天然放射现象
物理：19.4《天然放射现象》教案(新人教版选修3-5).doc
天然放射现象一、教学目标1．在物理知识方面的要求．(1)理解什么是“天然放射现象”，掌握天然放射线的性质；(2)掌握原子核衰变规律，理解半衰期概念；(3)结合天然放射线的探测问题，提高学生综合运用物理知识的能力．2．在复习过程中，适当介绍天然放射性的发现过程，以及有关科学家的事绩，对学生进行科学道德与唯物史观的教育．二、重点、难点分析1．重点．(1)衰变规律；(2)用电场和磁场探测天然射线的基本方法．2．难点：用力学和电学知识如何分析天然射线的性质．三、主要教学过程(一)引入新课回顾法国物理学家贝克勒耳发现天然放射现象的经历，以及贝克勒耳为了试验放射线的性质，用试管装入含铀矿物插在上衣口袋中被射线灼伤、早期核物理学家多死于白血病(放射病)的故事．(二)教学过程设计天然放射性．1．天然放射现象：某种物质自发地放射出看不见的射线的现象．2．原子核的衰变：某种元素原子核自发地放出射线粒子后，转变成新的元素原子核的现象．3．天然放射线的性质．(见下页表)说明电离本领和贯穿本领之间的关系：α粒子是氦原子核，所以有很强的夺取其它原子的核外电子的能力，但以损失动能为代价换得原子电离，所以电离能力最强的α粒子，贯穿本领最弱；而γ光子不带电，只有激发核外电子跃迁时才会将原子电离，所以电离能力最弱而贯穿本领最强．4．衰变规律．(1)遵从规律：质量数守恒(说明与“质量守恒定律”之区别)；电荷数守恒；动量守恒；能量守恒．说明：γ衰变是原子核受激发产生的，一般是伴随α衰变或β衰变进行的，即衰变模式是：α+γ，β+γ，没有α+β+γ这种模式！(3)半衰期：放射性原子核衰变掉一半所用时间．说明：某种原子核的半衰期与物理环境和化学环境无关，是核素自身性质的反映．例1平衡下列衰变方程：分析：因为α衰变改变原子核的质量数而β衰变不能，所以应先从判断α衰变次数入手：每经过1次α衰变，原子核失去2个基本电荷，那么，钍核经过6次α衰变后剩余的电荷数与铅核实际的电荷数之差，决定了β衰变次数：答案：6，4．中放出的能量都转化为α粒子和氧核的动能．(1)α粒子与氡核的动能之比；(2)若α粒子与氡核的运动方向与匀强磁场的磁感线垂直，画出轨迹示意图，并计算轨道半径之比．解：(1)衰变时动量守恒：0=mαvα+M Rn V Rn，(2)若它们在匀强磁场中，运动方向与磁感线垂直，轨道半径但衰变时射出的α粒子与反冲核(Rn)都带正电荷，且动量大小相等，则它们在匀强磁场做圆周运动的轨迹是一对外切圆(图1)，轨道半径和粒子电量成反比：例4 一束天然放射线沿垂直电力线的方向从中间进入到两块平行带电金属板M、N之间的匀强电场中，试问：(1)射线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ各是哪种射线？(2)M、N各带何种电荷？提示：参考天然放射线的性质．解：γ射线不带电，所以是Ⅱ(直线)．设带电粒子打到金属板上的位置为x，偏转的距离都是d/2，根据公式代入上式，得比值所以Ⅰ为α射线，Ⅲ为β射线，M带负电．。
《天然放射现象》最新版
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射线
射线
射线
成分
氦原子核 高速 电子流 高能量 电磁波
速度
1/10光速 接近光速
光速
贯穿能力
弱 较强 很强
电离能力
很容易 较弱 更小
高
中
衰变、半衰期
物
理
原子核由于放出某种粒子而转变为新核的
天然放射现象
1932年１月底，查得威克得到这一论文， 约里奥夫妇的实验使他心跳，他认为约 里奥夫妇的结论肯定有误，违反能量守 恒啊！他敏感到这很可能是导师卢瑟福 预言、自己苦苦寻找了12年的中子。他 决定用云室的方法探测射线的速度和质 量。
