第2節(jié)

放射性元素的衰變第五章人教版（2019）選擇性必修三CONTENTS目錄原子核的衰變01半衰期02放射性同位素及其應用04學以致用提高練習06核反應03輻射與安全05思考與討論：在古代，不論是東方還是西方，都有一批人追求“點石成金”之術，他們試圖利用化學方法將一些普通的礦石變成黃金。當然，這些煉金術士的希望都破滅了。那么，真的存在能讓一種元素變成另一種元素的過程嗎？新課導入知識講解課堂小結隨堂練習布置作業(yè)一、原子核的衰變1.衰變定義天然放射現(xiàn)象中原子核自發(fā)地放出α射線或β射線，由于核電荷數(shù)變了，它在元素周期表中的位置就變了，就變成另一種原子核。我們把這種變化稱為原子核的衰變。2.衰變的種類⑴α衰變：原子核自發(fā)放出α粒子而轉變?yōu)樾潞说倪^程叫α衰變。如：原子核放出一個α粒子

，質量數(shù)減少4，電荷數(shù)減少2，就成了一個新原子核的過程。

ɑ粒子核核

衰變方程：新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)思考與討論：在α衰變中，新核的質量數(shù)與原來的核的質量數(shù)有什么關系？相對于原來的核在元素周期表中的位置，新核在元素周期表中的位置應當向前移還是向后移？要移動幾位？α衰變的一般方程：

①在這個衰變過程中，衰變前的質量數(shù)等于衰變后的質量數(shù)之和；衰變前的電荷數(shù)等于衰變后的電荷數(shù)之和。②發(fā)生一次α衰變，因為原子序數(shù)減小2，所以相對于原來的核在元素周期表中的位置，新核在元素周期表中的位置應當向前移2位。⑵β衰變：原子核自發(fā)放出β粒子而轉變?yōu)樾潞说倪^程叫β衰變。如：原子核放出一個β粒子

，質量數(shù)不變，電荷數(shù)增加1，就成了一個新原子核的過程。

新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)

衰變方程：β衰變過程中，衰變前的質量數(shù)等于衰變后的質量數(shù)之和；衰變前的電荷數(shù)等于衰變后的電荷數(shù)之和。

β衰變的一般方程：新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)3.衰變的規(guī)律在這個衰變過程中，衰變前的質量數(shù)等于衰變后的質量數(shù)之和；衰變前的電荷數(shù)等于衰變后的電荷數(shù)之和。大量事實表明，原子核衰變時電荷數(shù)和質量數(shù)都守恒。

注意：(1)中間用單箭頭，不用等號；(2)是質量數(shù)守恒，不是質量守恒;(3)方程及生成物要以實驗為基礎，不能杜撰。4.衰變的本質α衰變的本質

β衰變的本質β衰變實質是核內(nèi)的中子轉化成了一個質子和一個電子。α衰變實質是核內(nèi)的兩個質子轉化成了一個氦核。說明：元素的放射性與元素存在的狀態(tài)無關，放射性表明原子核是有內(nèi)部結構的。新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)5.γ射線的產(chǎn)生放射性的原子核在發(fā)生α衰變、β衰變時產(chǎn)生的新核處于高能級，這時它要向低能級躍遷，并放出γ光子。因此，γ射線經(jīng)常是伴隨α射線和β射線產(chǎn)生的，即α、β、γ三種射線同時出現(xiàn)。幾點注意事項：①核反應指的是原子核內(nèi)部核子數(shù)發(fā)生相應變化，而化學反應指的是原子核外最外層電子數(shù)發(fā)生變化，二者存在本質的不同。②放射性元素衰變不可能有單獨的γ衰變！γ粒子不是帶電的粒子，因此γ射線并不影響原子核的核電荷數(shù)，故γ射線不會改變元素在周期表中的位置。③衰變后元素的化學性質發(fā)生了變化，即：生成了新的原子核?、芤环N元素只能發(fā)出一種衰變，但在一塊放射性物質中可以同時放出α、β、γ三種射線（連續(xù)衰變）新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)【思考】設放射性元素經(jīng)過n次α衰變和m次β衰變后，變成穩(wěn)定的新元素，試分析：（1）衰變方程：（2）衰變次數(shù)n和m：

