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《天然放射现象》最新版
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射线
射线
射线
成分
氦原子核 高速 电子流 高能量 电磁波
速度
1/10光速 接近光速
光速
贯穿能力
弱 较强 很强
电离能力
很容易 较弱 更小
高
中
衰变、半衰期
物
理
原子核由于放出某种粒子而转变为新核的
天然放射现象复习pp
在判断衰变次数时， 衰变次数， 在判断衰变次数时，应先判断 α衰变次数，再判断 β
衰变次数
3、半衰期 1）半衰期的定义 2）半衰期是一个宏观统计量，由原子核内部本身的因 半衰期是一个宏观统计量， 素决定， 素决定，与原子所处的物理或化学状态无关 3）半衰期的计算： 半衰期的计算：
1 τ N = N0 ( ) 2
天然放射现象 1、三种射线的性质
穿透物 质本领 对气体电 离作用 在电场磁 场中偏转
符号
组成 氦核 电子 光子
带电量
质量
α β γபைடு நூலகம்
4 2
He e
+2e -e 0
4u u/1840 0
最弱 较强 最强
最强 次之 最弱
偏转 偏转较大 不偏转
0 −1
γ
2、衰变 1、衰变 2、核反应方程的书写： 核反应方程的书写： 质量数和电荷数都 质量数和电荷数都守恒
t
1 τ m = m0 ( ) 2
t
例题2：已知钍234的半衰期是24天，1g钍234经过120天后还剩 例题2 已知钍234的半衰期是24天 1g钍234经过120天后还剩 234的半衰期是24 经过120 下多少？ 下多少？
M Z
X→
M −4 Z −2
Y + He
4 2
M Z
X→
M Z +1
Y+ e
0 −1
238 92
U 衰变成
206 82
Pb 的过程中（ 的过程中（
）
衰变， A、经过8次 α衰变，6次 β衰变 经过8 B、中子数减少22个 中子数减少22个 22 C、质子数减少16个 质子数减少16个 16 D、有6个中子失去电子转化为质子
2--天然放射现象
05届高三物理一轮复习授课提纲原子和原子核(2)[课 题] 天然放射现象 原子核的人工转变[教学目标]1、了解天然放射现象，知道三种射线的本质和特性，掌握核衰变的特点和规律2、知道原子核人工转变的原理，了解质子、中子和放射性同位素的发现过程[重点难点] 三种射线的本质和特性[知识要点]一、天然放射现象1、1896年贝克勤耳发现天然放射现象，从此，揭开了人类研究原于核结构的序幕．居里夫妇对铀和铀的各种矿石的研究发现了钋和镭．之后，人们通过对天然放射现象的进一步研究，发现了原子序数大于83的所有天然存在的元素，都有放射性．原子序数小于83的天然存在的元素，有的也有放射性．放射出来的射线共有三种：α射线、β射线和γ射线．2、三种射线的本质和特性二、原子核的衰变1、α衰变：原子核自发地放出某种粒子而转变为新核的变化．2、衰变规律：α衰变 MZ X →42--M Z Y+42He ； β衰变 MZ X →M Z 1+Y+01-e 3、α衰变的实质：某元素的原子核同时发出由两个质子和两个中子组成的粒子（即氦核） 211H+2 10n →42He β衰变的实质：某元素的原子核内的一个中子变成质子发射出一个电子 即 10n →11H+01-e+γ- （γ-为反中微子） 4、γ射线：总是伴随α衰变或β衰变产生的，不能单独放出γ射线．γ射线不改变原子核的电荷数和质量数．实质是元素在发生α衰变或β衰变时产生的某些新核由于具有过多的能量（核处于激发态），向低能级跃迁而辐射出光子．三、半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间，它是大量原子核衰变的统计结果，不是一个原子发生衰变所需经历的时间．1、决定因素：由原子核内部的因素决定，与原子所处的物理状态（如压强、温度等）或化学状态（如单质或化合物）无关．2、放射性元素经n个半衰期未发生衰变的原子核数N和原有原子核数N0间关系为：N＝N0（1/2）n，对应的质量关系为：m=m0（1/2）n四、原子核的人工转变：用高能粒子轰击靶核，产生另一种新核的反应过程，其核反应方程的一般形式为：1、质子的发现：147N+42He→178O+ 11H2、中子的发现：94Be+42He→126C+ 1n3、放射性同位素和正电子的发现：1934年约里奥·居里夫妇用a粒子轰击铝核产生一种新的放射性元素，此后人们认识到放射性同位素可用人工核反应制取．27 13Al+42He→3015P+ 1n 3015P→3014Si+ 01e4、放射性同位素的应用：(1）利用它的射线如利用钻60放出的很强的γ射线来检查金属内部有没有砂眼和裂纹，这叫γ射线探伤，利用放射线的贯穿本领了解物体的厚度和密度的关系，可以用放射同位素来检查各种产品的厚度、密封容器中的液面高度，从而自动控制生产过程，再如利用α射线的电离作用，可以消除机器在运转中因摩擦而产生的有害静电；利用射线杀死体内的癌细胞等．（2）做示踪原子如在生物科学研究方面，同位素示踪技术起着十分重要的作用，在人工方法合成牛胰岛素的研制、验证方面，示踪原子起着重要的作用．在输油管线漏油的检查和对植物生长的检测方面，示踪原子都起着重要作用．[解题指导][例1] 如图所示，a为未知的天然放射源，b为一张黑纸，C为水平放置的平行金属板，板间有竖直方向较强的匀强电场，d为荧光屏，e为固定不动的显微镜筒．整个装置放在真空中，实验时，如果将电场E撤去，从显微镜内观察到荧光屏上每分钟闪烁的亮点数没有变化．如果再将黑纸b移开，则从显微镜筒内观察到的每分钟闪烁的亮点数大为增加，由此可判定放射源a发出的射线为（）A．β射线和γ射线B．α射线和β射线C．α射线和γ射线D．α射线和X射线[例2] 如图,在有小孔的铅盘中，放有能连续放出α、β、γ三种射线的放射性元素，放出的三种射线都打在孔对面屏M 上的A 点．要使三种射线分开，分别打在屏上的A 、B 、C 三点（其中B 到A 的距离大于C 到A 的距离）可采取的措施是在屏与孔之间加上（ ）A ．重直纸面向里的匀强磁场B ．垂直纸面向外的匀强磁场C ．水平向右的匀强电场D ．水平向左的匀强电场[例3] 最近几年，原子核科学家在超重元素的探测方面取得重大进展，1996年科学家们在研究某两个重离子结合成超重元素元素反应时，发现生成的超重元素的核A Z X经过6次α衰变后的产物是253100Fm ，由此可以判定生成的超重元素的原子序数和质量数分别是（ ）A ．124、259B ．124、265C ．112、265D ．112、277[例4]如图所示，在磁感应强度为B 的有界匀强磁场中，磁场宽度为d ，有静止的原子核23892 U 置于中点A ，当这些原子核23892 U 发生α衰变时，（1）写出23892 U 发生α衰变时的核反应方程．（2）假设α粒子的运动方向都在纸面内，且与磁场方向垂直，若α粒子恰不会从磁场飞出，求反冲核轨迹半径的最大值．[例4] 如图所示，是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图．（1）试简述自动控制的原理．（2）如果工厂生产的是厚度为1毫米的铝板，在α、β和γ的三种射线中，哪一种射线对铝板的厚度控制起主要作用？为什么？[训练设计]1、有关放射性元素半衰期的下列说法中正确的是（ ）A ．放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间B ．放射性元素的原子核全部发生衰变所用的时间的一半C ．两个原子核有一个原子核发生衰变所用的时间D ．原子核质量数为x 的原子核衰变后生成原子核质量数为y 的放射性元素，若衰变前，该放射性元素的质量为M 千克，则经过一个半衰期时，剩余物的质量为M(x 十y ）/2x ．2、（1）1992年1月初，美国前总统老布什应邀访日，在欢迎宴会上，突然发病昏厥．美国政府将他急送回国，医生用123I 进行诊断，通过体外跟踪，迅速查出了病因．这里一定是利用了123I 所放出的（ ）A ．热量B ．α射线C ．β射线D ．γ射线（2）则上题中美国医生用123I 对老布什进行诊断，为了尽量减小放射性物质对人体的副作用，123 I 的特性应该是（ ）A ．半衰期长，并能迅速从体内清除B ．半衰期长，并缓慢从体内清除C ．半衰期短，并能迅速从体内清除D ．半衰期短，并缓慢从体内清除3、(04江苏)下列说法正确的是 （ ）A.、α射线与γ射线都是电磁波B 、β射线为原子的核外电子电离后形成的电子流C 、用加温、加压或改变其化学状态的方法都不能改变原子核衰变的半衰期D 、原子核经过衰变生成新核，则新核的质量总等于原核的质量4、（1）如图表示某种放射性元素的衰变规律（纵坐标表示的是任意时刻放射性元素的原子数与t=0时的原子数之比），则该放射性元素的半衰期是多少天？（2）在从某古迹中发掘出来的木材中，所含有的146 C 的比例是正在生长的植物中的80％，放射性146 C的半衰期是5700年，根据图象可以推算，该古迹距今约为多少年？。
天然放射现象
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02
天然放射现象的应用领域
放射性同位素在医学中的应用
放射性同位素在医学中的应用
• 放射性同位素广泛应用于诊断和治疗疾病 • 例如：放射性碘治疗甲状腺癌、放射性核素骨扫描诊断 骨转移等
放射性同位素在医学中的优势
• 放射性同位素具有高度的灵敏性和特异性 • 可以准确地定位病变部位，提高治疗效果 • 放射性同位素治疗副作用较小，病人耐受性好
天然放射现象概述
01
天然放射现象的基本概念
天然放射现象的定义与原理
天然放射现象是指原子核自发地释放出射线
• 原子核不稳定，会自发地发生衰变 • 衰变过程中释放出能量，表现为射线 • 射线包括阿尔法射线、贝塔射线、伽马射线等
天然放射现象的原理
• 原子核衰变遵循一定的规律 • 衰变过程中，原子核的能量降低，转化为射线 • 射线的能量与原子核的衰变类型和衰变概率有关
天然放射现象的历史与研究现状
天然放射现象的历史
• 1896年，贝可勒尔发现天然放射现象 • 1902年，卢瑟福提出原子核模型 • 1911年，居里夫人发现镭和钋元素
天然放射现象的研究现状
• 目前已知的天然放射现象有几十种 • 对天然放射现象的研究广泛应用于医学、工业、农业等领域 • 天然放射现象的研究仍在不断深入，为人类社会的发展做出贡献
天然放射现象的种类与特点
天然放射现象的种类
• 阿尔法衰变：原子核释放出阿尔法射线，变成另一种原子核 • 贝塔衰变：原子核释放出贝塔射线，变成另一种原子核 • 伽马衰变：原子核释放出伽马射线，变成另一种原子核
天然放射现象的特点
• 自发性强：原子核衰变是自发进行的，不受外界条件影响 • 衰变概率与原子核性质有关：不同元素的原子核衰变概率不同 • 射线能量与原子核性质有关：不同元素的原子核释放的射线能量不同
【优】第十五章 第三讲 天然放射现象 核能PPT资料
t
τ
为半衰期，t t 表示衰变过程所经历的时间，则
N＝N0
1 2
，
1
m＝ m0 2 .
