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(共31張PPT)
第五章 原子與原子核
粵教版選擇性必修三
第二節 放射性元素衰變
回顧科學家對原子結構的認識:
原子不可割
湯姆孫發現電子
湯姆孫的棗糕模型
盧瑟福α粒子散射實驗
核式結構模型
否定
建立
否定
建立
知識回顧
不完美
玻爾的原子結構假說
電子云軌道
修正
在這小小的原子核內部，會不會仍然有著復雜的結構？
關于原子核內部的信息最早來自天然放射現象
Part 01
放射性的發現
1895年11月8日傍晚，德國物理學家倫琴用黑色薄紙板把一個陰極射線放電管嚴嚴實實的包裹起來。接著他在黑暗中摸索著打開電源，準備檢查黑紙是否漏光。突然，電源打開的一瞬間，他發現黑暗中出現了一條幽幽的綠色熒光。倫琴教授連忙切斷電源，熒光立刻就消失了。再打開，熒光又出現了。“難道我發現了一種從未被發現的射線”？
倫琴射線 —— X射線
人類歷史上第一張X光照片
貝克勒爾
1852－1908，法國
1896年3月，貝克勒爾發現，與雙氧鈾硫酸鉀鹽放在一起但包在黑紙中的感光底板被感光了。他推測這可能是因為鈾鹽發出了某種未知的輻射。
同年5月，他又發現純鈾金屬板也能產生這種輻射，從而確認了天然放射性的發現。
貝克勒爾在實驗室中
1896年，法國物理學家貝克勒爾發現，鈾和含鈾的礦物能夠發出看不見的射線，這種射線可以穿透黑紙使照相底片感光 。
貝克勒爾—— 最早發現天然放射現象
皮埃爾·居里，1859－1906
瑪麗·居里，1867－1934
居里夫婦發現一種瀝青鈾礦的放射性強度比預計的強度大得多，說明這些瀝青礦物中含有一種量少但放射性很強的新元素。
在非常簡陋的實驗室，沒有經費的支持，居里夫婦合力攻關發現了這種新元素，它比純鈾放射性要強400倍。為了紀念居里夫人的祖國——波蘭，新元素被命名為釙(Po)(波蘭的意思)。后來，他們又發現了第二種放射性元素，這種新元素的放射性比釙還強。他們把這種新元素命名為鐳(Ra)。
居里夫婦從30噸鈾瀝青殘渣中提煉出0.1克鐳鹽，接著又初步測定了鐳的原子量。1911年,居里夫人獲得諾貝爾化學學獎。
一、放射性的發現
放射性：物質發射射線的性質稱為放射性。
放射性元素：具有放射性的元素稱為放射性元素。
天然放射現象：放射性元素自發地放出射線的現象。
放大了1000倍的鈾礦石
放射性不是少數幾種元素才有的，研究發現，原子序數大于或等于83的所有元素，都能自發的放出射線
原子序數小于83的元素，有的也具有放射性．
元素的放射性是原子的性質還是原子核的性質呢？
實驗表明：如果一種元素具有放射性，那么不論它是以單質的形式存在，還是以某種化合物的形式存在，放射性都不受影響，即放射性與元素所處的化學狀態無關。
由于元素的化學性質取決于原子核外的電子，
因此: 射線來源于原子核。原子核具有內部結構。
一、放射性的發現
元素的放射性是原子的性質還是原子核的性質呢？
原子核
課堂練習
1、下列說法正確的是（　）
A．貝可勒爾發現天然放射現象，說明原子也有復雜的內部結構
B．麥克斯韋提出了電磁場理論，預言并證實電磁波的存在
C．奧斯特發現了電磁感應現象，揭示了磁現象和電現象之間的聯系
D．ɑ粒子散射實驗說明原子核也有復雜的內部結構
B
解析：貝可勒爾發現天然放射現象原子核有復雜的內部結構，ɑ粒子散射實驗說明原子也有復雜的內部結構，法拉第發現了電磁感應現象，揭示了磁現象和電現象之間的聯系。
思考與討論
提出問題：用什么方法可以判斷放射出的射線是同種物質？射線的電性？
