天然放射现象

北京四中

年级：高三科目：物理期数：0108 编稿：曹树元审稿：曹树元录入：李霞

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[本周教学内容]

第九章原子核

一、天然放射现象

1、1896年，法国物理学家贝克勒耳发现天然放射现象。物质发射射线的性质叫做放射性，具有放射性的元素叫做放射性元素。能自发地放出射线的现象叫做天然放射现象。例：铀或含铀的矿物质，钋镭等都是天然放射性物质。

注意：①天然放射性并不是少数元素才具有的，原子序数大于83的天然元素都具有放射性，原子序数小于83的天然元素，也有一些具

有放射性。例：24

11Na, 30

15

P等。

②天然放射性现象的发现，打开了人们认识原子核内部世界的窗口，它不仅使人类认识到原子核也是具有结构的，而且，告诉人们原子核可以自发地转变为另一种原子核。

线，有的放射β射线，同时伴随γ射线，这时在放射性中就会同时有α、β、γ三种射线。

②α、β、γ、粒子都是从原子核里放射出来的，但不能认为这三种粒子就是原子核的组成部分。

2、放射性元素的衰变

①衰变：原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化叫原子核的衰变。

②三个守恒：衰变过程遵守质量数守恒、电荷数守恒和能量守恒的规律。

③两个位移定则：

α衰变：M

Z X→4

2

-

-

M

Z

Y+4

2

He

β衰变：M

Z X→M

Z1+

Y+0

1-

He

3、半衰期：（τ）

①半衰期：是放射性元素的原子核有半数发生衰变的时间。 ②公式：N=N 0(21

)n ，n=τ

t 或m=m 0(21)n ，n=τ

t

N(m)为放射性元素在几个半衰期后的原子核个数（质量）。N 0(m 0)为放射性元素的初始原子核数（质量），n 为半衰期的倍数。

注意：①放射性元素衰变的速率是由核内部本身的因素决定的，而跟原子所处的物理状态（温度、压强、速度、受力等）和化学状态（单质、化合物等）无关。

②放射性元素的衰变规律是统计规律，只适用于含有大量原子的样品（对有限数核不适用，不能由半衰期推算放射性样品完全衰变的寿命期）。

二、探测放射线的方法（简介） 1、云室（威尔逊） 2、计数器（盖革） 3、乳胶照相：

三、原子核的人工转变 1、质子的发现： 早在1915年，卢瑟福的学生马斯登就观察到了用α粒子轰击氢气时会产生不寻长的长射程粒子，一种可能的解释是这种粒子是氢核，因为这里是用α粒子轰击氢时常常出现的现象。卢瑟福没有轻易作出结论，而是耐心地进行实验研究，以便弄那些粒子到底是氮核、氦核还是氢核，实验要在荧光屏前观察和设计微弱的闪烁，条件是相当艰苦的，经过了三年多的时间，在1919年夏，他才总结了α粒子与氢原子的碰撞现象，对氮原子核的人工转变作了无可置疑的结论。其核反应

方程是：147N+4

2He →

8

17

O+11H 2、中了的发现：

1920年，卢瑟福预言：可能有一种质量与质子相近的不带电的中性粒子存在，他把这种粒子叫中子。在中子发现之前，摆在物理学家们面前的问题是：要么α粒子轰击铍发出的是γ光子，它在跟质子的碰撞中能量和动量不再守恒；要么α粒子轰击铍发出的射线不是γ光子而是一种新粒子。在约里奥·居里夫妇的实验中，中子已经出现了，但他们不能识别它，一项划时代的发现，就这样从他们手中溜走了。查德威克运用了能量和动量守恒定律，科学地分析了实验结果，终于发现了中子。可见，能的转化和守恒定律在物理学发展中起着多么重要

的作用。发现中子的核反应方程是：94Be+42He →126C+1

0n 、中子不带电

荷它与各种物质粒子不发生静电作用，很容易接近甚至打进原子核。

3、原子核的组成：

从1911年，卢瑟福提出的原子核式结构起到1932年初步完成对原子核组成的正确认识，经历了12年，很多科学家为此付出了辛勤劳动，可见，确定原子核的组成并不是一件很容易的事情。原子核由质子和中子组成，质子和中子统称核子，质子带一个单位的正电荷，中子不带电，质子和中子的质量几乎相等，都等于一个质量单位，所以原子核的电荷数就等于它的质子数，原子核的质量数就等于它的质子数和中子数的和。具有相同质子数的原子，它们核外的电子数也相同，因而有相同的化学性质，属于同一种元素，但它们的中子数可以是不同的，这些具有相同的质子数和不同的中子数的原子互称为同位素。注意：①质子数相同而中子数不同的原子互称同位素：

②同种元素的不同的同位素在元素周期表上具有相同的位置（原子序数相同），他们的核电荷数相同，具有相同的化学性质：

③同种元素的各种同位素的中子数不同，因此，它们的物理性质有差异。

④同一种元素的多种同位素中，有稳定的，也有不稳定的，不稳定的同位素会自发地放出α粒子β粒子衰变为别种元素，这种不稳定的同位素就叫放射性同位素，四十多种元素具有天然放射性同位素，各种元素都有人工放射性同位素。

四、放射性同位素及其应用

1、用中子、质子、氚核、α粒子或γ光子轰击原子核都可制取放射性同位素，氚核裂变的产物也有放射性同位素。例：用α粒子轰击铝27：

27 13Al+4

2

He→30

15

P+1

n得到的磷30具有放射性

30 15P→30

14

Si+1

n 放出正电子

2、应用

①利用放射性同位素的射线

a 探测物体质量

b 电离空气使静电消失

c 治虫育种、医疗

②把放射性同位素做为示踪原子进行监测

五、原子核的结合能

1、核力：在原子核内，把各种核子紧紧地拉在一起的力叫核力，其本质目前尚未完全清楚，但不是万有引力，不是电磁力。核力的特性有：核力比电磁力强100多倍；核力是短程力，只有跟离接近到

10-15米的数量级时才发生作用；每个核子只跟它相邻的核子间有核力的作用，而不是跟原子中所有的核子有核力的作用。

2、结合能：核子结合成原子核时放出的能量或原子核分解为核子时