放射性元素的衰变.ppt

第1页 第1页 第二节第二节 放射性元素的衰变放射性元素的衰变第2页 第2页 知识梳理图知识梳理图 第3页 第3页 【知识点】【知识点】 1.α衰变和衰变和β衰变及衰变方程衰变及衰变方程2.半衰期及半衰期的应用半衰期及半衰期的应用情景设置情景设置放射性元素会自发地发出放射性元素会自发地发出α､ ､β､ ､γ射线射线,这些射线是从哪来的呢这些射线是从哪来的呢?发出这些射线时发出这些射线时,原子核内部发生了怎样的变化原子核内部发生了怎样的变化,满足怎满足怎样的规律呢样的规律呢?第4页 第4页 深化探究深化探究一一､ ､原子核的衰变原子核的衰变1.原子核的衰变原子核的衰变:天然放射现象说明原子核具有复杂的结构天然放射现象说明原子核具有复杂的结构.原子核放出原子核放出α粒子或粒子或β粒子后变成新的原子核粒子后变成新的原子核,这种变化称这种变化称为原子核的衰变为原子核的衰变.2.衰变规律衰变规律:原子核衰变时原子核衰变时,前后的电荷数和质量数守恒前后的电荷数和质量数守恒.第5页 第5页 3.衰变方程衰变方程:(1)α衰变衰变:放射性元素的原子核放出一个放射性元素的原子核放出一个α粒子变成新核的粒子变成新核的衰变叫衰变叫α衰变衰变.原子核放出一个原子核放出一个α粒子粒子,即经过一次即经过一次α衰变衰变,新核的质量数比原新核的质量数比原来的核减少了来的核减少了4,而电荷数减少了而电荷数减少了2,用通式可表示为用通式可表示为:AZX[FY]42He+A-4Z-2Y,如如:238 92U→42He+234 90Th第6页 第6页 (2)β衰变衰变:放射性元素的原子核放出一个放射性元素的原子核放出一个β粒子粒子,即发生一次即发生一次β衰变衰变,新核的质量数不变新核的质量数不变,而核电荷数增加而核电荷数增加1,用通式可表用通式可表示为示为:AZX→ 0-1e+ AZ+1Y,如如:234 90Th→234 91Pa+ 0-1e(3)γ射线是伴随射线是伴随α衰变或衰变或β衰变产生的高频率的电磁波衰变产生的高频率的电磁波,原子原子核放出一个核放出一个γ光子不会改变它的质量数和电荷数光子不会改变它的质量数和电荷数.第7页 第7页 注意注意:①①核反应方程一般是不可逆的核反应方程一般是不可逆的,所以核反应方程只能用所以核反应方程只能用单箭头表示反应方向单箭头表示反应方向,不能用等号连接不能用等号连接.②②核反应的生成物一定要以实验为基础核反应的生成物一定要以实验为基础,不能只依据两个守恒不能只依据两个守恒杜撰出生成物来写核反应方程杜撰出生成物来写核反应方程.③③核反应中遵循质量数守恒核反应中遵循质量数守恒,而不是质量守恒而不是质量守恒,核反应过程中核反应过程中反应前后的总质量一般发生变化反应前后的总质量一般发生变化(质量亏损质量亏损,而释放核能而释放核能).④④当放射性物质发生连续衰变时当放射性物质发生连续衰变时,原子核中有的发生原子核中有的发生α衰变衰变,有有的发生的发生β衰变衰变,同时伴随同时伴随γ射线辐射射线辐射,这时可连续放出三种射这时可连续放出三种射线线.第8页 第8页 二二､ ､放射性元素的半衰期放射性元素的半衰期1.定义定义:放射性元素的原子核有半数发生衰变的时间放射性元素的原子核有半数发生衰变的时间,叫做半叫做半衰期衰期.2.公式公式:N余余=N原原 m余余=m原原式中式中N原原､ ､m原原表示衰变前的放射性元素的原子数表示衰变前的放射性元素的原子数､ ､质量质量.N余余､ ､m余余表示表示,尚未衰变的放射性元素的原子数尚未衰变的放射性元素的原子数､ ､质量质量,t表示衰变时间表示衰变时间,T表示半衰期表示半衰期.