高中物理 第三章 原子核 第2节 放射性 衰变教学案 教科版选修3-5

第2节 放射性_衰变(对应学生用书页码P34)一、天然放射现象的发现11896年，法国物理学家贝可勒尔发现，铀和含铀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。物质放出射线的性质称为放射性，具有放射性的元素称为放射性元素。2玛丽居里和她的丈夫皮埃尔居里发现了两种放射性更强的新元素，命名为钋(Po)、镭(Ra)。二、三种射线的本质1射线实际上就是氦原子核，速度可达到光速的，其电离能力强，穿透能力较差。在空气中只能前进几厘米，用一张纸就能把它挡住。2射线是高速电子流，它的速度更大，可达光速的99%，它的穿透能力较强，电离能力较弱，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板。3射线呈电中性，是能量很高的电磁波，波长很短，在1010 m以下，它的电离作用更小，但穿透能力更强，甚至能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土。三、原子核的衰变1放射性元素的原子核放出某种粒子后变成新原子核的变化叫衰变。2能放出粒子的衰变叫衰变，产生的新核，质量数减少4，电荷数减少2，新核在元素周期表中的位置向前移动两位，其衰变规律是XYHe。3能放出粒子的衰变叫衰变，产生的新核，质量数不变，电荷数加1，新核在元素周期表中的位置向后移动一位，其衰变规律XAZ1Y_01e。4射线是伴随衰变、衰变同时产生的。衰变是原子核中的中子转化成一个电子，同时还生成一个质子留在核内，使核电荷数增加1。四、半衰期1放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间，叫做这种元素的半衰期。2放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的。3跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。4半衰期是大量原子核衰变的统计规律。衰变公式：NN0()，为半衰期，反映放射性元素衰变的快慢。1判断：(1)放射性元素发生衰变时，新核的化学性质不变。()(2)半衰期可以表示放射性元素衰变的快慢。()(3)半衰期是放射性元素的大量原子核衰变的统计规律。()(4)半衰期可以通过人工进行控制。()(5)对放射性元素加热时，其半衰期缩短。()答案：(1)(2)(3)(4)(5)2思考：发生衰变时，新核的核电荷数变化多少？新核在元素周期表中的位置怎样变化？提示：根据衰变方程ThPae知道，新核核电荷数增加了1，原子序数增加1，故在元素周期表上向后移了1位。(对应学生用书页码P35)原子核的衰变1.衰变规律原子核衰变时，电荷数和质量数都守恒。2衰变方程示例衰变：XYHe，衰变：XYe。3对衰变和衰变的理解(1)衰变：在放射性元素的原子核中，2个中子和2个质子结合得比较牢固，有时会作为一个整体从较大的原子核中抛射出来，这就是放射性元素发生的衰变现象。(2)衰变：原子核中的中子转化成一个质子且放出一个电子即粒子，使核电荷数增加1.但衰变不改变原子核的质量数。(3)原子核放出一个粒子就说明它发生了一次衰变，同理放出一个粒子就说明它发生了一次衰变。(1)原子核衰变时质量数守恒，但并非质量守恒，核反应过程前、后质量发生变化(质量亏损)而释放出能量，质量与能量相联系。(2)在衰变中，释放出具有很大的能量的电子，该电子来自于原子核，它是由中子和质子的转化产生的，这表明质子(或中子)也是变化的。(3)天然放射现象说明原子核具有复杂的结构。原子核放出粒子或粒子，并不表明原子核内有粒子或粒子；原子核发生衰变后“就变成新的原子核”。1一个原子核发生衰变时，下列说法中正确的是()A总质量数保持不变B总核子数保持不变C总能量保持不变 D总动量改变解析：选ABC衰变过程中质量数守恒，又因为质量数等于核子数，故衰变过程中核子数不变。三种射线的比较1.、三种射线性质、特征的比较种类射线射线射线组成高速氦核流高速电子流光子流(高频电磁波)带电荷量2ee0质量4mp(mp1.671027 kg)静止质量为零速率0.1c0.9cc在电场或磁场中偏转偏转不偏转贯穿本领最弱用一张纸就能挡住较强穿透几毫米的铝板最强穿透几厘米的铅板电离作用很强较弱很弱2研究放射性的意义如果一种元素具有放射性，那么不论它是以单质的形式存在，还是以某种化合物的形式存在，放射性都不受影响。也就是说，放射性与元素存在的状态无关，放射性仅与原子核有关。因此，原子核不是组成物质的最小微粒，原子核也存在一定的结构。射线中的电子是从原子核内放出的(本质是一个质子转化为一个中子，放出一个电子)，并不是原子核外的电子。