3．原子核的衰变规律
衰变类型
α 衰变
β 衰变
衰变方程
AZX―→AZ－－24Y＋ 42He AZX―→Z＋A1Y＋ －01e
2 个质子和 2 个中子结 中子转化为质子
衰变实质 合成一个整体射出 和电子
211H ＋201n―→42He
学家 贝克勒尔 在1896年发现． 2．意义：说明原子核还有复杂的结构．
3．三种射线 种类 本质
电离 本领
穿透本领
速度
α 射线
几厘米或一张
2
4 He
最强
薄纸)
约 c/10
β 射线
0
－1 e
很强(几毫米
较弱
c
厚的铝板)
γ 射线Βιβλιοθήκη 光子最强(几厘米 最弱光速
厚的铅板)
[特别提醒] 射线的区分方法是：
(1)让射线穿过电场或磁场，根据射线的偏转方向确定． (2)由穿透本领确定．
三、原子核的衰变 1．衰变：原子核放出某种粒子而转变成新核的变化．可分
为 α衰变 、β衰变 ，并伴随着γ射线放出．
2．半衰期 (1)概念：放射性元素的原子核有半数 发生衰变所需的时间．
(2)计算公式：用 N0、m0 分别表示衰变前的原子核数目和质
量，N、m 分别表示衰变后剩余的原子核的数目和质量，
[答案] AC
[归纳领悟] 1．核反应的四种类型
类型 可控性 核反应方程典例
衰变
α 衰变
β 衰变
自发 29328U→29304Th＋42He 自发 29304Th→29314Pa＋－01e
高三生物教案天然放射现象_02文档
2020高三生物教案天然放射现象_02文档EDUCATION WORD高三生物教案天然放射现象_02文档前言语料：温馨提醒，教育，就是实现上述社会功能的最重要的一个独立出来的过程。
其目的，就是把之前无数个人有价值的观察、体验、思考中的精华，以浓缩、系统化、易于理解记忆掌握的方式，传递给当下的无数个人，让个人从中获益，丰富自己的人生体验，也支撑整个社会的运作和发展。
本文内容如下：【下载该文档后使用Word打开】一、教学目标1.在物理知识方面的要求.（1）理解什么是“天然放射现象”，掌握天然放射线的性质；（2）掌握原子核衰变规律，理解半衰期概念；（3）结合天然放射线的探测问题，提高学生综合运用物理知识的能力.2.在复习过程中，适当介绍天然放射性的发现过程，以及有关科学家的事绩，对学生进行科学道德与唯物史观的教育.二、重点、难点分析1.重点.（1）衰变规律；（2）用电场和磁场探测天然射线的基本方法.2.难点：用力学和电学知识如何分析天然射线的性质.三、主要教学过程（一）引入新课回顾法国物理学家贝可勒尔发现天然放射现象的经历，以及贝可勒尔为了试验放射线的性质，用试管装入含铀矿物插在上衣口袋中被射线灼伤、早期核物理学家多死于白血病（放射病）的故事.（二）教学过程设计天然放射性.1.天然放射现象：某种物质自发地放射出看不见的射线的现象.2.原子核的衰变：某种元素原子核自发地放出射线粒子后，转变成新的元素原子核的现象.3.天然放射线的性质.（见下页表）说明电离本领和贯穿本领之间的关系：α粒子是氦原子核，所以有很强的夺取其它原子的核外电子的能力，但以损失动能为代价换得原子电离，所以电离能力最强的α粒子，贯穿本领最弱；而γ光子不带电，只有激发核外电子跃迁时才会将原子电离，所以电离能力最弱而贯穿本领最强.4.衰变规律.（1）遵从规律：质量数守恒（说明与“质量守恒定律”之区别）；电荷数守恒；动量守恒；能量守恒.说明：γ衰变是原子核受激发产生的，一般是伴随α衰变或β衰变进行的，即衰变模式是：α＋γ，β＋γ，没有α＋β＋γ这种模式！（3）半衰期：放射性原子核衰变掉一半所用时间.说明：某种原子核的半衰期与物理环境和化学环境无关，是核素自身性质的反映.【例1】平衡下列衰变方程：分析：因为α衰变改变原子核的质量数而β衰变不能，所以应先从判断α衰变次数入手：每经过1次α衰变，原子核失去2个基本电荷，那么，钍核经过6次α衰变后剩余的电荷数与铅核实际的电荷数之差，决定了β衰变次数：答案：6，4.（1）α粒子与氡核的动能之比；（2）若α粒子与氡核的运动方向与匀强磁场的磁感线垂直，画出轨迹示意图，并计算轨道半径之比.解：（1）衰变时动量守恒：0=mαvα+mrnvrn，（2）若它们在匀强磁场中，运动方向与磁感线垂直，轨道半径但衰变时射出的α粒子与反冲核（rn）都带正电荷，且动量大小相等，则它们在匀强磁场做圆周运动的轨迹是一对外切圆（图1），轨道半径和粒子电量成反比：【例4】一束天然放射线沿垂直电场线的方向从中间进入到两块平行带电金属板m、n之间的匀强电场中，试问：（1）射线����、�８魇悄闹稚湎撸�（2）m、n各带何种电荷？提示：参考天然放射线的性质.解：γ射线不带电，所以是��（直线）.设带电粒子打到金属板上的位置为x，偏转的距离都是d／2，根据公式qα=2e，qβ=e，代入上式，得比值所以�∥�α射线，�Ｎ�β射线，m带负电.。
天然放射现象
人们认识原子核的 结构就是从天然放 射性开始的。
一、天然放射现象
1896年，法国物理学家贝克 勒尔发现，铀和含铀的矿物能够 发出看不见的射线，这种射线可 以穿透黑纸使照相底片感光，物 质发射射线的性质称为放射性 具有发射性的元素称为放射性 元素．元素这种自发的放出射线 的现象叫做天然放射现象．
窗口
阴极
阳极
粒子
接放大 器
盖革－弥勒计数器
放射性的应用 有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素． 有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素． 放射性同位素在农业、医疗卫生、和科学研究等许多方面得到了广泛 放射性同位素在农业、医疗卫生、和科学研究等许多方面得到了广泛 的应用．其应用是沿着利用它的射线和作为示踪原子两个方向展开的．
天然放射性元素的原子核发出的射线 可使照相底片感光
照相底片
射 线
铅盒
放 射 源
天然放射现象
放射性不是少数几种元素才有的，研 究发现，原子序数大于等于83的所有元素， 都能自发的放出射线，原子序数小于83的 元素，有的也具有放射性．
放大了1000倍的铀矿石
二、射线到底是什么
• 在放射性现象中放出的射线是什么东西 呢？ • 它们除了能穿透黑纸使照相底片感光的 性质以外，还有些什么性质呢？ 性质以外，还有些什么性质呢？ • 这些射线带不带电呢？ 这些射线带不带电呢？
探测射线的方法 在，这些现象主要是： 虽然放射线看不见，但是我们可以根据一些现象来探知放射线的存
1、使气体电离
2、使照相底片感光
3、使荧光物质产生荧光
威耳孙云室 观察威耳孙云室的结构，研究射线在云室中的径迹：
威耳孙云室 观察威耳孙云室的结构，研究射线在云室中的径迹：
《天然放射现象》课件
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
05
天然放射现象的未来发 展
核聚变与核裂变的研究
核聚变
核聚变是一种模拟太阳内部反应的过程，通过高温高压条件 使轻元素聚变成重元素，释放巨大能量。研究核聚变有助于 解决能源危机，但技术难度大，需要国际合作。
核裂变
核裂变是重元素在一定条件下分裂成两个较轻的元素，同时 释放能量。研究核裂变可以应用于核能发电和武器制造，但 存在放射性废料处理和安全问题。
其他科学家的进一步研究
随后，其他科学家如居里夫妇等对天然放射现象进行了深入的研究，并发现了 其他放射性元素。
天然放射现象的种类
01
02
03
α射线
带2个单位正电荷和4个单 位质量的氦原子核，电离 本领最大，但穿透能力最 弱。
β射线
带负电荷的电子流，来源 于原子核内部，穿透能力 较强，电离本领较弱。
γ射线
宇宙射线与地球的相互作用
宇宙射线是一种高能射线，主要来自 宇宙空间，包括质子、电子和光子等 。
这些次级放射性粒子或射线也可以对 地球表面的天然放射性产生一定的影 响。
当宇宙射线与地球的大气层相互作用 时，可以产生次级放射性粒子或射线 ，如X射线和γ射线。
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
这些放射性元素广泛存在于地 壳中，特别是在某些岩石、矿 物和土壤中。
地球的内部结构与放射性
地球的内部结构对天然放射性的产生和分布有重要影响。
地球内部的温度和压力条件可以促使放射性元素的衰变，从而释放出放射性粒子或 射线。
地球内部的放射性元素可以随着火山喷发、地热活动等地质过程被带到地表，或者 通过地下水、气体等传播到地表。
