高中物理 第四章 原子核 4.1 走進原子核 4.2 放射性元素的衰變課件 粵教版選修35

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1、第一節(jié)第一節(jié)走進原子核走進原子核第二節(jié)第二節(jié)放射性元素的衰變放射性元素的衰變目標導航預習導引目標導航預習導引二一三四五一、放射性的發(fā)現(xiàn)一、放射性的發(fā)現(xiàn) 目標導航二一預習導引三四五二、原子核的組成二、原子核的組成1.質子的發(fā)現(xiàn)2.中子的發(fā)現(xiàn) 目標導航二一預習導引三四五3.原子核的組成原子核由質子和中子組成,質子和中子統(tǒng)稱為核子.4.原子核的符號目標導航二一預習導引三四五盧瑟福發(fā)現(xiàn)質子是原子核的組成部分和湯姆生發(fā)現(xiàn)電子是原子的組成部分的科學思想有何共同點?答案:湯姆生通過陰極射線,確定陰極射線的電性和電荷量,猜測電子來源于原子,通過換用不同的材料作陰極得到相同的陰極射線,證明了電子是原子的組成部分

2、;盧瑟福通過粒子轟擊氮原子核得到質子,并確定了質子的電性和電荷量,猜測質子來源于原子核,通過用粒子轟擊不同原子的原子核都得到相同的質子,證明了質子是原子核的組成部分.盧瑟福和湯姆生都經歷了“實驗事實猜想(預言)實驗驗證”的過程.目標導航二一預習導引三四五三、放射線的本質三、放射線的本質 目標導航二一預習導引三四五若在射線經過的空間施加電場(方向與射線的出射方向垂直),射線能分成三束嗎?答案:能分成三束.三種射線的帶電情況各不相同,它們在電場中的受力情況不同,故可分成三束.目標導航二一預習導引三四五四、原子核的衰變四、原子核的衰變1.原子核的衰變:原子核放出粒子或粒子,由于核電荷數(shù)變了,變成了另

3、一種原子核.2.目標導航二一預習導引三四五目標導航二一預習導引三四五五、半衰期五、半衰期1.定義:放射性元素的原子核數(shù)目因衰變減少到原來的一半所經過的時間.2.公式:m0表示放射性元素衰變前的質量,m為經過時間t后剩余的放射性元素的質量.3.影響因素:放射性元素衰變的速率由核本身的因素決定,與原子所處的物理狀態(tài)(如溫度、壓強)或化學狀態(tài)(如單質、化合物)無關.目標導航二一預習導引三四五有10個鐳226原子核,經過一個半衰期有5個發(fā)生衰變,這樣理解對嗎?答案:不對.10個原子核,數(shù)目太少,它們何時衰變是不可預測的,因為衰變規(guī)律是大量原子核的統(tǒng)計規(guī)律.遷移應用典題例解一二知識精要一、天然放射現(xiàn)象一

4、、天然放射現(xiàn)象1.天然放射現(xiàn)象的意義天然放射現(xiàn)象說明原子核是有內部結構的.元素的放射性不受單質和化合物存在形式的影響.化學反應決定于核外的電子,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來,因此三種射線只能是從原子核內放出的.這說明原子核是有復雜結構的.思考探究三特征:貫穿本領小,電離作用強,能使沿途中的空氣電離.(2)射線:貝克勒爾證實,射線是電子流,其速度可達光速的99%.特征:貫穿本領大,能穿透黑紙,甚至穿透幾毫米厚的鋁板,但電離作用較弱.(3)射線是一種波長很短的電磁波光子流,是能量很高的電磁波,波長10-10 m.特征:貫穿本領最強,能穿透幾厘米厚的鉛板.電離作用最弱.遷

5、移應用典題例解一二知識精要思考探究三知識精要遷移應用典題例解思考探究分析、比較三種射線。答案:三種射線的比較如下表一二三一二三知識精要遷移應用典題例解思考探究知識精要遷移應用典題例解思考探究【例1】 (多選)(2014全國理綜)關于天然放射性,下列說法正確的是()A.所有元素都可能發(fā)生衰變B.放射性元素的半衰期與外界的溫度無關C.放射性元素與別的元素形成化合物時仍具有放射性D.、和三種射線中,射線的穿透能力最強E.一個原子核在一次衰變中可同時放出、和三種射線解析:只有放射性元素才能發(fā)生衰變,A項錯誤;半衰期由原子核的內部自身的因素決定,與原子核所處的化學狀態(tài)和外部條件無關,B、C兩項正確;射線

6、的穿透力最強,D項正確;原子核衰變時,不能同時放出、射線,E項錯誤.答案:BCD一二三一二三知識精要遷移應用典題例解思考探究知識精要遷移應用典題例解思考探究(2015重慶理綜)右圖中曲線a、b、c、d為氣泡室中某放射物發(fā)生衰變放出的部分粒子的徑跡,氣泡室中磁感應強度方向垂直于紙面向里.以下判斷可能正確的是()A.a、b為粒子的徑跡B.a、b為粒子的徑跡C.c、d為粒子的徑跡D.c、d為粒子的徑跡答案:D解析:帶電粒子在磁場中受洛倫茲力作用而發(fā)生偏轉,根據左手定則可知,曲線a、b為帶正電的粒子的徑跡,曲線c、d為帶負電的粒子的徑跡,選項D正確.一二三遷移應用典題例解知識精要思考探究二、原子核的組