2关于、三种射线，下列说法中正确的是()A射线是原子核自发发射出的氦核，它的穿透能力最强B射线是原子核外电子电离形成的电子流，它具有中等的穿透力C射线一般伴随着或射线产生，它的穿透力最强D射线是电磁波，它的穿透力最弱解析：选C射线是不稳定原子核放出的由两个中子和两个质子组成的粒子流，它的电离本领最大，穿透力最弱。射线是原子核内一个中子转化为一个质子时放出的高速电子流，其穿透力和电离能力都居中，射线是跃迁时放出的光子，它的穿透力最强，故正确答案为C.对半衰期的理解1.计算公式根据半衰期的概念，可总结出公式如下：N余N原()t/，m余M()t/式中N原、M表示衰变前的放射性元素的原子核数和质量，N余、m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子核数和质量，t表示衰变时间，表示半衰期。2影响因素放射性元素的半衰期是由原子核内部自身的因素决定的，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关。3适用条件半衰期是一个统计概念，是大量原子核衰变时的统计规律。对于某一个特定的原子核，无法确定何时发生衰变，但可以确定各个时刻发生衰变的概率，即某时衰变的可能性，因此，半衰期只适用于大量的原子核。4衰变次数的计算(1)对象：一个放射性元素的原子核发生衰变(或衰变)变成新的原子核，而新原子核仍有放射性，可能又会发生某种衰变。经过若干次变化，最终变为某一稳定的原子核。在此过程中共发生了多少次衰变和衰变，是经常面临的问题。(2)依据：电荷数和质量数守恒。(3)方法：根据衰变不改变质量数的特点，可依据反应原子核与最终原子核的质量数改变确定衰变的次数，然后计算出电荷数的改变，由其差值可确定衰变的次数。其中每发生一次衰变，质量数减少4，电荷数减少2，每发生一次衰变，电荷数增加1，质量数不变。3(重庆高考)碘131的半衰期约为8天，若某药物含有质量为m的碘131，经过32天后，该药物中碘131的含量大约还有()A. B.C. D.解析：选C经过32天即4个半衰期，碘131的含量变为m，C项正确。(对应学生用书页码P36)对三种射线的理解例1(福建高考)如图321，放射性元素镭衰变过程中释放出、三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是_。(填选项前的字母)图321A表示射线，表示射线B表示射线，表示射线C表示射线，表示射线D表示射线，表示射线解析由于在放射现象中放出组成射线的粒子带正电，射线的粒子带负电，射线不带电，根据电场力的方向与左手定则，可判断三种射线在电磁场中受力的方向，即表示射线，表示射线，表示射线，所以C正确，A、B、D错误。答案C(1)因为粒子带正电，粒子带负电，射线不带电，所以、会在电场或磁场中偏转，射线不偏转。(2)、粒子在电场中做类平抛，用平抛的规律研究，在磁场中做圆周运动，利用洛伦兹力提供向心力进行研究。衰变次数的分析与计算例2Th(钍)经过一系列衰变和衰变，变成Pb(铅)。以下说法正确的是()A铅核比钍核少8个质子B铅核比钍核少16个中子C共经过4次衰变和6次衰变D共经过6次衰变和4次衰变解析设衰变次数为x，衰变次数为y，由质量数守恒和电荷数守恒得2322084x,90822xy，解得x6，y4，C错，D对。铅核、钍核的质子数分别为82、90，故A对。铅核、钍核的中子数分别为126、142，故B对。答案ABD确定和衰变次数的具体方法如下：(1)首先确定开始的原子核和最终的原子核；(2)确定质量数的变化，并由此得出衰变的次数；(3)由衰变得出核电荷数的改变，根据实际电荷数再确定衰变的次数。半衰期的理解例3(江苏高考)氡222是一种天然放射性气体，被吸入后，会对人的呼吸系统造成辐射损伤。它是世界卫生组织公布的主要环境致癌物质之一。其衰变方程是 Rn Po_。已知 Rn的半衰期约为3.8天，则约经过_天，16 g的 Rn衰变后还剩1 g。解析根据衰变过程中，质量数与电荷数守恒可知，该衰变过程中，所释放的粒子的质量数为A2222184，电荷数为Z86842，所以该粒子为He。根据半衰期公式有：m()m0，代入数据解得：t415.2天。答案He15.2(1)半衰期是指放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间而不是样本质量减少一半的时间。(2)注意区分两个质量：已发生衰变的质量：m1()，未发生衰变的质量：m()。(对应学生用书页码P37)1以下实验能说明原子核内有复杂结构的是()AX射线的发现B原子发光产生明线光谱C粒子散射实验D天然放射现象解析：选D原子发光产生明线光谱说明原子只能处于一系列不连续的能量状态中；粒子散射实验说明原子具有核式结构；天然放射现象中放射出的粒子是从原子核中放出的，说明原子核内有复杂结构。故正确答案为D。2关于天然放射现象，下列说法正确的是()A射线是由氦原子核衰变产生B射线是由原子核外电子电离产生C射线是由原子核外的内层电子跃迁产生D通过化学反应不能改变物质的放射性解析：选D射线是原子核同时放出两个质子和两个中子产生的，选项A错；射线是原子核内中子转化为质子而放出的电子，选项B错；射线是衰变后的原子核从高能级向低能级跃迁产生的，选项C错；放射性是原子核的固有属性，选项D正确。