第9页 第9页 注意注意:半衰期由放射性元素的原子核内部本身的因素决定半衰期由放射性元素的原子核内部本身的因素决定,跟跟原子核所处的物理状态原子核所处的物理状态(如压强如压强､ ､温度温度)或化学状态或化学状态(如单质如单质､ ､化合物化合物)无关无关,半衰期是大量原子核衰变时的统计规律半衰期是大量原子核衰变时的统计规律,个个别原子核经多长时间衰变无法预测别原子核经多长时间衰变无法预测,对个别或极少数原子对个别或极少数原子核核,无半衰期可言无半衰期可言.第10页 第10页 3.确定衰变次数的方法确定衰变次数的方法设放射性元素设放射性元素AZX,经过经过n次次α衰变和衰变和m次次β衰变后衰变后,变成稳定的新元素变成稳定的新元素A′Z′Y,则表则表示该核反应的方程为示该核反应的方程为:AZX→A′Z′Y+n42He+m 0-1e根据电荷数守恒和质量数守恒根据电荷数守恒和质量数守恒,可得可得A=A′+4nZ=Z′+2n-m联立以上两式得联立以上两式得n= m=+Z′-Z.确定衰变次数确定衰变次数,往往是由质量数的改变先确定往往是由质量数的改变先确定α衰变的次数衰变的次数,因为因为β衰变对质衰变对质量数无影响量数无影响,然后再根据电荷数守恒然后再根据电荷数守恒,确定确定β衰变的次数衰变的次数,这种方法比较简这种方法比较简捷捷,同学们可以通过练习熟练掌握同学们可以通过练习熟练掌握.第11页 第11页 典例分析典例分析一一､ ､对原子核衰变规律的应用对原子核衰变规律的应用例例1:放射性元素放射性元素232 90Th,经过经过________次次α衰变和衰变和________次次β衰变成了稳定的元素衰变成了稳定的元素208 82Pb.第12页 第12页 解析解析:方法一方法一,由于由于β衰变不会引起质量数的减小衰变不会引起质量数的减小,故可先根据故可先根据质量数守恒来确定质量数守恒来确定α衰变的次数衰变的次数n则则次次再结合核电荷数守恒来确定再结合核电荷数守恒来确定β衰变的次数衰变的次数,每经过一次每经过一次β衰变衰变电荷数增加电荷数增加1,每经过一次每经过一次α衰变电荷数减小衰变电荷数减小2,设经过了设经过了m次次的的β衰变衰变,则则第13页 第13页 方法二方法二:设经过了设经过了n次次α衰变衰变,经过了经过了m次次β衰变衰变根据质量数和电荷数守恒根据质量数和电荷数守恒,列方程如下列方程如下:232=208+4n90=82+2n-m联立以上两式解得联立以上两式解得n=6,m=4答案答案:6 4第14页 第14页 巩固练习巩固练习1:(2008·重庆高考重庆高考)放射性同位素钍放射性同位素钍232经经α､ ､β衰变会生衰变会生成氡成氡,其衰变方程为其衰变方程为23290Th→22086Rn+xα+yβ,则则( )A.x=1,y=3 B.x=2,y=3C.x=3,y=1 D.x=3,y=2第15页 第15页 解析解析:由衰变规律可知由衰变规律可知,β衰变不影响质量数的变化衰变不影响质量数的变化,所以质所以质量数的变化由量数的变化由α衰变的次数决定衰变的次数决定,由由23290Th变为变为22086Rn,质质量数减少了量数减少了232-220=12,每一次每一次α衰变质量数减少衰变质量数减少4,因此因此,α衰变的次数为衰变的次数为3次次;3次次α衰变电荷数减少了衰变电荷数减少了3×2=6个个,而而现在只减少了现在只减少了90-86=4个个,所以有所以有2次次β衰变衰变,故故x=3,y=2,D选项正确选项正确.