高中物理第四章原子核4.1走进原子核4.2放射性元素的衰变课件粤教版.ppt

,第一节 走进原子核 第二节 放射性元素的衰变,目标导航,预习导引,目标导航,预习导引,二,一,三,四,五,一、放射性的发现,目标导航,二,一,预习导引,三,四,五,二、原子核的组成 1.质子的发现,2.中子的发现,目标导航,二,一,预习导引,三,四,五,3.原子核的组成 原子核由质子和中子组成,质子和中子统称为核子. 4.原子核的符号,目标导航,二,一,预习导引,三,四,五,卢瑟福发现质子是原子核的组成部分和汤姆生发现电子是原子的组成部分的科学思想有何共同点? 答案:汤姆生通过阴极射线,确定阴极射线的电性和电荷量,猜测电子来源于原子,通过换用不同的材料作阴极得到相同的阴极射线,证明了电子是原子的组成部分;卢瑟福通过粒子轰击氮原子核得到质子,并确定了质子的电性和电荷量,猜测质子来源于原子核,通过用粒子轰击不同原子的原子核都得到相同的质子,证明了质子是原子核的组成部分.卢瑟福和汤姆生都经历了“实验事实猜想(预言)实验验证”的过程.,目标导航,二,一,预习导引,三,四,五,三、放射线的本质,目标导航,二,一,预习导引,三,四,五,若在射线经过的空间施加电场(方向与射线的出射方向垂直),射线能分成三束吗? 答案:能分成三束.三种射线的带电情况各不相同,它们在电场中的受力情况不同,故可分成三束.,目标导航,二,一,预习导引,三,四,五,四、原子核的衰变 1.原子核的衰变:原子核放出粒子或粒子,由于核电荷数变了,变成了另一种原子核. 2.,目标导航,二,一,预习导引,三,四,五,目标导航,二,一,预习导引,三,四,五,五、半衰期 1.定义:放射性元素的原子核数目因衰变减少到原来的一半所经过的时间. 2.公式: m0表示放射性元素衰变前的质量,m为经过时间t后剩余的放射性元素的质量. 3.影响因素:放射性元素衰变的速率由核本身的因素决定,与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.,目标导航,二,一,预习导引,三,四,五,有10个镭226原子核,经过一个半衰期有5个发生衰变,这样理解对吗? 答案:不对.10个原子核,数目太少,它们何时衰变是不可预测的,因为衰变规律是大量原子核的统计规律.,迁移应用,典题例解,一,二,知识精要,一、天然放射现象 1.天然放射现象的意义 天然放射现象说明原子核是有内部结构的.元素的放射性不受单质和化合物存在形式的影响.化学反应决定于核外的电子,能量有限,不可能放出粒子,也不可能放出高速的粒子和光子来,因此三种射线只能是从原子核内放出的.这说明原子核是有复杂结构的.,思考探究,三,特征:贯穿本领小,电离作用强,能使沿途中的空气电离. (2)射线:贝克勒尔证实,射线是电子流,其速度可达光速的99%. 特征:贯穿本领大,能穿透黑纸,甚至穿透几毫米厚的铝板,但电离作用较弱. (3)射线是一种波长很短的电磁波光子流,是能量很高的电磁波,波长10-10 m. 特征:贯穿本领最强,能穿透几厘米厚的铅板.电离作用最弱.,迁移应用,典题例解,一,二,知识精要,思考探究,三,知识精要,迁移应用,典题例解,思考探究,分析、比较三种射线。 答案:三种射线的比较如下表,一,二,三,一,二,三,知识精要,迁移应用,典题例解,思考探究,知识精要,迁移应用,典题例解,思考探究,【例1】 (多选)(2014全国理综)关于天然放射性,下列说法正确的是( ) A.所有元素都可能发生衰变 B.放射性元素的半衰期与外界的温度无关 C.放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性 D.、和三种射线中,射线的穿透能力最强 E.一个原子核在一次衰变中可同时放出、和三种射线 解析:只有放射性元素才能发生衰变,A项错误;半衰期由原子核的内部自身的因素决定,与原子核所处的化学状态和外部条件无关,B、C两项正确;射线的穿透力最强,D项正确;原子核衰变时,不能同时放出、射线,E项错误. 答案:BCD,一,二,三,一,二,三,知识精要,迁移应用,典题例解,思考探究,知识精要,迁移应用,典题例解,思考探究,(2015重庆理综)右图中曲线a、b、c、d为气泡室中某放射物发生 衰变放出的部分粒子的径迹,气泡室中磁 感应强度方向垂直于纸面向里.