高中物理第四章原子核第二节放射性元素的衰变教学案粤教版.docx

第二节 放射性元素的衰变1射线实际上就是高速运动的粒子流，速度可达到光速的1/10，其电离能力强，穿透能力较差，在空气中只能前进几厘米。2射线是高速运动的电子流，它速度很大，可达光速的90%，它的穿透能力较强，电离能力较弱。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。4原子核放出一个粒子后，核的质量数减少4，电荷数减少2。5半衰期越大，说明放射性元素衰变得越慢，放射性元素的半衰期是由核本身的因素决定的，与原子所处的物理状态或化学状态无关。对三种射线的理解1.三种射线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4mpmp1.671027 kg静止质量为零速度0.1c0.9cc在电场或磁场中偏转与射线反向偏转不偏转贯穿本领最弱用纸能挡住较强穿透几毫米的铝板最强穿透几厘米的铅板对空气的电离作用很强较弱很弱在空气中的径迹粗、短、直细、较长、曲折最长通过胶片感光感光感光图4212三种射线的分离(1)用匀强电场分离时，带正电的射线沿电场方向偏转，带负电的射线沿电场的反方向偏转，且射线偏转小，射线偏转大，而射线不偏转。如图421所示。(2)用匀强磁场分离时，射线和射线沿相反的方向做匀速圆周运动，且在同样的条件下射线的轨道半径大，射线的轨道半径小；射线不偏转。如图422所示。图4221一放射源放射出某种或多种射线，当用一张薄纸放在放射源前面时，射线的强度减为原来的，而当用1 cm厚的铝板放在放射源前面时，射线的强度减小到几乎为零。由此可知，该放射源所放射出的()A仅是射线B仅是射线C是射线和射线 D是射线和射线解析：三种射线中，射线贯穿本领最强，能穿透几厘米厚的铅板。本题中用1 cm厚的铝片即能挡住射线，说明射线中不含射线，用薄纸便可挡住部分射线，说明射线中含有贯穿本领较小的射线，同时有大部分射线穿过薄纸，说明含有射线。故选项C对。答案：C原子核的衰变1.定义一种元素经放射过程变成另一种元素的现象，称为原子核的衰变。2衰变规律原子核衰变时，电荷数和质量数都守恒。3衰变方程(1)衰变：原子核放出一个粒子，衰变方程为：XYHe(2)衰变：原子核放出一个粒子，衰变方程为：XYe(3)射线经常是伴随衰变或衰变而产生，往往是由于衰变后的新核向低能级跃迁时辐射出来的一份能量，原子核释放出一个光子不会改变它的质量数和核电荷数。4衰变和衰变的实质(1)衰变：粒子实质就是氦核，它是由两个质子和两个中子组成的。在放射性元素的原子核中，两个质子和两个中子结合得比较紧密，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，即2n2HHe(2)衰变：原子核里虽然没有电子，但是核内的中子可以转化成质子和电子，产生的电子从核内发射出来，这就是衰变。衰变是原子核中的一个中子转化成一个电子和一个质子，即nH01e5衰变方程的书写(1)衰变过程一般都不是可逆的，所以衰变方程只能用单向箭头表示反应方向，不能用等号连接。(2)衰变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衰变方程。(3)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。这时可连续放出三种射线。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原子核内存在着的电子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负电子，一个质子可以转化成一个中子和一个正电子，其转化可用该式表示：nHe()，Hne。由上式可看出粒子(负电子)是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。选项D对。答案：D半衰期1.定义放射性元素的原子核数目因衰变减少到原来的一半所经过的时间，叫做半衰期，用符号T表示。2物理意义半衰期是描述放射性元素衰变快慢的物理量；不同的放射性元素，其半衰期不同，有的差别很大。半衰期越大，表明放射性元素衰变得越慢。3公式NN0，mm0式中N0、m0表示衰变前的原子数和质量，N、m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，T表示半衰期。4影响因素放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的，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。即一种放射性元素，不管它以单质存在还是以化合物的形式存在，或者对它加压，或者增高它的温度，它的半衰期是固定不变的。