人教版 (2019)选择性必修 第三册2 放射性元素的衰变备课课件ppt

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1.知道放射现象的实质是原子核的衰变。2.知道两种衰变的基本性质,并掌握原子核的衰变规律。3.理解半衰期的概念,并能利用半衰期公式进行简单的计算。4.通过对放射性元素衰变过程的探究,熟练写出核的衰变方程。
一、原子核的衰变1.α衰变:原子核自发地放出　α粒子　,变成另一种原子核的衰变。 (1)衰变方程(以铀238为例)。
(2)衰变实质:　两个　中子和　两个　质子紧密地结合在一起,作为一个整体从较大的原子核中被释放出来。 
2.β衰变:原子核自发地放出　β粒子　,变成另一种原子核的衰变。 (1)衰变方程(以钍234为例)。
3.γ射线:γ射线是伴随α射线和　β射线　产生的。 4.原子核衰变规律。原子核衰变时　电荷数　和质量数都守恒。 
微探究1 放射性元素发生α衰变、β衰变时放出α粒子与β粒子,下图为α衰变、β衰变示意图。(1)当原子核发生α衰变时, 新核的核电荷数与质量数相对原来的原子核变化了多少?(2)当发生β衰变时,原子核的质量数是否发生变化?新核在元素周期表中的位置怎样变化?
提示:(1)当原子核发生α衰变时,原子核的质子数减少2,中子数减少2,因为α衰变的实质是2个质子和2个中子结合在一起从原子核中被释放出来,所以新核的核电荷数比原来的原子核减少2,质量数减少4。(2)β粒子为电子,发生β衰变时原子核的质量数不发生变化,但新核的核电荷数相对原来的原子核核电荷数增加1,所以原子序数增加1,元素在周期表上向原子序数增加的方向移动1位。
二、半衰期1.半衰期定义:放射性元素的原子核有　半数　发生衰变所需的时间,叫作这种元素的半衰期。 2.影响因素:是由原子核内部自身的因素决定的,跟原子所处的化学状态和外部条件　没有　关系。 3.半衰期规律:是一个统计规律,对　个别少数　的原子核的衰变没有意义。 
变了它的半衰期,这种说法对吗?(2)如果不对,那到底是什么原因呢?
提示:(1)不对。放射性元素的半衰期由原子核本身的因素决定,与外界环境等因素无关。
三、核反应1.核反应:原子核在　其他粒子　的轰击下产生新原子核或者发生状态变化的过程,称为核反应。 
3.核反应规律:在核反应中,　质量数　守恒、电荷数守恒。 
A.质子B.电子C.光子D.中子答案:D解析:根据核反应过程中质量数守恒,有9+4=12+A,X的质量数是1;电荷数守恒,有4+2=6+Z,X的电荷数是0,所以X是中子,选项D正确。
四、放射性同位素及其应用1.放射性同位素:具有　放射性　的同位素。 2.放射性同位素的应用。(1)利用射线:射线测厚装置,放射治疗,培育新品种、延长保质期。(2)作为　示踪原子　:棉花对磷肥的吸收、甲状腺疾病的诊断。 
微探究3 用人工方法可以得到放射性同位素,放射性同位素在工业、农业、医疗卫生和科学研究的许多方面都得到了广泛的应用。试探究:(1)带电的验电器在放射线照射下电荷会很快消失,这是什么原因?(2)在我国首次用人工方法合成牛胰岛素时,需要证明人工合成的牛胰岛素结晶跟天然牛胰岛素结晶是同一种,为此使用的放射性同位素14C的作用是什么?
