思易教育选修十原子核的组成;放射性元素的衰变;探测射线的方法;放射性的应用与防护.doc
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1、第十九章 原子核 第一节 原子核的组成第二节 放射性元素的衰变第三节 探测射线的方法第四节 放射性的应用与防护二. 知识内容(一)原子核的组成1. 天然放射现象(1)放射性:物质发射射线的性质,叫放射性。(2)放射性元素:具有放射性的元素,原子序数大于或等于83的元素,都能自发地发出射线;原子序数小于83的元素,有的也能放出射线。(3)天然放射现象:放射性元素自发地发出射线的现象叫做天然放射现象。2. 三种射线(1)射线:射线实际上是氦原子核,电离作用较强,但穿透本领较差。(2)射线:射线是高速电子流,它的电离作用较弱,但穿透本领较强。(3)射线:射线是能量很高的电磁波,波长很短,它的电离作用
2、更小。但穿透本领更强。3. 原子核的组成原子核由质子和中子组成,质子带正电,中子不带电,质子、中子统称为核子,原子核常用符号表示。(二)放射性元素衰变1. 原子核的衰变:(1)定义:原子核放出粒子或粒子,变成另一种原子核,我们把这种变化称为原子核的衰变。 (2)分类: 放射性元素的原子核放出一个粒子后,成为新核,这种衰变过程叫做衰变。 放射性元素的原子核放出粒子的衰变叫做衰变。说明:原子核衰变时电荷数和质量数都守恒。 (3)衰变方程: 衰变: 衰变: (4)实质: 衰变:2个中子和2个质子在一定条件下作为一个整体从较大的原子核中被抛射出来,于是放射性元素就发生了衰变,即。 衰变:衰变的实质在于
3、核内的中子转化成了一个质子和一个电子,其转化方程是(5)射线的产生:放射性的原子核在发生衰变、衰变时,往往蕴藏在核内的能量会释放出来,使产生的新核处于高能级,这时,它要向低能级跃迁,能量以光子的形式辐射出来。因此,射线经常是伴随射线和射线产生的。2. 半衰期:(1)定义:放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间,叫做这种元素的半衰期。 (2)影响因素:放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的,跟原子所处的化学状态和外部条件都没有关系(三)探测射线的方法1. 威尔逊云室:(1)原理:粒子在云室内气体中飞过,使沿途的气体分子电离,过饱和酒精蒸气就会以这些离子为核心凝结成雾滴。于是显示出射线
4、的径迹。(2)粒子径迹: 粒子:由于粒子的质量比较大,在气体中飞行时不易改变方向,由于它的电离本领大,沿途产生的离子多,所以它在云室中的径迹直而粗。 粒子:粒子的质量小,跟气体碰撞时容易改变方向,并且电离本领小,沿途产生的离子少,所以它在云室中的径迹比较细,而且常常弯曲。 粒子:离子的电离本领更小,在云室中一般看不到它的径迹。2. 气泡室:气泡室的原理同云室的原理类似,所不同的是气泡室里装的是液体。3. 盖革一米勒计数器:G-M计数器非常灵敏,用它探测射线十分方便,但是不同射线在计数器中产生的脉冲现象相同,因此只能用来计数,不能区分射线的种类。(四)放射性的应用与防护1. 核反应:(1)定义:
5、原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程,称为核反应。在核反应中,质量数守恒,电荷数守恒。(2)原子核人工转变的三大发现: 1919年卢瑟夫发现质子的核反应: N+HeO+H 1932年查德威克发现中子的核反应:Be+HeC+n 1934年约里奥居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应: Al+He P+n PSi+e2. 放射性同位素:放射性同位素有人造放射性同位素和天然放射性同位素两种。人造放射性同位素的半衰期比天然放射性同位素的短得多,因此废料容易处理。由于这些优点,凡是用到射线时,用的都是人造放射性同位素,而不是天然放射性物质。3. 放射性的应用: 利用放出的射线检查金属部件是否存在
