教科版高中物理选修3-5：《放射性 衰变》课件1-新版

半衰期的理解及计算
【典例3】 地球的年龄到底有多大，科学家们是利用天然放射性 元素的衰变规律来推测的．通过对目前发现的最古老的岩石中 铀和铅含量的测定，测定出该岩石中含有的铀是岩石形成初期 时(岩石形成初期不含铅)的一半．铀238衰变后形成铅206，铀 238的相对含量随时间的变化规律如图3-2-4所示．图中N为铀 238的原子数，N0为铀和铅的总原子数，则由此可以断定：
α粒子和β粒子衰变的实质 α粒子实质就是氦核，它是由两个质子和两个中子组成的．当 发生α衰变时，原子核中的质子数减少2，中子数也减少2，因 此新原子核的电荷数比未发生衰变时的原子核的电荷数少2， 为此新原子核比原来的原子核在元素周期表中的位置向前移动 两位． β衰变是原子核中的一个中子转化成一个电子，即放出一个β粒 子，同时还生成一个质子留在核内，使核电荷数增加1，但β衰 变不改变原子核的质量数，所以发生β衰变后，新原子核比原 来的原子核在周期表中的位置向后移动一位．
很强
与α射线 反向偏转 较强穿透几毫 米的铝板
较弱
不偏转
最强穿透几厘 米的铅板 很弱
研究放射性的意义 如果一种元素具有放射性，那么不论它是以单质的形式存在， 还是以某种化合物的形式存在，放射性都不受影响．也就是说， 放射性与元素存在的状态无关，放射性仅与原子核有关．因此， 原子核不是组成物质的最小微粒，原子核也存在着一定结构．
得8－6＝8×12 Tt ＝2 即放射性元素从8 g衰变为6 g余下2 g时需要2个半衰期． 因为t＝6天，所以T＝2t ＝3天，即半衰期是3天． 而余下的2 g衰变1 g需1个半衰期T＝3天． 所以此后它再衰变1 g，还需3天． 答案 3天
；具有放射性的元素叫
二、三种射线的本质
α 射线实际上就是 氦原子核，速度可达到光速的
1 10
，其
电离 能力强， 穿透 能力较差．在空气中只能前进 几厘米，
用 一张纸 就能把它挡住． β 射线是高速电子流，它的速度更大，可达光速的 99% ，它的 穿透 能力较强， 电离 能力较弱，很容易穿透 黑纸 ， 也 能 穿 透几毫米厚的 铝板 ．
半衰期公式的适用条件 半衰期由放射性元素的原子核内部自身因素决定，跟原子所处 的化学状态和外部条件无关．放射性元素的衰变规律是大量原 子核衰变的统计规律，个别原子核经过多长时间衰变无法预测， 对个别或极少数原子核，无半衰期而言．
三种射线的本质特征
【典例1】 将α、β、γ三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场，下
说明：(1)γ射线经常伴随α衰变和β衰变产生，原子核放出γ光子不 会改变它的质量数和电荷数． (2)衰变过程一般都不是可逆的，所以衰变方程只能用单向箭头表 示反应方向，不能用等号连接．
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AX′ ′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. 以上两式联立解得 n＝A－4A′，m＝A－2A′＋Z′－Z. 由此可见确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组． 两个重要的衰变 29328U→29340Th＋24He 29304Th→29314Pa＋－10e
图3-2-3
A．射线由三部分组成，带电情况不同 B．射线由三部分组成，它们的质量不同 C．射线由三部分组成，它们的速度不同 D．射线由三部分组成，它们的能量不同 解析 由于射线进入磁场分成三束，说明磁场对它们的作用力不 同，而磁场对带电的运动粒子才可能产生作用，由此可知它们的 带电情况不同，故A项正确；而磁场的作用力与它们的质量、速 度、能量没有直接关系，B、C、D三项错误． 答案 A
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
放出射线的性质称为
放射性 ，具有放射性的元素称
为 放射性元素 ．
玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里发现了两种放射性更强的新
元素，命名为钋(Po) 、 镭(Ra) ． 物质能自发地发出射线的现象叫做 天然放射现象 ；物质放出射
线 的 性 质 叫 做 放射性 做 放射性元素 ．
有的不带电．
图3-2-1
三种射线的本质特征 (1)α 射线：卢瑟福经研究发现，α 粒子带两个单位正电荷，质量 数为 4，即 α 粒子是氦核，其速度是光速的110，有较大的动能． 特性：贯穿本领小，但电离作用强，能使沿途中的空气电离． (2)β 射线：贝可勒尔证实，β 射线是高速电子流，其速度可达光 速的 99%. 特征：贯穿本领大，能穿透黑纸，甚至几毫米厚的铝板，但电离 作用较弱．
原子核的衰变规律
【典例2】 由原子核的衰变规律可知 ( )．
A．放射性元素一次衰变可同时产生α射线和β射线 B．放射性元素发生β衰变时，新核的化学性质不变 C．放射性元素发生衰变的快慢不可人为控制 D．放射性元素发生正电子衰变时，新核质量数不变，核电荷 数增加1