以下判断可能正确的是( ) A.a、b为粒子的径迹 B.a、b为粒子的径迹 C.c、d为粒子的径迹 D.c、d为粒子的径迹 答案:D 解析:带电粒子在磁场中受洛伦兹力作用而发生偏转,根据左手定 则可知,曲线a、b为带正电的粒子的径 迹,曲线c、d为带负电的粒子的径迹,选项D正确.,一,二,三,迁移应用,典题例解,知识精要,思考探究,二、原子核的组成 原子核是由质子、中子构成的,质子带正电,中子不带电.质子、中子统称核子.不同的原子核内质子和中子的个数并不相同,原子核直径大约为10-15 m. 符号 X表示原子核,X为元素符号;A为核质量数;Z为核电荷数A-Z=中子数.,一,二,三,1.质子的发现 (1)质子带正电,电荷量与一个电子所带电荷量相等,质子质量mp=1.672 623 110-27 kg. (2)1919年,卢瑟福用粒子轰击氮原子核,从中打出了质子;以后,人们用同样的方法从氟、钠、铝等原子核中都打出了质子.所以质子是原子核的组成部分. 2.中子的发现 1932年,查德威克通过实验证实了中子的存在.中子不带电,质量mn=1.674 928 610-27 kg.,一,二,三,迁移应用,典题例解,知识精要,思考探究,知识精要,迁移应用,典题例解,思考探究,原子核的电荷数、质量数就是原子核的电荷量、质量吗? 答案:(1)电荷数Z是指原子核内质子的个数,它可以表示原子核的电荷量,这个电荷量的单位不是库仑,而是“元电荷”,即它表示原子核中所带有Z个元电荷e的电量,原子的电荷量Q=Ze. (2)质量数也不是原子核的质量.质子和中子统称为核子,原子核内质子和中子的总个数就是质量数,原子核的质量是指原子核内所有质子和中子的质量总和,即m=Zmp+(A-Z)mnAmp.,一,二,三,知识精要,迁移应用,典题例解,思考探究,【例2】 (多选)以下说法中正确的是( ) A.原子中含有带负电的电子,所以原子带负电 B.原子核中的质子数,一定跟核外电子数相等 C.用粒子轰击氮、氟、钠、铝等元素的原子核都可以打出质子, 因此人们断定质子是原子核的组成部分 D.绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于原子核的电荷量 跟质子的电荷量之比,因而原子核内还存在一种不带电的中性粒子 解析:原子中除了带负电的电子外,还有带正电的质子,故A错误.对于中 性原子来说原子核中的质子数才跟核外电子数相等,故B错误.正是用 粒子轰击原子核的实验才发现了质子,故C正确.因为绝大多数的原子 核的质量跟质子质量之比都大于原子核的电荷量跟质子的电荷量之比, 才确定原子核内必还有别的中性粒子存在,故D正确. 答案:CD,一,二,三,一,二,三,知识精要,迁移应用,典题例解,思考探究,知识精要,迁移应用,典题例解,思考探究,(多选)一个原子核为 Bi,关于这个原子核,下列说法中正确的是( ) A.核外有83个电子,核内有127个质子 B.核外有83个电子,核内有83个质子 C.核内有83个质子,127个中子 D.核内有210个核子 答案:CD 解析:根据原子核的表示方法得质子数为83,质量数为210,故中子数为210-83=127,而质子和中子统称核子, 故核子数为210,因此选项C、D正确.由于不知道原子的电性,就不能判断核外电子数,故选项A、B错误.,一,二,三,迁移应用,典题例解,知识精要,一,二,三,思考探究,三、放射性元素的衰变 1.衰变方程 (1)原子核放出一个粒子就说它发生了一次衰变,新核的质量数比原来的核减少了4,而电荷数减少了2,用通式表示为 . (2)原子核放出一个粒子就说它发生了一次衰变,新核的质量数不变,而电荷数增加了1,用通式表示为 . (3)射线经常是伴随衰变或衰变而产生的,是由于衰变后的新核具有较大的能量,处于激发态,向低能级跃迁时辐射出来的一份能量,原子核放出一个光子不会改变它的质量数和电荷数,不能单独发生衰变.,2.两个重要的衰变,3.衰变和衰变的实质 在放射性元素的原子核中,2个中子和2个质子结合得比较紧密,有时会作为一个整体从较大的原子核中抛射出来,这就是放射性元素发生的衰变现象.原子核里虽然没有电子,但是核内的中子可以转化成质子和电子,产生的电子从核内发射出来,这就是衰变. (1)衰变实质:粒子实质就是氦核,它是由两个质子和两个中子组成的.当发生衰变时,原子核中的质子数减2,中子数也减2,因此新原子核的核电荷数比未发生衰变时的原子核的核电荷数少2,为此在元素周期表中的位置向前移动两位.即 .,一,二,三,迁移应用,典题例解,知识精要,思考探究,(2)衰变实质:衰变是原子核中的一个中子转化成一个质子的同时放出一个电子,即粒子放射出去,生成的一个质子留在核内,使核电荷数增加1.