天然放射现象衰变
天然放射现象衰变教学目标知识目标（1）知道天然放射现象及其规律，知道天然放射现象的原因是核的衰变（2）知道三种射线的本质，以及如何运用磁场和电场来区分它们（3）知道α衰变和β衰变（4）会书写核反应方程（5）知道半衰期的概念，会简单半衰期问题的计算教学说明教材分析分析一：天然放射现象的发现过程要有所了解，知道放射过程产生的三种射线的性质：射线是由氦核构成，速度可达光速的10分之一，穿透能力很弱，电离作用很强；射线是高速电子流，速度可达0.9倍光速，穿透能力较强，电离作用较弱；射线是波长极短的电磁波，穿透能力很强，电离作用很弱．分析二：教材的第二部分说明了核反应方程的书写方法，要注意质量数和电荷数都守恒．分析三：半衰期是放射性元素的一个特性，它是指放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，它是一个宏观统计量，由原子核内部本身的因素决定，与原子所处的物理或化学状态无关．对半衰期有关计算只要求简单了解．教法说明建议一：对天然放射现象可以先由学生看书，然后回答问题的方式教学．建议二：对于核反应方程式要告诉学生正确的书写方法，并多让学生练习，但要注意从可靠的资料上选择实际发生的核反应，不要随意编造核反应方程让学生练习．建议三：关于半衰期的计算现在要求不高，但也要学生掌握有关的简单计算．教学设计教学重点：知道天然放射现象及三种射线的性质，会书写核反应方程式，知道半衰期教学难点：有关半衰期的计算教育过程：一、引入课题提问：人们通过什么现象或实验发现原子核是由更小的微粒构成的？二、天然放射现象1、有关天然放射现象的物理学史2、三种射线的性质：射线是由氦核构成，速度可达光速的10分之一，穿透能力很弱，电离作用很强；射线是高速电子流，速度可达0.9倍光速，穿透能力较强，电离作用较弱；射线是波长极短的电磁波，穿透能力很强，电离作用很弱．3、学生阅读后完成下表成分速度穿透能力电离能力射线射线射线三、衰变1、衰变2、核反应方程的书写（1）书写要求：质量数和电荷数都守恒（2）练习例题1：N + C +Ar +He Ca +例题2：U衰变成Pb的过程中A、经过8次衰变，6次衰变B、中子数减少22个C、质子数减少16个D、有6个中子失去电子转化为质子答案：ABD提示：在判断衰变次数时，应先判断衰变次数，再判断衰变次数四、半衰期1、半衰期的定义2、半衰期是一个宏观统计量，由原子核内部本身的因素决定，与原子所处的物理或化学状态无关3、半衰期的计算例题3：已知钍234的半衰期是24天，1g钍234经过120天后还剩下多少？解答：1/32 g对于层次较高的学生可以补充有关用半衰期测量古木、矿石年龄的题目五、完成课后作业扩展资料居里夫妇比埃尔·居里(Pierre Curie，1859—1906)1859年5月15日生于巴黎一个医生家庭里．在他的儿童和少年时期，好个人沉思，不易改变思路，沉默寡言，反应缓慢，不适应普通学校的灌注式知识训练，不能跟班学习．人们都说他心灵迟钝，所以从小没有进过小学和中学．父亲常带他到乡间采集动、植、矿物标本，培养了他对自然的浓厚兴趣，学到了如何观察事物和如何解释它们的初步方法．居里14岁时，父母为他请了一位数理教师，他的数理进步极快，16岁便考得理学士学位，进入巴黎大学后两年，又取得物理学硕士学位．1880年，他21岁时，和他哥哥雅克·居里一起研究晶体的特性，发现了晶体的压电效应．1891年，他研究物质的磁性与温度的关系，建立了居里定律：顺磁质的磁化系数与绝对温度成反比他在进行科学研究中，还自己创造和改进了许多新仪器，例如压电水晶秤、居里天平、居里静电计等．1895年7月25日比埃尔·居里与玛丽·居里结婚．玛丽·居里(Marie Curie，1867～1934)1867年11月7日生于沙皇俄国统治下的华沙，父亲是中学教员．16岁她以金质奖章毕业于华沙中学，因家庭无力供她继续读书，而不得不去担任家庭教师达六年之久．后来靠自己的一点积蓄和姐姐的帮助，于1891年去巴黎求学．在巴黎大学，她在极为艰苦的条件下勤奋地学习，经过四年，获得了物理和数学两个硕士学位．居里夫妇结婚后次年，即1896年，贝克勒尔发现了铀盐的放射性现象，引起这对青年夫妇的极大兴趣，居里夫人决心研究这一不寻常现象的实质．她先检验了当时已知的所有化学元素，发现了钍和钍的化合物也具有放射性．她进一步检验了各种复杂的矿物的放射性，意外地发现沥青铀矿的放射性比纯粹的氧化铀强四倍多．她断定，铀矿石除了铀之外，显然还含有一种放射性更强的元素．居里以他作为物理学家的经验，立即意识到这一研究成果的重要性，放下自己正在从事的晶体研究，和居里夫人一起投入到寻找新元素的工作中．不久之后，他们就确定，在铀矿石里不是含有一种，而是含有两种末被发现的元素．1898年7月，他们先把其中一种元素命名为钋，以纪念居里夫人的祖国波兰．没过多久，1898年12月，他们又把另一种元素命名为镭．为了得到纯净的钋和镭，他们进行了艰苦的劳动在一个破棚子里，日以继夜地工作了四年．自己用铁棍搅拌锅里沸腾的沥青铀矿渣，眼睛和喉咙忍受着锅里冒出的烟气的刺激，经过一次又一次的提炼，才从几吨沥青铀矿渣中得到十分之一克的镭．由于发现放射性，尼里夫妇和贝克勒尔共同获得了1903年诺贝尔物理学奖．1906年，比埃尔·居里因车祸不幸逝世，年仅47岁．比埃尔·居里去世后，居里夫人忍受着巨大的悲痛，接任了她丈夫在巴黎大学的物理学教授职位，成为该校第一位女教授．她继续放射性的研究工作．1910年，她和法国化学家德别爱尔诺一起分析出纯擂元素，确定了镭的原子量和在元素周期表中的位置．她还测出了氧和其他一些放射性元素的半衰期，整理出放射性元素衰变的系统关系由于这些重大成就，又荣获1911年诺贝尔化学奖．居里夫妇亲自体验了镭的生理效应，他们曾不止一次地被镭射线烫伤．他们与医生一起研究将镭用于治疗癌症，开创了放射性疗法．第一次世界大战期间，她为了自己的祖国波兰和第二祖国法国，参加了战地卫生服务工作，组织X光汽车和X光照相室为伤兵服务，还用镭来治疗伤兵，起了很大的作用．大战结束后，居里夫人回到巴黎她创建的镭学研究所，继续自己的研究工作并培养青年学者．晚年完成了钋和锕的提炼．居里夫人在无任何防护设施的情况下从事了35年的镭元素研究，加上大战期间四年建立X射线室的工作，射线严重地损害了她的健康，引起她严重贫血1934年5月她不得不离开自己心爱的实验室，并于1934年7月4日与世长辞．居里夫妇一生淡泊、谦虚，不喜欢世俗的恭维与赞扬，不关心个人的名利和地位．在发现镭和提炼成功以后，他们不申请专利，也不保留任何权利．他们认为，镭是一种元素，应该属于全人类．他们向全世界公开他们的提擂方法．对他们花费十几年制备出来的、约值十万美元的一克多镭，全部交给了镭学研究所，不取分文．对美国妇女界赠献给她的一克镭，也不据为私有，一半给了法国镭学研究所，一半给了华沙的镭学研究所．在将镭用于治疗癌症时，他们本可以一夜之间成为百万富翁，但是他们商定，不要他们的发明带来的一切物质利益．他们辛勤劳动的目的，是为人类从新发现中获得幸福．红外线是由外层电子跃迁产生的吗？在现行高中物理教材中对红外线的产生是这样描述的：“红外线、可见光和紫外线是由原子的外层电子跃迁产生的”，但学生往往会产生这样的疑问：当物质结构非常复杂时，红外线也一定由外层电子跃迁产生吗？笔者通过查阅资料后认为：外层电子跃迁只是红外线产生的机理之一．1 孤立原子中电子在能级间跃迁可以产生红外谱线处于激发态的原子，在不受任何外界影响的情况下，能自发地由高能态跃迁到低能态，同时发射出能量为的光子．电子高能级间的能量差较小，所以当电子在高能级间跃迁时，发射光子的能量较小，由公式可知，这种跃迁可以辐射出红外线．低能级之间的跃迁，能级之间的能量差较大，一般辐射紫外线或可见光．对于结构复杂的原子，电子的运动也要更加复杂，但其基本特征是类似的，即有很多电子运动的稳定状态，这些状态在能量上是不连续的，存在相应的能级．实验表明：每个能级最多只能有两个电子，因而在正常情况下，原子如果受到外来的刺激，最上面能级中的电子可能跃迁，而下部能级中的电子，一般不受影响．总之，电子在原子场内的能级间跃迁，能产生从紫外线到红外线的不连续的光谱．2 原子构成分子后也可以产生红外光谱当原子形成稳定的分子时，分子的运动，除组成分子的各原子中的电子的运动外，整个分子在气体或液体有平移运动，分子内部的原子还有相对振动，另外还有整个分子的转动．