他先测出射线的速度不到光速的十分之 一，排除了是γ射线的可能，又用弹性 碰撞动量守恒的方法测出不带电粒子的 质量与质子质量差不多。他还根据自旋 确定不带电的粒子不可能是由质子和电 子组合而成，只能是另一种新的独立粒 子，他称之为中子。就这样，仅用了十 天时间，成功地证实了这种中性射线就 是中子流。他当之无愧地成为“中子之 父”，并因此获1935年诺贝尔物理奖。
类第一次打开了原子核的大门。
为了认定新粒子，把新粒子引进电 场和磁场，测出了它的质量和电量， 确认与氢核相同：带有一个单位的 正电量，质量是电子质量的1800 多 倍。卢瑟福把它叫做质子．质子的 符号是 H 或 P
在云室里做卢瑟福实验，还可以根 据径迹了解整个人工转变的过 程．英国物理学家布拉凯特在所拍 摄的两万多张照片的40多万条α粒子 径迹中，发现了８条产生分叉的记 录．
放
射
性
射线应用
的
应
用
探伤仪 培育新种 保存食物
消除有害静电 消灭害虫 治疗恶性肿瘤
农作物检测
示踪原子
诊断器质性和功能性疾病
生物大分子结构及功能研究
放射性污染和防护
为了防止有害的放射线对人类和自然的破
坏，人们采取了有效的防范措施：
辐射源的存放
检测辐射装置
铀
全 身 污 染 检 测 仪
辐射检测系统
盖革－弥勒计数器
德国物理学家盖革在1928年与弥勒合作研 制出的计数器用来检测放射性是非常方便的， 盖革管的结构如图所示：
2--天然放射现象
05届高三物理一轮复习授课提纲原子和原子核(2)[课 题] 天然放射现象 原子核的人工转变[教学目标]1、了解天然放射现象，知道三种射线的本质和特性，掌握核衰变的特点和规律2、知道原子核人工转变的原理，了解质子、中子和放射性同位素的发现过程[重点难点] 三种射线的本质和特性[知识要点]一、天然放射现象1、1896年贝克勤耳发现天然放射现象，从此，揭开了人类研究原于核结构的序幕．居里夫妇对铀和铀的各种矿石的研究发现了钋和镭．之后，人们通过对天然放射现象的进一步研究，发现了原子序数大于83的所有天然存在的元素，都有放射性．原子序数小于83的天然存在的元素，有的也有放射性．放射出来的射线共有三种：α射线、β射线和γ射线．2、三种射线的本质和特性二、原子核的衰变1、α衰变：原子核自发地放出某种粒子而转变为新核的变化．2、衰变规律：α衰变 MZ X →42--M Z Y+42He ； β衰变 MZ X →M Z 1+Y+01-e 3、α衰变的实质：某元素的原子核同时发出由两个质子和两个中子组成的粒子（即氦核） 211H+2 10n →42He β衰变的实质：某元素的原子核内的一个中子变成质子发射出一个电子 即 10n →11H+01-e+γ- （γ-为反中微子） 4、γ射线：总是伴随α衰变或β衰变产生的，不能单独放出γ射线．γ射线不改变原子核的电荷数和质量数．实质是元素在发生α衰变或β衰变时产生的某些新核由于具有过多的能量（核处于激发态），向低能级跃迁而辐射出光子．三、半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间，它是大量原子核衰变的统计结果，不是一个原子发生衰变所需经历的时间．1、决定因素：由原子核内部的因素决定，与原子所处的物理状态（如压强、温度等）或化学状态（如单质或化合物）无关．2、放射性元素经n个半衰期未发生衰变的原子核数N和原有原子核数N0间关系为：N＝N0（1/2）n，对应的质量关系为：m=m0（1/2）n四、原子核的人工转变：用高能粒子轰击靶核，产生另一种新核的反应过程，其核反应方程的一般形式为：1、质子的发现：147N+42He→178O+ 11H2、中子的发现：94Be+42He→126C+ 1n3、放射性同位素和正电子的发现：1934年约里奥·居里夫妇用a粒子轰击铝核产生一种新的放射性元素，此后人们认识到放射性同位素可用人工核反应制取．