之比都大于原子核的電荷量 跟質(zhì)子的電荷量之比,因而原子核內(nèi)還存在一種不帶電的中性粒子 解析:原子中除了帶負(fù)電的電子外,還有帶正電的質(zhì)子,故A錯(cuò)誤.對(duì)于中 性原子來說原子核中的質(zhì)子數(shù)才跟核外電子數(shù)相等,故B錯(cuò)誤.正是用 α粒子轟擊原子核的實(shí)驗(yàn)才發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子,故C正確.因?yàn)榻^大多數(shù)的原子 核的質(zhì)量跟質(zhì)子質(zhì)量之比都大于原子核的電荷量跟質(zhì)子的電荷量之比, 才確定原子核內(nèi)必還有別的中性粒子存在,故D正確. 答案:CD,一,二,三,一,二,三,知識(shí)精要,遷移應(yīng)用,典題例解,思考探究,知識(shí)精要,遷移應(yīng)用,典題例解,思考探究,(多選)一個(gè)原子核為 Bi,關(guān)于這個(gè)原子核,下列說法中正確的是( ) A.核外有83個(gè)電子,核內(nèi)有127個(gè)質(zhì)子 B.核外有83個(gè)電子,核內(nèi)有83個(gè)質(zhì)子 C.核內(nèi)有83個(gè)質(zhì)子,127個(gè)中子 D.核內(nèi)有210個(gè)核子 答案:CD 解析:根據(jù)原子核的表示方法得質(zhì)子數(shù)為83,質(zhì)量數(shù)為210,故中子數(shù)為210-83=127,而質(zhì)子和中子統(tǒng)稱核子, 故核子數(shù)為210,因此選項(xiàng)C、D正確.由于不知道原子的電性,就不能判斷核外電子數(shù),故選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤.,一,二,三,遷移應(yīng)用,典題例解,知識(shí)精要,一,二,三,思考探究,三、放射性元素的衰變 1.衰變方程 (1)原子核放出一個(gè)α粒子就說它發(fā)生了一次α衰變,新核的質(zhì)量數(shù)比原來的核減少了4,而電荷數(shù)減少了2,用通式表示為 . (2)原子核放出一個(gè)β粒子就說它發(fā)生了一次β衰變,新核的質(zhì)量數(shù)不變,而電荷數(shù)增加了1,用通式表示為 . (3)γ射線經(jīng)常是伴隨α衰變或β衰變而產(chǎn)生的,是由于衰變后的新核具有較大的能量,處于激發(fā)態(tài),向低能級(jí)躍遷時(shí)輻射出來的一份能量,原子核放出一個(gè)γ光子不會(huì)改變它的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù),不能單獨(dú)發(fā)生γ衰變.,2.兩個(gè)重要的衰變,3.α衰變和β衰變的實(shí)質(zhì) 在放射性元素的原子核中,2個(gè)中子和2個(gè)質(zhì)子結(jié)合得比較緊密,有時(shí)會(huì)作為一個(gè)整體從較大的原子核中拋射出來,這就是放射性元素發(fā)生的α衰變現(xiàn)象.原子核里雖然沒有電子,但是核內(nèi)的中子可以轉(zhuǎn)化成質(zhì)子和電子,產(chǎn)生的電子從核內(nèi)發(fā)射出來,這就是β衰變. (1)α衰變實(shí)質(zhì):α粒子實(shí)質(zhì)就是氦核,它是由兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子組成的.當(dāng)發(fā)生α衰變時(shí),原子核中的質(zhì)子數(shù)減2,中子數(shù)也減2,因此新原子核的核電荷數(shù)比未發(fā)生衰變時(shí)的原子核的核電荷數(shù)少2,為此在元素周期表中的位置向前移動(dòng)兩位.即 .,一,二,三,遷移應(yīng)用,典題例解,知識(shí)精要,思考探究,(2)β衰變實(shí)質(zhì):β衰變是原子核中的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化成一個(gè)質(zhì)子的同時(shí)放出一個(gè)電子,即β粒子放射出去,生成的一個(gè)質(zhì)子留在核內(nèi),使核電荷數(shù)增加1.但β衰變不改變?cè)雍说馁|(zhì)量數(shù),所以發(fā)生β衰變后,新原子核比原來的原子核在周期表中的位置向后移動(dòng)一位.即 . 4.半衰期 半衰期是一個(gè)統(tǒng)計(jì)概念,是對(duì)大量的原子核衰變規(guī)律的總結(jié),對(duì)于一個(gè)特定的原子核,無法確定何時(shí)發(fā)生衰變,但可以確定各個(gè)時(shí)刻發(fā)生衰變的概率,即某時(shí)衰變的可能性,因此,半衰期只適用于大量的原子核. 半衰期是表示放射性元素衰變快慢的物理量.不同的放射性元素,其半衰期不同,有的差別很大.,一,二,三,遷移應(yīng)用,典題例解,知識(shí)精要,思考探究,知識(shí)精要,遷移應(yīng)用,典題例解,思考探究,每種元素只存在一種放射性,為什么一塊放射性物質(zhì)會(huì)放出三種射線? 