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2. 放射性元素的衰變
人教版（2019）物理（選擇性必修第三冊）
第五章 原子核
目錄
素養目標
01
課程導入
02
新課講解
03
總結歸納
04
課堂練習
05
正確教育
素養目標
1.了解原子核的衰變，會正確書寫衰變方程
2.知道半衰期及其統計意義
3.根據質量數守恒和電荷數守恒寫出核反應方程
4.知道放射性同位素及其應用，知道射線的危害及防護
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？
正確教育
原子核的衰變
原子核自發地放出α 粒子、β 粒子，由于核電荷數變了，它在元素周期表中的位置就變了，變成另一種原子核。我們把這種變化稱為原子核的衰變（decay）
①定義：
②α衰變
定義：放出一個α粒子的衰變
α衰變特點：
新核電荷數減少2，質量數減少4
新核在元素周期表中序號向前移動2個位次
α衰變一般方程
衰變方程：
②β衰變
定義：放出一個β粒子的衰變
β衰變特點：
新核電荷數增加1，質量數不變化
新核在元素周期表中序號向后移動1個位次
β衰變一般方程
衰變方程：
原子核的衰變
③規律：
④本質：
原子核發生衰變時，衰變前后的電荷數和質量數都守恒。
說明：(1)中間用單箭頭，不用等號；
(2)是質量數守恒，不是質量守恒;
(3)方程及生成物要以實驗為基礎，不能杜撰。
元素的放射性與元素存在的狀態無關，放射性表明原子核是有內部結構的
原子核的能量也跟原子的能量一樣，其變化是不連續的，也只能取一系列不連續的數值，因此也存在著能級，同樣是能級越低越穩定。
1.在一個 衰變為一個 的過程中，發生α衰變的次數為( )
A.6次 B.8次 C.22次 D.32次
經典例題
B
解析：設發生了n次α衰變，m次β衰變，有4n = 32，2n-m =1 2，解得 n = 8，m = 4，故B正確.
正確教育
半衰期
1.意義：表示放射性元素衰變快慢的物理量
2.定義：放射性元素的原子核有半數發生衰變所需的時間
3.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衰變為釙218的半衰期為3.8天
鐳226衰變為氡222的半衰期為1620年
鈾238衰變為釷234的半衰期長達4.5×109年
半衰期的公式，
經過 n 個半衰期（ T ）剩余的質量為：
質量與原子個數相對應，故經過 n 個半衰期后剩余的粒子數為：
11.4
7.6
3.8
1/2
1/4
1/8
m/m0
t /天
0
①元素的半衰期由原子核內部的因素決定，只與元素的種類有關，跟元素所處的物理或化學狀態無關。不同元素半衰期不同。
②半衰期是一個統計規律，只對大量的原子核才適用，對少數原子核是不適用的。
半衰期是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。
衰變的半衰期描述的對象是大量的原子核，不是個別原子核，這是一個統計規律。
比如某原子核半衰期是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？
想一想
經典例題
C
2.