5适用条件半衰期是大量原子核衰变的统计规律，只对大量原子核才有意义，个别原子核经过多长时间发生衰变是偶然的，是无法预测的，故对个别或极少数的原子核，无半衰期而言。3一个氡核Rn衰变成钋核Po并放出一个粒子，其半衰期为3.8天。1 g氡经过7.6天衰变掉的氡的质量，以及Rn衰变成钋核Po的过程放出的粒子是()A0.25 g，粒子B0.75 g，粒子C0.25 g，粒子D0.75 g，粒子解析：根据核反应时，质量数和电荷数守恒，可得其核反应方程为RnPo HeRn衰变成钋核Po的过程放出的粒子是粒子。根据半衰期公式mm0得mm0m0m0所以衰变掉的氡的质量mm0m0m00.75 g。答案：B三种射线的性质例1(双选)让、三种射线分别沿垂直场的方向射入匀强磁场或匀强电场，图423表示射线偏转的情况中，正确的是()图423解析已知粒子带正电，粒子带负电，射线不带电，根据正、负电荷在磁场中运动受洛伦兹力方向和正、负电荷在电场中受电场力方向，可知A、B、C、D四幅图中，、粒子的偏转方向都是正确的，但偏转的程度需进一步判断。带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，其半径r，将其数据代入，则粒子与粒子的半径之比为： 。由此可见rr，A正确，B错误。带电粒子垂直进入匀强电场，设初速度为v0，垂直电场线方向位移为x，沿电场线方向位移为y，则有：xv0t，yt2，两式联立可得：y 。对某一确定的x值，、粒子沿电场线偏转距离之比为 。由此可见yy，故选项C错误，D正确。答案AD(1)根据、三种射线的带电情况可以大致判断出它们在电场或磁场中的偏转情况，但要准确的判断其轨迹还需要知道、射线的荷质比和速度。(2)、两种粒子在电场中均做类平抛运动，用运动的合成与分解规律研究；在匀强磁场中均做匀速圆周运动，其所受洛伦磁力提供向心力。图4241.(双选)如图424所示，铅盒内的天然放射性物质能向上放出、三种射线粒子，它们都能打到正上方的荧光屏上。若在放射源上方放一张薄铝箔，并在放射源和荧光屏间加水平方向的匀强电场，结果荧光屏上只剩下两个亮点M、N。下列说法中正确的是()A打在M、N的依次是射线和射线B打在M、N的依次是射线和射线C匀强电场的方向水平向左D匀强电场的方向水平向右解析：粒子的速度较小，约为光速的十分之一，因而贯穿物质的本领很小，一张薄纸就能把它挡住，故A项错误；射线是高速运动的电子流，它向右偏，故可判断匀强电场的方向水平向左。答案：BC原子核衰变次数的确定例2放射性同位素钍232经、衰变会生成氡，其衰变方程为ThRnxy，则()Ax1，y3 Bx2，y3Cx3，y1 Dx3，y2解析法一：由于衰变不会引起质量数的变化，故可先根据质量数的变化确定衰变的次数，每一次衰变质量数减少4，而Th衰变为Rn质量数共减少了12，故衰变的次数x次3次。由于每次衰变电荷数减少2，故3次衰变电荷数共减少6，而现在电荷数只减少了90864个，而每进行一次衰变，电荷数增加1，故衰变的次数为642，所以x3，y2，选项D对。法二：根据衰变前后质量数和电荷数守恒可得2322204x90862xy两式联立解得：答案D确定衰变次数的依据是两个守恒定律：质量数和电荷数守恒，具体方法有：由于衰变不影响质量数，一般先由质量数的改变确定衰变的次数，每一次衰变质量数减少4电荷数减少2，然后再根据衰变规律确定衰变的次数，每一次衰变，电荷数增加1。根据这些规律列出方程求解AA4n，ZZ2nm以上两式联立解得：n，mZZ2(双选)天然放射性元素Th经过一系列衰变和衰变之后，变成Pb，下列论断中正确的是()A铅核比钍核少24个中子B衰变过程中共有4次衰变和8次衰变C铅核比钍核少8个质子D衰变过程中共有6次衰变和4次衰变解析：铅核中子数20882126，钍核中子数23290142，故铅核比钍核少14212616个中子，铅核比钍核少90828个质子，选项A错C对衰变的次数为n6次，衰变后减少的电荷数为12，而现在只减少了90828个，故衰变的次数为4次，选项B错D对。答案：CD半衰期例3关于放射性元素的半衰期，下列说法正确的是()A半衰期是原子核质量减少一半所需的时间B半衰期与外界压强和温度有关，与原子的化学状态无关C氡的半衰期为3.8天，若有四个氡原子核，经过7.6天就只剩下一个氡原子核D氡的半衰期为3.8天，4 g氡原子核，经过7.6天就只剩下1 g氡原子核解析原子核的衰变有一定的速率，每隔一定的时间即半衰期，原子核就衰变掉总数的一半，而并非原子核质量减少一半，故A错。原子核的衰变快慢是由原子核内部因素决定的，与外界环境或化学状态无关，故B错。半衰期是一个统计规律，是对大量原子核而言的，对一个或几个原子核来说， 半衰期是没有意义的，某一个或某几个具有放射性的原子核，经过多长时间发生衰变是偶然的，故C错。