答案:一種元素放射出一種射線后就衰變成另一種元素,這種新元素會(huì)具有新的放射性.,一,二,三,知識(shí)精要,遷移應(yīng)用,典題例解,思考探究,【例3】 原來靜止的鈾 U和 Th同時(shí)在同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,由于 衰變而開始做勻速圓周運(yùn)動(dòng).鈾238發(fā) 生了一次α衰變,釷234發(fā)生了一次β衰變. (1)試畫出鈾238發(fā)生一次α衰變時(shí)所產(chǎn)生的新核及α粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 軌跡的示意圖. (2)試畫出釷234發(fā)生一次β衰變時(shí)所產(chǎn)生的新核及β粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 軌跡的示意圖. 思路分析:(1)衰變過程中質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒; (2)衰變過程中動(dòng)量守恒; (3)帶電粒子垂直磁場(chǎng)方向做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)洛倫茲力提供向心力.,一,二,三,一,二,三,知識(shí)精要,遷移應(yīng)用,典題例解,思考探究,,一,二,三,知識(shí)精要,遷移應(yīng)用,典題例解,思考探究,一,二,三,知識(shí)精要,遷移應(yīng)用,典題例解,思考探究,知識(shí)精要,遷移應(yīng)用,典題例解,思考探究,,,一,二,三,一,二,三,知識(shí)精要,遷移應(yīng)用,典題例解,思考探究,一,二,三,知識(shí)精要,遷移應(yīng)用,典題例解,思考探究,,一,二,三,知識(shí)精要,遷移應(yīng)用,典題例解,思考探究,知識(shí)鏈接,案例探究,類題試解,由于宇宙射線的作用,大氣中二氧化碳除了含有穩(wěn)定的碳12,還含有放射性的碳14,并且碳的這兩種同位素 含量之比幾乎保持不變.活的植物通過光合作用吸收到體內(nèi)的既有碳12,也有碳14,它們體內(nèi)碳12與碳14 的含量保持著與大氣中一樣的比例.植物死后,光合作用停止了,碳14由于β衰變含量逐漸減少.已知碳14 的半衰期是5 730年,如果現(xiàn)在有一個(gè)從遠(yuǎn)古居民遺址中挖掘出來的木片,它的碳14的含量只是活體的二 分之一,那么這個(gè)木片大約是多少年前的植物?這座遠(yuǎn)古居民遺址大約是多少年前的?,1.分析討論 植物死后,碳14由于β衰變含量逐漸減少,與活體的植物含量出現(xiàn)差別.根據(jù)從遺址中挖掘出來的木片中剩 余的碳14含量,可推出它死后已經(jīng)過了多少個(gè)半衰期,從而得出它的生長(zhǎng)年代.題目中所給木片的碳14含 量只是活體的一半,說明經(jīng)過了一個(gè)半衰期的時(shí)間,即 5 730 年,所以此植物的生長(zhǎng)年代大約是在5 730年前. 2.結(jié)論 因?yàn)槟酒刑?4的含量是活體的二分之一,說明它已經(jīng)死了一個(gè)半衰期的時(shí)間,已知碳14的半衰期是 5 730 年,所以這個(gè)木片和這座遠(yuǎn)古居民遺址大約是5 730年前的.,知識(shí)鏈接,案例探究,類題試解,知識(shí)鏈接,案例探究,類題試解,知識(shí)鏈接,案例探究,類題試解,(2015山東理綜)(多選)14C發(fā)生放射性衰變成為14N,半衰期約5 700年.已 知植物存活期間,其體內(nèi)14C與12C的比例不變;生命活動(dòng)結(jié)束后,14C的比例 持續(xù)減少.現(xiàn)通過測(cè)量得知,某古木樣品中14C的比例正好是現(xiàn)代植 物所制樣品的二分之一.下列說法正確的是( ) A.該古木的年代距今約5 700年 B.12C、13C、14C具有相同的中子數(shù) C.14C衰變?yōu)?4N的過程中放出β射線 D.增加樣品測(cè)量環(huán)境的壓強(qiáng)將加速14C的衰變,知識(shí)鏈接,案例探究,類題試解,解析:因古木樣品中14C的比例正好是現(xiàn)代植物所制樣品的二分之一,則可知經(jīng)過的時(shí)間為一個(gè)半衰期,即 該古木的年代距今約為5 700年,A項(xiàng)正確;12C、13C、14C具有相同的質(zhì)子數(shù),由于質(zhì)量數(shù)不同,故中子數(shù)不 同,B項(xiàng)錯(cuò)誤;根據(jù)核反應(yīng)方程可知,14C衰變?yōu)?4N的過程中放出電子,即發(fā)出β射線,C項(xiàng)正確;外界環(huán)境不 影響放射性元素的半衰期,D項(xiàng)錯(cuò)誤. 答案:AC,知識(shí)鏈接,案例探究,類題試解,知識(shí)鏈接,案例探究,類題試解,知識(shí)鏈接,案例探究,類題試解,,