提示:(1)在放射线的电离作用下,空气中的分子会发生电离,空气中与验电器所带电荷电性相反的离子与之中和,所以使验电器所带电荷消失。(2)示踪原子。
五、辐射与安全1.放射性的危害。人类一直生活在放射性的环境中,　过量的　射线对人体组织有破坏作用。 2.放射性的防止。在使用放射性同位素时,必须严格遵守操作规程,注意人身安全,同时,要防止放射性物质对空气、水源、用具等的污染。
重难归纳1.α衰变和β衰变的比较。
一 对原子核衰变的理解
2.α衰变和β衰变的唯一性:任何一种放射性元素只有一种放射性,不能同时既有α放射性又有β放射性,而γ射线伴随α衰变或β衰变产生。
(2)技巧:为了确定衰变次数,一般先由质量数的改变确定α衰变的次数(这是因为β衰变的次数多少对质量数没有影响),然后根据衰变规律确定β衰变的次数。
原子核α衰变实质是放出一个氦原子核,β衰变实质是放出一个电子。试探究:(1)放射性元素能不能一次衰变同时产生α射线和β射线?(2)γ射线又是怎样产生的?提示:(1)不能,一次衰变只能是α衰变或β衰变,而不能同时发生α衰变和β衰变。(2)放射性的原子核在发生α衰变、β衰变时产生的新核处于高能级,这时它要向低能级跃迁,并放出γ光子。
A.m=6、n=8B.m=5、n=6C.m=6、n=5D.m=8、n=6答案:D解析:设发生m次α衰变、n次β衰变,则238=206+4m,92=82+2m-n,解得m=8,n=6,故选项D正确,A、B、C错误。
规律总结 衰变次数的判断方法 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,质量数不变。
学以致用如果某放射性元素经过x次α衰变和y次β衰变,变成一种新原子核,则这个新原子核的质子数比放射性元素原子核的质子数减少(　　)A.2x+yB.x+yC.x-yD.2x-y答案:D
解析:发生一次α衰变时,质子数减小2;发生一次β衰变时,质子数增大1。所以如果某放射性元素经过x次α衰变和y次β衰变,变成一种新原子核,则这个新原子核的质子数比放射性元素原子核的质子数减少2x-y,选项D正确。
重难归纳1.核反应与原子核人工转变。
2.人工转变核反应与衰变的比较。(1)不同点:原子核的人工转变是一种核反应,需要一定的装置和条件才能发生;而衰变是原子核的自发变化,它不受物理和化学条件的影响。(2)相同点:人工转变与衰变过程一样,在发生过程中质量数与电荷数都守恒,反应前后粒子总动量守恒。
3.衰变方程的书写。(1)核反应过程一般是不可逆的,所以核反应只能用箭头,不能用等号。(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而杜撰出不符合实际的生成物来书写核反应方程。
以下是物理学史上3个著名的核反应方程:
典例剖析完成下列核反应方程,并指出其中　　　　是发现质子的核反应方程,　　　　是发现中子的核反应方程。 
其中发现质子的核反应方程是(2),发现中子的核反应方程是(4)。
学以致用有一种新型镍铜长效电池,它是采用半衰期长达100年的放射性同位素镍63 和铜两种金属作为长效电池的材料,利用镍63发生β衰变时释放电子给铜片,把镍63和铜片作电池两极,外接负载。下面有关该电池的说法正确的是(　　)
C.外接负载时镍63的电势比铜片低D.该电池内电流方向是从镍片到铜片
解析:镍63的衰变方程为 ,选项A正确,B错误;电流方向为正电荷定向移动方向,在电池内部电流从铜片到镍片,镍片电势高,选项C、D错误。
重难归纳1.人工放射性同位素的优点。(1)放射强度容易控制。(2)半衰期比天然放射性物质短得多,放射性废料容易处理。
三 放射性同位素的应用
2.放射性同位素的主要应用。(1)利用它的射线:①工业部门使用射线测厚度——利用γ射线的穿透特性;②农业应用——γ射线使种子的遗传基因发生变异,杀死使食物腐败的细菌,抑制蔬菜发芽,延长保存期等;③医疗上——利用γ射线的高能量治疗癌症。(2)作为示踪原子:放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质,通过探测放射性同位素的射线确定其位置。
下图是LUNATM260型伽玛射线放疗机。(1)伽玛射线放疗机的工作原理是什么?(2)试举出其他利用伽玛射线的实例。提示:(1)利用放射性元素释放出的γ射线杀死癌细胞。(2)利用γ射线的穿透特性测金属板的厚度;利用γ射线杀死使食物腐败的细菌,延长保存期等。
典例剖析正电子发射计算机断层显像(PET)的基本原理是将放射性同位素15O注入人体,参与人体的代谢过程,15O在人体内衰变放出正电子,与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子,被探测器探测到,经计算机处理后产生清晰的图像。根据PET的原理,回答下列问题。
(1)写出15O的衰变和正负电子湮灭的反应方程。(2)将放射性同位素15O注入人体,15O的主要用途是(　　)A.利用它的射线B.作为示踪原子C.参与人体的代谢过程D.有氧呼吸(3)PET中应选用半衰期　　　　(选填“长”“短”或“长短均可”)的放射性同位素。 
(2)将放射性同位素15O注入人体后,由于它能放出正电子,并能与人体内的负电子产生一对光子,从而被探测器探测到,所以它的用途是作为示踪原子,选项B正确。(3)根据同位素的用途,为了减小对人体的伤害,半衰期应该很短。
规律总结 放射性同位素的两类应用 1.利用它的射线:α射线的电离作用,γ射线的贯穿本领和生物作用,β射线的贯穿本领。 2.作为示踪原子:多数情况下用β射线,因为γ射线难以探测到。
学以致用下图是利用放射线自动控制铝板厚度的装置。假如放射源能放射出α、β、γ三种射线,而根据设计,该生产线轧制的是3 mm厚的铝板,那么三种射线中的何种射线对控制厚度起主要作用?当探测接收器单位时间内接收到的放射性粒子的个数超过标准值时,自动装置会将M、N两个轧辊间的距离如何调节?(　　)A.α;调大些B.β;调大些C.γ;调大些D.α;调小些
解析:α射线穿透能力很弱,不能穿透3 mm厚的铝板,所以利用的不是α射线,故选项A、D错误;β射线恰好能穿透几毫米厚的铝板,即利用的是β射线,当探测接收器单位时间内接收到的放射性粒子的个数超过标准值时,说明铝板变薄了,所以自动装置将M、N两个轧辊间的距离调大些,故选项B正确;γ射线穿透力太大,当铝板厚度变化时,γ射线都能穿过,穿过的粒子数不发生变化,故选项C错误。
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,对于一个特定的原子核,无法确定其何时发生衰变,半衰期只适用于大量的原子核。
下图为始祖鸟的化石,美国科学家维拉·黎比利用半衰期的原理发明了“碳-14计年法”,并因此荣获了1960年的诺贝尔奖。利用“碳-14计年法”可以估算出始祖鸟的年龄。(1)为什么能够利用半衰期来计算始祖鸟的年龄?(2)若有10个具有放射性的原子核,经过一个半衰期,则一定有5个原子核发生了衰变,这种说法是否正确,为什么?
