人教版高中物理选修性必修第三册 5.2放射性元素的衰变

放射性元素的衰变 听说过“点石成金”的传说吗？ 一、原子核的衰变α衰变：放出α粒子的衰变，如β衰变：放出β粒子的衰变，如1.定义：原子核放出粒子或粒子转变为新核的变化叫做原子核的衰变。2.种类：++ 一、原子核的衰变原子核发生衰变时，衰变前后的电荷数和质量数都守恒。说明：（1）中间用单箭头，不用等号；（2）是质量数守恒，不是质量守恒;（3）方程及生成物要以实验为基础，不能杜撰。3.规律：衰变：+衰变：+ 一、原子核的衰变4.本质：（1）衰变：原子核内少两个质子和两个中子。（2）衰变：原子核内的一个中子变成质子，同时放出一个电子。元素的放射性与元素存在的状态无关，放射性表明原子核是有内部结构的。说明： 一、原子核的衰变辐射原子核的能量也跟原子的能量一样，其变化是不连续的，也只能取一系列不连续的数值，因此也存在着能级，同样是能级越低越稳定。放射性的原子核在发生衰变、衰变时，往往蕴藏在核内的能量会释放出来，使产生的新核处于高能级，这时它要向低能级跃迁，能量以光子的形式辐射出来，因此，射线经常是伴随射线和射线产生的，当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生衰变，有的发生衰变，同时就会伴随着辐射（没有衰变）。这时，放射性物质发出的射线中就会同时具有、和三种射线。 一、原子核的衰变5.注意：一种元素只能发生一种衰变，但在一块放射性物质中可以同时放出、和三种射线（连续衰变）。++ 二、半衰期1.意义：表示放射性元素衰变快慢的物理量2.定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间3.物理意义：表示放射性元素本身衰变快慢的物理量。不同元素的半衰期不同，有的差别很大。例如：氡222衰变为钋218的半衰期为3.8天镭226衰变为氡222的半衰期为1620年铀238衰变为钍234的半衰期长达4.5×109年 二、半衰期经过个半衰期（）其剩余的质量为：质量与原子个数相对应，故经过个半衰期后剩余的粒子数为：3.公式： 二、半衰期注意：（1）半衰期的长短由原子核内部自身的因素决定，跟所处的化学状态（如单质、化合物）和外部条件（如温度和压强）都没有关系。（2）半衰期是一个统计规律，只对大量的原子核才适用，对少数原子核是不适用的。 例题1：关于放射性元素的半衰期，下列说法正确的是（）A．半衰期是原子核全部衰变所需时间的一半。B．半衰期是原子核有半数发生衰变所需的时间。C．半衰期是原子量减少一半所需的时间。D．半衰期是元素质量减少一半所需的时间。B 例题2：经过一系列衰变和衰变后，可以变成稳定的元素铅206（），问这一过程衰变和衰变次数？解：设经过次衰变，次衰变，则：238=206+492=82+2-解得：＝8＝6 三、核反应卢瑟福在实验中发现，往容器C中通入氮气后，在荧光屏S上出现了闪光，这表明，有一种新的能量比粒子大的粒子穿过铝箔，撞击在S屏上，这种粒子肯定是在粒子击中某个氮核而使该核发生变化时放出的。这样，卢瑟福通过人工方法实现了原子核的转变，人类第一次打开了原子核的大门。粒子铝箔荧光屏氮气显微镜 为了认定新粒子，把新粒子引进电场和磁场，测出了它的质量和电量，确认与氢核相同：带有一个单位的正电量，质量是电子质量的1800多倍。卢瑟福把它叫做质子。质子的符号是H或P。在云室里做卢瑟福实验，还可以根据径迹了解整个人工转变的过程。英国物理学家布拉凯特在所拍摄的两万多张照片的40多万条α粒子径迹中，发现了8条产生分叉的记录。三、核反应 三、核反应分叉情况表明，α粒子击中氮核后，生成一个新核，同时放出质子。新核的电量较大速度较慢，径迹短而粗；质子速度大，电量小，故径迹细而长。根据核反应中质量数守恒和电荷数守恒，可以写出这个发现质子的核反应方程并得知新核放出质子后变成了氧核。+ 三、核反应说明：1.核反应中质量数与电荷数守恒。2.核反应是原子核的变化，化学反应是核外电子的变化。用α粒子、中子等去轰击其它元素的原子核，也都产生类似的转变，并产生质子，说明质子是各种原子核里都有的成分，质子是人类继电子、光子后发现的第三个基本粒子。原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程。——核反应 例题3：写出下列原子核人工转变的核反应方程。（1）俘获1个粒子后放出1个质子（2）俘获1个粒子后放出1个中子（3）俘获1个中子后放出1个质子 四、放射性同位素及其应用1934年，约里奥·居里夫妇发现经过粒子轰击的铝片中含有放射性磷。有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素。反应生成物是磷的一种同位素，自然界没有天然的，它是通过核反应生成的人工放射性同位素。+ 不稳定，会进行如下的衰变：说明：1.这是人类第一次发现正电子。2.没有特殊说明，电子均指负电子由此而荣获1935年诺贝尔化学奖。四、放射性同位素及其应用+ 1.人工放射性同位素和天然放射性同位素相比的优点：放射强度容易控制半衰期短，废料易处理可制成各种所需形状现实应用中一般使用人工放射性同位素四、放射性同位素及其应用 四、放射性同位素及其应用A．利用射线的穿透本领与物质厚度密度的关系，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。B．