27 13Al+42He→3015P+ 1n 3015P→3014Si+ 01e4、放射性同位素的应用：(1）利用它的射线如利用钻60放出的很强的γ射线来检查金属内部有没有砂眼和裂纹，这叫γ射线探伤，利用放射线的贯穿本领了解物体的厚度和密度的关系，可以用放射同位素来检查各种产品的厚度、密封容器中的液面高度，从而自动控制生产过程，再如利用α射线的电离作用，可以消除机器在运转中因摩擦而产生的有害静电；利用射线杀死体内的癌细胞等．（2）做示踪原子如在生物科学研究方面，同位素示踪技术起着十分重要的作用，在人工方法合成牛胰岛素的研制、验证方面，示踪原子起着重要的作用．在输油管线漏油的检查和对植物生长的检测方面，示踪原子都起着重要作用．[解题指导][例1] 如图所示，a为未知的天然放射源，b为一张黑纸，C为水平放置的平行金属板，板间有竖直方向较强的匀强电场，d为荧光屏，e为固定不动的显微镜筒．整个装置放在真空中，实验时，如果将电场E撤去，从显微镜内观察到荧光屏上每分钟闪烁的亮点数没有变化．如果再将黑纸b移开，则从显微镜筒内观察到的每分钟闪烁的亮点数大为增加，由此可判定放射源a发出的射线为（）A．β射线和γ射线B．α射线和β射线C．α射线和γ射线D．α射线和X射线[例2] 如图,在有小孔的铅盘中，放有能连续放出α、β、γ三种射线的放射性元素，放出的三种射线都打在孔对面屏M 上的A 点．要使三种射线分开，分别打在屏上的A 、B 、C 三点（其中B 到A 的距离大于C 到A 的距离）可采取的措施是在屏与孔之间加上（ ）A ．重直纸面向里的匀强磁场B ．垂直纸面向外的匀强磁场C ．水平向右的匀强电场D ．水平向左的匀强电场[例3] 最近几年，原子核科学家在超重元素的探测方面取得重大进展，1996年科学家们在研究某两个重离子结合成超重元素元素反应时，发现生成的超重元素的核A Z X经过6次α衰变后的产物是253100Fm ，由此可以判定生成的超重元素的原子序数和质量数分别是（ ）A ．124、259B ．124、265C ．112、265D ．112、277[例4]如图所示，在磁感应强度为B 的有界匀强磁场中，磁场宽度为d ，有静止的原子核23892 U 置于中点A ，当这些原子核23892 U 发生α衰变时，（1）写出23892 U 发生α衰变时的核反应方程．（2）假设α粒子的运动方向都在纸面内，且与磁场方向垂直，若α粒子恰不会从磁场飞出，求反冲核轨迹半径的最大值．[例4] 如图所示，是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图．（1）试简述自动控制的原理．（2）如果工厂生产的是厚度为1毫米的铝板，在α、β和γ的三种射线中，哪一种射线对铝板的厚度控制起主要作用？为什么？[训练设计]1、有关放射性元素半衰期的下列说法中正确的是（ ）A ．放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间B ．放射性元素的原子核全部发生衰变所用的时间的一半C ．两个原子核有一个原子核发生衰变所用的时间D ．原子核质量数为x 的原子核衰变后生成原子核质量数为y 的放射性元素，若衰变前，该放射性元素的质量为M 千克，则经过一个半衰期时，剩余物的质量为M(x 十y ）/2x ．2、（1）1992年1月初，美国前总统老布什应邀访日，在欢迎宴会上，突然发病昏厥．美国政府将他急送回国，医生用123I 进行诊断，通过体外跟踪，迅速查出了病因．这里一定是利用了123I 所放出的（ ）A ．