提示:(1)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。能够运用它来计算始祖鸟的年龄是因为半衰期与原子所处的化学状态和外部条件无关。(2)这种说法是错误的,因为半衰期描述的是大量放射性元素的原子核衰变的统计规律,不适用于少量原子核的衰变。
2T后两种元素的核的质量相等,则开始时两种核的个数之比为多少?若经过2T后两种核的个数相等,则开始时两种核的质量之比为多少?答案:b∶4a　a∶4b
规律总结 1.半衰期是指放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间,而不是样本质量减少一半的时间。2.经过n个半衰期,剩余核个数为N剩= N总。
学以致用一瓶无害放射性同位素溶液,其半衰期为2天,测得每分钟衰变6×107次。今将这瓶溶液倒入一水库中,8天后认为溶液已均匀分布在水库中,取1 m3测得每分钟衰变20次,则该水库蓄水量为多少?答案:1.875×105 m3
A.2B.239C.145D.92答案:A
2.放射性同位素电池已成功应用于军事卫星、空间探测器、水下监听器、航标灯、心脏起搏器、微型电动机械等方面。在诸多设计方案中有一种是衰变产生的射线作用于荧光物质激发荧光,然后再由荧光射入光电管利用光电效应实现电能输出。现考虑用氚 作为放射性物质,其衰变为β衰变,半衰期为12.43年,则下列说法正确的是(　　)A.β衰变所释放的电子来自核外电子
C.提高温度,增大压强可以改变氚的半衰期D.该衰变电池的功率可保持10年不变
解析:β衰变的实质是原子核的一个中子变为质子的同时释放
项B正确;半衰期与元素所处物理、化学环境无关,由元素本身决定,故选项C错误;该衰变电池的功率随着放射性物质的衰变功率不断减小,故选项D错误。
3.半衰期是指具有放射性的元素有半数发生衰变的时间,那么(　　)A.随着衰变的进行,元素总量越来越少,半衰期也越来越短B.对于某种特定的元素,半衰期是个不变的值C.半衰期随温度或化学环境变化而变化D.8个氡原子经过一个半衰期的时间后,剩余4个氡原子答案:B
解析:放射性元素的半衰期仅仅与元素本身有关,不会随它所处的化学环境和它本身的物理状态的变化而变化,故选项A、C错误,B正确;半衰期具有统计规律,对大量的原子核适用,对少数的原子核不适用,故选项D错误。
A.铅核比钍核少24个中子B.铅核比钍核少8个质子C.衰变过程中共有4次α衰变和8次β衰变D.衰变过程中共有6次α衰变和4次β衰变答案:BD
解析:由核反应中质量数守恒、电荷数守恒且原子核的质量数等于其中子数和质子数之和得,铅核比钍核少8个质子、少16个中子,选项A错误,B正确;设发生了n次α衰变和m次β衰变,
6.(多选)在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料,这些材料都不同程度地含有放射性元素,有些含有铀、钍的花岗岩会放射出α、β、γ射线。根据有关放射性知识可知,下列说法正确的是(　　)A.发生α衰变时,生成核与原来的原子核相比,核内质量数减少2B.发生β衰变时,生成核与原来的原子核相比,核内中子数减少1C.β射线是原子的核外电子电离后形成的电子流D.放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性
解析:发生α衰变时,生成核与原来的原子核相比,质子数减少2,核内质量数减少4,故选项A错误;发生β衰变时,原子核中的一个中子,转变为一个质子和一个电子,电子释放出来,所以β射线不是原子的核外电子电离后形成的电子流,发生β衰变时,生成核与原来的原子核相比,核内中子数减少1,故选项B正确,C错误;放射性元素的放射性与核外电子无关,故放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性,故选项D正确。