7、成二、原子核的組成原子核是由質子、中子構成的,質子帶正電,中子不帶電.質子、中子統(tǒng)稱核子.不同的原子核內質子和中子的個數(shù)并不相同,原子核直徑大約為10-15 m.符號 X表示原子核,X為元素符號;A為核質量數(shù);Z為核電荷數(shù)A-Z=中子數(shù).一二三1.質子的發(fā)現(xiàn)(1)質子帶正電,電荷量與一個電子所帶電荷量相等,質子質量mp=1.672 623 110-27 kg.(2)1919年,盧瑟福用粒子轟擊氮原子核,從中打出了質子;以后,人們用同樣的方法從氟、鈉、鋁等原子核中都打出了質子.所以質子是原子核的組成部分.2.中子的發(fā)現(xiàn)1932年,查德威克通過實驗證實了中子的存在.中子不帶電,質量mn=1.674

8、 928 610-27 kg.一二三遷移應用典題例解知識精要思考探究知識精要遷移應用典題例解思考探究原子核的電荷數(shù)、質量數(shù)就是原子核的電荷量、質量嗎?答案:(1)電荷數(shù)Z是指原子核內質子的個數(shù),它可以表示原子核的電荷量,這個電荷量的單位不是庫侖,而是“元電荷”,即它表示原子核中所帶有Z個元電荷e的電量,原子的電荷量Q=Ze.(2)質量數(shù)也不是原子核的質量.質子和中子統(tǒng)稱為核子,原子核內質子和中子的總個數(shù)就是質量數(shù),原子核的質量是指原子核內所有質子和中子的質量總和,即m=Zmp+(A-Z)mnAmp.一二三知識精要遷移應用典題例解思考探究【例2】 (多選)以下說法中正確的是() A.原子中含有帶

9、負電的電子,所以原子帶負電B.原子核中的質子數(shù),一定跟核外電子數(shù)相等C.用粒子轟擊氮、氟、鈉、鋁等元素的原子核都可以打出質子, 因此人們斷定質子是原子核的組成部分D.絕大多數(shù)原子核的質量跟質子質量之比都大于原子核的電荷量跟質子的電荷量之比,因而原子核內還存在一種不帶電的中性粒子解析:原子中除了帶負電的電子外,還有帶正電的質子,故A錯誤.對于中性原子來說原子核中的質子數(shù)才跟核外電子數(shù)相等,故B錯誤.正是用粒子轟擊原子核的實驗才發(fā)現(xiàn)了質子,故C正確.因為絕大多數(shù)的原子核的質量跟質子質量之比都大于原子核的電荷量跟質子的電荷量之比,才確定原子核內必還有別的中性粒子存在,故D正確.答案:CD一二三一二三

10、知識精要遷移應用典題例解思考探究知識精要遷移應用典題例解思考探究(多選)一個原子核為 Bi,關于這個原子核,下列說法中正確的是()A.核外有83個電子,核內有127個質子B.核外有83個電子,核內有83個質子C.核內有83個質子,127個中子D.核內有210個核子答案:CD解析:根據原子核的表示方法得質子數(shù)為83,質量數(shù)為210,故中子數(shù)為210-83=127,而質子和中子統(tǒng)稱核子,故核子數(shù)為210,因此選項C、D正確.由于不知道原子的電性,就不能判斷核外電子數(shù),故選項A、B錯誤.一二三遷移應用典題例解知識精要一二三思考探究三、放射性元素的衰變三、放射性元素的衰變1.衰變方程(1)原子核放出一

11、個粒子就說它發(fā)生了一次衰變,新核的質量數(shù)比原來的核減少了4,而電荷數(shù)減少了2,用通式表示為 .(2)原子核放出一個粒子就說它發(fā)生了一次衰變,新核的質量數(shù)不變,而電荷數(shù)增加了1,用通式表示為 .(3)射線經常是伴隨衰變或衰變而產生的,是由于衰變后的新核具有較大的能量,處于激發(fā)態(tài),向低能級躍遷時輻射出來的一份能量,原子核放出一個光子不會改變它的質量數(shù)和電荷數(shù),不能單獨發(fā)生衰變.2.兩個重要的衰變 3.衰變和衰變的實質在放射性元素的原子核中,2個中子和2個質子結合得比較緊密,有時會作為一個整體從較大的原子核中拋射出來,這就是放射性元素發(fā)生的衰變現(xiàn)象.原子核里雖然沒有電子,但是核內的中子可以轉化成質子

