高中物理 3.2 放射性 衰变课件 科教版选修35
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高中物理·选修(xuǎnxiū)3-5·教科版
3.2 放射性 衰变(shuāibiàn)
第一页，共25页。
[目标定位] 1.了解放射性的发现，知道什么是放射性和天然 放射性.2.知道三种射线的种类性质.3.知道衰变(shuāibiàn)及两 种衰变(shuāibiàn)的规律，能熟练写出衰变(shuāibiàn)方程.4. 了解半衰期的概念及有关计算．
图3－2－1
(2)在匀强磁场(cíchǎng)中，α射线偏转半径较大，β射线偏转半径较 小，γ射线不偏转，如图乙所示．
第九页，共25页。
【例1】 一置于铅盒中的放射源发射出的α、β和γ射线，由铅 盒的小孔射出，在小孔外放一铝箔，铝箔后的空间有一匀 强电场(diàn chǎng)．进入电场(diàn chǎng)后，射线变为a 、b两束，射线a沿原来方向行进，射线b发生了偏转，如图 3－2－2所示，则图中的射线a为________射线，射线b为 ________射线．
第二十五页，共25页。
【例 3】 29382U 核经一系列的衰变后变为28062Pb 核，问： (1)一共经过几次α衰变和几次β衰变？ (2)28062Pb 与29382U 相比，质子数和中子数各少了多少？ (3)综合写出这一衰变过程的方程．
答案 (1)8次α衰变(shuāibiàn)，6次β衰变(shuāibiàn)
第二页，共25页。
一、天然放射现象(xiànxiàng)
1．1896年，法国物理学家__享__利_·_贝__克_勒__尔___发现铀化合物能放
出某种射线使密封完好的照相底片感光．后来，物理学家 _居__里__(j_ū_lǐ_)_夫又妇相继发现了放射性元素钋和镭．
2．放射性元素自发地发出射线的现象(xiànxiàng)，叫天然放
第二十二页，共25页。
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(duìyú)一个特定的原子核，无法确定 其何时发生衰变，但可以确定各个时刻发生衰变的概率， 即某时衰变的可能性，因此，半衰期只适用于大量的原子 核．
第二十三页，共25页。
【例4】 碘131核不稳定(wěndìng)，会发生β衰变，其半衰期 为(18)天碘．131 核的衰变方程：15313I―→________(衰变后的元 素用 X 表示)． (2)经过________天 75 %的碘 131 核发生了衰变． 答案 (1)15314X＋－01e (2)16 解析 (1)根据衰变过程电荷数守恒与质量数守恒可得衰 变方程：15313I―→15314X＋－10e.(2)每经 1 个半衰期，有半数原 子核发生衰变，经 2 个半衰期将剩余14，即有 75 %发生衰 变，即经过的时间为 16 天．
第十六页，共25页。
【例 2】 原子核23892U 经放射性衰变①变为原子核23490Th， 继而经放射性衰变②变为原子核23491Pa，再经放射性衰变③ 变为原子核23492U.放射性衰变①、②和③依次为 ( )
A．α衰变(shuāibiàn)、β衰变(shuāibiàn)和β衰变 (shuāibiàn) B．β衰变(shuāibiàn)、α衰变(shuāibiàn)和β衰变 (shuāibiàn) C．β衰变(shuāibiàn)、β衰变(shuāibiàn)和α衰变 (shuāibiàn) D．α衰变(shuāibiàn)、β第衰十七页变，共2(5s页。huāibiàn)和α衰变
二、原子核的衰变 1．原子核放出α粒子或β粒子后，变成另一种原子核，这种现象称为原
子核的衰变．
2．α衰变：AZX―→ZA－－24Y＋42He
原子核进行α衰变时，质量数减少4，电荷数减少2. α衰变的实质：在放射性元素的原子核中，2个中子和2个质子结合 得比较牢固，有时会作为(zuòwéi)一个整体从较大的原子核中释放 出来，这就是放射性元素发生的α衰变现象．
第二十一页，共25页。
三、对半衰期的理解 1．对半衰期的理解：半衰期是表示放射性元素衰变快慢的物
理量，同一放射性元素具有的衰变速率一定(yīdìng)，不 同元素的半衰期不同，有的差别很大． 2．半衰期公式 N 余＝N 原 e－λt 或 N 余＝N 原·12Tt 或 m 余＝m012Tt