由此可知，原子组成分子后的结构的复杂化，使分子运动的自由度大为增加，红外线的产生机理比单原子的产生机理更加复杂．如上所述，在原子内部，组成分子的每个原子的外层电子也以电子云的形式环绕分子运动，它们具有不同的能量状态，并分别对应一定的电子运动能量．另外组成分子的原子在平衡位置附近相对振动，使分子具有量子化的振动能级．最后，分子作为一个整体还会绕某一轴转动并且具有量子化的转动能量．若不考虑以上三种运动相互影响，则分子内部运动的总能量为当分子从跃迁时，将发射电磁波，其频率为理论和实践都表明，存在的关系，如图1所示．这表明在每个电子能级之上还可有较小间隔的振动能级，而在每个振动能组之上还可有更小间隔的转动能级．分子中电子能级的能量差一般为1～20eV，因此光谱通常为可见光和紫外光谱区．振动能级的能量差一般为0.05～1eV，其光谱通常位于近红外区．转动能级的能量差一般小于0．05eV，其光谱通常位于远红外区．实际上分子内部原子的相对振动、分子转动、晶体中原子振动及原子中电子的运动往往是交织在一起的，并且相互影响，当温度升高时，物体内的这些运动就会被激发到更高的能级，当它们再向低能级跃迁时，就会产生热辐射，并且会出现连续的红外光谱．总之，原子的外层电子跃迁可以产生红外线，但红外线并不一定是由电子跃迁产生的，分子的振动、转动、晶体的晶格振动等都可产生红外线．探究活动题目：探寻天然放射现象的发现过程组织：分组活动方案：上网查寻、去图书馆查阅或请教他人评价：看学生搜集材料的条理性和完整性习题精选1、下面的事实揭示出原子核具有复杂结构的是（）A、粒子散射实验B、氢光谱实验C、X光的发现D、天然放射现象2、完成下面的核反应方程式Ra Rn +Pb Bi +3、天然放射性元素Ra衰变成不具有放射性的元素Pb时，要经过次衰变，次衰变．4、10g某放射性元素经过20天后还剩下0.625g，则该元素的半衰期是天，如果再经过30天，还剩 g该元素．（结果保留三位有效数字）答案：1、 D 2、He 3、5 4 4、5 0.00977典型例题——有关衰变和核反应方程式例题1：U衰变成Pb的过程中A、经过8次衰变，6次衰变B、中子数减少22个C、质子数减少16个D、有6个中子失去电子转化为质子答案：ABD例题2：完成核反应方程式N + He O +。
《点亮高考》物理系列教案：122《天然放射现象_衰变_核能》.doc
第2讲天然放射现象衰变核能能力要求1•知道原子核的组成，三种射线及性质，衰变规律2. 了解放辐射性同位素及应用3. 知道书写核反应方程时要注意质量数守恒、核电荷数守恒4. 知道爱因斯坦质能联系方程，会计算核能5. 知道释放核能的两种方式：聚变与裂变6. 了解放射性防护2.考点整合考点一：天然放射现象及三种放射线的比较1、天然放射现象的发现1896年， __________ 在铀矿石中发现未知的射线，把这些射线称为a 射线、B 射线、Y射线，这就是天然放射现象的发现•天然放射现象的发现，说明原子核 __________________________________________2、三种射线的比较射线 射线 射线Y 射线的作用：工业探伤、Y 刀、除静电、消毒杀菌、育种保鲜等 3、三种射线在匀强电场和匀强磁场中的偏转（在射线旁写明射线的种类）★一、考情直播 产生木质 电离作用 穿透能力1.考纲解读考纲内容1•氢原子核的组成、放射 性、原子核的衰变、半衰期2. 放射性同位素3. 核力、核反应方程4. 结合能、质量亏损5. 裂变反应和聚变反应、裂变反应堆6. 放射性的防护考向定位 考纲对这一部 分知识均是I 级要 求.本部分高考的 热点是核反应方 程，三种射线的比 较，质子、屮子以 及正电子的发现, 爱因斯坦质能联系 方程，高考屮以选 择题的形式出现.三种射线在电场屮偏转图7三种射线在磁场屮偏转4 •天然放射现象的发现说明原子核具有复杂结构天然放射现彖中的三种射线均来口于 ____________ ，这就充分说明了原子核具有复杂结构. ［例题1］如图8所示，x 为一未知放射源，P 为薄铝箔，当x 放射 源稳定时，计数器的计数率（单位时间内接受射线的次数）稳定. 现在将磁场移开，发现讣数器的计数率没有什么变化，然后抽走匕 则计数器的计数率大幅上升，说明x 为A. 纯B 粒子放射源B. 纯Y 粒子放射源C. a 粒子和B 粒子的混合放射源D. a 粒了和丫粒了的混合放射源答案：D解析：薄铝箔完全可以阻挡u 粒子，所以能进入计数器的一定没有a 粒子；B 粒子和Y 粒子 都可以穿透薄铝箔，但由于B 粒子是电子，在磁场的作用下会发生偏转，将磁场移开，发现 计数器的计数率没有什么变化，说明一定没有B 粒子；抽走P ，则计数器的计数率大幅上升， 说明一定有其它的粒了进入了计数器，而这种粒了一定不是B 粒了，只能是a 粒了，所以D 正确【规律总结】a 粒子穿透本领最弱，Y 粒子穿透本领最强.a 粒子、B 粒子在磁场屮会受到 洛伦兹力作用而发生偏转，Y 粒了是光了，无论在电场中还是在磁场中，都不会发生偏转. 考点二：原子核的半衰期1. ________________________________________________________ 半衰期： • 2•半衰期由放射性元索的原了核内部因素决定，与原了核所处的 __________无关. 3 .衰变公式为 _______________________【例题2］若元素A 的半衰期为4天，元素B 的半衰期为5天，则和同质量的A 和B,经过 2 0天后，剩卜•两元素的质量之比m A ：mB 为A.30： 31B.31： 20C. 1 ： 2D. 2 ： 1答案：C【解析】根据半衰期公式，易得A 经历5个半衰期，B 经历4个半衰期，所以剩余质最之比为 1:2,C 正确<1V< iy 【规律总结】放射性元索的半衰期计算公式为m =m.- 或N = N. -、2丿 I 2丿考点三：&、0衰变规律1. Q 衰变规律I 计数器图8&衰变方程：覽“T嚮772 + _______Q衰变规律：____________________________________________2. 0衰变规律0衰变方程：鬻ThT鬻P Q + _____0衰变规律：_______________________________________3. 正电了衰变规律正电子衰变方程：胃PT曽Si + ______正电子衰变规律：［例题3］下血对某原子核衰变的描述，哪个是不対的？A・放出一个B粒子后，原子核的屮子数减1,原子序数少1B. 放出一个a粒了后，原了核的质量数少4,核电荷数少2C. 放出一个0粒子后，原子核的质量数不变，核电荷数加1D . 2囂R Q经过5次a衰变和4次0衰变后变成2^Pb答案：BCD【解析】0衰变衰变规律为核电荷数增加1，质量数不变，A错C正确；G衰变规律：核电荷数减少2,质量数减少4, B正确；第R Q经过5次a衰变和4次B衰变后，质量数减少20, 核电荷数先减少10在增加4, 一共增加6,变为2；；Pb, D正确【规律总结】发生a衰变无中子损失，每发生一次B衰变将冇一个中了转化为一个质子，这一点是解决选项D的关键.考点四：原子核的人工转变与核反应方程1.质子的发现卢瑟福用Q粒子轰击7号元素：N,发现了___________ .核反应方程为：+ _____________________2 •中子的发现查德威克用Q粒子轰击4号元素发现了 _____________核反应方程为：屉T：C + ____________3.放射性同位索的人工合成伊丽芙・居里和约里奥•居里用a粒子轰击13号元索［4/,人工合成了_______________核反应方程为：^Al^He^___________ +加4. ______________________________________________________________ 放辐射性同位素的应用_______________________________________________________________【例题4】用屮子（訪）轰击铝27（召A1）,产生钠24 （^Na ）和X,钠24具有放射性它衰变后变成钱24 （診Mg ）和Y.则X和Y分别是A. a粒子和电子B. a粒子和正电子C. 电了和a粒了D. 质子和正电答案：A【解析】写出核反应方程：$加+加—：：血+；弘和曽显然X是a粒了，Y 是电子.A正确.