高中物理 第四章 原子核 4.1 走進(jìn)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(jìn)原子核走進(jìn)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(biāo)導(dǎo)航預(yù)習(xí)導(dǎo)引目標(biāo)導(dǎo)航預(yù)習(xí)導(dǎo)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(biāo)導(dǎo)航二一預(yù)習(xí)導(dǎo)引三四五二、原子核的組成二、原子核的組成1.質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)2.中子的發(fā)現(xiàn) 目標(biāo)導(dǎo)航二一預(yù)習(xí)導(dǎo)引三四五3.原子核的組成原子核由質(zhì)子和中子組成,質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子.4.原子核的符號(hào)目標(biāo)導(dǎo)航二一預(yù)習(xí)導(dǎo)引三四五盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)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(xué)思想有何共同點(diǎn)?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(cè)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(zhì)子,并確定了質(zhì)子的電性和電荷量,猜測(cè)質(zhì)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(zhì)子,證明了質(zhì)子是原子核的組成部分.盧瑟福和湯姆生都經(jīng)歷了“實(shí)驗(yàn)事實(shí)猜想(預(yù)言)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證”的過程.目標(biāo)導(dǎo)航二一預(yù)習(xí)導(dǎo)引三四五三、放射線的本質(zhì)三、放射線的本質(zhì) 目標(biāo)導(dǎo)航二一預(yù)習(xí)導(dǎo)引三四五若在射線經(jīng)過的空間施加電場(chǎng)(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?cè)陔妶?chǎng)中的受力情況不同,故可分成三束.目標(biāo)導(dǎo)航二一預(yù)習(xí)導(dǎo)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(biāo)導(dǎo)航二一預(yù)習(xí)導(dǎo)引三四五目標(biāo)導(dǎo)航二一預(yù)習(xí)導(dǎo)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(jīng)過的時(shí)間.2.公式:m0表示放射性元素衰變前的質(zhì)量,m為經(jīng)過時(shí)間t后剩余的放射性元素的質(zhì)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(qiáng))或化學(xué)狀態(tài)(如單質(zhì)、化合物)無(wú)關(guān).目標(biāo)導(dǎo)航二一預(yù)習(xí)導(dǎo)引三四五有10個(gè)鐳226原子核,經(jīng)過一個(gè)半衰期有5個(gè)發(fā)生衰變,這樣理解對(duì)嗎?答案:不對(duì).10個(gè)原子核,數(shù)目太少,它們何時(shí)衰變是不可預(yù)測(cè)的,因?yàn)樗プ円?guī)律是大量原子核的統(tǒng)計(jì)規(guī)律.遷移應(yīng)用典題例解一二知識(shí)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(nèi)部結(jié)構(gòu)的.元素的放射性不受單質(zhì)和化合物存在形式的影響.化學(xué)反應(yīng)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(nèi)放出的.這說明原子核是有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的.思考探究三特征:貫穿本領(lǐng)小,電離作用強(qiáng),能使沿途中的空氣電離.(2)射線:貝克勒爾證實(shí),射線是電子流,其速度可達(dá)光速的99%.特征:貫穿本領(lǐng)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(zhǎng)很短的電磁波光子流,是能量很高的電磁波,波長(zhǎng)10-10 m.特征:貫穿本領(lǐng)最強(qiáng),能穿透幾厘米厚的鉛板.電離作用最弱.遷

5、移應(yīng)用典題例解一二知識(shí)精要思考探究三知識(shí)精要遷移應(yīng)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(shí)精要遷移應(yīng)用典題例解思考探究知識(shí)精要遷移應(yīng)用典題例解思考探究【例1】 (多選)(2014全國(guó)理綜)關(guān)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(wú)關(guān)C.放射性元素與別的元素形成化合物時(shí)仍具有放射性D.、和三種射線中,射線的穿透能力最強(qiáng)E.一個(gè)原子核在一次衰變中可同時(shí)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(xiàng)錯(cuò)誤;半衰期由原子核的內(nèi)部自身的因素決定,與原子核所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件無(wú)關(guān),B、C兩項(xiàng)正確;射線

