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高中物理 選修3 5 粵教版 第四章原子核第一節(jié)走進(jìn)原子核第二節(jié)放射性元素的衰變 目標(biāo)定位 1 知道什么是放射性 放射性元素 天然放射現(xiàn)象 2 知道原子核的組成 會(huì)正確書寫原子核符號(hào) 3 知道原子核的衰變及兩種衰變的規(guī)律 掌握三種射線的特性 4 會(huì)用半衰期描述衰變的快慢 知道半衰期的統(tǒng)計(jì)意義 一 放射性的發(fā)現(xiàn)1 放射性1896年法國(guó)物理學(xué)家 發(fā)現(xiàn) 鈾及含鈾的礦物都能夠發(fā)出看不見的射線 物質(zhì)放射出 的性質(zhì)叫做放射性 2 放射性元素具有 的元素叫放射性元素 瑪麗 居里和她的丈夫皮埃爾 居里發(fā)現(xiàn)了兩種放射性更強(qiáng)的新元素 命名為 和 享利 貝克勒爾 射線 放射性 釙 Po 鐳 Ra 3 天然放射性元素能 地放出射線的元素叫做天然放射性元素 原子序數(shù)大于 的所有元素 都有放射性 原子序數(shù)小于等于 的元素 有的也具有放射性 4 放射性發(fā)現(xiàn)的意義放射性的發(fā)現(xiàn)揭示了 結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性 二 原子核的組成1 質(zhì)子的發(fā)現(xiàn) 用 粒子轟擊 獲得了質(zhì)子 2 中子的發(fā)現(xiàn) 盧瑟福的學(xué)生 通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了 的存在 自發(fā) 83 83 原子核 盧瑟福 氮原子核 查德威克 中子 3 原子核的組成 由 和 組成 因此它們統(tǒng)稱為 4 原子核的電荷數(shù) 等于原子核的 即原子的 5 原子核的質(zhì)量數(shù) 等于 和 的總和 6 原子核的符號(hào) X 其中X為 A為原子核的 Z為原子核的 三 放射線的本質(zhì)1 射線種類 放射性物質(zhì)發(fā)出的射線有三種 分別為 質(zhì)子 中子 核子 質(zhì)子數(shù) 原子序 質(zhì)子數(shù) 中子數(shù) 元素符號(hào) 質(zhì)量數(shù) 電荷數(shù) 射線 射線 射線 數(shù) 2 放射線的本質(zhì) 1 射線是高速運(yùn)動(dòng)的 粒子流 符號(hào)為He 射出時(shí)的速度可達(dá)0 1c 2 射線是高速運(yùn)動(dòng)的 符號(hào)為 射出時(shí)速度可達(dá)0 99c 3 射線是波長(zhǎng)很短的 四 原子核的衰變1 衰變放射性元素的原子核放出某種粒子后變成新的原子核的變化 氦原子核 電子流 電磁波 2 衰變方程3 射線 射線是伴隨 衰變 衰變 產(chǎn)生的 射線不改變?cè)雍说碾姾蓴?shù)和質(zhì)量數(shù) 同時(shí) 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(lái)的 所經(jīng)過的時(shí)間 一半 一 原子核的組成1 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 不同的原子核內(nèi)質(zhì)子和中子的個(gè)數(shù)并不相同 原子核的直徑為10 15 10 14m 2 原子核的符號(hào)和數(shù)量關(guān)系 1 符號(hào) X 2 基本關(guān)系 核電荷數(shù) 質(zhì)子數(shù) Z 元素的原子序數(shù) 核外電子數(shù) 質(zhì)量數(shù) A 核子數(shù) 質(zhì)子數(shù) 中子數(shù) 例1 已知鐳的原子序數(shù)是88 原子核的質(zhì)量數(shù)是226 試問 1 鐳核中有幾個(gè)質(zhì)子 幾個(gè)中子 2 鐳核所帶電量是多少 3 若鐳原子呈現(xiàn)中性 它核外有幾個(gè)電子 答案 1 88138 2 1 41 10 17C 3 88 4 113 114 解析因?yàn)樵有驍?shù)與核內(nèi)質(zhì)子數(shù) 核電荷數(shù) 中性原子的核外電子數(shù)都是相等的 原子核的質(zhì)量數(shù)等于核內(nèi)質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)之和 由此可得 1 鐳核中的質(zhì)子數(shù)等于其原子序數(shù) 故質(zhì)子數(shù)為88 中子數(shù)N等于原子核的質(zhì)量數(shù)A與質(zhì)子數(shù)Z之差 即N A Z 226 88 138 2 鐳核所帶電荷量Q Ze 88 1 6 10 19C 1 41 10 17C 3 鐳原子呈中性 則核外電子數(shù)等于質(zhì)子數(shù) 故核外電子數(shù)為88 借題發(fā)揮對(duì)核子數(shù) 電荷數(shù) 質(zhì)量數(shù)的理解 1 核子數(shù) 質(zhì)子和中子質(zhì)量差別非常微小 二者統(tǒng)稱為核子 所以質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和叫核子數(shù) 2 電荷數(shù) Z 原子核所帶的電荷等于質(zhì)子電荷的整數(shù)倍 通常用這個(gè)數(shù)表示原子核的電量 叫做原子核的電荷數(shù) 3 質(zhì)量數(shù) A 原子核的質(zhì)量等于核內(nèi)質(zhì)子和中子的質(zhì)量總和 而質(zhì)子與中子質(zhì)量幾乎相等 所以原子核的質(zhì)量幾乎等于單個(gè)核子質(zhì)量的整數(shù)倍 這個(gè)倍數(shù)叫做原子核的質(zhì)量數(shù) 針對(duì)訓(xùn)練1 單選 在 粒子轟擊金箔的散射實(shí)驗(yàn)中 粒子可以表示為He He中的4和2分別表示 A 