12、和電子,產生的電子從核內發(fā)射出來,這就是衰變.(1)衰變實質:粒子實質就是氦核,它是由兩個質子和兩個中子組成的.當發(fā)生衰變時,原子核中的質子數(shù)減2,中子數(shù)也減2,因此新原子核的核電荷數(shù)比未發(fā)生衰變時的原子核的核電荷數(shù)少2,為此在元素周期表中的位置向前移動兩位.即 .一二三遷移應用典題例解知識精要思考探究(2)衰變實質:衰變是原子核中的一個中子轉化成一個質子的同時放出一個電子,即粒子放射出去,生成的一個質子留在核內,使核電荷數(shù)增加1.但衰變不改變原子核的質量數(shù),所以發(fā)生衰變后,新原子核比原來的原子核在周期表中的位置向后移動一位.即 .4.半衰期半衰期是一個統(tǒng)計概念,是對大量的原子核衰變規(guī)律的總結

13、,對于一個特定的原子核,無法確定何時發(fā)生衰變,但可以確定各個時刻發(fā)生衰變的概率,即某時衰變的可能性,因此,半衰期只適用于大量的原子核.半衰期是表示放射性元素衰變快慢的物理量.不同的放射性元素,其半衰期不同,有的差別很大.一二三遷移應用典題例解知識精要思考探究知識精要遷移應用典題例解思考探究每種元素只存在一種放射性,為什么一塊放射性物質會放出三種射線?答案:一種元素放射出一種射線后就衰變成另一種元素,這種新元素會具有新的放射性.一二三知識精要遷移應用典題例解思考探究【例3】 原來靜止的鈾 U和 Th同時在同一勻強磁場中,由于衰變而開始做勻速圓周運動.鈾238發(fā)生了一次衰變,釷234發(fā)生了一次衰變

14、.(1)試畫出鈾238發(fā)生一次衰變時所產生的新核及粒子在磁場中的運動 軌跡的示意圖.(2)試畫出釷234發(fā)生一次衰變時所產生的新核及粒子在磁場中的運動 軌跡的示意圖.思路分析:(1)衰變過程中質量數(shù)、電荷數(shù)守恒;(2)衰變過程中動量守恒;(3)帶電粒子垂直磁場方向做圓周運動時洛倫茲力提供向心力.一二三一二三知識精要遷移應用典題例解思考探究一二三知識精要遷移應用典題例解思考探究一二三知識精要遷移應用典題例解思考探究知識精要遷移應用典題例解思考探究一二三一二三知識精要遷移應用典題例解思考探究一二三知識精要遷移應用典題例解思考探究一二三知識精要遷移應用典題例解思考探究知識鏈接案例探究類題試解由于宇宙

15、射線的作用,大氣中二氧化碳除了含有穩(wěn)定的碳12,還含有放射性的碳14,并且碳的這兩種同位素含量之比幾乎保持不變.活的植物通過光合作用吸收到體內的既有碳12,也有碳14,它們體內碳12與碳14的含量保持著與大氣中一樣的比例.植物死后,光合作用停止了,碳14由于衰變含量逐漸減少.已知碳14的半衰期是5 730年,如果現(xiàn)在有一個從遠古居民遺址中挖掘出來的木片,它的碳14的含量只是活體的二分之一,那么這個木片大約是多少年前的植物?這座遠古居民遺址大約是多少年前的?1.分析討論植物死后,碳14由于衰變含量逐漸減少,與活體的植物含量出現(xiàn)差別.根據從遺址中挖掘出來的木片中剩余的碳14含量,可推出它死后已經過

16、了多少個半衰期,從而得出它的生長年代.題目中所給木片的碳14含量只是活體的一半,說明經過了一個半衰期的時間,即 5 730 年,所以此植物的生長年代大約是在5 730年前.2.結論因為木片中碳14的含量是活體的二分之一,說明它已經死了一個半衰期的時間,已知碳14的半衰期是 5 730 年,所以這個木片和這座遠古居民遺址大約是5 730年前的.知識鏈接案例探究類題試解知識鏈接案例探究類題試解知識鏈接案例探究類題試解(2015山東理綜)(多選)14C發(fā)生放射性衰變成為14N,半衰期約5 700年.已知植物存活期間,其體內14C與12C的比例不變;生命活動結束后,14C的比例持續(xù)減少.現(xiàn)通過測量得知

17、,某古木樣品中14C的比例正好是現(xiàn)代植物所制樣品的二分之一.下列說法正確的是()A.該古木的年代距今約5 700年B.12C、13C、14C具有相同的中子數(shù)C.14C衰變?yōu)?4N的過程中放出射線D.增加樣品測量環(huán)境的壓強將加速14C的衰變知識鏈接案例探究類題試解解析:因古木樣品中14C的比例正好是現(xiàn)代植物所制樣品的二分之一,則可知經過的時間為一個半衰期,即該古木的年代距今約為5 700年,A項正確;12C、13C、14C具有相同的質子數(shù),由于質量數(shù)不同,故中子數(shù)不同,B項錯誤;根據核反應方程可知,14C衰變?yōu)?4N的過程中放出電子,即發(fā)出射線,C項正確;外界環(huán)境不影響放射性元素的半衰期,D項錯誤.答案:AC知識鏈接案例探究類題試解知識鏈接案例探究類題試解知識鏈接案例探究類題試解