6、的穿透力最強(qiáng),D項(xiàng)正確;原子核衰變時(shí),不能同時(shí)放出、射線,E項(xiàng)錯(cuò)誤.答案:BCD一二三一二三知識(shí)精要遷移應(yīng)用典題例解思考探究知識(shí)精要遷移應(yīng)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(yīng)強(qiáng)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(chǎng)中受洛倫茲力作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn),根據(jù)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(fù)電的粒子的徑跡,選項(xiàng)D正確.一二三遷移應(yīng)用典題例解知識(shí)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(zhì)子、中子構(gòu)成的,質(zhì)子帶正電,中子不帶電.質(zhì)子、中子統(tǒng)稱核子.不同的原子核內(nèi)質(zhì)子和中子的個(gè)數(shù)并不相同,原子核直徑大約為10-15 m.符號(hào) X表示原子核,X為元素符號(hào);A為核質(zhì)量數(shù);Z為核電荷數(shù)A-Z=中子數(shù).一二三1.質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)(1)質(zhì)子帶正電,電荷量與一個(gè)電子所帶電荷量相等,質(zhì)子質(zhì)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(zhì)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(zhì)子.所以質(zhì)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(shí)驗(yàn)證實(shí)了中子的存在.中子不帶電,質(zhì)量mn=1.674

8、 928 610-27 kg.一二三遷移應(yīng)用典題例解知識(shí)精要思考探究知識(shí)精要遷移應(yīng)用典題例解思考探究原子核的電荷數(shù)、質(zhì)量數(shù)就是原子核的電荷量、質(zhì)量嗎?答案:(1)電荷數(shù)Z是指原子核內(nèi)質(zhì)子的個(gè)數(shù),它可以表示原子核的電荷量,這個(gè)電荷量的單位不是庫(kù)侖,而是“元電荷”,即它表示原子核中所帶有Z個(gè)元電荷e的電量,原子的電荷量Q=Ze.(2)質(zhì)量數(shù)也不是原子核的質(zhì)量.質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子,原子核內(nèi)質(zhì)子和中子的總個(gè)數(shù)就是質(zhì)量數(shù),原子核的質(zhì)量是指原子核內(nèi)所有質(zhì)子和中子的質(zhì)量總和,即m=Zmp+(A-Z)mnAmp.一二三知識(shí)精要遷移應(yīng)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(fù)電的電子,所以原子帶負(fù)電B.原子核中的質(zhì)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(zhì)子, 因此人們斷定質(zhì)子是原子核的組成部分D.絕大多數(shù)原子核的質(zhì)量跟質(zhì)子質(zhì)量之比都大于原子核的電荷量跟質(zhì)子的電荷量之比,因而原子核內(nèi)還存在一種不帶電的中性粒子解析:原子中除了帶負(fù)電的電子外,還有帶正電的質(zhì)子,故A錯(cuò)誤.對(duì)于中性原子來說原子核中的質(zhì)子數(shù)才跟核外電子數(shù)相等,故B錯(cuò)誤.正是用粒子轟擊原子核的實(shí)驗(yàn)才發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子,故C正確.因?yàn)榻^大多數(shù)的原子核的質(zhì)量跟質(zhì)子質(zhì)量之比都大于原子核的電荷量跟質(zhì)子的電荷量之比,才確定原子核內(nèi)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(shí)精要遷移應(yīng)用典題例解思考探究知識(shí)精要遷移應(yīng)用典題例解思考探究(多選)一個(gè)原子核為 Bi,關(guān)于這個(gè)原子核,下列說法中正確的是()A.核外有83個(gè)電子,核內(nèi)有127個(gè)質(zhì)子B.核外有83個(gè)電子,核內(nèi)有83個(gè)質(zhì)子C.核內(nèi)有83個(gè)質(zhì)子,127個(gè)中子D.核內(nèi)有210個(gè)核子答案:CD解析:根據(jù)原子核的表示方法得質(zhì)子數(shù)為83,質(zhì)量數(shù)為210,故中子數(shù)為210-83=127,而質(zhì)子和中子統(tǒng)稱核子,故核子數(shù)為210,因此選項(xiàng)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(xiàng)A、B錯(cuò)誤.一二三遷移應(yīng)用典題例解知識(shí)精要一二三思考探究三、放射性元素的衰變?nèi)⒎派湫栽氐乃プ?.衰變方程(1)原子核放出一

11、個(gè)粒子就說它發(fā)生了一次衰變,新核的質(zhì)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(gè)粒子就說它發(fā)生了一次衰變,新核的質(zhì)量數(shù)不變,而電荷數(shù)增加了1,用通式表示為 .(3)射線經(jīng)常是伴隨衰變或衰變而產(chǎn)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(jí)躍遷時(shí)輻射出來的一份能量,原子核放出一個(gè)光子不會(huì)改變它的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù),不能單獨(dú)發(fā)生衰變.2.兩個(gè)重要的衰變 3.衰變和衰變的實(shí)質(zhì)在放射性元素的原子核中,2個(gè)中子和2個(gè)質(zhì)子結(jié)合得比較緊密,有時(shí)會(huì)作為一個(gè)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(nèi)的中子可以轉(zhuǎn)化成質(zhì)子