答案答案:D第16页 第16页 二二､ ､有关半衰期的应用有关半衰期的应用例例2:为测定某水库的存水量为测定某水库的存水量,将一瓶放射性同位素溶液倒入水将一瓶放射性同位素溶液倒入水库中库中,已知这杯溶液每分钟衰变已知这杯溶液每分钟衰变8×107次次,这种同位素半衰这种同位素半衰期为期为2天天,10天后从水库中取出天后从水库中取出1 m3的水的水,并测得每分钟衰并测得每分钟衰变变10次次,求水库的存水量是多少求水库的存水量是多少?第17页 第17页 解析解析:每分钟的衰变次数与所取水的质量成正比每分钟的衰变次数与所取水的质量成正比,与放射同位素与放射同位素的质量也成正比的质量也成正比,设水库存水量为设水库存水量为x m3则经则经10天后水库中每分天后水库中每分钟总的衰变次数为钟总的衰变次数为10x.经经10天后剩余放射性同位素的质量为天后剩余放射性同位素的质量为m0原来放入水库中放射性同位素的质量为原来放入水库中放射性同位素的质量为m,则则 (1)由衰变由衰变､ ､半衰期半衰期m0= (2)其中其中t=10天天 T=2天天联立以上联立以上(1)(2)两式得两式得x=()5×8×107/10=2.5×105 m3.答案答案:2.5×105 m3第18页 第18页 巩固练习巩固练习2:A､ ､B两种放射性元素的半衰期分别为两种放射性元素的半衰期分别为T1和和T2,t=T1\5T2时间后测得这两种放射性元素的质量相等时间后测得这两种放射性元素的质量相等,那那么它们原来的质量之比么它们原来的质量之比mAmB=________.解析解析:设设t时间后放射性元素的质量为时间后放射性元素的质量为m,由衰变规律可知由衰变规律可知m=mA=mB,解得解得=2(T2-T1).答案答案:2(T2-T1)第19页 第19页 梯度练习梯度练习基础强化基础强化1.下列有关半衰期的说法中正确的是下列有关半衰期的说法中正确的是( )A.放射性元素的半衰期越短放射性元素的半衰期越短,表明有半数原子核发生衰变所需的时间越短表明有半数原子核发生衰变所需的时间越短,衰变速度越快衰变速度越快B.放射性元素的样品不断衰变放射性元素的样品不断衰变,随着剩下未衰变的原子核减少随着剩下未衰变的原子核减少,半衰期也变半衰期也变长长C.把放射性元素放在闭封的容器中把放射性元素放在闭封的容器中,可以减慢放射性元素的衰变速度可以减慢放射性元素的衰变速度D.降低温度和增大压强降低温度和增大压强,让该元素与其他物质形成化合物让该元素与其他物质形成化合物,均可减小衰变速均可减小衰变速度度答案答案:A第20页 第20页 2.如果某种元素发生如果某种元素发生β衰变衰变,则下列说法中正确的是则下列说法中正确的是( )A.质量数发生变化质量数发生变化B.质子数增加质子数增加1,中子数不变中子数不变C.质子数不变质子数不变,中子数增加中子数增加D.质子数增加质子数增加,中子数减少中子数减少第21页 第21页 解析解析:由于原子核放出一个高速电子由于原子核放出一个高速电子,对质量的影响非常小对质量的影响非常小,质量数不发生变化质量数不发生变化,A错误错误;原子核内放的电子是来自原子原子核内放的电子是来自原子核内中子释放一个电子而转变为一个质子的反应核内中子释放一个电子而转变为一个质子的反应,因此因此,质质子数增加中子数减少子数增加中子数减少,核子数保持不变核子数保持不变,故故D选项正确选项正确,B､ ､C选项错误选项错误.答案答案:D第22页 第22页 3.关于半衰期关于半衰期,下列说法正确的是下列说法正确的是( )A.放射样品的质量减少一半所用的时间放射样品的质量减少一半所用的时间B.放射性元素的质量减少一半所用的时间放射性元素的质量减少一半所用的时间C.放射性元素的原子核减少一半所用的时间放射性元素的原子核减少一半所用的时间D.