热量B ．α射线C ．β射线D ．γ射线（2）则上题中美国医生用123I 对老布什进行诊断，为了尽量减小放射性物质对人体的副作用，123 I 的特性应该是（ ）A ．半衰期长，并能迅速从体内清除B ．半衰期长，并缓慢从体内清除C ．半衰期短，并能迅速从体内清除D ．半衰期短，并缓慢从体内清除3、(04江苏)下列说法正确的是 （ ）A.、α射线与γ射线都是电磁波B 、β射线为原子的核外电子电离后形成的电子流C 、用加温、加压或改变其化学状态的方法都不能改变原子核衰变的半衰期D 、原子核经过衰变生成新核，则新核的质量总等于原核的质量4、（1）如图表示某种放射性元素的衰变规律（纵坐标表示的是任意时刻放射性元素的原子数与t=0时的原子数之比），则该放射性元素的半衰期是多少天？（2）在从某古迹中发掘出来的木材中，所含有的146 C 的比例是正在生长的植物中的80％，放射性146 C的半衰期是5700年，根据图象可以推算，该古迹距今约为多少年？。
天然放射现象
从原子核内部能够射出高能的粒子，说明原子核是一 个能量的宝库。
同学，下节再见
物质发射射线的性质称为
放射性。
1
具有放射性的元素称为放射 性元素。
创新微课
天然放射现象
放射性元素自发地放出射线的现 象，叫做天然放射现象。 原子序数大于或等1 于83的元素，都 能能自发地发出射线；原子序数小 于83的元素，有的也能放出射线。
创新微课
天然放射现象
创新微课
天然放射性与元素存在的（物理、化学）状态无关。 放射性表明原子核内部是有结构的。
二、居里夫妇发现新的放射性元素
居里夫妇发现了一种沥青中 含铀物质，测得1其发出的射 线比根据含铀量计算值强得 多。
天然放射现象
居里夫妇进一步研究发现，这1其中一种元素命名 为钋（Po）,另一种元素命名为镭 （Ra）。
创新微课
天然放射现象
三、天然放射现象
创新微课 现在开始
天然放射现象
天然放射现象
一、放射线的发现
创新微课
1
1896年，法国物理学家贝克勒尔发现，铀和含铀的矿物能够发出看 不见的射线，这种射线可以穿透黑纸使照相底片感光。
天然放射现象
铀的矿物能够发出看不见的射线
钡铀
1
云母
斜水钼 铀矿
翠砷铜 铀矿
铀钙 石矿
创新微课
天然放射现象
创新微课
天然放射性现象
天然放射性现象的发现：
科学家【贝可勒尔】——磷光（铀盐）使底片感光 实验方法：
取含铀矿石，下面放一张用黑纸严密包着的照相底片
实验原理：
含铀矿石经太阳光照射后 发出荧光 1、 如果底片“安然无恙”,那就表明没有 X 射线放出； 2、如果底片感 光了,那就说明经太阳光照射的含铀矿石也
能发出 X 射线.
1、元素的放射性与形态无关（单质或化合物，一样）
2、放射性物质的原子核可以放出射线多种射线
3、伦琴（X射线）+汤姆孙（电子）+贝可勒尔（天 然放射性）=“19世纪末三大发现”
检测射线的仪器
1、云室 2、盖革—米勒计数器 3、气泡室 4、半导体探测器
放射性的利于弊
利——【应用】 1、利用放出的射线
天然放射性现象
• 原子核自发地放出射线的现象叫做天然放射性现象。 物质能自发放出射线的性质——放射性； 具有放射性的元素——放射性元素。
放射性元素是普遍存在的 <结合元素周期表>
问题：放射性元素中放出的射线是什么呢？
三种射线
正/负 组成 贯穿 电离
电
能线
【小知识】
没有受到阳光照射, 那么,是谁使底 片感光的呢?
结论： 铀盐会发射射线； 这种射线并非X射线,只 是具有一些与X射线相似 的性质.
天然放射性现象被发现了. ——原子核自发地放出射
线的现象（铀就是人类 找到的第一种放射性 物 质. ）
科学界为了表彰他的杰出贡 献,将放射性物质的射线定名 为“贝克勒尔射线”.