【规律总结】熟练的写出核反应方程是关键，当然也要记忆一些常见的粒子的名称和书写，在核反应中质量数和电荷数都守恒.【例题5】在下列四个核反应屮，X表示了质子的是哪些A. '：N+：H GT：O+XB. ^Al+^He^P + X；C. ；H+：Hi；He + X ；D. 雹u + X£Sr+ 驚Xe + 10加答案：A【解析】根据核反应中质量数和电荷数都守恒，A中是质子；B、C、D中均为中子.【规律总结】核反应屮质量数和电荷数都守怛，从而确定粒了的种类.考点五：核力与核能1.核力与核能核力：相邻的_________________________ 间有强大的核力作用，是一种短程力，其作用距离不超过1015m.核能：核反应中_____________ 称为核能.2. _____________________________________________________ 爱因斯坦质能联系方程3核能质量号•损：______________________________________________ 叫质量亏损•在衰变、裂变和聚变中存在质量亏损.4.结合能结合能：______________________________________________________ ，叫做原子核的结合能.特别提醒：対结合能的理解①质量m与能量E符合爱因斯坦的质能方程AE = A/nc2,这里c是真空中的光速. 根据质能方程，当能量增加了AE,那么它的质量也相应地增加Am,反过來也-样.AE和Am间符合下述质能方程= A/??c2.②核子结合成原子核时放出结合能，因此核的质量和组成它的核子的质量比较起来就要小些，这叫做核的质罐亏损，知道了核的质量亏损，就可以根据质能方程求出原子核的结合能.③用核子数去除原子核的结合能，就得到每个核子的平均结合能.质量数为50〜60的原子核平均结合能最大，约为8.6MeV,质量数较小的轻核和质量数较人的重核，平均结合能都比较小.［例题6］幾U（原子最为232.0372）衰变为常〃（原子量为228.0287）时，释放出a粒子（:Hf 的原了量为4.0026）,写出核反应方程，并求出衰变过程屮禅放岀多少能蜃.答案：嚮u—眾Th+：He；5.5MeV.【解析】雹U—2益Th+：H€衰变过程小的质量亏损△m=232.0372u・（228.0787u+4.0026u）=0.0059u 衰变过程中释放的能量AE=Am・C：，=0.0059X931.5MeV=5.5MeV【规律总结】用^E = A/nc2计算核能时有两种方法:1.在公式AE = Arne?屮均取国际单位.2.在公式Z\E 二/\口＞＜931.5中的单位是u, AE 的单位是MeV, lu 相当于931.5MW.★二、高考热点探究一. a 、B 衰变与带电粒子在磁场中的运动静止的原子核发牛2、B 衰变时，动量守恒、能量守恒，同时存在质量亏损，释放核能 在电场、磁场中a 、B 粒子因为带电而发生偏转或是做圆周运动. 【真题】（2008年广东高考）（1）放射性物质2*PO 和男CO 的核衰变方程为:雹PoT^pb+X ］,男Co 七Ni+X?方程 中的X ］代表的是 _______________ : x 2代表的是__.⑵如图所示，铅盒内装有能轻放a 、［3和丫射 线的放射性物质，在靠近铅盒的顶部加上电场 E 或磁场B,在图17（a ）＞ （b ）中分别画出射线运 动轨迹的示意图.（在所画的轨迹上须标明是 a 、B 和Y 屮的哪种射线）【解析】（1）第一个核反应方程为a 衰变，所 以X ］代表；He ；第二个核反应方程为B 衰变，X2代表*e ；（2）在图（a ）中，Y 射线不偏转，a 射线向右偏转,答案：（1） ；He, （2）画出射线运动轨迹的示意图：略【名师指引】在电场中：a 射线是氮的原子核，带正电，质量数较大，加速度较小，偏转不明 显；B 射线是电子，带负电，质量数为零（不到一个原子质最单位u ）加速度很人，偏转明显, 在画图时，这一点要体现出來.【新题导练1］在匀强磁场区域屮有一个静止的囂U 分裂为:He 和光Th ,若分裂后速度方向 与磁场垂直，求两核在磁场屮运动的半径Z 比. 二. 半衰期半衰期是一个统计概念，只冇对大量的原了核才成立，对几个原了核，则不存在半衰期 的概念•半衰期的长短与所处的物理状态和化学状态无关.【真题】（2008年上海髙考）放射性元素的原子核在a 衰变或&衰变牛成新原子核吋，往往会 同吋伴随 ___________ 辐射•已知4、3两种放射性元素的半衰期分別为八和匚，经过时间后测得这两种放射性元素的质最相等，那么它们原来的质最之比m B = __________________ ・ 答案：见解析【解析】放射性元素的原子核在a 衰变或6衰变生成新原子核时，新原子核往往有多余的能 fi,亦即新原了核处于激发态，这些能量再以Y 光的形式放出，这就是Y 衰变，Y 衰变总是伴 随着a 衰变或6衰变.根据衰变公式：加二"）（丄户1 1[丄B 射线向左偏转; 在图（b ）中，Y 射线不偏转，a 射线向左偏转,B 射线向右偏转.图17有(一严=伽(—产又因为t = T c T2所以g：m B= : 2°1 L | —| —【名师指引】根据m = m.(-y f m4(-)r* =m B(-)T^2 2 2m i —•—i得到：」_ =(_)© ‘ =在理解衰变公式的基础上，指数运算出现错误.加强数学运算能力, m … 2 N〃2"别让数学扯了物理的后腿.【新题导练2】关于半衰期，以下说法正确的是：A. 同种放射性元素在化合物中的半衰期比单质中长.B. 升高温度可以使半衰期缩短.C. 氨的半衰期为3.8天，若有四个氨原子核，经过7.6犬就只剩下一个.D. 氮的半衰期为3.8天，4克氯原了核，经过7.6天就只剩下1克.三.核电站、热核反应与恒星发光热核反应：聚变必须在轻核间的距离十分接近，即达到i(rf时才能进行.在极高温度下, 原了核町以获得足够的动能克服库仑斥力而发生聚变，这种聚变反应叫做热核反应.冃前己实现的人工热核反应是氢弹的爆炸，恒星的内部进行着这种反应.核电诂：重核的裂变提供能量•反应堆的构造：核燃料、减速剂、镉棒、防护层.【真题】(2002年广东高考)如下一系列核反应是在恒星内部发牛的：[W'；Np+】：C$；Np+'；N$；O+ / +vp+'；Ni'；C + a其屮〃为质了，a为a粒了，严为正电了，v为一种屮微了.已知质了的质量为=1.672648xlO-27^ , Q 粒子的质量为叫，=6.644929x 10切鏡，正电子的质量为m e =9.11xl0-31^ ,中微子的质量可忽略不计，真空中的光速c = 3.00x10%/$,试计算该系列核反应完成后释放的能虽.答案：AE = 3.95xlO_,2J【解析】题中6个方程可等效为下面一个方程：4p TQ+ 2^+22质量亏损为Am = 4m p - m a - 2m e根据爱因斯坦质能方程= A/77C2可算出整个过程释放的能量.【名师指引】想办法计算岀这一系列核反应的质量亏损是解决木题的关键，将这6个核反应方程等效为40TQ + 2/+21Z,才能正确算出质量亏损.不能对这6个方程进行等效，从而不能算出质量亏损，是解决本题失败的主要原因.【新题导练3] (1)在其他能源中，核能具冇能量密度大，地区适应性强的优势.在核电站中, 核反应堆禅放的核能被转化成电能.核反应堆的工作原理是利用屮了轰击重核发生裂变反应，释放岀大量的核能.2汛/+〃1嘿加+ ；裁厂+ QX以上的核反应方程是反应堆中发工的许多核反应中的一利U n为中子，X为待求粒子，Q为X的个数，则X为 ______________ , a = _________ .以口、“2、E分别表示U、Ba、Kr核的质量，m4> "5分别表示屮子、质子的质量，c为光在真空中传播的速度，则上述核反应过程中放出的核能AE二_________________（2）冇一座发电能力为P=1.00xl06kw的核电站，核能转化为电能的效率r|=40%.假定反应堆屮发生的裂变反应全是（1）屮的核反应，已知每次核反应过程放出的核能AE=2.78xlO-n J, 泾“核的质M m!=390xl0'27kg,求每年（1年=3.15X107S）消耗的⑻[/的质量为多少?四：热核反应与恒星寿命恒星的能量来与其内部的热核反应，在恒星的内部，核聚变反应的种类冇很多，最关键的是找到最后的等效核反应，以便于计算质最亏损.