放射样品的原子核减少一半所用的时间放射样品的原子核减少一半所用的时间第23页 第23页 解析解析:由半衰期的定义可知由半衰期的定义可知,半衰期指的是某种放射性元素半衰期指的是某种放射性元素,有半数衰变为新原子核所用的时间有半数衰变为新原子核所用的时间,并非样品中所有原子并非样品中所有原子核都减半核都减半,故故B､ ､C选项正确选项正确.答案答案:BC第24页 第24页 4.下列说法正确的是下列说法正确的是( )A.α射线和射线和γ射线都是电磁波射线都是电磁波B.β射线为原子核内的中子变成质子射线为原子核内的中子变成质子,放出电子形成的电子流放出电子形成的电子流C.用加温用加温､ ､加压或改变化学状态的方法都不能改变原子核衰加压或改变化学状态的方法都不能改变原子核衰变的半衰期变的半衰期D.原子核经衰变生成新核原子核经衰变生成新核,新核的质量等于原核的质量新核的质量等于原核的质量答案答案:BC第25页 第25页 5.近段时间近段时间,朝鲜的朝鲜的“核危机核危机”引起了全球的瞩目引起了全球的瞩目,其焦点问题是朝鲜核电站采用轻水堆还是重水堆其焦点问题是朝鲜核电站采用轻水堆还是重水堆.重水堆核电站在发电的同时还可以产生出可供研重水堆核电站在发电的同时还可以产生出可供研究核武器的钚究核武器的钚239(239 94Pu),这种这种239 94Pu可由铀可由铀239(239 92U)经过经过n次次β衰变而产生衰变而产生,则则n为为( )A.2B.239C.145 D.92答案答案:A第26页 第26页 能力提升能力提升6.若元素若元素A的半衰期为的半衰期为4天天,元素元素B的半衰期为的半衰期为5天天,相同质量的相同质量的A､ ､B经过经过20天后天后,没有衰变的没有衰变的A的质量的质量mA和没有衰变的和没有衰变的B的质量的质量mB之比之比mA∶ ∶mB为为( )A.20∶ ∶31 B.31∶ ∶30C.1∶ ∶2 D.2∶ ∶1第27页 第27页 解析解析:设原来设原来A､ ､B的质量为的质量为m,则则20天后没有衰变的质量分别天后没有衰变的质量分别为为mA､ ､mB,由半衰期公式由半衰期公式mA=m mB=则则mA∶ ∶mB=答案答案:C第28页 第28页 7.(2007·上海高考上海高考)238 92U衰变为衰变为222 86Rn,要经过要经过m次次α衰变和衰变和n次次β衰变衰变,则则m､ ､n分别为分别为( )A.2､ ､4 B.4､ ､2C.4､ ､6 D.16､ ､6解析解析:由质量数和电荷数守恒得由质量数和电荷数守恒得 238=222+4m①①92=86+2m-n②②联立联立①②①②解得解得m=4,n=2.答案答案:B第29页 第29页 8.有关原子核的衰变规律有关原子核的衰变规律,下列说法正确的是下列说法正确的是( )A.放射性元素发生衰变的快慢不可人为控制放射性元素发生衰变的快慢不可人为控制B.可以用放射性元素的半衰期来测定地质年代可以用放射性元素的半衰期来测定地质年代,生物生物年代等年代等C.放射性元素发生放射性元素发生β衰变时衰变时,新核的化学性质不变新核的化学性质不变D.放射性元素一次衰变不可能同时产生放射性元素一次衰变不可能同时产生α射线和射线和β射射线线第30页 第30页 解析解析:放射性元素的半衰期只由放射性元素的原子核本身决放射性元素的半衰期只由放射性元素的原子核本身决定定,故故A选项正确选项正确;利用半衰期可以测定地质年代等利用半衰期可以测定地质年代等,故故B选选项正确项正确;放射性元素原子核发生放射性元素原子核发生β衰变后衰变后,生成了一个新核生成了一个新核,化学性质理应发生变化化学性质理应发生变化,故故C选项错误选项错误;放射性元素衰变一放射性元素衰变一次时次时,不可能同时产生不可能同时产生α､ ､β射线射线,故故D选项正确选项正确.