由半衰期公式可知D对。答案D(1)半衰期是个统计概念，只对大量原子核有意义，对少数原子核是没有意义的。某一个原子核何时发生衰变，是不可知的。(2)放射性元素衰变的快慢是由原子核内部的因素决定的，与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)原子核质量减少一半跟原子核有半数发生衰变意义是不相同的。(4)不能认为原子核经过一个半衰期后，余下的一半再经过一个半衰期就衰变结束，再经过一个半衰期余下的一半中有一半发生衰变。3(双选)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()A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时产生的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：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。答案：BC1(双选)在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，这些材料都不同程度地含有放射性元素，有些含有铀、钍的花岗岩会释放出、射线，根据有关放射性知识可知，下列说法正确的是()A发生衰变时，生成核与原来的原子核相比，核内质量数减少2B发生衰变时，生成核与原来的原子核相比，核内中子数减少1C射线是原子的核外电子电离后形成的电子流D在这三种射线中，射线的穿透能力最强，电离能力最弱解析：根据衰变规律，发生衰变时，生成核与原来的原子核相比，核内电荷数减少2，质量数减少4，故选项A错误；发生衰变时，生成核与原来的原子核相比，核内电荷数增加1，中子数减少1，故选项B正确；衰变的实质在于原子核内的一个中子转化成了一个质子和一个电子，射线不是原子的核外电子电离后形成的电子流，故选项C错误；选项D说法正确。答案：BD2钫Fr的衰变半衰期是21 min，则原来16 g钫经衰变后剩下1 g所需要的时间是()A315 min B336 minC84 min D5.25 min解析：半衰期T21 min，根据衰变公式，经时间t后剩下的质量数为即mm0 m0。所以4，t4T84 min。答案：C3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，衰变速度越大B放射性元素样品不断衰变，随着剩下未衰变的原子核减少，元素的半衰期也变短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率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半衰期解析：由半衰期的定义知A对，B错；半衰期由放射性元素的原子核本身因素决定，与原子所处物理状态与化学状态无关，C、D错。答案：A4原子核X与氘核H反应生成一个粒子和一个质子，由此可知()AA2，Z1 BA2，Z2CA3，Z3 DA3，Z2解析：由核反应过程中质量数和电荷数守恒可得：A241，Z121，两式联立解得A3、Z2，故选项D对。答案：D图15(双选)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1中a、b所示，由图可以判定()A该核发生的是衰变B该核发生的是衰变C磁场方向一定是垂直纸面向里D磁场方向向里还是向外不能判定解析：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向一定相反，根据图示，它们在同一磁场中是向同一侧偏转的，由左手定则可知它们必带异种电荷，故应为衰变，选项A错B对；由于不知它们的旋转方向，因而无法判断磁场是向里还是向外，即都有可能。故选项C错D对。答案：BD6原子核X经一次衰变变成原子核Y，原子核Y再经一次衰变变成原子核Z，则下列说法中正确的是()A核X的中子数减核Z的中子数等于2B核X的质子数减核Z的质子数等于5C核Z的质子数比核X的质子数少1D核X的电子数比核Z的电子数少1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，所以核Z与核X相比，中子数减少3个，质子数减少1个，因质子数等于核外电子数，核Z的核外电子数也比核X的核外电子数少1个，故A、B、D错误，C对。答案：C7天然放射性元素铀238(U)衰变为氡222(Rn)要经过()A3次衰变，2次衰变B4次衰变，2次衰变C4次衰变，4次衰变D2次衰变，2次衰变解析：根据衰变过程中质量数、电荷数守恒，设U经过x次衰变，y次衰变变为Rn，则92862xy,2382224x，得x4，y2，即4次衰变，2次衰变，选项B正