式中N原、m0表示衰变前的原子数和质量，N余、m余表示衰 变后的尚未发生衰变的原子数和质量，t表示衰变时间，T 表示半衰期．
第十一页，共25页。
针对训练1 天然放射性物质的放射线包括三种成分，下列说
法正确的是
(
)
A．一张厚的黑纸能挡住α射线，但不能挡住β射线和γ射
线
B．某原子核在放出γ射线后会变成另一种元素的原子核
C．三种射线中对气体电离作用最强的是α射线
D．β粒子(lìzǐ)是电子，但不是原来绕核旋转的核外电子
答案 ACD
2．放射性元素衰变(shuāibiàn)的快慢核是内由部_(_n_è_i_b_ù_)自___身_的因素决定 的，跟原子所处化的学___状__态____和外__部__条__件___没有关系．
3．半衰期是__大__量_原子核衰变(shuāibiàn)的统计规律．
4．衰变(shuāibiàn)定律：N＝N0e－λt，衰λ称变为常_数________ ，反映放
射现象(xiànxiàng)．天然放射现象(xiànxiàng)说明原子
核具有复杂结构．
大于
3．自或然等界于(中děn多gy种ú)元83 素都能自发地放出射线，原子序数______
__________的元素都具有放射性，较轻的元素有些也具有
放射性．
第三页，共25页。
二、衰变 1．放射性衰变：放射性元素是不稳定的，它们会自发(zìfā)地蜕
第二十页，共25页。
针对训练 2 29352U 经过 m 次α衰变和 n 次β衰变，变成28072Pb，
则
()
A．m＝7，n＝3
B．m＝7，n＝4
C．m＝14，n＝9
D．m＝14，n＝18
答案 B
解析 根据题意(tíyì)有：235－4m＝207，92－2m＋n＝82
，解两式得m＝7，n＝4，选项B正确．
射性元素衰变快(sh慢uāibiàn)的_____.
第六页，共25页。
一、三种射线的本质及特点(tèdiǎn) 1．α、β、γ三种射线的性质、特征比较
种类
α射线
β射线
γ射线
组 成 高速氦核流 高速电子流 光子流(高频电磁波)
带电荷量
2e
－e
0
质量
4mp(mp＝ 1.67×10－27
kg)
mp 1 836
5．γ射线是在发生α或β衰变过程(guòchéng)中伴随而生，且γ 粒子是不带电的粒子，因此γ射线并不影响原子核的核电荷 数，故γ射线不会改变元素在周期表中的位置．
第十五页，共25页。
6．确定衰变次数的方法 设放射性元素AZX 经过 n 次α衰变和 m 次β衰变后，变成稳 定的新元素AZ′′Y，则衰变方程为 AZX―→AZ′′Y＋n42He＋m－10e. 根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程 A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m.
第二十四页，共25页。
针对(zhēnduì)训练3 (2014·重庆卷)碘131的半衰期约为8天
，若某药物含有质量为m的碘131，经过32天后，该药物中
碘131的含量大约还有
A.(m4 ) B.m8
C.1m6
D.3m2
答解案析 C由半衰期公式 m′＝m(12)Tt 可知，m′＝m(12)382＝116 m，故选项 C 正确.
第十二页，共25页。
解析 由三种射线的本质和特点可知，α射线贯穿本领最弱， 一张黑纸都能挡住，而挡不住β射线和γ射线，故A正确；γ 射线是伴随α、β衰变而产生(chǎnshēng)的一种电磁波，不 会使原核变成新核．三种射线中α射线电离作用最强，故C正 确；β粒子是电子，来源于原子核，故D正确．
第十三页，共25页。
解析 根据衰变反应前后的质量数守恒和电荷数守恒特点， 23892U 核与23490Th 核比较可知，衰变①的另一产物为24He，所 以衰变①为α衰变，选项 B、C 错误；23491Pa 核与23492U 核 比较可知，衰变③的另一产物为－01e，所以衰变③为β衰变， 选项 A 正确、D 错误．
第十八页，共25页。
第十四页，共25页。
3．β衰变：AZX―→Z＋A1Y＋－01e 原子核进行β衰变时，质量数不变，电荷数增加 1. β衰变的实质：原子核中的中子转化成一个质子且放出一 个电子即β粒子，使核电荷数增加 1，但β衰变不改变原子 核的质量数，其转化方程为：10n―→11H＋－10e.