但衰变不改变原子核的质量数,所以发生衰变后,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.即 . 4.半衰期 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,对于一个特定的原子核,无法确定何时发生衰变,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. 半衰期是表示放射性元素衰变快慢的物理量.不同的放射性元素,其半衰期不同,有的差别很大.,一,二,三,迁移应用,典题例解,知识精要,思考探究,知识精要,迁移应用,典题例解,思考探究,每种元素只存在一种放射性,为什么一块放射性物质会放出三种射线? 答案:一种元素放射出一种射线后就衰变成另一种元素,这种新元素会具有新的放射性.,一,二,三,知识精要,迁移应用,典题例解,思考探究,【例3】 原来静止的铀 U和 Th同时在同一匀强磁场中,由于 衰变而开始做匀速圆周运动.铀238发 生了一次衰变,钍234发生了一次衰变. (1)试画出铀238发生一次衰变时所产生的新核及粒子在磁场中的运动 轨迹的示意图. (2)试画出钍234发生一次衰变时所产生的新核及粒子在磁场中的运动 轨迹的示意图. 思路分析:(1)衰变过程中质量数、电荷数守恒; (2)衰变过程中动量守恒; (3)带电粒子垂直磁场方向做圆周运动时洛伦兹力提供向心力.,一,二,三,一,二,三,知识精要,迁移应用,典题例解,思考探究,一,二,三,知识精要,迁移应用,典题例解,思考探究,一,二,三,知识精要,迁移应用,典题例解,思考探究,知识精要,迁移应用,典题例解,思考探究,一,二,三,一,二,三,知识精要,迁移应用,典题例解,思考探究,一,二,三,知识精要,迁移应用,典题例解,思考探究,一,二,三,知识精要,迁移应用,典题例解,思考探究,知识链接,案例探究,类题试解,由于宇宙射线的作用,大气中二氧化碳除了含有稳定的碳12,还含有放射性的碳14,并且碳的这两种同位素 含量之比几乎保持不变.活的植物通过光合作用吸收到体内的既有碳12,也有碳14,它们体内碳12与碳14 的含量保持着与大气中一样的比例.植物死后,光合作用停止了,碳14由于衰变含量逐渐减少.已知碳14 的半衰期是5 730年,如果现在有一个从远古居民遗址中挖掘出来的木片,它的碳14的含量只是活体的二 分之一,那么这个木片大约是多少年前的植物?这座远古居民遗址大约是多少年前的?,1.分析讨论 植物死后,碳14由于衰变含量逐渐减少,与活体的植物含量出现差别.根据从遗址中挖掘出来的木片中剩 余的碳14含量,可推出它死后已经过了多少个半衰期,从而得出它的生长年代.题目中所给木片的碳14含 量只是活体的一半,说明经过了一个半衰期的时间,即 5 730 年,所以此植物的生长年代大约是在5 730年前. 2.结论 因为木片中碳14的含量是活体的二分之一,说明它已经死了一个半衰期的时间,已知碳14的半衰期是 5 730 年,所以这个木片和这座远古居民遗址大约是5 730年前的.,知识链接,案例探究,类题试解,知识链接,案例探究,类题试解,知识链接,案例探究,类题试解,(2015山东理综)(多选)14C发生放射性衰变成为14N,半衰期约5 700年.已 知植物存活期间,其体内14C与12C的比例不变;生命活动结束后,14C的比例 持续减少.现通过测量得知,某古木样品中14C的比例正好是现代植 物所制样品的二分之一.下列说法正确的是( ) A.该古木的年代距今约5 700年 B.12C、13C、14C具有相同的中子数 C.14C衰变为14N的过程中放出射线 D.增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变,知识链接,案例探究,类题试解,解析:因古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一,则可知经过的时间为一个半衰期,即 该古木的年代距今约为5 700年,A项正确;12C、13C、14C具有相同的质子数,由于质量数不同,故中子数不 同,B项错误;根据核反应方程可知,14C衰变为14N的过程中放出电子,即发出射线,C项正确;外界环境不 影响放射性元素的半衰期,D项错误. 答案:AC,知识链接,案例探究,类题试解,知识链接,案例探究,类题试解,知识链接,案例探究,类题试解,