高中物理 第3章 原子核与放射性 2 原子核衰变及半衰期学案 鲁科版选修

我带领班子成员及全体职工，积极参加县委、政府和农牧局组织的政治理论学习，同时认真学习业务知识，全面提高了自身素质，增强职工工作积极性，杜绝了纪律松散第2节原子核衰变及半衰期目标定位1.知道什么是放射性、放射性元素、天然放射现象，能记住三种射线的特性.2.知道什么是原子核的衰变及衰变实质.3.理解半衰期的统计意义，学会利用半衰期解决相关问题一、天然放射现象的发现11896年，法国物理学家贝克勒尔发现某些物质具有放射性2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，物质能自发地放出射线的现象叫做天然放射现象3皮埃尔居里夫妇发现了两种放射性更强的新元素，命名为钋(Po)和镭(Ra)二、放射线的本质1三种射线：如图1中1是射线，2是射线，3是射线图1(1)射线是高速氦原子核粒子流(2)射线是高速运动的电子流(3)射线是波长很短的电磁波2三种射线的特点(1)射线：粒子容易使空气电离，但穿透能力很弱(2)射线：粒子穿透能力较强，但电离作用较弱(3)射线：射线电离作用很弱，但穿透能力很强三、原子核的衰变1原子核的衰变：原子核放出射线或射线，而转变为新原子核的变化原子核衰变时电荷数和质量数都守恒2衰变：原子核进行衰变时，质量数减少4，电荷数减少2.例：U的衰变方程为UThHe.3衰变：原子核进行衰变时，质量数不变，电荷数增加1，例：Th的衰变方程为ThPae.四、衰变的快慢半衰期1放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间，叫半衰期2元素半衰期的长短是由原子核自身的因素决定的，跟原子所处的物理、化学状态和周围环境、温度没有关系一、三种射线的本质及特点1、三种射线的性质、特征比较种 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贯穿本领最弱用一张纸就能挡住较强能穿透几毫米厚的铝板最强能穿透几厘米厚的铅板电离作用很强较弱很弱2在电场、磁场中偏转情况的比较(1)在匀强电场中，射线偏转较小，射线偏转较大，射线不偏转，如图2甲所示图2(2)在匀强磁场中，射线偏转半径较大，射线偏转半径较小，射线不偏转，如图乙所示【例1】一置于铅盒中的放射源发射出的、和射线，由铅盒的小孔射出，在小孔外放一铝箔，铝箔后的空间有一匀强电场进入电场后，射线变为a、b两束，射线a沿原来方向行进，射线b发生了偏转，如图3所示，则图中的射线a为_射线，射线b为_射线图3答案解析在三种射线中，射线带正电，穿透能力最弱，射线不带电，穿透能力最强；射线带负电，穿透能力一般，综上所述，结合题意可知，a射线应为射线，b射线应为射线借题发挥三种射线的比较方法(1)射线是、三种射线中贯穿本领最弱的一种，它穿不过白纸(2)要知道三种射线的成分，贯穿本领和电离本领的强弱(3)要知道、三种射线的本质，、射线是实物粒子，射线是光子针对训练1如图4，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()图4A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，表示射线答案C解析由三种射线的带电性质可以判断出表示射线，表示射线，表示射线，故C对二、原子核的衰变1衰变：原子核进行衰变时，质量数减少4，电荷数减少2.衰变的实质：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释放出来，这就是放射性元素发生的衰变现象2衰变：原子核进行衰变时，质量数不变，电荷数增加1.衰变的实质：原子核中的一个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，其转化方程为：nHe.3衰变规律衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒【例2】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、衰变和衰变答案A解析根据衰变反应前后的质量数守恒和电荷数守恒特点，U核与90Th核比较可知，衰变的另一产物为He，所以衰变为衰变，选项B、C错误；Pa核与U核比较可知，衰变的另一产物为e，所以衰变为衰变，选项A正确，D错误【例3】U核经一系列的衰变后变为Pb核，问：(1)一共经过几次衰变和几次衰变？(2)Pb与U相比，质子数和中子数各少了多少？(3)综合写出这一衰变过程的方程答案(1)8次衰变，6次衰变(2)1022(3)见解析解析(1)设U衰变为Pb经过x次衰变和y次衰变，由质量数守恒和电荷数守恒可得2382064x92822xy联立解得x8，y6.