鉛盒
放射源
照相底片
將帶正電的射線命名為ɑ射線
將帶負電的射線命名為β射線
將不帶電的射線命名為γ射線
把放射源鈾、釙或鐳放入用鉛做成的容器中，射線只能從容器的小孔射出，成為細細的一束。在射線經過的空間施加磁場。
二、原子核衰變
提出問題：三種射線在穿透本領上有明顯區別？
貫穿本領不同:
a射線穿透能力最弱,
γ射線穿透能力最強。
用一張紙就能把它擋住（最弱）
穿透能力較強，很容易穿透黑紙，也能穿透幾毫米厚的鋁板（較強）
甚至能穿透幾厘米厚的鉛板和幾十厘米厚的混凝土（最強）
威耳遜云室
由微觀粒子構成的射線，肉眼是看不見的。但是，射線中的粒子與其他物質作用時產生的現象，會顯示射線的存在。威爾遜云室就是一種常用的射線探測裝置。
劍橋卡文迪許實驗室陳列的威爾遜云室
拓展學習
利用純凈的蒸氣絕熱膨脹，溫度降低達到過飽和狀態，這時帶電粒子射入，在經過的路徑產生離子，過飽和氣以離子為核心凝結成小液滴，從而顯示出粒子的徑跡，可通過照相拍攝下來。云室中的氣體大多是空氣或氬氣，蒸氣大多是乙醇或甲醇。
提出問題：
為什么α射線在云室中的徑跡是粗而直，β射線是細而彎？
因為 射線能將更多的氣體分子電離，所以軌跡比較粗；
粒子的質量較 粒子大得多，運動方向不易改變，所以軌跡為直線。
二、原子核衰變
1、三種射線的特點
射線
射線
射線
電離能力
貫穿能力
速度
本質
0.99c
光速 c
0.1 c
高速氦核流
高速電子流
波長極短的電磁波(光子)
由于與物質中的微粒作用時會損失自己的能量，在空氣中只能前進幾厘米，用一張紙就能把它擋住。（最弱）
最強
較強
最弱
穿透能力較強，很容易穿透黑紙，也能穿透幾毫米厚的鋁板。（較強）
甚至能穿透幾厘米厚的鉛板和幾十厘米厚的混凝土（最強）
二、原子核衰變
課堂練習
1、圖中P為放在勻強電場中的天然放射源，其放出的射線在電場的作用下分成a、b、c三束，以下判斷正確的是（　　）
A．a為α射線、b為β射線
B．a的電離能力最強
C．b的穿透能力最強
D．b為α射線、c為γ射線
C
解析：α射線為氦核，帶正電，電離能力最強，穿透能力最弱故應為射線c；β射線為電子流，帶負電；γ射線不帶電，電離能力最弱，穿透能力最強。
課堂練習
2．α、β和γ射線穿透物質的能力是不同的，為把輻射強度減到一半，所需鋁板的厚度分別為 0.0005 cm、0.05 cm和8 cm，工業部門可以使用射線來測厚度．如圖所示，軋鋼廠的熱軋機上可以安裝射線測厚儀，儀器探測到的射線強度與鋼板的厚度有關，軋出的鋼板越厚，透過的射線越弱．因此，將射線測厚儀接收到的信號輸入計算機，就可以對鋼板的厚度進行自動控制．如果鋼板的厚度需要控制為5 cm，請推測測厚儀使用的射線是(　　)
A．α射線　 B．β射線
C．γ射線 D．可見光
C
課堂練習
3、(多選)將α、β、γ三種射線分別射入勻強磁場和勻強電場，圖中表示射線偏轉情況正確的是(　　)
A　　　　　 　 B　　　　 　 C　　　　 　　 D
[思路點撥]　(1)α粒子帶正電、β粒子帶負電，據洛倫茲力方向和電場力方向來判定．
(2)γ射線不帶電，在磁場、電場中都不偏轉．
AD
A　　　　　 　 B　　　　 　 C　　　　 　　 D
帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動，其半徑r＝，將數據代入，
則α粒子與β粒子的半徑之比≈371
x＝v0t，y＝t2，消去t可得y＝，對某一確定的x值，α、β粒子沿電場線偏轉距離之比
√