6、裂痕等,用射线探伤。 利用射线的穿透本领与物质厚度和密度的关系来检查各种产品的厚度和密封容器中液体的高度等,从而实现自动控制。 利用射线使空气电离把空气变成导电气体,以消除化纤、纺织品上的静电等。 利用射线照射植物,引起植物变异而培育良种,也可以利用它杀菌治病等。4. 放射性污染和防护:对生物体的危害主要表现在穿透力、基因突变;对环境的危害表现在废料污染、对生物体组织的破坏、对空气、水源的污染等方面。防护措施:封存、深埋等。三. 重点、难点解析1. 三种射线(1)三种射线的比较:项 目射线射线射线本 质高速氦核流高速电子流(高频)光子带电情况2个单位正电荷1个单位负电荷不带电质 量4u(1/1
7、840)u 0放射速度0.1c0.99cc贯穿本领最弱:纸能档住较强:mm级铝板最强:cm级铅板电离本领最强较弱最弱感光作用感光感光感光产生机理核内两个中子和两个质子结合得比较紧密,有时会作用为一个整体从较大的原子核放射出来。核中的中子可以转化为一个质子和一个电子,产生电子从发射出来,形成射线。原子核能量不连续,放射性原子核在发生衰变、衰变后产生的新核往往处于能级,当它向低能级跃迁时,辐射出射线是否是电磁波否否是原子核符号Heeh(2)研究射线的方法:磁场偏转、电场偏转。三种射线在匀强磁场、匀强电场、正交电场和磁场中的偏转情况比较:如、图所示,在匀强磁场和匀强电场中都是比的偏转大,不偏转;区别
8、是:在磁场中偏转轨迹是圆弧,在电场中偏转轨迹是抛物线。图中肯定打在O点;如果也打在O点,则必打在O点下方;如果也打在O点,则必打在O点下方。2. 核反应方程的配平及确定、衰变次数的方法:(1)核反应方程中有两个守恒规律:质量数守恒,核电荷数守恒。 (2)确定衰变次数的原理是两个守恒规律。方法是:设放射性元素X经过n次衰变m次衰变后,变成稳定的新元素Y,则表示核反应的方程为:XY+nHe +me。根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程 两式联立得: 由此可见确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组。(3)技巧上,为了确定衰变次数,一般是由质量数的改变先确定衰变的次数,这是因为衰变的次数的多少对质量数
9、没有影响,然后再根据衰变规律确定衰变的次数。(4)几点说明: 核反应过程一般都不是可逆的,所以核反应方程式只能用单向箭头表示反应方向,不能用等号连接。 核反应的生成物一定要以实验为基础,不能凭空只依据两个守恒杜撰出生成物来写核反应方程。 核反应中遵循质量数守恒而不是质量守恒,核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化(质量亏损)而释放出核能。当放射性物质发生连续衰变时,原子核中有的发生衰变,有的发生衰变,同时伴随着辐射。【典型例题】例1 如图所示,铅盒A中装有天然放射性物质,放射线从其右端小孔中水平向右射出,在小孔和荧光屏之间有垂直于纸面向里的匀强磁场,则下列说法中正确的有( ) A. 打在图
10、中a、b、c三点的依次是射线、射线和射线B. 射线和射线的轨迹是抛物线C. 射线和射线的轨迹是圆弧 D. 如果在铅盒和荧光屏间再加一竖直向下的匀强电场,则屏上的亮斑可能只剩下b解析:由左手定则可知粒子向右射出后,在匀强磁场中粒子受的洛伦兹力向上,粒子受的洛伦兹力向下,轨迹都是圆弧。由于粒子速度约是光速的1/10,而粒子速度接近光速,所以在同样的混合场中不可能都做直线运动(如果一个打在b,则另一个必然打在b点下方。)答案:AC例2 关于天然放射现象,以下叙述正确的是( )A. 若使放射性物质的温度升高,其半衰期将减小B. 衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时所产生的C. 在、这三种射线中
11、,射线的穿透能力最强, 射线的电离能力最强D. 射线一定是由、衰变产生的解析:半衰期是由放射性元素原子核的内部因素所决定,跟元素的化学状态、温度、压强等因素无关,A错;衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时所产生的,B对;根据三种射线的物理性质,C对;处于激发态的原子核在发生跃迁时,也会放出射线,因此射线不一定是由、衰变产生的,D错。答案:B、C点评:要明确、三种射线及其产生的机理, 衰变放出的电子并不是由核外电子跃迁出来的,而是从核中衰变产生的。例3 U衰变后Rn共发生了 次衰变和 次衰变。解析:根据衰变规律,Rn的质量数比U的质量数减少了23822216,而天然放射只有衰变才能使质量
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