4為核子數(shù) 2為中子數(shù)B 4為質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和 2為質(zhì)子數(shù)C 4為核外電子數(shù) 2為中子數(shù)D 4為中子數(shù) 2為質(zhì)子數(shù)答案B解析根據(jù)He所表示的物理意義 原子核的質(zhì)子數(shù)決定核外電子數(shù) 原子核的電荷數(shù)就是核內(nèi)的質(zhì)子數(shù) 也就是這種元素的原子序數(shù) 原子核的質(zhì)量數(shù)就是核內(nèi)質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和 即為核內(nèi)的核子數(shù) He符號(hào)的左下角表示的是質(zhì)子數(shù)或相應(yīng)中性原子核外電子數(shù) 即為2 He符號(hào)左上角表示的是核子數(shù) 即為4 故選項(xiàng)B正確 二 三種射線的本質(zhì)及特點(diǎn)1 三種射線的性質(zhì) 特征比較 2 在電場(chǎng) 磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)情況的比較 1 在勻強(qiáng)電場(chǎng)中 射線偏轉(zhuǎn)較小 射線偏轉(zhuǎn)較大 射線不偏轉(zhuǎn) 如圖4 1 2 1甲所示 圖4 1 2 1 2 在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 射線偏轉(zhuǎn)半徑較大 射線偏轉(zhuǎn)半徑較小 射線不偏轉(zhuǎn) 如圖乙所示 例2 一置于鉛盒中的放射源發(fā)射出的 和 射線 由鉛盒的小孔射出 在小孔外放一鋁箔 鋁箔后的空間有一勻強(qiáng)電場(chǎng) 進(jìn)入電場(chǎng)后 射線變?yōu)閍 b兩束 射線a沿原來(lái)方向行進(jìn) 射線b發(fā)生了偏轉(zhuǎn) 如圖4 1 2 2所示 則圖中的射線a為 射線 射線b為 射線 圖4 1 2 2 答案 解析在三種射線中 射線帶正電 穿透能力最弱 射線不帶電 穿透能力最強(qiáng) 射線帶負(fù)電 穿透能力一般 綜上所述 結(jié)合題意可知 a射線應(yīng)為 射線 b射線應(yīng)為 射線 借題發(fā)揮三種射線的比較方法 1 射線是 三種射線中貫穿本領(lǐng)最弱的一種 它穿不過白紙 2 要知道三種射線的成分 貫穿本領(lǐng)和電離本領(lǐng) 3 要知道 三種射線的本質(zhì) 是實(shí)物粒子 射線是電磁波譜中的一員 針對(duì)訓(xùn)練2 單選 天然放射性物質(zhì)的放射線包括三種成分 下列說法不正確的是 A 一張厚的黑紙能擋住 射線 但不能擋住 射線和 射線B 某原子核在放出 射線后會(huì)變成另一種元素的原子核C 三種射線中對(duì)氣體電離作用最強(qiáng)的是 射線D 粒子是電子 但不是原來(lái)繞核旋轉(zhuǎn)的核外電子答案B解析由三種射線的本質(zhì)和特點(diǎn)可知 射線貫穿本領(lǐng)最弱 一張黑紙都能擋住 而擋不住 射線和 射線 故A正確 射線是伴隨 衰變而產(chǎn)生的一種電磁波 不會(huì)使原核變成新核 故B錯(cuò) 三種射線中 射線電離作用最強(qiáng) 故C正確 粒子是電子 來(lái)源于原子核 故D正確 三 原子核的衰變1 原子核放出 粒子或 粒子后 變成另一種原子核 這種現(xiàn)象稱為原子核的衰變 1 原子核進(jìn)行 衰變時(shí) 質(zhì)量數(shù)減少4 電荷數(shù)減少2 2 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)合得比較牢固 有時(shí)會(huì)作為一個(gè)整體從較大的原子核中釋放出來(lái) 這就是放射性元素發(fā)生的 衰變現(xiàn)象 1 原子核進(jìn)行 衰變時(shí) 質(zhì)量數(shù)不變 電荷數(shù)增加1 4 衰變規(guī)律 衰變過程遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒 5 射線是在發(fā)生 或 衰變過程中伴隨而生 且 粒子是不帶電的粒子 因此 射線并不影響原子核的核電荷數(shù) 故 射線不會(huì)改變?cè)卦谥芷诒碇械奈恢?6 確定衰變次數(shù)的方法根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可列方程A A 4n Z Z 2n m 答案 1 8次 衰變 6次 衰變 2 10個(gè) 22個(gè) 3 見解析 借題發(fā)揮衰變次數(shù)的判斷方法 1 衰變過程遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒 2 每發(fā)生一次 衰變質(zhì)子數(shù) 中子數(shù)均減少2 3 每發(fā)生一次 衰變中子數(shù)減少1 質(zhì)子數(shù)增加1 A m 7 n 3B m 7 n 4C m 14 n 9D m 14 n 18答案B解析根據(jù)題意有 235 4m 207 92 2m n 82 解兩式得m 7 n 4 選項(xiàng)B正確 四 對(duì)半衰期的理解1 對(duì)半衰期的理解 半衰期是表示放射性元素衰變快慢的物理量 同一放射性元素具有的衰變速率一定 不同元素的半衰期不同 有的差別很大 2 半衰期公式 3 適用條件 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) 對(duì)于一個(gè)特定的原子核 無(wú)法確定其何時(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 例4 2011 山東高考 碘131核不穩(wěn)定 會(huì)發(fā)生 衰變 其半衰期為8天 2 經(jīng)過 天75 的碘131核發(fā)生了衰變