第五章原子核5.2放射性元素的衰變新人教版普通高中教科書物理選擇性必修三

通過學習科學家對放射性元素衰變的探究，學會觀察和思考，提升科學探究的能力。科學探究學會堅持實事求是的科學態度，體驗科學家探索科學規律的艱辛和科學研究的價值，激發學習興趣。科學態度與責任會正確書寫衰變方程，根據質量數守恒和電荷數守恒寫出核反應方程。科學思維學科素養目標知道合力與分力的概念；形成初步的共點力、力的合成、力的分解、矢量、標量的概念。物理觀念知道衰變、半衰期及原子核衰變的規律，了解核反應及放射性同位素應用的基本觀念和相關實驗證據。物理觀念2022年諾貝爾獎物理學獎頒給法國物理學家阿蘭·阿斯佩（AlainAspect）、美國物理學家

約翰·弗朗西斯·克勞澤（JohnF.Clauser）和奧地利物理學家

安東·塞林格（AntonZeilinger）以表彰“用糾纏光子驗證了量子不遵循貝爾不等式，開創了量子信息學”。百科：量子糾纏百科：量子糾纏

天然放射現象中原子核自發地放出α粒子或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，就變成另一種原子核。我們把這種變化稱為原子核的衰變。

一、原子核的衰變一、原子核的衰變α衰變原子核自發放出α粒子而轉變為新核的過程叫α衰變。

ɑ粒子核核

在α衰變中，新核的質量數與原來的核的質量數有什么關系？相對于原來的核在元素周期表中的位置，新核在元素周期表中的位置應當向前移還是向后移？要移動幾位？你能概括出α衰變的質量數、核電荷數變化的一般規律嗎？α衰變的一般方程：

在這個衰變過程中，衰變前的質量數等于衰變后的質量數之和；衰變前的電荷數等于衰變后的電荷數之和。發生一次α衰變，困為原子序數減小2，所以相對于原來的核在元素周期表中的位置，新核在元素周期表中的位置應當向前移2位。α衰變過程中質量數守恒，核電荷數守恒。思考與討論β衰變原子核自發放出β粒子而轉變為新核的過程叫β衰變。核β粒子核一、原子核的衰變比如

發生α衰變后產生的

也具有放射性，它放出一個β

粒子后質量數沒有改變，但電荷數增加了1

，就變成鏷

。

“電荷數之和”指代數和，因為發生β衰變時，電子的電荷數是－1。

在β衰變中，質量數、核電荷數有什么變化規律？

β衰變的一般方程：β衰變過程中質量數守恒，核電荷數守恒。

β衰變過程中，衰變前的質量數等于衰變后的質量數之和；衰變前的電荷數等于衰變后的電荷數之和。思考與討論一、原子核的衰變

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。

原子核里沒有電子，β衰變中的電子來自哪里？思考與討論

β衰變的本質β衰變實質是核內的中子轉化成了一個質子和一個電子。

類比于β衰變中的電子來自哪里的分析過程，α衰變的本質什么？思考與討論α衰變的本質

事實表明，兩個中子和兩個質子能十分緊密地結合在一起，因此，在一定條件下它們會作為一個整體從較大的原子核中被拋射出來，即發生了α衰變。

放射性的原子核在發生α衰變、β衰變時產生的新核處于高能級，這時它要向低能級躍遷，并放出γ光子。γ射線經常是伴隨α射線和β射線產生的。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。一、原子核的衰變

當放射性物質連續衰變時，原子核中有的發生α衰變、有的發生β衰變，同時伴隨著γ射線輻射。這時放射性物質發出的射線中就會同時具有α、β、γ三種射線。【思考】設放射性元素經過n次α衰變和m次β衰變后，變成穩定的新元素，試分析：（1）衰變方程（2）衰變次數n和m

電荷數守恒：質量數守恒：解得：

【注意】為了確定衰變次數，一般是由質量數的改變先確定α衰變的次數，這是因為β衰變的次數的多少對質量數沒有影響，然后再根據衰變規律確定β衰變的次數。小試牛刀——衰變次數的計算思考：一個氡原子核過多久會發生衰變呢？1s10min200萬年單個微觀事件不可以預測（大量）3.8天+3.8天

放射性元素的原子核有半數發生衰變，所需要的時間是固定的，稱為半衰期。衰變未衰變二、半衰期補充幾點：半衰期必須是大量原子核滿足的統計規律不同元素的原子核半衰期差別非常大。放射性元素衰變的快慢是由核內部自身的因素決定的，跟原子所處的化學狀態和外部條件沒有關系。二、半衰期氡222衰變為釙218的半衰期是3.8d鐳226衰變為氡222的半衰期是1620年鈾238衰變為釷234的半衰期竟長達4.5x109年。二、半衰期——計算11.47.63.8m/m0t/天0若放射性元素原來的質量為m0

、原子數為N0；剩余的質量m，剩余的原子數為N，半衰期為??，半衰期個數為n，經過時間t，則：【思考】：已知釷234的半衰期是24天，1g釷經過120天后還剩多少?解：根據半衰期的定義，τ=24d，t=120d剩下的釷為小試牛刀——半衰期的計算1、定義：原子核在其他粒子的轟擊下產生新原子核或發生狀態變化的過程。3、規律：質量數和電荷數都守恒2、條件：用α粒子、質子、中子，甚至用γ光子轟擊原子核使原子核發生轉變。三、核反應（人類第一次實現原子核的人工轉變）1919年，盧瑟福發現質子的核反應。很多元素都存在一些具有放射性的同位素，它們被稱為放射性同位素。四、放射性同位素及其應用1、放射性同位素的分類天然放射性同位素。人工放射性同位素。不過40多種已達3000多種2、人工放射性同位素的優勢放射強度容易控制。半衰期短，廢料易處理。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四、放射性同位素及其應用放射治療——γ射線對癌細胞有很強的殺傷力四、放射性同位素及其應用四、放射性同位素及其應用——γ射線遺傳基因發生變異，培育優良品種培優保鮮——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。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。四、放射性同位素及其應用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。我們的食物和日常用品中，有的也具有放射性。不過這些輻射的強度都在安全劑量之內，對我們沒有傷害。五、輻射與安全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