2、以放射性同位素标记示踪原子
弊——【防范】
做法：粘上放射 性物质，用肥皂 和大量清水进行 清洗 寻求医治 利用对射线的屏 蔽作用
天然放射现象
孙老师说，杨蕙心学习效率很高，认真执行老师 的复习要求，往往一个小时能完成别人两三个小 时的作业量，而且计划性强，善于自我调节。此 外，学校还有一群与她实力相当的同学，他们经 常在一起切磋、交流，形成一种良性的竞争氛围。 谈起自己的高考心得，杨蕙心说出了“听话” 两个字。她认为在高三冲刺阶段一定要跟随老师 的脚步。“老师介绍的都是多年积累的学习方法， 肯定是最有益的。”高三紧张的学习中，她常做 的事情就是告诫自己要坚持，不能因为一次考试 成绩就否定自己。高三的几次模拟考试中，她的 成绩一直稳定在年级前5名左右。
238 92 234 90
U Th
234 90 234 91
Th ＋
Pa ＋
4 2
He
0 -1
e
衰变、半衰期
放射性同位素衰变的快慢有一定的规律，其原子 核半数发生衰变所需的时间，叫做元素的半衰期． 作为“时钟”，来测量漫长的时间，这叫做放射性同 位素鉴年法．
完
中学物理在线制作 高中物理
语文
小魔方站作品 盗版必究
坚持做好每个学习步骤
武亦文的高考高分来自于她日常严谨的学习 态度，坚持认真做好每天的预习、复习。 “高中三年，从来没有熬夜，上课跟着老师 走，保证课堂效率。”武亦文介绍，“班主 任王老师对我的成长起了很大引导作用，王 老师办事很认真，凡事都会投入自己所有精 力，看重做事的过程而不重结果。每当学生 没有取得好结果，王老师也会淡然一笑，鼓 励学生注重学习的过程。”
班主任： 我觉得何旋今天取得这样的成绩， 我觉得，很重要的是，何旋是土生土长的北京 二中的学生，二中的教育理念是综合培养学生 的素质和能力。我觉得何旋，她取得今天这么 好的成绩，一个来源于她的扎实的学习上的基 础，还有一个非常重要的，我觉得特别想提的， 何旋是一个特别充满自信，充满阳光的这样一 个女孩子。在我印象当中，何旋是一个最爱笑 的，而且她的笑特别感染人的。所以我觉得她 很阳光，而且充满自信，这是她突出的这样一 个特点。所以我觉得，这是她今天取得好成绩 当中，心理素质非常好，是非常重要的。
高中物理《天然放射现象》知识及题型归纳
积盾市安家阳光实验学校《天然放射现象》知识及题型归纳天然放射现象是高考常考点。
对该知识的考查主要集中在：（1）三种射线的特性及鉴别；（2）半衰期的理解及用；（3）衰变规律及用一、三种射线的特性及鉴别种类带电量质量数符号电离性穿透性实质来源α射线+2e 4（p）很强最弱，纸能挡住高速的氦核流v≈0．1c两个中子和两个质子结合成团从原子核中放出β射线-e 0 弱较强，穿几mm铝板高速的电子流v≈c原子核中的中子转换成质子时从原子核中放出γ射线0 0 γ很小最强，穿几cm铅波长极短的电磁波原子核受激发产生的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⑴、⑵图所示，在匀强磁场和匀强电场中都是β比α的偏转大，γ不偏转；区别是：在磁场中偏转轨迹是圆弧，在电场中偏转轨迹是抛物线。
⑶图中γ肯打在O点；如果α也打在O点，则β必打在O点下方；如果β也打在O点，则α必打在O点下方。
例1、如图所示，R为放射源，虚线范围内有垂直于纸面的磁声B，LL’为厚纸板，MN为荧光屏，今在屏上P点处发现亮斑，则到达P点处的放射性物质微粒和虚线范围内B的方向分别为（）A．a粒子，B垂直于纸面向外B．a粒子，B垂直于纸面向内C．β粒子，B垂直于纸面向外D．β粒子，B垂直于纸面向内解析：由于a粒子贯穿本领很弱，只能穿透几厘米空气，因此穿透厚纸板到达屏上P点处不可能是a粒子；由于粒子不带电，穿过B区域不会发生偏转，因此到达P点处的也不可能是γ粒子；由此可知，到达P点处的必然是β粒子。
又由于β粒子带的是负电，因此用左手则便可判断B的方向该是垂直于纸面向内。
所以选D。