4．衰变规律：衰变过程(guòchéng)遵循质量数守恒和电荷数 守恒．
4．原子核衰变前、后__电___荷__数和___质__量__数均守恒．
第四页，共25页。
三、三种射线的性质
1．α射线是带___正电的α粒子流，α粒子是_______氦__原，速子度核只有光速 的_____，穿透10能%力___，一张薄薄弱的_____或一张纸铝，箔都能把它
挡住．
2．β射线是带___负电的____电_流子，(d它iàn的zǐ速) 度_____ ，很穿快透力___，在空 气强(kōngqì)中可以走几十米远，而碰到几毫米厚的_____就不铝能片
(2)10个；22个
(3解)见析解析(1)设29382U 衰变为28062Pb 经过 x 次α衰变和 y 次β衰 变，由质量数守恒和电荷数守恒可得
238＝206＋4x
①
92＝82＋2x－y
②
联立①②解得 x＝8，y＝6.即一共经过 8 次α衰变和 6 次
ห้องสมุดไป่ตู้
β衰变．
第十九页，共25页。
(2)由于每发生一次α衰变质子数和中子数均减少 2，每发 生一次β衰变中子数少 1，而质子数增加 1，故28062Pb 较29382 U 质子数少 10，中子数少 22. (3)核反应方程为29382U→28062Pb＋842He＋6－10e. 借题发挥 衰变次数的判断(pànduàn)方法 (1)衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒． (2)每发生一次α衰变质子数、中子数均减少2. (3)每发生一次β衰变中子数减少1，质子数增加1.
变为另_一__种__(y_ī_z_h_ǒ_n_ɡ，)元同素时放出射__线__(_sh，èx这iàn种) 现象为放射性衰变 ． 2．衰变形式：常见的衰变有两种，放出α粒子的衰变为α衰变， 放出______β_粒的子衰变为β衰变，而________γ是射伴线随α射线或β射 线产生的． 3．衰变方程举例： (1)α衰变：29382U→29340Th＋_42_H_e__，(2)β衰变：29340Th→29341Pa ＋_－_01_e_．
静止质量为零
第七页，共25页。
速率
0.1c
0.99c
c
贯穿本领
最弱用一张纸 就能挡住
较强能穿透几毫 最强能穿透几厘
米的铝板
米的铅板
电离作用
很强
较弱
很弱
第八页，共25页。
2．在电场、磁场(cíchǎng)中偏转情况的比较 (1)在匀强电场中，α射线偏转较小，β射线偏转较大，γ射线不偏转 ，如图3－2－1甲所示．
穿过了．
3．γ射线本质上是一种_____波__长__(_b_ō_c_h_á_n_g_)_极，短穿透力极___，能穿过 厚强的混凝土和___板． 的电磁铅波
第五页，共25页。
四、半衰期 1．放射性元素的原子核有____半_发数生(bà衰n s变hù()shuāibiàn)所需要的时间
，叫做这种元素的半_衰_期_____．
图3－2－2
第十页，共25页。
答案 γ β 解析 在三种射线中，α射线带正电，穿透能力最弱，γ射线 不带电，穿透能力最强；β射线带负电，穿透能力一般，综上 所述，结合题意可知，a射线应为γ射线，b射线应为β射线． 借题发挥 三种射线的比较方法： (1)α射线是α、β、γ三种射线中贯穿本领最弱的一种，它 穿不过白纸． (2)要知道三种射线的成分(chéng fèn)，贯穿本领和电离本领 ． (3)要知道α、β、γ三种射线的本质，α、β是实物粒子， γ射线是电磁波谱中的一员．
3.2 放射性 衰变(shuāibiàn)
第一页，共25页。
[目标定位] 1.了解放射性的发现，知道什么是放射性和天然 放射性.2.知道三种射线的种类性质.3.知道衰变(shuāibiàn)及两 种衰变(shuāibiàn)的规律，能熟练写出衰变(shuāibiàn)方程.4. 了解半衰期的概念及有关计算．
图3－2－1
(2)在匀强磁场(cíchǎng)中，α射线偏转半径较大，β射线偏转半径较 小，γ射线不偏转，如图乙所示．