電荷數(shù)守恒：質量數(shù)守恒：解得：【注意】為了確定衰變次數(shù)，一般是由質量數(shù)的改變先確定α衰變的次數(shù)，這是因為β衰變的次數(shù)的多少對質量數(shù)沒有影響，然后再根據(jù)衰變規(guī)律確定β衰變的次數(shù)。6.衰變次數(shù)的計算新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)α衰變：β衰變：ABc衰變ABc衰變?？碱}型：反比F內(nèi)>>F外動量守恒：

動量守恒：牛頓第二定律：

7.衰變中的動量守恒問題新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)ABc衰變?？碱}型：反比α衰變：β衰變：兩圓外切，α粒子半徑大兩圓內(nèi)切，β粒子半徑大新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)視頻演示：衰變中的動量守恒新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)二、半衰期1.定義：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間2.物理意義：表示放射性元素本身衰變快慢的物理量。不同元素的半衰期不同，有的差別很大。例如：氡222衰變?yōu)獒?18的半衰期為3.8天鐳226衰變?yōu)殡?22的半衰期為1620年鈾238衰變?yōu)殁Q234的半衰期長達4.5×109年新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)

3.公式：

注意：半衰期是一個統(tǒng)計規(guī)律，只對大量的原子核才適用，對少數(shù)原子核是不適用的。新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)視頻演示：半衰期新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)三、核反應1.定義：原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核或發(fā)生狀態(tài)變化的過程。2.條件：用α粒子、質子、中子，甚至用γ光子轟擊原子核使原子核發(fā)生轉變。3.規(guī)律：質量數(shù)和電荷數(shù)都守恒4.原子核人工轉變的三大發(fā)現(xiàn):(1)質子的發(fā)現(xiàn)—α粒子轟擊氮原子核1919年盧瑟福發(fā)現(xiàn)質子的核反應方程:新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)(2)中子的發(fā)現(xiàn)—a粒子轟擊鈹原子核查德威克1932年查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應方程：新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)（3）正電子的發(fā)現(xiàn)1934年，約里奧·居里和伊麗芙·居里在用α粒子轟擊鋁箔時，除探測到預料中的中子外，還探測到了正電子，正電子的質量跟電子相同，所帶電荷與電子相反，為一個單位的正電荷，更意外的是，拿走放射源后，鋁箔雖不再發(fā)射中子，但仍繼續(xù)發(fā)射正電子，而且這種放射性也有一定的半衰期。1934年約里奧·居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素和正電子的核反應方程：新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)四、放射性同位素及其應用很多元素都存在一些具有放射性的同位素，它們被稱為放射性同位素。（1）放射性同位素的分類①天然放射性同位素。②人工放射性同位素。（2）人工放射性同位素的優(yōu)勢（與天然的放射性物質相比）①放射強度容易控制。②半衰期短，廢料易處理。不過40多種已達1000多種③可以制成各種需要的形狀。1.放射性同位素新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)2.放射性同位素及其應用（1）射線測厚儀（利用γ射線具有很強的穿透性）在鋼板一面，放置γ射線源，另一面放著接收裝置。那么鋼板越厚，接收到了射線信號越弱，根據(jù)信號強度就可以測量金屬板的厚度。新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)(2)放射治療（利用γ射線高能量治療癌癥）（3）培優(yōu)（γ射線遺傳基因發(fā)生變異,培育優(yōu)良品種）保鮮（γ射線可以殺死細菌）經(jīng)過照射未經(jīng)過照射培優(yōu)育種新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)醫(yī)學方面：人體甲狀腺的工作需要碘，碘被吸收后聚集在甲狀腺內(nèi)。給人注射碘的放射性同位素碘131，在頸部底部的甲狀腺（紅色，部分被遮蔽）被放射性示蹤劑碘131高亮著色。定時用探測器測量甲狀腺及鄰近組織的放射強度，有助于診斷甲狀腺的疾病。(4)示蹤原子（同位素化學性質相同，這樣就可以用放射性同位素了解各元素的流向）農(nóng)業(yè)方面：棉花在結桃、開花的時候需要較多的磷肥，利用磷的放射性同位素制成肥料噴在棉花葉面上，被植物吸收，然后每隔一定時間用探測器測量棉株各部位的放射性強度，就可知道什么時候磷的吸收率最高、磷在作物體內(nèi)能存留多長時間、磷在作物體內(nèi)的分布情況等。新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)五、輻射與安全