恒星释放的核能向宇宙的四面八方均匀辐射，在以恒星为球心的球血上，能量均匀分布. 当恒星内部的聚变材料小于某个临界值时，核反应就会停止，恒星步入死亡期.【真题】（2001年全国高考）太阳现.正处于主序星演化阶段.它主耍是由电子和；H、；He等原子核组成.维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，核反应方程是2e+4]HT；He +释放的核能，这些核能最后转化为辐射能.根据冃前关于恒星演化的理论，若由于聚变反应而使太阳中的；H核数H从现有数减少10%,太阳将离开主序星阶段而转入红巨星的演化阶段.为了简化, 假定目前太阳全部由电子和；H核组成.（1）为了研究太阳演化进程，需知道冃前太阳的质量M.已知地球半径R=6.4xl06m,地球质量zn = 6.0xl024 kg,日地屮心的距离r=1.5xlO n m,地球表而处的重力加速度g = 10m/s2 , 1年约为3.2X107秒，试佔算冃前太阳的质fi/W.（2）已知质子质量m p=1.6726x10"27 kg, ；He质量m a=6.6458xl0"27 kg,电子质量n?e= 0.9x10-30 kg,光速c=3xl08 m/s.求每发生一次题中所述的核聚变反应所释放的核能.（3）乂知地球上与太阳垂直的每平方米截面上，每秒通过的太阳辐射能iv=1.35xl03 W/rr?.试估算太阳继续保持在主序星阶段还有多少年的寿命.（估算结果只耍求一位有效数字.）答案：（1） 2xlO30 kg（2） 4.2X1012J（3） 1百亿年【解析】（1）要估算太阳的质虽M,研究绕太阳运动的任一颗行星的公转均可，现取地球为研究对象设T为地球绕口心运动的周期，则由万有引力定律和牛顿定律可知G——= m（——）rr1 T地球表面处的重力加速度g=G寻R?g以题给数值代入，得M=2“03°kg（2）根据质最亏损和质能公式，该核反应每发生一次释放的核能为△E= （4n7p+2m e—m a）c2代入数值，得厶E=4.2X1012J（3）根据题给假设，在太阳继续保持在主序星阶段的时间内，发牛题小所述的核聚变反M应的次数为N二——xlO%4®因此，太阳总共辐射出的能量为E=N-/\E设太阳辐射是各向同性的，贝IJ每秒内太阳向外放出的辐射能为E=^nr2wF所以太阳继续保持在主星序的时间为t=-£0」M （4m n +2加，-m ^c2由以上各式解得f = ----------- ----- 匕--- —-—4m 卩 x 4加"~w以题给数据代入，并以年为单位，町得t=lxlO10年=1百亿年【名师指引】该题是信息题，关键是在大量的信息中选取冇川的信息，而不被其他信息所干扰.如第（1）小题，实际上是万有引力定律在天文学上的应用，与原子核的知识无关•第（3）题，需要构建岀太阳各向同性地向周围空间辐射核能（辐向能量流）的物理模型，是考查空间想象能力和建模能力的好题.【新题导练4】用质子轰击锂核（Li）生成两个a粒子.已知质子质量Mp二1.0078“，锂核质量为Mu =7.0160“，质子的初动能是E2=0.6MeV.求：（1）写出核反应方程式；（2）核反应前丿rf发生的质量弓损；（3）核反应过程中释放的能量△£；（4）核反应释放的能量全部用來增加两个。
第二十一章二、天然放射现象衰变
天然放射现象衰变教学目标一．知识目标１、知道天然放射现象及其规律，知道天然放射现象的原因是核的衰变2、知道三种射线的本质，以及如何运用磁场和电场来区分它们3、知道衰变和衰变4、会书写核反应方程5、知道半衰期的概念，会简单半衰期问题的计算二、能力目标通过本节知识的学习，使得学生进一步了解物质世界的微观本质，以及人们是如何探索和研究这些问题的．三、情感目标通过介绍我国在放射性研究上所取得的成就，加强对学生的爱国主义教育；启发他们树立为祖国现代化建设事业贡献力量的理想．教学建议教材分析分析一：天然放射现象的发现过程要有所了解，知道放射过程产生的三种射线的性质：射线是由氦核构成，速度可达光速的10分之一，穿透能力很弱，电离作用很强；射线是高速电子流，速度可达0.9倍光速，穿透能力较强，电离作用较弱；射线是波长极短的电磁波，穿透能力很强，电离作用很弱．分析二：教材的第二部分说明了核反应方程的书写方法，要注意质量数和电荷数都守恒．分析三：半衰期是放射性元素的一个特性，它是指放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，它是一个宏观统计量，由原子核内部本身的因素决定，与原子所处的物理或化学状态无关．对半衰期有关计算只要求简单了解．教法建议建议一：对天然放射现象可以先由学生看书，然后回答问题的方式教学．建议二：对于核反应方程式要告诉学生正确的书写方法，并多让学生练习，但要注意从可靠的资料上选择实际发生的核反应，不要随意编造核反应方程让学生练习．建议三：关于半衰期的计算现在要求不高，但也要学生掌握有关的简单计算．教学设计示例（二）一、教学目标1．在物理知识方面要求．（1）了解天然放射现象，知道天然放射现象的实质是核的衰变．（2）知道三种射线的特性，了解如何判断三种射线所带电性．（3）知道衰变和衰变．（4）了解半衰期的概念．2．掌握衰变和衰变的规律，引导学生运用质量数守恒和电荷数守恒的规律正确地写出核反应方程式．3．使学生了解天然放射现象说明原子核还有进一步的结构，它打开了人们认识原子核内部世界的大门，揭开了原子核物理的新篇章．二、重点、难点分析1．重点是使学生了解天然放射现象和它的实质，知道天然放射现象中放射出三种射线的特性．2．正确了解半衰期的概念是本节的难点．三、教具1．分析判断三种射线带电性的实验．2．列表总结三种射性的特性．投影幻灯、投影片．四、主要教学过程（一）引入新课复习提问：1．上章原子结构中，主要知识有哪些？2．卢瑟福的原子核式结构模型的内容是什么？从原子结构的学习我们已明确原子不是不可再分的，它是由原子核和电子组成的．通过卢瑟福的粒子散射实验，卢瑟福提出了原子核式结构模型．学习玻尔原子理论，我们知道了原子处于一系列可能的能量状态．而原子核是否可以再分，其内部结构如何是本章要学习的问题．在20世纪头10年卢瑟福提出原子核式模型时，人们很快意识到19世纪末科学家们发现的天然放射现象已经为人们打开了认识原子核内部世界的大门．（二）教学过程设计1．天然放射现象．1895年发现X射线后，法国科学家贝克勒耳在研究X射线与可见光的联系时，将硫酸铀钾晶体与照相底片放在一起，他惊奇的发现：未经阳光照射的铀盐也能使底片感光．后来他又做了一系列有关实验，1896年贝克勒耳宣布，铀和含铀的矿物能发出某种看不见的射线，这种射线可以穿透黑纸使照相底片感光．物质发射这种射线的性质，叫做放射性．具有放射性的元素，叫做放射性元素．在贝克勒耳的建议下，居里夫妇对铀和铀的各种矿石进行了深入研究，并发现了两种放射性更强的新元素，即钋（Po）和镭（Ra）．其中“钋”是居里夫人为了纪念她的祖国波兰而命名的．许多元素都有放射性，原子序数大于83的所有天然存在的元素都具有放射性．这种能自发地放出射线的现象叫做天然放射现象．由于发现放射性现象和对放射现象的研究，1903年贝克勒耳和居里夫妇一起获得诺贝尔物理学奖．2．三种射线．放射线元素放出的射线到底是什么呢？科学家在铅块窄孔的底上，放有放射性样品，孔的对面放着照相底片，没有电场时，底片显影后，正对窄孔有一个暗斑．在底片与铅块间加一电场，显影后底片上出现三个暗斑，带有正电的射线偏转较小，称为射线，带负电的射线偏转较大，称为射线，不发生偏转的射线不带电，称为射线．科学家进一步研究了三种射线的成分和性质，如图中表格所列（用投影幻灯打出）．氦原子核（ He电磁波1/10接近光速三种射线的性质：射线是由氦核构成，速度可达光速的10分之一，穿透能力很弱，一张薄铝箔或一张薄纸就能将它挡住，但有很强的电离作用，很容易使空气电离．射线是高速电子流，速度可达0.9倍光速，贯穿本领很大，能穿透几毫米厚的铝板，但电离能力较弱．射线是波长极短的电磁波，贯穿本领最强，能穿透几厘米厚的铅板，但电离能力最小．三种射线都是从原子核中放射出来的，当放射性物质衰变时，有时放射射线，有时放射射线，同时伴有射线，因此在射线中同时有、、三种射线．放射线的发现揭示了原子核结构的复杂性，促使人们对它做进一步的研究．3．放射性元素的衰变．衰变：我们把原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化叫做原子核的衰变．衰变过程遵守的原则：电荷数和质量数都守恒．原子核符号：代表一个原子核符号，其中X为元素符号，如铀是U，氧为O；下标Z为电荷数，即核带的电量数，也是此元素的原子序数，如U为92，氧为8；上标M为质量数如U238为238，氧16为O16．即可用：U和 O来表示。