解析 一次衰变不可能同时产生α射线和β射线，只可能同时产生α 射线和γ射线或β射线和γ射线；原子核发生衰变后，新核的核电荷 数发生了变化，故新核(新的物质)的化学性质应发生改变；发生 正电子衰变，新核质量数不变，核电荷数减少1. 答案 C
(3)γ射线是一种能量很高的电磁波，波长很短，在10－10 m以下． 特征：贯穿本领最强，能穿透几厘米厚的铅板，但电离作用最 弱．
三种射线的比较 (1)用电场或磁场分离α、β、γ射线． 用匀强电场分离时，α射线偏离较小，β射线偏离较大，γ射线不 偏离，如图3-2-2甲所示；用匀强磁场分离时，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3-2-2乙所示．
一、三种射线的本质特征
研究放射线的性质
如图3-2-1所示，把样品放在铅块的窄孔底上，在孔的对面放上
照相底片，在没有磁场时，发现在正对孔的位置O处，底片感
光了，若在铅块和底片之间加上磁场，
磁场方向与射线方向垂直，结果在底
片上有三个地方感光．说明了在磁
场作用下，射线分成了三束，表明
了射线中有的带正电，有的带负电，
γ射线呈电中性，是能量很高的电磁波 ，波长 很短 ，在 10－10m以下，它的 电离 作用更小，但 穿透 能力更强，甚至 能穿透几厘米厚的 铅板 和几十厘米厚的 混凝土 ．
三、原子核的衰变 放射性元素的原子核放出某种粒子后变成新原子核的变化叫 衰变． 能放出 α 粒子的衰变叫 α衰变 ，产生的新核，质量数减少 4 ，电荷数减少 2 ，新核在元素周期表中的位置向 前 移 动 两位，其衰变规律是AZX→AZ－－24Y＋ 42He . 能放出 β 粒子的衰变叫 β衰变 ，产生的新核，质量数不变 ， 电荷数加1 ，新核在元素周期表中的位置向 后 移动一 位，其 衰变规律AZX→Z＋A1Y＋ －10e .
图表示射线偏转情况中正确的是
( )．
解析 已知 α 粒子带正电，β 粒子带负电，γ 射线不带电，根据正、
负电荷在磁场中运动受洛伦兹力方向和正、负电荷在电场中受电
场力方向可知 A、B、C、D 四幅图中，α、β 粒子的偏转方向都
是正确的，但偏转的程度需进一步判断．带电粒子在磁场中做匀
速圆周运动，其半径 r＝mBqv，将其数据代入，则 α 粒子与 β 粒子 的半径之比为：
【变式3】 某放射性元素原为8 g，经6天时间已有6 g发生了衰变，此后 它再衰变1 g，还需要几天？ 解析 8 g放射性元素已衰变了6 g，还有2 g没有衰变，现在 要求在2 g的基础上再衰变1 g，即再衰变一半，故找出元素衰 变的半衰期是关键，这需要利用半衰期的计算公式． 由半衰期公式m＝m012
2 放射性 衰变
1．了解天然放射现象及其规律； 2．知道三种射线的本质，以及如何利用磁场区分它们； 3．知道放射现象的实质是原子核的衰变； 4．知道两种衰变的基本性质，并掌握原子核的衰变规律； 5．理解半衰期的概念．
一、天然放射现象的发现
1896年，法国物理学家贝可勒尔 发 现 ， 铀 和 含 铀 矿 物 能 够 发 出
三、半衰期 定义：放射性元素衰变的快慢有一定的规律，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． 半衰期公式：设某放射性元素的半衰期为 T，原来的质量为 M.根据半衰期的定义，经过时间 T，该元素剩余的质量变为12 M；经过 2T，变为14M，即122M……依次类推，经过时间 t， 即经过了Tt 个半衰期，该元素的剩余质量变为 m＝M12Tt ，式 中，m 为该元素剩余的质量，M 为该元素原来的质量，t 为经 过的时间，T 为半衰期．
二、原子核的衰变 衰变 天然放射现象说明了原子核具有复杂的结构．原子核放出α粒 子或β粒子后，由于核电荷数变化，变成新的原子核，这种变 化称为原子核的衰变． 衰变规律 原子核衰变时，前后的电荷数、质量数都守恒．
两类衰变 (1)α 衰变 原子核放出一个 α 粒子，新核的质量数比原来的核的质量数减少 了 4，新核的电荷数比原来的核的电荷数减少了 2，在元素周期表 上向前移动两位．衰变方程为AZX→AZ－－24Y＋42He. (2)β 衰变 原子核放出一个 β 粒子，新核的质量数不变化，而电荷数增加了 1，在元素周期表上向后移动一位．衰变方程为 AZX→Z＋A1Y＋－10e.
【变式2】 原子核发生β衰变时，此ห้องสมุดไป่ตู้粒子是 ( )． A．原子核外的最外层电子 B．原子核外的电子跃迁时放出的光子 C．原子核外存在着的电子 D．原子核内的一个中子变成一个质子时，放射出一个电子
解析 因原子核是由带正电荷的质子和不带电的中子组成的，原 子核内并不含电子，但在一定条件下，一个中子可以转化成一个 质子和一个负电子，一个质子可以转化成一个中子和一个正电子， 其转化可用下面方程表示：10n→11H＋－10e(β)，11H→01n＋＋01e. 由上式可看出 β 粒子(负电子)是原子核内的中子转化而来的，正 电子是由原子核内的质子转化而来的． 答案 D