第九页，共25页。
【例1】 一置于铅盒中的放射源发射出的α、β和γ射线，由铅 盒的小孔射出，在小孔外放一铝箔，铝箔后的空间有一匀 强电场(diàn chǎng)．进入电场(diàn chǎng)后，射线变为a 、b两束，射线a沿原来方向行进，射线b发生了偏转，如图 3－2－2所示，则图中的射线a为________射线，射线b为 ________射线．
第二十五页，共25页。
【例 3】 29382U 核经一系列的衰变后变为28062Pb 核，问： (1)一共经过几次α衰变和几次β衰变？ (2)28062Pb 与29382U 相比，质子数和中子数各少了多少？ (3)综合写出这一衰变过程的方程．
答案 (1)8次α衰变(shuāibiàn)，6次β衰变(shuāibiàn)
第二页，共25页。
一、天然放射现象(xiànxiàng)
1．1896年，法国物理学家__享__利_·_贝__克_勒__尔___发现铀化合物能放
出某种射线使密封完好的照相底片感光．后来，物理学家 _居__里__(j_ū_lǐ_)_夫又妇相继发现了放射性元素钋和镭．
2．放射性元素自发地发出射线的现象(xiànxiàng)，叫天然放
第二十二页，共25页。
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(duìyú)一个特定的原子核，无法确定 其何时发生衰变，但可以确定各个时刻发生衰变的概率， 即某时衰变的可能性，因此，半衰期只适用于大量的原子 核．
第二十三页，共25页。
【例4】 碘131核不稳定(wěndìng)，会发生β衰变，其半衰期 为(18)天碘．131 核的衰变方程：15313I―→________(衰变后的元 素用 X 表示)． (2)经过________天 75 %的碘 131 核发生了衰变． 答案 (1)15314X＋－01e (2)16 解析 (1)根据衰变过程电荷数守恒与质量数守恒可得衰 变方程：15313I―→15314X＋－10e.(2)每经 1 个半衰期，有半数原 子核发生衰变，经 2 个半衰期将剩余14，即有 75 %发生衰 变，即经过的时间为 16 天．
第十六页，共25页。
【例 2】 原子核23892U 经放射性衰变①变为原子核23490Th， 继而经放射性衰变②变为原子核23491Pa，再经放射性衰变③ 变为原子核23492U.放射性衰变①、②和③依次为 ( )
A．α衰变(shuāibiàn)、β衰变(shuāibiàn)和β衰变 (shuāibiàn) B．β衰变(shuāibiàn)、α衰变(shuāibiàn)和β衰变 (shuāibiàn) C．β衰变(shuāibiàn)、β衰变(shuāibiàn)和α衰变 (shuāibiàn) D．α衰变(shuāibiàn)、β第衰十七页变，共2(5s页。huāibiàn)和α衰变
二、原子核的衰变 1．原子核放出α粒子或β粒子后，变成另一种原子核，这种现象称为原
子核的衰变．
2．α衰变：AZX―→ZA－－24Y＋42He
原子核进行α衰变时，质量数减少4，电荷数减少2. α衰变的实质：在放射性元素的原子核中，2个中子和2个质子结合 得比较牢固，有时会作为(zuòwéi)一个整体从较大的原子核中释放 出来，这就是放射性元素发生的α衰变现象．
第二十一页，共25页。
三、对半衰期的理解 1．对半衰期的理解：半衰期是表示放射性元素衰变快慢的物
理量，同一放射性元素具有的衰变速率一定(yīdìng)，不 同元素的半衰期不同，有的差别很大． 2．半衰期公式 N 余＝N 原 e－λt 或 N 余＝N 原·12Tt 或 m 余＝m012Tt
式中N原、m0表示衰变前的原子数和质量，N余、m余表示衰 变后的尚未发生衰变的原子数和质量，t表示衰变时间，T 表示半衰期．
第十一页，共25页。
针对训练1 天然放射性物质的放射线包括三种成分，下列说
法正确的是
(
)
A．一张厚的黑纸能挡住α射线，但不能挡住β射线和γ射
线