19.2天然放射现象2(人教版)
电量
性质
特征
用途
高速运 β射
动的电 －01e 线
子流
负电
贯穿本领较强， 一个
但电离作用较 基本
弱，速度接近光 电荷
速
带电
种类 本质 符号
电量
性质
特征
用途
波长比
X射线 γ射
还要短 hν 线
的电磁
不带 电
波
穿透本领极强， 探伤、
电离作用却很 测量厚
小，速度等于光 度、医
速
疗
要点深化
1．原子核衰变的实质 (1)α衰变的实质是：某元素的原子核同时放出两个质 子和两个中子组成新粒子． (2)β衰变的实质是：某元素的原子核的一个中子变成 质子同时释放出一个电子．
(3)γ射线是伴随着α衰变或β衰变同时产生的，不改变 原子核的核电荷数和质量数，其实质是产生的某些新核由 于具有过多的能量而辐射出的光子．
2．用什么方法可以区分三种射线 三种射线可以用电场和磁场加以区分，如下图所示， 在匀强磁场和匀强电场中都是β比α偏转大，γ不偏转；区别 是：在磁场中偏转轨迹是圆弧，在电场中偏转轨迹是抛物 线．
知识点三
放射性的应用与防护 粒子和宇宙
知识回顾
1．对于放射性同位素放出的射线的利用： (1)利用放出的γ射线检查金属部件是否存在砂眼裂痕 等，即利用γ射线探伤．
(2)利用射线的穿透本领与物质厚度和密度的关系，来 检查各种产品的厚度和密封容器中液体的高度等，从而实 现自动控制．
(3)利用射线使空气电离而把空气变成导电气体，以消 除化纤、纺织品上的静电．
(1)半衰期是原子核有半数发生衰变，变成新核，并不
是原子核的数量、质量减少Байду номын сангаас半．
48原子核结构及天然放射性现象
Z 第四十八讲 原子核结构及天然放射性现象---------------------------------------------------一、天然放射现象、原子核的组成 [知识梳理] 1．天然放射现象 (1)天然放射现象 元素 地放出射线的现象，首先由 发现．天然放射现象的发现，说明还具有复杂的结构．(2)放射性和放射性元素物质发射某种看不见的射线的性质叫． 具有放射性的元素叫 ．2．原子核(1)原子核的组成 ①原子核由和组成，质子和中子统称为．②原子核的核电荷数＝ 数，原子核的质量数＝. ③X 元素原子核的符号为A X ，其中A 表示 ，Z 表示．(2)同位素：具有相同 、不同的原子，因为在元素周期表中的相同，同位素具有相同的性质． 二、核反应[知识梳理] 1．衰变 原子核地放出某种粒子而转变为新核的变化叫做原子核的．放射性元素衰变时放出的射线共有三种： 射线， 射线和射线．(1)按照衰变时放出粒子的不同又分为 α 衰变和 β 衰变．(2)γ 射线：γ 射线经常是伴随着 α 衰变或 β 衰变同时产生的．其实质是放射性原子核在发生 α 衰变或 β 衰变的过程中，产生的新核由于具有过多的能量(核处于激发态)而辐射出光子．(3)半衰期是放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，它表示放射性元素衰变的快慢．2．原子核的人工转变用高能粒子轰击靶核，产生另一种新核的反应过程．典型核反应：(1)卢瑟福发现质子的核反应方程为：.(2)查德威克发现中子的核反应方程为：9Be＋4He→126C＋1n.4 2 0(3)居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程为：.30P→30Si＋0 e.15 14 ＋13．核裂变和核聚变(1)重核裂变重核裂变：是重核分裂成中等质量的核的反应过程．如：23592U＋1n→14456Ba＋89Kr＋1n.0 36 0由重核裂变产生的中子使裂变反应能持续地进行的过程称为，发生链式反应的条件是：裂变物质的体积临界体积．裂变的应用：原子弹、核反应堆．(2)轻核聚变聚变是两个轻核结合成的核的反应过程．如：3H＋2H→4He＋＋17.6 MeV1 1 2使核发生聚变需要几百万度以上的高温，因此聚变又叫．4．核反应方程式遵循的规律(1)质量数守恒．(2)电荷数守恒．三、核力与核能[基础导引]已知226Ra，222Rn，4He 的原子质量分别是226.025 4 u，222.017 5 u，4.002 6 u．求出226Ra88 86 2 88在α 衰变226Ra→222Rn＋4He 中放出的能量(以电子伏特为单位)．8886 2[知识梳理]1．核力：核子间的作用力．核力是短程强引力，作用范围在1.5×10－15 m 之内，只在的核子间发生作用．2．核能：结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，叫做原子核的能，亦称核能．3．质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程E＝，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小Δm，这就是质量亏损．由质量亏损可求出释放的核能ΔE＝.考点一原子核的衰变、半衰期考点解读1．确定衰变次数的方法(1)设放射性元素A X 经过n 次α 衰变和m 次β衰变后，变成稳定的新元素A′Y，则表示该Z Z′核反应的方程为AX →A ′Y ＋n 4He ＋m 0 eZZ ′2－1根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程 A ＝A ′＋4n ，Z ＝Z ′＋2n －m(2)确定衰变次数，因为 β 衰变对质量数无影响，先由质量数的改变确定 α 衰变的次数， 然后再根据衰变规律确定 β 衰变的次数． 2．对半衰期的理解(1)根据半衰期的概念，可总结出公式 N ＝ 1 t /τ，m ＝ 1 t /τ余 N 原(2) 余 m 原(2) 式中 N 原、m 原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，N 余、m 余表示衰变后剩余的放射性元素的原子数和质量，t 表示衰变时间，τ 表示半衰期． (2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关． 特别提醒 近几年高考中多次考到半衰期的理解与计算． 典例剖析例 1 (1)(2011·浙江理综·15) 关于天然放射现象，下列说法正确的是 ( )A ．α 射线是由氦原子核衰变产生B ．β 射线是由原子核外电子电离产生C ．γ 射线是由原子核外的内层电子跃迁产生D ．通过化学反应不能改变物质的放射性(2)(2011·山东理综·38(1)) 碘 131 核不稳定，会发生 β 衰变，其半衰期为 8 天． ①碘 131 核的衰变方程：13153I →(衰变后的元素用 X 表示)．②经过 天有 75%的碘 131 核发生了衰变．跟踪训练 1 一个氡核222Rn 衰变成钋核218Po 并放出一个粒子，其半衰期为 3.8 天.1 g 氡经过86847.6 天衰变掉氡的质量，以及222Rn 衰变成218Po 的过程放出的粒子是( )8684A ．0.25 g ，α 粒子B ．0.75 g ，α 粒子C ．0.25 g ，β 粒子D ．0.75 g ，β 粒子考点二 核反应方程及反应类型 考点解读类型 可控性 核反应方程典例 衰变α 衰变 自发 23892U →23490Th ＋4He2β 衰变自发23490Th →23491Pa ＋0 e－1人工转变人工控制147N ＋4He →178O ＋1H(卢瑟福发现质子)2 14He ＋9Be →126C ＋1n(查德威克发现中子) 2 4 0 27A1＋4He →30P ＋1n13 2 15 0约里奥·居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子30P →30Si ＋0 e15 14＋1比较容易23592U＋1n→14456Ba＋89Kr＋31n 重核裂变进行人工23592U＋1n→13654Xe＋90Sr＋101n 控制轻核聚变除氢弹外无法控制2H＋3H→4He＋1n 1 1 2 0特别提醒 1.