√
Part 02
原子核衰變
2、衰變的定義
衰變：放射性元素放射出粒子而轉變為另一種元素(新核)的過程
①α衰變：原子核放出α粒子變成新的原子核
②β衰變：原子核放出β粒子變成新的原子核
③γ衰變: 伴隨α衰變和β衰變
3、衰變的分類：
二、原子核衰變
新課導入
提出問題：這是14C元素衰變曲線（y軸為剩下份額-x軸為衰變時間），請問14C元素衰變時間存在什么規律？
放射性元素的原子核有半數發生衰變所需要的時間是穩定的。
14C元素衰變曲線
Part 03
半衰期
三、半衰期
1、半衰期的定義
半衰期：原子核數目因衰變減少到原來的一半所經過的時間
2、半衰期的特點
Rn222(氡)衰變成Po218 (釙)的半衰期為3.8天
Ra226(鐳)衰變成Rn222 (氡)的半衰期為1620年
U238(鈾)衰變成Th234的(釷)半衰期為4.5×109年
1)不同的放射性元素，半衰期不同
半衰期越大，衰變得越慢！
1、鈾238的半衰期長達年，對某一個確定的鈾238 原子核，我們能夠準確預言它會在什么時候發生衰變嗎？為什么？
思考與討論
教材P110
2、若某原子核半衰期是2天，現在有兩個這樣的原子核，那么過兩天后是不是就剩下一個了？
三、半衰期
1、半衰期的定義
半衰期：原子核數目因衰變減少到原來的一半所經過的時間
2、半衰期的特點
1)不同的放射性元素，半衰期不同
2)半衰期描述的是統計規律，研究單個原子核無法預測.
3)半衰期由原子核內部因素決定，與化學狀態和外部條件沒有關系.
半衰期越大，衰變得越慢！
三、半衰期
3、衰變規律
m 為衰變后剩下原子核質量
m0為衰變前的原子核質量
t 為衰變的時間
為元素的半衰期
三、半衰期
4、應用
利用天然放射性元素的半衰期可以估測巖石、化石和文物的年代．
情境：新疆文物考古研究所在2017年的1月、2月先后對羅布泊境內的古樓蘭區域進行考古調查，在孔雀河下游北岸發現了一座古城，經過14C測定，古城的年代在東漢至魏晉時期，
請問：考古學家測量某古生物遺骸14C含量為現代生物14C含量的k倍，如何據此數據推算出古城遺址的年代呢？（14C的半衰期為5730年）
課堂練習
1、新發現的一種放射性元素X，它的氧化物X2O的半衰期為8天，X2O與F發生化學反應2X2O＋2F2===4XF＋O2之后，XF的半衰期為(　　)
A．2天 B．4天 C．8天 D．16天
C
解析:　放射性元素的衰變快慢由原子核內部的自身因素決定，與原子的化學狀態無關，故半衰期仍為8天，A、B、D錯誤，C正確。
課堂練習
2、一質量為M的礦石中含有放射性元素钚，其中钚238的質量為m，已知钚的半衰期為88年，那么下列說法中正確的是( )
A. 經過176年后，這塊礦石中基本不再含有钚
B. 經過176年后，有m钚元素發生了衰變
C. 經過88年后該礦石的質量為M－m
D. 經過264年后，钚元素的質量還剩
D
解析:半衰期表示有一半原子核發生衰變的時間，經過176年后，也就是2個半衰期，則還剩的原子核沒有發生衰變，故A、B錯誤；經過88年后，m的钚衰變為另一種元素，但衰變后變成另一種元素的物質仍然留在礦石中，故C錯誤；經過264年后，也就是3個半衰期，钚元素的質量還剩，故D正確。
課堂小結
放射性元素的衰變
放射性的發現
原子核的衰變
半衰期
貝克勒爾
居里夫婦
三種射線的特點
(帶電、貫穿和電離能力)
定義
三個特點
衰變規律

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