B．某原子核在放出γ射线后会变成另一种元素的原子核
C．三种射线中对气体电离作用最强的是α射线
D．β粒子(lìzǐ)是电子，但不是原来绕核旋转的核外电子
答案 ACD
2．放射性元素衰变(shuāibiàn)的快慢核是内由部_(_n_è_i_b_ù_)自___身_的因素决定 的，跟原子所处化的学___状__态____和外__部__条__件___没有关系．
3．半衰期是__大__量_原子核衰变(shuāibiàn)的统计规律．
4．衰变(shuāibiàn)定律：N＝N0e－λt，衰λ称变为常_数________ ，反映放
射现象(xiànxiàng)．天然放射现象(xiànxiàng)说明原子
核具有复杂结构．
大于
3．自或然等界于(中děn多gy种ú)元83 素都能自发地放出射线，原子序数______
__________的元素都具有放射性，较轻的元素有些也具有
放射性．
第三页，共25页。
二、衰变 1．放射性衰变：放射性元素是不稳定的，它们会自发(zìfā)地蜕
第二十页，共25页。
针对训练 2 29352U 经过 m 次α衰变和 n 次β衰变，变成28072Pb，
则
()
A．m＝7，n＝3
B．m＝7，n＝4
C．m＝14，n＝9
D．m＝14，n＝18
答案 B
解析 根据题意(tíyì)有：235－4m＝207，92－2m＋n＝82
，解两式得m＝7，n＝4，选项B正确．
射性元素衰变快(sh慢uāibiàn)的_____.
第六页，共25页。
一、三种射线的本质及特点(tèdiǎn) 1．α、β、γ三种射线的性质、特征比较
种类
α射线
β射线
γ射线
组 成 高速氦核流 高速电子流 光子流(高频电磁波)
带电荷量
2e
－e
0
质量
4mp(mp＝ 1.67×10－27
kg)
mp 1 836
5．γ射线是在发生α或β衰变过程(guòchéng)中伴随而生，且γ 粒子是不带电的粒子，因此γ射线并不影响原子核的核电荷 数，故γ射线不会改变元素在周期表中的位置．
第十五页，共25页。
6．确定衰变次数的方法 设放射性元素AZX 经过 n 次α衰变和 m 次β衰变后，变成稳 定的新元素AZ′′Y，则衰变方程为 AZX―→AZ′′Y＋n42He＋m－10e. 根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程 A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m.
第二十四页，共25页。
针对(zhēnduì)训练3 (2014·重庆卷)碘131的半衰期约为8天
，若某药物含有质量为m的碘131，经过32天后，该药物中
碘131的含量大约还有
A.(m4 ) B.m8
C.1m6
D.3m2
答解案析 C由半衰期公式 m′＝m(12)Tt 可知，m′＝m(12)382＝116 m，故选项 C 正确.
第十二页，共25页。
解析 由三种射线的本质和特点可知，α射线贯穿本领最弱， 一张黑纸都能挡住，而挡不住β射线和γ射线，故A正确；γ 射线是伴随α、β衰变而产生(chǎnshēng)的一种电磁波，不 会使原核变成新核．三种射线中α射线电离作用最强，故C正 确；β粒子是电子，来源于原子核，故D正确．
第十三页，共25页。
解析 根据衰变反应前后的质量数守恒和电荷数守恒特点， 23892U 核与23490Th 核比较可知，衰变①的另一产物为24He，所 以衰变①为α衰变，选项 B、C 错误；23491Pa 核与23492U 核 比较可知，衰变③的另一产物为－01e，所以衰变③为β衰变， 选项 A 正确、D 错误．
第十八页，共25页。
第十四页，共25页。
3．β衰变：AZX―→Z＋A1Y＋－01e 原子核进行β衰变时，质量数不变，电荷数增加 1. β衰变的实质：原子核中的中子转化成一个质子且放出一 个电子即β粒子，使核电荷数增加 1，但β衰变不改变原子 核的质量数，其转化方程为：10n―→11H＋－10e.