即一共经过8次衰变和6次衰变(2)由于每发生一次衰变质子数和中子数均减少2，每发生一次衰变中子数少1，而质子数增加1，故Pb较U质子数少10，中子数少22.(3)核反应方程为UPb8He6e.借题发挥衰变次数的判断方法(1)衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒(2)每发生一次衰变质子数、中子数均减少2.(3)每发生一次衰变中子数减少1，质子数增加1.三、对半衰期的理解1对半衰期的理解：半衰期是表示放射性元素衰变快慢的物理量，同一放射性元素具有的衰变速率一定，不同元素的半衰期不同，有的差别很大2半衰期公式式中N原、m0表示衰变前的原子数和质量，N余、m余表示衰变后的尚未发生衰变的原子数和质量，t表示衰变时间，T1/2表示半衰期3适用条件：半衰期是一个统计概念，是对大量的原子核衰变规律的总结，对于一个特定的原子核，无法确定其何时发生衰变，但可以确定各个时刻发生衰变的概率，即某时刻衰变的可能性，因此，半衰期只适用于大量的原子核【例4】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RnPo_.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.答案He15.2解析根据质量数、电荷数守恒得衰变方程为RnPoHe.根据衰变规律m代入数值解得t15.2天针对训练2放射性元素(Rn)经衰变成为钋(Po)，半衰期约为3.8天；但勘测表明，经过漫长的地质年代后，目前地壳中仍存在天然的含有放射性元素Rn的矿石，其原因是()A目前地壳中的Rn主要来自于其他放射性元素的衰变B在地球形成的初期，地壳中元素Rn的含量足够高C当衰变产物Po积累到一定量以后，Po的增加会减慢Rn的衰变进程D.Rn主要存在于地球深处的矿石中，温度和压力改变了它的半衰期答案A解析元素半衰期的长短由原子核自身因素决定，一般与原子所处的物理、化学状态以及周围环境、温度无关，C、D错；即使元素氡的含量足够高，经过漫长的地质年代，地壳中也几乎没有氡了，一定是来自于其他放射性元素的衰变，故A对，B错.三种射线的特性1. (多选)图5中P为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线在电场的作用下分成a、b、c三束，以下判断正确的是()图5Aa为射线，b为射线Ba为射线，b为射线Cb为射线，c为射线Db为射线，c为射线答案BC解析由题图可知电场线方向向右，射线带正电所受电场力方向与电场线方向一致，故射线向右偏转，即c为射线；射线带负电所受电场力方向与电场线方向相反，故射线向左偏转，即a为射线；射线不带电不发生偏转，即b为射线故选项B、C正确原子核的衰变2原子核发生衰变时，此粒子是()A原子核外的最外层电子B原子核外的电子跃迁时放出的光子C原子核内存在着电子D原子核内的一个中子变成一个质子时，放射出一个电子答案D解析因原子核是由带正电荷的质子和不带电的中子组成的，原子核内并不含电子，但在一定条件下，一个中子可以转化成一个质子和一个电子，一个质子可以转化成一个中子和一个正电子，其转化可用下式表示：nHe，Hn01e.由以上两式可看出粒子(电子)是由原子核内的中子转化而来，正电子是由原子核内的质子转化而来3贝克勒尔在120年前首先发现了天然放射现象，如今原子核的放射性在众多领域中有着广泛应用下列属于放射性衰变的是()A.CNe B.UnIY2nC.HHHen D.HeAlPn答案A解析A属于衰变，B属于裂变，C是聚变，D是原子核的人工转变，故选A项对半衰期的理解及计算4下列有关半衰期的说法正确的是()A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，衰变速度越快B放射性元素的样品不断衰变，随着剩下未衰变的原子核的减少，元素半衰期也变长C把放射性元素放在密封的容器中，可以减慢放射性元素的衰变速度D降低温度或增大压强，让该元素与其他物质形成化合物，均可减小衰变速度答案A解析放射性元素的半衰期是指放射性元素的原子核半数发生衰变所需的时间，它反映了放射性元素衰变速度的快慢，半衰期越短，则衰变越快；某种元素的半衰期长短由其本身因素决定，与它所处的物理、化学状态无关故A正确，B、C、D错误5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.答案C解析由半衰期公式mm()可知，mm()m，故选项C正确.