2. 放射性元素的半衰期

放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間叫半衰期。(對大量原子核的統(tǒng)計規(guī)律)計算式為：N表示核的個數(shù) ，此式也可以演變成 或　 ，式中m表示放射性物質(zhì)的質(zhì)量，n 表示單位時間內(nèi)放出的射線粒子數(shù)。以上 各式左邊的量都表示時間t后的剩余量。

半衰期由核內(nèi)部本身的因素決定，跟原子所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān)。

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目的要求21世紀(jì)教育網(wǎng)

復(fù)習(xí)核反應(yīng)的類型、核反應(yīng)方程、放射性同位素及放射性元素的半衰期。

知識要點

1.核反應(yīng)類型

⑴衰變：α衰變：(核內(nèi))

β衰變：(核內(nèi))

+β衰變：(核內(nèi))

γ衰變：原子核處于較高能級，輻射光子后躍遷到低能級。

⑵人工轉(zhuǎn)變：(發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng))

(發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng))

　 (人工制造放射性同位素)

⑶重核的裂變：

在一定條件下(超過臨界體積)，裂變反應(yīng)會連續(xù)不斷地進行下去，這就是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。

⑷輕核的聚變：(需要幾百萬度高溫，所以又叫熱核反應(yīng))

所有核反應(yīng)的反應(yīng)前后都遵守：質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒。(注意：質(zhì)量并不守恒。)

4.激光的特性及其應(yīng)用21世紀(jì)教育網(wǎng)

普通光源(如白熾燈)發(fā)光時，燈絲中的每個原子在什么時候發(fā)光，原子在哪兩個能級間躍遷，發(fā)出的光向哪個方向傳播，都是不確定的。21世紀(jì)教育網(wǎng)

激光是同種原子在同樣的兩個能級間發(fā)生躍遷生成的，其特性是：⑴是相干光。(由于是相干光，所以和無線電波一樣可以調(diào)制，因此可以用來傳遞信息。光纖通信就是激光和光導(dǎo)纖維結(jié)合的產(chǎn)物。)⑵平行度好。(傳播很遠(yuǎn)距離之后仍能保持一定強度，因此可以用來精確測距。激光雷達不僅能測距，還能根據(jù)多普勒效應(yīng)測出目標(biāo)的速度，對目標(biāo)進行跟蹤。還能用于在VCD或計算機光盤上讀寫數(shù)據(jù)。)⑶亮度高。能在極小的空間和極短的時間內(nèi)集中很大的能量。(可以用來切割各種物質(zhì)，焊接金屬，在硬材料上打孔，利用激光作為手術(shù)刀切開皮膚做手術(shù)，焊接視網(wǎng)膜。利用激光產(chǎn)生的高溫高壓引起核聚變。)21世紀(jì)教育網(wǎng)

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例題分析21世紀(jì)教育網(wǎng)

例1：如圖所示，鉛盒A中裝有天然放射性物質(zhì)，放射線從其右端小孔中水平向右射出，在小孔和熒光屏之間有垂直于紙面向里的勻強磁場，則下列說法中正確的有 21世紀(jì)教育網(wǎng)

A.打在圖中a、b、c三點的依次是α射線、γ射線和β射線21世紀(jì)教育網(wǎng)

B.α射線和β射線的軌跡是拋物線21世紀(jì)教育網(wǎng)

C.α射線和β射線的軌跡是圓弧21世紀(jì)教育網(wǎng)

D.如果在鉛盒和熒光屏間再加一豎直向下的勻強電場，則屏上的亮斑可能只剩下b21世紀(jì)教育網(wǎng)

解：由左手定則可知粒子向右射出后，在勻強磁場中α粒子受的洛倫茲力向上，β粒子受的洛倫茲力向下，軌跡都是圓弧。由于α粒子速度約是光速的1/10，而β粒子速度接近光速，所以在同樣的混合場中不可能都做直線運動(如果一個打在b，則另一個必然打在b點下方。)本題選AC。21世紀(jì)教育網(wǎng)