3原子核U 经放射性衰变变为原子核Th，继而经放射性衰变变为原子核Pa，再经放射性衰变变为原子核U。放射性衰变、和依次为()A衰变、衰变和衰变B衰变、衰变和衰变C衰变、衰变和衰变D衰变、衰变和衰变解析：选A根据核反应过程中的质量数守恒和电荷数守恒特点，U核与Th核比较可知，核反应的另一产物为He，所以衰变为衰变，B、C项排除；Pa核与Th核比较可知，核反应的另一产物为e，所以衰变为衰变，A项正确。42006年美国和俄罗斯的科学家利用回旋加速器，通过Ca(钙48)轰击Cf(锎249)发生核反应，成功合成第118号元素，这是迄今为止门捷列夫元素周期表中原子序数最大的元素。实验表明，该元素的原子核先放出3个相同的粒子x，再连续经过3次衰变后，变成质量数为282的第112号元素的原子核，则上述过程中粒子x是()A中子 B质子C电子 D粒子解析：选A由于最终经3次衰变变成原子核X，由此可知原来的核应为X，而该核是由某原子核放出了3个粒子x形成的。而Ca和98Cf的总质子数为118，质量数为297，由此可知CaCfX，XX3n，故A正确。5.如图322所示，放射源放在铅块上的细孔中，铅块上方有匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向外。已知放射源放出的射线有、三种。下列判断正确的是()图322A甲是射线，乙是射线，丙是射线B甲是射线，乙是射线，丙是射线C甲是射线，乙是射线，丙是射线D甲是射线，乙是射线，丙是射线解析：选B射线不带电，故乙是射线；射线带正电，由左手定则可判断丙是射线；同理判断甲是射线。6.如图323所示，目前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素，比如，有些含有铀、钍的花岗岩等岩石会释放出放射性惰性气体氡，而氡会发生放射性衰变，放射出、射线，这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道等方面的疾病，根据有关放射性知识可知，下列说法正确的是()图323A氡的半衰期为3.8天，若取4个氡原子核，经过7.6天后就一定剩下一个原子核了B衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的C射线一般伴随着或射线产生，在这三种射线中，射线的穿透能力最强，电离能力最弱D发生衰变时，生成核与原来的核相比，中子数减少了4个解析：选BC半衰期是对于大量原子核的统计规律，对个别原子核不适用，所以4个氡原子核经过7.6天(2个半衰期)发生衰变的个数是随机的，具有不确定性，所以选项A错误。衰变所释放的电子实质上是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的，所以选项B正确。在衰变和衰变过程中要伴随着射线的产生，射线的穿透能力最强，电离能力最弱，所以选项C正确。发生衰变时，生成核与原来的核相比，质子数和中子数都减少了2个，所以选项D错误。7表示放射性元素碘131(I)衰变的方程是()A.ISbHeB.IXeeC.IInD.ITeH解析：选B碘(I)的原子核内一个中子放出一个电子，变成一个质子，质量数没有发生变化，核电荷数增加1，所以生成54号元素Xe，放出一个电子。8.如图324所示，R是一种放射性物质，虚线方框内是匀强磁场，LL是厚纸板，MN是荧光屏，实验时，发现在荧光屏的O、P两点处有亮斑，由此可知磁场的方向、到达O点的射线种类、到达P点的射线种类应属于下表中的() 图324选项磁场方向到达O点的射线到达P点的射线A竖直向上B竖直向下C垂直纸面向里D垂直纸面向外解析：选CR放射出来的射线共有、三种，其中、射线垂直于磁场方向进入磁场区域时将受到洛伦兹力作用，射线不偏转，故打在O点的应为射线；由于射线贯穿本领弱，不能射穿厚纸板，故到达P点的应是射线；依据射线的偏转方向及左手定则可知磁场方向垂直纸面向里。9(新课标全国卷)关于天然放射性，下列说法正确的是()A所有元素都可能发生衰变B放射性元素的半衰期与外界的温度无关C放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性D、和三种射线中，射线的穿透能力最强E一个原子核在一次衰变中可同时放出、和三种射线解析：选BCD并不是所有的元素都可能发生衰变，原子序数越大，越易发生，A错误；放射性元素的半衰期与元素本身内部结构有关，与外界的温度无关，B正确；放射性元素无论单质还是化合物都具有放射性，C正确；在、射线中，射线的穿透能力最强，D正确；一个原子核在一次衰变过程中，可以是衰变或衰变，同时伴随射线放出，E错误。10放射性同位素C被考古学家称为“碳钟”，它可用来断定古生物的年代，此项研究获得1960年诺贝尔化学奖。(