二、半衰期的理解及用（1）义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间。
（2）意义：反映了核衰变过程的统计快慢程度。
（3）特征：只由核本身的因素所决，而与原子所处的物理状态或化学状态无关。
（4）理解：搞清了对半衰期的如下错误认识，也就正确地理解了半衰期的真正含义。
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二、天然放射现象
目的要求
复习元素的放射性。
知识要点
1.天然放射现象
天然放射现象的发现，使人们认识到原子核也有复杂结构。
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⑴、⑵图所示，在匀强磁场和匀强电场中都是β比α的偏转大，γ不偏转；区别是：在磁场中偏转轨迹是圆弧，在电场中偏转轨迹是抛物线。
⑶图中γ肯定打在O 点；如果α也打在O 点，则β必打在O 点下方；如果β也打在
O 点，则
α必打在O
点下方。
3.氢原子中的电子云(以下新教材适用)
对于宏观质点，只要知道它在某一时刻的位置和速度以及受力情况，就可以应用牛顿定律确定该质点运动的轨道，算出它在以后任意时刻的位置和速度。
对电子等微观粒子，牛顿定律已不再适用，因此不能用确定的坐标描述它们在原子中的位置。
玻尔理论中说的“电子轨道”实际上也是没有意义的。
更加彻底的量子理论认为，我们只能知道电子在原子核附近各点出现的概率的大小。
在不同的能量状态下，电子在各个位置出现的概率是不同的。
如果用疏密不同的点子表示电子在各个位置出现的概率，画出图来，就像一片云雾一样，可以形象地称之为电子云。
4.激光的特性及其应用
普通光源（如白炽灯）发光时，灯丝中的每个原子在什么时候发光，原子在哪两个能级间跃迁，发出的光向哪个方向传播，都是不确定的。
激光是同种原子在同样的两个能级间发生跃迁生成的，其特性是：⑴是相干光。
（由于是相干光，所以和无线电波一样可以调制，因此可以用来传递信息。
光纤通信就是激光和光导纤维结合的产物。
）⑵平行度好。
（传播很远距离之后仍能保持一定强度，因此可以用来精确测距。
激光雷达不仅能测距，还能根据多普勒效应测出目标的速度，对目标进行跟踪。
还能用于在VCD 或计算机光盘上读写数据。
）⑶亮度高。
能在极小的空间和极短的时间内集中很大的能量。
（可⑴ ⑵ ⑶
以用来切割各种物质，焊接金属，在硬材料上打孔，利用激光作为手术刀切开皮肤做手术，焊接视网膜。
利用激光产生的高温高压引起核聚变。
）
例题分析
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.打在图中a 、b 、c 三点的依次是α射线、γ射线和
β射线
B.α射线和β射线的轨迹是抛物线
C.α射线和β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：由左手定则可知粒子向右射出后，在匀强磁场中α粒子受的洛伦兹力向上，β粒子受的洛伦兹力向下，轨迹都是圆弧。
由于α粒子速度约是光速的1/10，而β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。
）本题选AC 。
例2：如图所示，是利用放射线自动控制铝板厚度的装置。
假如放射源能放射出α、
β、γ三种射线，而根据设计，该生产线压制的是3mm 厚的铝板，那么是三种射线中的
____射线对控制厚度起主要作用。
当探测接
收器单位时间内接收到的放射性粒子的个数超过标准值时，将会通过自动装置将M 、N 两个轧辊间的距离调__ _一些。
解：α射线不能穿过3mm 厚的铝板，γ射线又很容易穿过3mm 厚的铝板，基本不受铝板厚度的影响。
而β射线刚好能穿透几毫米厚的铝板，因此厚度的微小变化会使穿过铝板的β射线的强度发生较明显变化。
即是β射线对控制厚度起主要作用。
若超过标准值，说明铝板太薄了，应该将两个轧辊间的距离调节得大些。
c。