人類一直生活在放射性的環(huán)境中。例如，地球上的每個角落都有來自宇宙的射線，我們周圍的巖石，其中也有放射性物質。我們的食物和日常用品中，有的也具有放射性，例如，食鹽和有些水晶眼鏡片中含有鉀40，香煙中含有釙210，這些也是放射性同位素，不過它們輻射的強度都在安全劑量之內(nèi)。新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)然而過量的射線對人體組織有破壞作用，這些破壞往往是對細胞核的破壞，有時不會馬上察覺。因此，在使用放射性同位素時，必須嚴格遵守操作規(guī)程，注意人身安全，同時，要防止放射性物質對空氣、水源、用具等的污染。新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)輻射的防護的基本方法：(1)距離防護——就是要盡可能遠離射線源(2)時間防護——就是要盡量減少可能受到照射的時間(3)屏蔽防護——就是在射線源的周圍設置能夠吸收或阻擋射線的屏蔽物體，以盡可能減弱射線的強度與能量(4)儀器監(jiān)測——要配置適當?shù)膭┝繙y量設備，加強對環(huán)境的監(jiān)測，特別是加強對核電站等有放射源的區(qū)域周邊環(huán)境的監(jiān)控(5)規(guī)范操作——在使用放射性同位素時，必須嚴格遵守操作規(guī)程，注意人身安全，同時要防止放射性物質對空氣、水源、用具等的污染。新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)六、學以致用提高練習1．我國科研人員對“嫦娥五號”月球樣品富鈾礦物進行分析，確定月球直到20億年前仍存在巖漿活動。已知鈾的一種衰變方程為，則（

）A．m=8，n=3 B．m=7，n=2C．m=7，n=4 D．m=8，n=1【答案】C【解析】根據(jù)α衰變和β衰變的特點，由質量數(shù)守恒和質子數(shù)守恒有235=4m+207；92=2m+82-n解得m=7，n=4故選C。隨堂練習新課導入知識講解課堂小結布置作業(yè)2.天然放射性元素（釷）經(jīng)過一系列α衰變和β衰變之后，變成

（鉛）。下列判斷中正確的是（）A．衰變過程共有6次α衰變和2次β衰變 B．鉛核比釷核少8個質子C．β衰變所放出的電子來自原子核外 D．釷核比鉛核多24個中子【答案】B【解析】A．α衰變的次數(shù)為,β衰變的次數(shù)n2=82+2×6-90=4故A錯誤；B．鉛核、釷核質子數(shù)差為n3=90-82=8可知鉛核比釷核少8個質子，故B正確；C．β衰變所放出的電子來自原子核內(nèi)，故C錯誤；D．釷核、鉛核中子數(shù)差為n4=(232-90)-(208-82)=16可知釷核比鉛核多16個中子，故D錯誤。故選B。隨堂練習新課導入知識講解課堂小結布置作業(yè)3.放射性同位素

的樣品經(jīng)過6小時還剩下

沒有衰變，它的半衰期是()A．2小時 B．1.5小時C．1.17小時 D．0.75小時【答案】A隨堂練習新課導入知識講解課堂小結布置作業(yè)4.有甲、乙兩種放射性元素，半衰期分別是T甲＝15天，T乙＝30天，它們的質量分別為M甲、M乙，經(jīng)過60天這兩種元素的質量相等，則它們原來的質量之比M甲∶M乙是()A．1∶4 B．4∶1C．2∶1 D．1∶2隨堂練習新課導入知識講解課堂小結布置作業(yè)【答案】B5.關于放射性同位素的應用下列說法中正確的有（）A.放射線改變了布料的性質使其不再因摩擦而生電，因此達到了消除有害靜電的目的B.利用γ射線的貫穿性可以為金屬探傷C.用放射線照射作物種子能