答案答案:ABD第31页 第31页 9.14C是一种半衰期为是一种半衰期为5730年的放射性同位素年的放射性同位素.若考古工作者若考古工作者探测到某古木中探测到某古木中14C的含量为原来的的含量为原来的,则该古树死则该古树死亡时间距今大约亡时间距今大约( )A.22920年年 B.11460年年C.5730年年 D.2865年年第32页 第32页 解析解析:假设古木死亡时假设古木死亡时14C的质量为的质量为m0,现在的质量为现在的质量为m,由死亡由死亡至现今所含至现今所含14C经过了经过了n个半衰期个半衰期,由题意可知由题意可知所以所以n=2,即古木死亡的时间为即古木死亡的时间为5730×2年年=11460年年,应选应选B.答案答案:B第33页 第33页 10.一个原来静止的一个原来静止的238 92U原子核原子核,辐射出辐射出α粒子粒子,它的两个产它的两个产物在垂直于它们速度方向的匀强磁场中运动物在垂直于它们速度方向的匀强磁场中运动,它们的轨迹它们的轨迹和运动方向和运动方向(图中用箭头表示图中用箭头表示)可能是下图中哪一个可能是下图中哪一个?(图中图中半径大小没有按比例画半径大小没有按比例画)( )第34页 第34页 解析解析:由于发生由于发生α衰变衰变,产物是两个带正电的粒子产物是两个带正电的粒子,根据动量守根据动量守恒可知衰变后恒可知衰变后,α粒子和新核具有大小相等粒子和新核具有大小相等,方向相反的动方向相反的动量量,受到洛伦兹力方向相反受到洛伦兹力方向相反,即轨迹为外切圆即轨迹为外切圆,再利用左手再利用左手定则判断洛伦兹力的方向定则判断洛伦兹力的方向,可知选项可知选项D正确正确.答案答案:D第35页 第35页 11.钋钋210经经α衰变成为稳定的铅衰变成为稳定的铅,半衰期为半衰期为138天天.质量为质量为64 g的钋的钋210经经276天后天后,还剩余多少克钋还剩余多少克钋?生成了多少克铅生成了多少克铅?写写出核反应方程钋出核反应方程钋210(210 84Po).第36页 第36页 解析解析:核反应方程核反应方程:210 84Po→206 82Pb+42He276天为钋的天为钋的2个半衰期个半衰期,剩余剩余Po的质量的质量另有另有的钋衰变成了铅的钋衰变成了铅,则生成铅的质量则生成铅的质量答案答案:剩余剩余16 g钋钋,生成生成47.09克的铅克的铅核反应方程为核反应方程为210 84Po→206 82Pb+42He第37页 第37页 12.一小瓶含有某种放射性同位素的溶液一小瓶含有某种放射性同位素的溶液,它每分钟衰变它每分钟衰变6000次次,将它注射到一个病人的血液中将它注射到一个病人的血液中,经经15小时小时,从病人身上从病人身上取出取出10 cm3的血样的血样,测得每分钟衰变测得每分钟衰变2次次.已知这种放射性已知这种放射性同位素的半衰期为同位素的半衰期为5小时小时,试根据上述数据试根据上述数据,计算人体血液计算人体血液的总体积的总体积.第38页 第38页 解析解析:每分钟衰变的次数跟含有这种放射性同位素的每分钟衰变的次数跟含有这种放射性同位素的物质的量成正比物质的量成正比,即跟放射性同位素的质量成正比即跟放射性同位素的质量成正比,设人体中含有设人体中含有x cm3的血液的血液,经过经过15小时放射性小时放射性同位素的质量同位素的质量m0,原来一瓶放射性同位素的质量原来一瓶放射性同位素的质量m,则则,其中其中N为注射放射性为注射放射性同位素经同位素经15小时血液中放射性同位素每分钟总的小时血液中放射性同位素每分钟总的放射次数放射次数,则则N=750次次,,得得x=3750 cm3.答案答案:3750 cm3。