正確教育
核反應
衰變是原子核的自發變化，科學家更希望控制原子核的變化。
盧瑟福用α粒子轟擊氮核
分叉情況表明，α粒子擊中氮核后，生成一個新核，同時放出質子。新核的電量較大速度較慢，徑跡短而粗；質子速度大，電量小，故徑跡細而長。根據核反應中質量數守恒和電荷數守恒，可以寫出這個發現質子的核反應方程并得知新核放出質子后變成了氧核。
說明：
(1)核反應中質量數與電荷數守恒。
(2)核反應是原子核的變化，化學反應是核外電子的變化。
用α粒子、中子等去轟擊其它元素的原子核，也都產生類似的轉變，并產生質子，說明質子是各種原子核里都有的成分，質子是人類繼電子、光子后發現的第三個基本粒子。
原子核在其他粒子的轟擊下產生新原子核的過程。——核反應
1、定義：
原子核在其他粒子的轟擊下產生新原子核的過程，稱為核反應。
2、原子核人工轉變的三大發現
⑴1919 年，盧瑟福發現質子的核反應。
⑵1932 年查德威克發現中子的核反應。
⑶1934 年約里奧 — 居里夫婦發現放射性同位素和正電子的核反應。
在核反應中，質量數守恒、電荷數守恒。
化學方程式 核反應方程式
聯系
區別
電荷、質量守恒
電荷數、質量數守恒
用符號
用箭頭
說明：
1.中間用單箭頭，不用等號；
2.是質量數守恒，不是質量守恒；
3.方程及生成物要以實驗為基礎，不能杜撰。
注意：質量數守恒指衰變前后核子的總數不變，并不是質量不變！
5、一種元素只能發生一種衰變，但在一塊放射性物質中可以同時放出α、β 和 γ 三種射線。
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，故γ射線不會改變元素在周期表中的位置。
3、元素的放射性與元素存在的狀態無關，放射性表明原子核是有內部結構的。
4、衰變后元素的化學性質發生了變化，即：生成了新的原子核！
1、核反應指的是原子核內部核子數發生相應變化，而化學反應指的是原子核外最外層電子數發生變化，二者存在本質的不同。
正確教育
放射性同位素及其應用
（1）射線測厚儀
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，根據信號強度就可以測量金屬板的厚度。
——利用γ射線具有很強的穿透性
(2)放射治療
——γ射線對細胞有很強的殺傷力
——γ射線遺傳基因發生變異，培育優良品種
（3）培優
保鮮
——γ射線可以殺死細菌
醫學方面：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。
農業方面：棉花在開花、結桃的時候需要較多的磷肥，把磷肥噴在棉花葉子.上，磷肥也能被吸收。但是，什么時候的吸收率最高、磷在作物內能存留多長時間、磷在作物體內的分布情況等，用通常的方法很難研究。如果用磷的放射性同位素制成肥料噴在棉花的葉面上，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，上面的問題就解決了。
正確教育
輻射與安全
人類一直生活在放射性的環境中。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。
不過這些射的強度都在安全劑量之內，對我們沒有傷害。
電磁信號
然而過量的射線對人體組織有破壞作用，這種破壞往往是對細胞核的破壞，有時不會馬上察覺。
所以使用放射性同位素質，都必須嚴格遵守操作規程，做好防護。防止對空氣，水源等的污染。
C-14（“碳鐘”）年代測定法，又稱放射性碳定年法，就是根據C-14衰變的程度來判定古生物體的年代，該項研究獲得1960年諾貝爾化學獎。
要推斷一塊古木的年代，可以先把古木加溫，制取1g碳的樣品，再用粒子計數器進行測量。如果測得樣品每分鐘衰變的次數正好是現代植物所制樣品的一半，表明這塊古木經過了14C的一個半衰期，即5730年，如果測得每分鐘衰變的次數是其他值，也可以根據半衰期計算出古木的年代。
穩定
14C 半衰期 τ =5730 年
碳14測年技術
3.放射性同位素發出的射線在科研、醫療、生產等諸多方面得到了廣泛的應用，下列有關放射線應用的說法中不正確的是( )
A.軋鋼廠的熱軋機安裝射線測厚儀對鋼板厚度進行自動控制
B.利用γ射線的貫穿性能進行人體的透視
C.用放射線照射作物種子能使其DNA發生變異，經過篩選可以培育優良品種
D.用γ射線治療腫瘤時一定要嚴格控制劑量，以免對人體正常組織造成太大的危害
經典例題
B
答案：B
解析：軋鋼廠的熱軋機安裝射線測厚儀可以對鋼板厚度進行自動控制，A正確；利用γ射線的貫穿性可以為金屬探傷，但γ射線對人體細胞傷害太大，因此不能用來透視人體，B錯誤；用放射線照射作物種子能使其DNA發生變異，經過篩選可以培育優良品種，C正確；用γ射線治療腫瘤時一定要嚴格控制劑量，以免對人體正常組織造成太大的危害，D正確.
放射性元素的衰變
原子核的衰變
半衰期
放射性同位素及其應用
核反應
輻射與安全
①α衰變
②β衰變
定義
特點
公式
放射線
示蹤原子
原子核放出α粒子或β粒子轉變為新核的變化
C
B
B
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