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例2：如圖所示，是利用放射線自動控制鋁板厚度的裝置。假如放射源能放射出α、β、γ三種射線，而根據(jù)設(shè)計，該生產(chǎn)線壓制的是3mm厚的鋁板，那么是三種射線中的____射線對控制厚度起主要作用。當(dāng)探測接收器單位時間內(nèi)接收到的放射性粒子的個數(shù)超過標(biāo)準(zhǔn)值時，將會通過自動裝置將M、N兩個軋輥間的距離調(diào)__　 _一些。21世紀(jì)教育網(wǎng)

解：α射線不能穿過3mm厚的鋁板，γ射線又很容易穿過3mm厚的鋁板，基本不受鋁板厚度的影響。而β射線剛好能穿透幾毫米厚的鋁板，因此厚度的微小變化會使穿過鋁板的β射線的強度發(fā)生較明顯變化。即是β射線對控制厚度起主要作用。若超過標(biāo)準(zhǔn)值，說明鋁板太薄了，應(yīng)該將兩個軋輥間的距離調(diào)節(jié)得大些。21世紀(jì)教育網(wǎng)

3.氫原子中的電子云(以下新教材適用)21世紀(jì)教育網(wǎng)

對于宏觀質(zhì)點，只要知道它在某一時刻的位置和速度以及受力情況，就可以應(yīng)用牛頓定律確定該質(zhì)點運動的軌道，算出它在以后任意時刻的位置和速度。21世紀(jì)教育網(wǎng)

對電子等微觀粒子，牛頓定律已不再適用，因此不能用確定的坐標(biāo)描述它們在原子中的位置。玻爾理論中說的“電子軌道”實際上也是沒有意義的。更加徹底的量子理論認(rèn)為，我們只能知道電子在原子核附近各點出現(xiàn)的概率的大小。在不同的能量狀態(tài)下，電子在各個位置出現(xiàn)的概率是不同的。如果用疏密不同的點子表示電子在各個位置出現(xiàn)的概率，畫出圖來，就像一片云霧一樣，可以形象地稱之為電子云。21世紀(jì)教育網(wǎng)

2.各種放射線的性質(zhì)比較21世紀(jì)教育網(wǎng)

三種射線在勻強磁場、勻強電場、正交電場和磁場中的偏轉(zhuǎn)情況比較：21世紀(jì)教育網(wǎng)

如⑴、⑵圖所示，在勻強磁場和勻強電場中都是β比α的偏轉(zhuǎn)大，γ不偏轉(zhuǎn)；區(qū)別是：在磁場中偏轉(zhuǎn)軌跡是圓弧，在電場中偏轉(zhuǎn)軌跡是拋物線。⑶圖中γ肯定打在O點；如果α也打在O點，則β必打在O點下方；如果β也打在O點，則α必打在O點下方。21世紀(jì)教育網(wǎng)

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目的要求21世紀(jì)教育網(wǎng)

復(fù)習(xí)元素的放射性。21世紀(jì)教育網(wǎng)

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知識要點21世紀(jì)教育網(wǎng)

1.天然放射現(xiàn)象21世紀(jì)教育網(wǎng)

天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，使人們認(rèn)識到原子核也有復(fù)雜結(jié)構(gòu)。21世紀(jì)教育網(wǎng)

4.光譜和光譜分析21世紀(jì)教育網(wǎng)

⑴熾熱的固體、液體和高壓氣體發(fā)出的光形成連續(xù)光譜。21世紀(jì)教育網(wǎng)

⑵稀薄氣體發(fā)光形成線狀譜(又叫明線光譜、原子光譜)。21世紀(jì)教育網(wǎng)

根據(jù)玻爾理論，不同原子的結(jié)構(gòu)不同，能級不同，可能輻射的光子就有不同的波長。所以每種原子都有自己特定的線狀譜，因此這些譜線也叫元素的特征譜線。21世紀(jì)教育網(wǎng)

根據(jù)光譜鑒別物質(zhì)和確定它的化學(xué)組成，這種方法叫做光譜分析。這種方法的優(yōu)點是非常靈敏而且迅速。只要某種元素在物質(zhì)中的含量達到10^-10g，就可以從光譜中發(fā)現(xiàn)它的特征譜線。21世紀(jì)教育網(wǎng)