4．衰变规律：衰变过程(guòchéng)遵循质量数守恒和电荷数 守恒．
4．原子核衰变前、后__电___荷__数和___质__量__数均守恒．
第四页，共25页。
三、三种射线的性质
1．α射线是带___正电的α粒子流，α粒子是_______氦__原，速子度核只有光速 的_____，穿透10能%力___，一张薄薄弱的_____或一张纸铝，箔都能把它
挡住．
2．β射线是带___负电的____电_流子，(d它iàn的zǐ速) 度_____ ，很穿快透力___，在空 气强(kōngqì)中可以走几十米远，而碰到几毫米厚的_____就不铝能片
(2)10个；22个
(3解)见析解析(1)设29382U 衰变为28062Pb 经过 x 次α衰变和 y 次β衰 变，由质量数守恒和电荷数守恒可得
238＝206＋4x
①
92＝82＋2x－y
②
联立①②解得 x＝8，y＝6.即一共经过 8 次α衰变和 6 次
ห้องสมุดไป่ตู้
β衰变．
第十九页，共25页。
(2)由于每发生一次α衰变质子数和中子数均减少 2，每发 生一次β衰变中子数少 1，而质子数增加 1，故28062Pb 较29382 U 质子数少 10，中子数少 22. (3)核反应方程为29382U→28062Pb＋842He＋6－10e. 借题发挥 衰变次数的判断(pànduàn)方法 (1)衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒． (2)每发生一次α衰变质子数、中子数均减少2. (3)每发生一次β衰变中子数减少1，质子数增加1.
变为另_一__种__(y_ī_z_h_ǒ_n_ɡ，)元同素时放出射__线__(_sh，èx这iàn种) 现象为放射性衰变 ． 2．衰变形式：常见的衰变有两种，放出α粒子的衰变为α衰变， 放出______β_粒的子衰变为β衰变，而________γ是射伴线随α射线或β射 线产生的． 3．衰变方程举例： (1)α衰变：29382U→29340Th＋_42_H_e__，(2)β衰变：29340Th→29341Pa ＋_－_01_e_．
静止质量为零
第七页，共25页。
速率
0.1c
0.99c
c
贯穿本领
最弱用一张纸 就能挡住
较强能穿透几毫 最强能穿透几厘
米的铝板
米的铅板
电离作用
很强
较弱
很弱
第八页，共25页。
2．在电场、磁场(cíchǎng)中偏转情况的比较 (1)在匀强电场中，α射线偏转较小，β射线偏转较大，γ射线不偏转 ，如图3－2－1甲所示．
穿过了．
3．γ射线本质上是一种_____波__长__(_b_ō_c_h_á_n_g_)_极，短穿透力极___，能穿过 厚强的混凝土和___板． 的电磁铅波
第五页，共25页。
四、半衰期 1．放射性元素的原子核有____半_发数生(bà衰n s变hù()shuāibiàn)所需要的时间
，叫做这种元素的半_衰_期_____．
图3－2－2
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答案 γ β 解析 在三种射线中，α射线带正电，穿透能力最弱，γ射线 不带电，穿透能力最强；β射线带负电，穿透能力一般，综上 所述，结合题意可知，a射线应为γ射线，b射线应为β射线． 借题发挥 三种射线的比较方法： (1)α射线是α、β、γ三种射线中贯穿本领最弱的一种，它 穿不过白纸． (2)要知道三种射线的成分(chéng fèn)，贯穿本领和电离本领 ． (3)要知道α、β、γ三种射线的本质，α、β是实物粒子， γ射线是电磁波谱中的一员．