核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向，不能用等号连接．2．核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程．3．核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒；遵循电荷数守恒．典例剖析例2 (2011·海南单科·19(1)) 2011 年3 月11 日，日本发生九级大地震，造成福岛核电站严重的核泄漏事故．在泄漏的污染物中含有131I 和137Cs 两种放射性核素，它们通过一系列衰变产生对人体有危害的辐射．在下列四个式子中，有两个能分别反映131I 和137Cs 的衰变过程，它们分别是和(填入正确选项前的字母).131I 和137Cs 原子核中的中子数分别是和．A．X ―→137Ba＋1n B．X ―→131Xe＋0 e1 56 02 54 －1C．X ―→137Ba＋0 e D．X ―→131Xe＋1p3 56 －1思维突破4 54 11．电荷数守恒和质量数守恒是正确书写核反应方程式的关键．2．熟记几种核反应类型的基本概念．跟踪训练2 (2010·广东理综·18) 关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有( ) A.238U→23490Th＋4He 是α 衰变92 2B. 14147N＋4He→178O＋1H 是β 衰变7 2 1C.2H＋3H→4He＋1n 是轻核聚变1 12 0D.2Se→82Kr＋20 e 是重核裂变34 36 －1考点三核力与核能的计算考点解读1．核力(1)含义：原子核里的核子间存在互相作用的核力，核力把核子紧紧束缚在核内，形成稳定的原子核．(2)特点：①核力是强相互作用的一种表现；②核力是短程力，作用范围在 1.5×10－15 m 之内．因此每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用．2．核能(1)质量亏损：组成原子核的核子质量与原子核的质量之差．(2)质能方程：一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的质量成正比，即E＝mc2.方程的含义是：物体具有的能量与它的质量之间存在简单的正比关系，物体的能量增大，质量也增大；物体的能量减少，质量也减少．①核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其能量也要相应减少，即ΔE＝Δmc2；②原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE＝Δmc2.典例剖析例3 假设两个氘核在一直线上相碰发生聚变反应生成氦的同位素和中子，已知氘核的质量是2.013 6 u，中子的质量是1.008 7 u，氦核同位素的质量是3.015 0 u.(1)聚变的核反应方程式是，在聚变核反应中释放出的能量为MeV.(保留两位有效数字)(2)若氚核和氦核发生聚变生成锂核，反应方程式为3H＋4He→7Li，已知各核子比结合能分1 2 3别为E H＝1.112 MeV、E He＝7.075 MeV、E Li＝5.603 MeV，试求此核反应过程中释放的核能．思维突破 1.核能的计算方法(1)根据ΔE＝Δmc2 计算，计算时Δm 的单位是“kg”，c 的单位是“m/s”，ΔE 的单位是“J”．(2)根据ΔE＝Δm×931.5 MeV 计算．因1 原子质量单位(u)相当于931.5 MeV 的能量，所以计算时Δm 的单位是“u”，ΔE 的单位是“MeV”．(3)根据核子比结合能来计算核能原子核的结合能＝核子比结合能×核子数．2．利用质能方程计算核能时，不能用质量数代替质量进行计算．跟踪训练3 (2010·北京理综·15) 太阳因核聚变释放出巨大的能量，同时其质量不断减少．太阳每秒钟辐射出的能量约为4×1026 J，根据爱因斯坦质能方程，太阳每秒钟减少的质量最接近( )A．1036 kg B．1018 kg C．1013 kg D．109 kg1 0复习讲义基础再现一、知识梳理 1.(1)自发 贝克勒尔 原子核(2)放射性 放射性元素 2.(1)①中子 质子 核子 ②质子 中子数＋质子数 ③质量数核电荷数 (2)质子数 中子数 位置 化学 二、知识梳理 1.自发 衰变 α β γ (1)42He 0－1e 2.(1)14 7N ＋42He →17 8O ＋1H (3)2713A1＋42He →3015P ＋10n 3.(1)3 链式反应 大于等于 (2)质量较大 1n 热核反 应 三、知识梳理 1.相邻 2.核子 结合 3.mc 2 Δmc 2 课堂探究例 1 (1)D (2)①13154X ＋0－1e ②16 跟踪训练 1 B 例 2 B C 78 82 跟踪训练 2 AC例 3 (1)21H ＋21H →32He ＋10n 3.3 (2)7.585 MeV 跟踪训练 3 D。
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最新整理高三生物教案天然放射现象天然放射现象
一、教学目标
1.在物理知识方面的要求.
（1）理解什么是“天然放射现象”，掌握天然放射线的性质；
（2）掌握原子核衰变规律，理解半衰期概念；
（3）结合天然放射线的探测问题，提高学生综合运用物理知识的能力.
2.在复习过程中，适当介绍天然放射性的发现过程，以及有关科学家的事绩，对学生进行科学道德与唯物史观的教育.
二、重点、难点分析
1.重点.
（1）衰变规律；
（2）用电场和磁场探测天然射线的基本方法.
2.难点：用力学和电学知识如何分析天然射线的性质.
三、主要教学过程
（一）引入新课
回顾法国物理学家贝可勒尔发现天然放射现象的经历，以及贝可勒尔为了试验放射线的性质，用试管装入含铀矿物插在上衣口袋中被射线灼伤、早期核物理学家多死于白血病（放射病）的故事.
（二）教学过程设计
天然放射性.
1.天然放射现象：某种物质自发地放射出看不见的射线的现象.
2.原子核的衰变：某种元素原子核自发地放出射线粒子后，转变成新的元素
原子核的现象.
3.天然放射线的性质.（见下页表）
说明电离本领和贯穿本领之间的关系：α粒子是氦原子核，所以有很强的夺取其它原子的核外电子的能力，但以损失动能为代价换得原子电离，所以电离能力最强的α粒子，贯穿本领最弱；而γ光子不带电，只有激发核外电子跃迁时才会将原子电离，所以电离能力最弱而贯穿本领最强.
4.衰变规律.
（1）遵从规律：
质量数守恒（说明与“质量守恒定律”之区别）；
电荷数守恒；
动量守恒；
能量守恒.
说明：γ衰变是原子核受激发产生的，一般是伴随α衰变或β衰变进行的，即衰变模式是：α＋γ，β＋γ，没有α＋β＋γ这种模式！
（3）半衰期：放射性原子核衰变掉一半所用时间.
说明：某种原子核的半衰期与物理环境和化学环境无关，是核素自身性质的反映.
例1平衡下列衰变方程：
分析：因为α衰变改变原子核的质量数而β衰变不能，所以应先从判断α衰变次数入手：
每经过1次α衰变，原子核失去2个基本电荷，那么，钍核经过6次α衰变后剩余的电荷数与铅核实际的电荷数之差，决定了β衰变次数：
答案：6，4.
（1）α粒子与氡核的动能之比；
（2）若α粒子与氡核的运动方向与匀强磁场的磁感线垂直，画出轨迹示意图，并计算轨道半径之比.
解：（1）衰变时动量守恒：
0=mαvα+MRnvRn，
（2）若它们在匀强磁场中，运动方向与磁感线垂直，轨道半径
但衰变时射出的α粒子与反冲核（Rn）都带正电荷，且动量大小相等，则它们在匀强磁场做圆周运动的轨迹是一对外切圆（图1），轨道半径和粒子电量成反比：
例4一束天然放射线沿垂直电场线的方向从中间进入到两块平行带电金属板M、N之间的匀强电场中，试问：
（1）射线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ各是哪种射线？
（2）M、N各带何种电荷？
提示：参考天然放射线的性质.
解：γ射线不带电，所以是Ⅱ（直线）.
设带电粒子打到金属板上的位置为x，偏转的距离都是d／2，根据公式
qα=2e，qβ=e，代入上式，得比值
所以Ⅰ为α射线，Ⅲ为β射线，M带负电.。