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例題分析21世紀(jì)教育網(wǎng)

例：用光子能量為E的單色光照射容器中處于基態(tài)的氫原子。停止照射后，發(fā)現(xiàn)該容器內(nèi)的氫能夠釋放出三種不同頻率的光子，它們的頻率由低到高依次為ν₁、ν₂、ν₃，由此可知，開始用來照射容器的單色光的光子能量可以表示為：①hν₁；②hν₃；③h(ν₁+ν₂)；④h(ν₁+ν₂+ν₃) 以上表示式中：21世紀(jì)教育網(wǎng)

A.只有①③正確　　 　B.只有②正確21世紀(jì)教育網(wǎng)

C.只有②③正確　　 　D.只有④正確21世紀(jì)教育網(wǎng)

解：該容器內(nèi)的氫能夠釋放出三種不同頻率的光子，說明這時氫原子處于第三能級。根據(jù)玻爾理論應(yīng)該有hν₃=E₃- E₁，hν₁=E₃- E₂，hν₂=E₂- E₁，可見hν₃= hν₁+ hν₂= h(ν₁+ν₂)，所以照射光子能量可以表示為②或③，答案選C。21世紀(jì)教育網(wǎng)

3.玻爾模型(引入量子理論，量子化就是不連續(xù)性，整數(shù)n叫量子數(shù)。)21世紀(jì)教育網(wǎng)

⑴玻爾的三條假設(shè)(量子化)21世紀(jì)教育網(wǎng)

①軌道量子化r_n=n²r₁ 　r₁=0.53×10^-10m21世紀(jì)教育網(wǎng)

②能量量子化：　 E₁=-13.6eV21世紀(jì)教育網(wǎng)

③原子在兩個能級間躍遷時輻射或吸收光子的能量hν=E_m-E_{n21世紀(jì)教育網(wǎng)}

⑵從高能級向低能級躍遷時放出光子；從低能級向高能級躍遷時可能是吸收光子，也可能是由于碰撞(用加熱的方法，使分子熱運動加劇，分子間的相互碰撞可以傳遞能量)。原子從低能級向高能級躍遷時只能吸收一定頻率的光子；而從某一能級到被電離可以吸收能量大于或等于電離能的任何頻率的光子。(如在基態(tài)，可以吸收E ≥13.6eV的任何光子，所吸收的能量除用于電離外，都轉(zhuǎn)化為電離出去的電子的動能)。21世紀(jì)教育網(wǎng)

⑶玻爾理論的局限性。由于引進了量子理論(軌道量子化和能量量子化)，玻爾理論成功地解釋了氫光譜的規(guī)律。但由于它保留了過多的經(jīng)典物理理論(牛頓第二定律、向心力、庫侖力等)，所以在解釋其他原子的光譜上都遇到很大的困難。21世紀(jì)教育網(wǎng)

2.盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型(行星式模型)21世紀(jì)教育網(wǎng)

α粒子散射實驗是用α粒子轟擊金箔，結(jié)果是絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后基本上仍沿原來的方向前進，但是有少數(shù)α粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)。這說明原子的正電荷和質(zhì)量一定集中在一個很小的核上。21世紀(jì)教育網(wǎng)

盧瑟福由α粒子散射實驗提出：在原子的中心有一個很小的核，叫原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外空間運動。21世紀(jì)教育網(wǎng)

由α粒子散射實驗的實驗數(shù)據(jù)還可以估算出原子核大小的數(shù)量級是10^-15m。21世紀(jì)教育網(wǎng)

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目的要求21世紀(jì)教育網(wǎng)

復(fù)習(xí)原子的核式結(jié)構(gòu)模型。21世紀(jì)教育網(wǎng)

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知識要點21世紀(jì)教育網(wǎng)

1.湯姆生模型(棗糕模型)21世紀(jì)教育網(wǎng)

湯姆生發(fā)現(xiàn)了電子，使人們認(rèn)識到原子有復(fù)雜結(jié)構(gòu)。21世紀(jì)教育網(wǎng)