(时间：60分钟)题组一天然放射现象及三种射线的性质1(多选)关于、三种射线，下列说法正确的是()A射线是原子核发射出的氦核，它的穿透能力最强B射线是电子流，它具有中等的穿透能力C射线一般伴随着射线或射线产生，它的穿透能力最强D射线是电磁波，它的穿透能力最弱答案BC解析根据三种射线的性质可知：射线是高速氦核流，射是高速电子流，射线是光子流，在三种射线中，射线的电离作用最强，穿透能力最弱，射线的电离作用最弱，穿透能力最强，射线的电离作用和穿透能力居中，故B、C对，A、D错2关于放射性元素发生衰变放射的三种射线，下列说法中正确的是()A三种射线一定同时产生B三种射线的速度都等于光速C射线是处于激发态的原子核发射的D原子核衰变不能同时放射射线和射线答案C解析射线是在衰变或衰变后原子核不稳定而辐射出光子形成的，故C对3.研究放射性元素射线性质的实验装置如图1所示两块平行放置的金属板A、B分别与电源的两极a、b连接，放射源发出的射线从其上方小孔向外射出则()图1Aa为电源正极，到达A板的为射线Ba为电源正极，到达A板的为射线Ca为电源负极，到达A板的为射线Da为电源负极，到达A板的为射线答案B解析从图可以看出，到达两极板的粒子做类平抛运动，到达A极板的粒子的竖直位移小于到达B板粒子的，粒子在竖直方向做匀速直线运动，则据公式xv0tv0可知，两个粒子初速度v0相同，两极板电压u相同，放射源与两极板的距离也相同，而电子的小，所以电子的竖直位移小，故达到A极板的是射线，A极板带正电，a为电源的正极，故选项B正确4如图2中R是一种放射性物质，它能放出、三种射线，虚线框内是匀强磁场，LL是厚纸板，MM是荧光屏，实验时发现在荧光屏上只有O、P两点处有亮斑下列说法正确的是()图2A磁场方向平行纸面竖直向上，到达O点的射线是射线，到达P点的射线是射线B磁场方向平行纸面竖直向下，到达O点的射线是射线，到达P点的射线是射线C磁场方向垂直纸面向外，到达O点的射线是射线，到达P点的射线是射线D磁场方向垂直纸面向里，到达O点的射线是射线，到达P点的射线是射线答案D解析因为粒子的贯穿本领较小，一张纸即可把它挡住，所以亮斑中不可能有射线，A、B、C错误；因为射线不带电，所以不受磁场约束，直接打在O点，由左手定则知磁场方向垂直纸面向里，所以D正确题组二对原子核衰变的理解5“朝核危机”引起全球瞩目，其焦点就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生产出可供研制核武器的钚239(Pu)，这种钚239可由铀239(U)经过n次衰变而产生，则n为()A2 B239 C145 D92答案A解析衰变规律是质量数不变，质子数增加1.Pu比U质子数增加2，所以发生2次衰变，A对6原子核X经过一次衰变成原子核Y，原子核Y再经一次衰变成原子核Z，则下列说法中正确的是()A核X的中子数比核Z的中子数多2B核X的质子数比核Z的质子数多5C核Z的质子数比核X的质子数少1D原子核X的中性原子的核外电子数比原子核Y的中性原子的核外电子数少1答案C解析根据衰变规律，发生一次衰变减少两个质子和两个中子，发生一次衰变减少一个中子而增加一个质子中性原子的核外电子数等于质子数，故可判知C对7放射性元素A经过2次衰变和1次衰变后生成一新元素B，则元素B在元素周期表中的位置较元素A的位置向前移动了()A1位 B2位C3位 D4位答案C解析原子核经过一次衰变，电荷数减小2，经过一次衰变，电荷数增加1，所以元素A经过2次衰变和1次衰变后电荷数减小3，生成的新元素在元素周期表中的位置向前移3位，C正确8在横线上填上粒子符号和衰变类型(1)UTh_，属于_衰变(2)ThPa_，属于_衰变(3)PoAt_，属于_衰变(4)CuCo_，属于_衰变答案(1)He(2)e(3)e(4)He解析根据质量数和电荷数守恒可以判断，(1)中生成的粒子为He，属于衰变；(2)中生成的粒子为e，属于衰变；(3)中生成的粒子为e，属于衰变；(4)中生成的粒子为He，属于衰变题组三对半衰期的理解和计算9(多选)关于放射性元素的半衰期，下列说法正确的是()A原子核全部衰变所需要的时间的一半B原子核有半数发生衰变所需要的时间C相对原子质量减少一半所需要的时间D元素质量减半所需要的时间答案BD解析放射性元素的原子核有半数发生衰变时所需要的时间叫做这种元素的半衰期，它与原子核全部衰变所需要的时间的一半不同放射性元素发生衰变后成了一种新的原子核，原来的放射性元素原子核的个数不断减少；当原子核的个数减半时，该放射性元素的原子核的总质量也减半，故选项B、D正确10(多选)关于天然放射现象，下列叙述正确的是()A若使放射性物质的温度升高，其半衰期将减少B当放射性元素的原子的核外电子具有较高能量时，将发生衰变C在、这三种射线中，射线的穿透能力最强，射线的电离能力最强D铀核(U)衰变为铅核(Pb)的过程中，要经过8次衰变和6次衰变答案CD11.在垂直于纸面的匀强磁场中，有一原来静止的原子核，该核衰变后，放出的带电粒子和反冲核的运动轨迹分别如图3中a、b所示，由图可以判定()图3A该核发生的是衰变B该核发生的是衰变C磁场方向一定垂直纸面向里D磁场方向向里还是向外不能确定答案BD解析本题考查对粒子及粒子的性质的了解，对动量守恒定律以及左手定则的应用能力原来静止的核，放出粒子后，总动量守恒，所以粒子和反冲核的速度方