由于γ射线贯穿本领强，可以用来γ射线检查金属内部有没有砂眼或裂纹，所用的设备叫γ射线探伤仪。C．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。D．利用射线照射植物，引起植物变异而培育良种，也可以利用它杀菌、治病等。2.放射性同位素的应用： 射线测厚仪四、放射性同位素及其应用 四、放射性同位素及其应用利用钴60的射线治疗癌症（放疗） 四、放射性同位素及其应用培优、保鲜经照射未经照射经照射未经照射 棉花在结桃、开花的时候需要较多的磷肥，利用磷的放射性同位素制成肥料喷在棉花叶面上，被植物吸收，然后每隔一定时间用探测器测量棉株各部位的放射性强度，就可知道什么时候磷的吸收率最高、磷在作物体内能存留多长时间、磷在作物体内的分布情况等。四、放射性同位素及其应用示踪原子人体甲状腺的工作需要碘，碘被吸收后聚集在甲状腺内。给人注射碘的放射性同位素碘131，在颈部底部的甲状腺（红色，部分被遮蔽）被放射性示踪剂碘131高亮着色。定时用探测器测量甲状腺及邻近组织的放射强度，有助于诊断甲状腺的疾病。 五、辐射与安全人类一直生活在放射性的环境中。例如，地球上的每个角落都有来自宇宙的射线，我们周围的岩石，其中也有放射性物质。我们的食物和日常用品中，有的也具有放射性，例如，食盐和有些水晶眼镜片中含有钾40，香烟中含有钋210，这些也是放射性同位素，不过它们辐射的强度都在安全剂量之内。然而过量的射线对人体组织有破坏作用，这些破坏往往是对细胞核的破坏，有时不会马上察觉。因此，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。存在射线危险的地方，常能看到如图所示的标志。 五、辐射与安全原子弹爆炸、核电站泄露会产生严重的污染。在利用放射性同位素给病人做“放疗”时，如果放射性的剂量过大，皮肤和肉就会溃烂不愈，导致病人因放射性损害而死去。有些矿石中含有过量的放射性物质，如果不注意也会对人体造成巨大的危害。过量的放射性会对环境造成污染，对人类和自然界产生破坏作用。 五、辐射与安全遭原子弹轰炸的广岛 五、辐射与安全放射性的防护（1）在核电站的核反应堆外层用厚厚的水泥来防止放射线的外泄。（2）用过的核废料要放在很厚的重金属箱内，并埋在深海里。（3）在生活中要有防范意识，尽可能远离放射源。 五、辐射与安全为了防止有害的放射线对人类和自然的破坏，人们采取了有效的防范措施：检测辐射装置辐射源的存放 五、辐射与安全为了防止有害的放射线对人类和自然的破坏，人们采取了有效的防范措施：操作放射性物质的设备在防护状态下操作放射性物质 1．关于、、三种射线，下列说法中正确的是（）A．射线是原子核自发射出的氦核，它的电离作用最弱B．射线是原子核外电子电离形成的电子流，它具有中等的贯穿能力C．射线一般伴随着或射线产生，它的贯穿能力最强D．射线是电磁波，它的电离作用最强C 2．如图所示，P为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线在电场的作用下分成a、b、c三束，以下判断正确的是（）A．a为射线，b为射线B．a为射线，b为射线C．b为射线，c为射线D．b为射线，c为射线BC 3．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射线和射线B．放射性元素发生衰变时，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1C 4．一块氡222放在天平的左盘时，需在天平的右盘加444g砝码，天平才能处于平衡，氡222发生衰变，经过一个半衰期以后，欲使天平再次平衡，应从右盘中取出的砝码为（）A．222gB．8gC．2gD．4gD 5．关于放射性同位素的应用下列说法中正确的有（）A．放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，因此达到了消除有害静电的目的B．利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤C．用放射线照射作物种子能使其DNA发生变异，其结果一定是成为更优秀的品种D．用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体正常组织造成太大的伤害BD 6．下列哪些应用是把放射性同位素作为示踪原子（）A．射线探伤仪B．利用含有放射性碘131的油，检测地下输油管的漏油情况C．利用钴60治疗肿瘤等疾病D．把含有放射性元素的肥料施给农作物，用检测放射性的办法确定放射性元素在农作物内转移和分布情况，找出合理施肥的规律BD 7．关于放射性的应用，下列说法正确的是（）A．利用射线使空气电离，把静电荷导走B．利用射线照射植物的种子，使产量显著增加C．利用射线来治疗肺癌、食道癌等疾病D．利用放射性同位素跟它的非放射性同位素的化学性质相同，作为示踪原子ACD 8．用高能（氪）离子轰击（铅），释放出一个中子后，生成了一个新核，关于新核的推断正确的是（）A．其质子数为118B．其质量数为293C．其原子序数为118D．其中子数为90ABC 9．在垂直于纸面的匀强磁场中，有一原来静止的原子核，该核衰变后，放出的带电粒子和反冲核的运动轨迹如图所示。由图可以判定（）A．该核发生的是衰变B．该核发生的是衰变C．磁场方向一定垂直于纸面向里D．不能判定磁场方向向里还是向外BD