12、和電子,產(chǎn)生的電子從核內(nèi)發(fā)射出來,這就是衰變.(1)衰變實(shí)質(zhì):粒子實(shí)質(zhì)就是氦核,它是由兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子組成的.當(dāng)發(fā)生衰變時(shí),原子核中的質(zhì)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(shí)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(dòng)兩位.即 .一二三遷移應(yīng)用典題例解知識(shí)精要思考探究(2)衰變實(shí)質(zhì):衰變是原子核中的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化成一個(gè)質(zhì)子的同時(shí)放出一個(gè)電子,即粒子放射出去,生成的一個(gè)質(zhì)子留在核內(nèi),使核電荷數(shù)增加1.但衰變不改變?cè)雍说馁|(zhì)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(dòng)一位.即 .4.半衰期半衰期是一個(gè)統(tǒng)計(jì)概念,是對(duì)大量的原子核衰變規(guī)律的總結(jié)

13、,對(duì)于一個(gè)特定的原子核,無(wú)法確定何時(shí)發(fā)生衰變,但可以確定各個(gè)時(shí)刻發(fā)生衰變的概率,即某時(shí)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(yīng)用典題例解知識(shí)精要思考探究知識(shí)精要遷移應(yīng)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(zhì)會(huì)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(huì)具有新的放射性.一二三知識(shí)精要遷移應(yīng)用典題例解思考探究【例3】 原來靜止的鈾 U和 Th同時(shí)在同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,由于衰變而開始做勻速圓周運(yùn)動(dòng).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(shí)所產(chǎn)生的新核及粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 軌跡的示意圖.(2)試畫出釷234發(fā)生一次衰變時(shí)所產(chǎn)生的新核及粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 軌跡的示意圖.思路分析:(1)衰變過程中質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒;(2)衰變過程中動(dòng)量守恒;(3)帶電粒子垂直磁場(chǎng)方向做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)洛倫茲力提供向心力.一二三一二三知識(shí)精要遷移應(yīng)用典題例解思考探究一二三知識(shí)精要遷移應(yīng)用典題例解思考探究一二三知識(shí)精要遷移應(yīng)用典題例解思考探究知識(shí)精要遷移應(yīng)用典題例解思考探究一二三一二三知識(shí)精要遷移應(yīng)用典題例解思考探究一二三知識(shí)精要遷移應(yīng)用典題例解思考探究一二三知識(shí)精要遷移應(yīng)用典題例解思考探究知識(shí)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(nèi)的既有碳12,也有碳14,它們體內(nèi)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(gè)從遠(yuǎn)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(gè)木片大約是多少年前的植物?這座遠(yuǎn)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(jù)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(jīng)過

16、了多少個(gè)半衰期,從而得出它的生長(zhǎng)年代.題目中所給木片的碳14含量只是活體的一半,說明經(jīng)過了一個(gè)半衰期的時(shí)間,即 5 730 年,所以此植物的生長(zhǎng)年代大約是在5 730年前.2.結(jié)論因?yàn)槟酒刑?4的含量是活體的二分之一,說明它已經(jīng)死了一個(gè)半衰期的時(shí)間,已知碳14的半衰期是 5 730 年,所以這個(gè)木片和這座遠(yuǎn)古居民遺址大約是5 730年前的.知識(shí)鏈接案例探究類題試解知識(shí)鏈接案例探究類題試解知識(shí)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(nèi)14C與12C的比例不變;生命活動(dòng)結(jié)束后,14C的比例持續(xù)減少.現(xiàn)通過測(cè)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(cè)量環(huán)境的壓強(qiáng)將加速14C的衰變知識(shí)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(jīng)過的時(shí)間為一個(gè)半衰期,即該古木的年代距今約為5 700年,A項(xiàng)正確;12C、13C、14C具有相同的質(zhì)子數(shù),由于質(zhì)量數(shù)不同,故中子數(shù)不同,B項(xiàng)錯(cuò)誤;根據(jù)核反應(yīng)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(xiàng)正確;外界環(huán)境不影響放射性元素的半衰期,D項(xiàng)錯(cuò)誤.答案:AC知識(shí)鏈接案例探究類題試解知識(shí)鏈接案例探究類題試解知識(shí)鏈接案例探究類題試解