新高中物理 第十九章 原子核 1、2 原子核的组成、放射性元素的衰变导学案 新人教版选修35.doc

1原子核的组成2放射性元素的衰变目标定位1.了解什么是放射性、天然放射现象、衰变.2.知道原子核的组成及三种射线的特征.3.理解衰变和衰变的规律及实质，并能熟练书写衰变方程.4.理解半衰期的概念，学会利用半衰期解决相关问题一、对三种射线的理解问题设计11896年法国科学家贝可勒尔发现了放射性元素自发地发出射线的现象，即天然放射现象那么哪些元素能够放出射线呢？放射性物质发出的射线有哪些种类？答案原子序数大于或等于83的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于83的元素，有的也能放出射线放射性物质发出的射线有三种：射线、射线、射线2三种射线的本质是什么？有哪些特点呢？答案见要点提炼要点提炼1三种射线的本质(1)射线：射线是高速粒子流，实际就是氦原子核，电荷数是2，质量数是4.(2)射线：射线是高速电子流(3)射线：射线是能量很高的电磁波(4)如图1所示中1是射线，2是射线，3是射线图12三种射线的特点(1)射线：粒子容易使空气电离，但穿透本领很弱(2)射线：粒子穿透能力较强，但电离作用较弱(3)射线：粒子电离作用很弱，但穿透能力很强二、原子核的组成1质子的发现1919年，卢瑟福用镭放射出的粒子轰击氮原子核，从氮核中打出了一种新的粒子，测定了它的电荷和质量，确定它是氢原子核，叫做质子，用p或h表示，其质量为mp1.671027_kg.2中子的发现(1)卢瑟福的预言：原子核内可能还有一种不带电的粒子，名字叫中子(2)查德威克的发现：用实验证明了中子的存在，用n表示，中子的质量非常接近于质子的质量3原子核的组成(1)核子数：质子和中子质量差别非常微小，二者统称为核子，所以质子数和中子数之和叫核子数(2)电荷数(z)：原子核所带的电荷总是质子电荷的整数倍，通常用这个整数表示原子核的电荷量，叫做原子核的电荷数(3)质量数(a)：原子核的质量等于核内质子和中子的质量的总和，而质子与中子的质量几乎相等，所以原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，这个倍数叫做原子核的质量数三、原子核的衰变1衰变：放射性元素的原子核放出粒子或粒子后变成新的原子核的变化2衰变：xyhe(新核的质量数减少4，电荷数减少2.)举例：uthhe.3衰变：xaz1ye(新核的质量数不变，电荷数增加1.)实质是核内的一个中子转化成一个质子和一个电子，其转化方程为：nhe.举例：thpae.4射线是在或衰变过程中伴随而生的，且粒子是不带电的粒子，因此射线并不影响原子核的电荷数，故射线不会改变元素在周期表中的位置5由电荷数守恒和质量数守恒确定衰变次数设放射性元素x经过n次衰变和m次衰变后，变成稳定的新元素y，则衰变方程为xyn hem01e.根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程aa4n，zz2nm.四、半衰期1半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间不同的放射性元素，半衰期不同2注意以下两点：(1)对于同一种元素，其半衰期是一定的，无论是加温、加压，或是处于单质、化合物状态均不影响元素的半衰期，但不同元素的半衰期不同，有的差别很大(2)半衰期是一种统计规律对于大量的原子核发生衰变才具有实际意义，而对于少量的原子核发生衰变，该统计规律不再适用3半衰期公式n余n原()，m余m原()，其中为半衰期一、三种射线的性质例1图2中p为放在匀强电场中的天然放射源，其发射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2aa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正确答案bc二、原子核的组成例2已知镭的原子序数是88，原子核的质量数是226.试问：(1)镭核中有几个质子？几个中子？(2)镭核所带电荷量是多少？(3)若镭原子呈现中性，它核外有几个电子？(4)88ra是镭的一种同位素，让88ra和88ra以相同速度垂直射入磁感应强度为b的匀强磁场中，它们运动的轨迹半径之比是多少？解析因为原子序数与核内质子数、核电荷数、中性原子的核外电子数都是相等的，原子核的质量数等于核内质子数与中子数之和由此可得：(1)镭核中的质子数等于其原子序数，故质子数为88，中子数n等于原子核的质量数a与质子数z之差，即naz22688138.(2)镭核所带电荷量qze881.61019 c1.411017 c.(3)镭原子呈中性，则核外电子数等于质子数，故核外电子数为88.(4)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的向心力为洛伦兹力，故有bqvm，两种同位素具有相同的核电荷数，但质量数不同，故.答案(1)88138(2)1.411017 c(3)88(4)113114三、对衰变的理解例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)写出这一衰变过程的方程解析(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减少1，而质子数增加1，故pb较u质子数少10，中子数少22.(3)衰变方程为upb8he6e答案(1)8次衰变和6次衰变(2)1022(3)upb8he6e四、对半衰期的理解及有关计算例4放射性元素氡(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解析元素半衰期的长短由原子核自身因素决定，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错答案a例5碘131核不稳定，会发生衰变，其半衰期为8天(1)碘131核的衰变方程：53i_(衰变后的元素用x表示)(2)大量碘131原子经过_天75%的碘131核发生了衰变解析(1)根据衰变过程电荷数守恒与质量数守恒可得衰变方程：53i54x01e；(3)每经1个半衰期，有半数原子核发生衰变，经2个半衰期将剩余，即有75%核的原子发生衰变，故经过的时间为16天答案(1)54x01e(2)161(对射线的理解)天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验结果如图3所示，由此可推知()图3a来自于原子核外的电子b的电离作用最强，穿透能力最弱c的电离作用较强，穿透能力较强d的电离作用最弱，属于原子核内释放的光子答案bcd解析三种射线的特点：射线是he原子核，电离作用最强，穿透能力最弱；射线是e，电离作用较强，穿透能力较强；射线是光子，不带电，电离作用最弱，穿透能力最强三种射线都来自于原子核故b、c、d正确2(原子核的组成)以下说法正确的是()a.90th为钍核，由此可知，钍核的质量数为90，钍核的质子数为234b.be为铍核，由此可知，铍核的质量数为9，铍核的中子数为4c同一元素的两种同位素具有相同的质量数d同一元素的两种同位素具有不同的中子数答案d解析钍核的质量数为234，质子数为90，所以a错；铍核的质量数为9，中子数为5，所以b错；同位素是指质子数相同而中子数不同，即质量数不同，c错，d对3(对衰变的理解)原子核92u经放射性衰变变为原子核90th，继而经放射性衰变变为原子核91pa，再经放射性衰变变为原子核92u.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92u90th，质量数少4，电荷数少2，说明为衰变；th91pa，质子数加1，说明为衰变；91pa92u，质子数加1，说明为衰变4(半衰期的应用)放射性同位素na的样品经过6小时还剩下没有衰变，它的半衰期是()a2小时 b1.5小时c1.17小时 d0.75小时答案a解析放射性元素衰变一半所用的时间是一个半衰期，剩下的元素再经一个半衰期只剩下，再经一个半衰期这又会衰变一半，只剩，所以题中所给的6小时为三个半衰期的时间，因而该放射性同位素的半衰期应是2小时题组一对三种射线的理解1下列说法中正确的是()a衰变放出的电子来自组成原子核的电子b衰变放出的电子来自原子核外的电子c衰变说明原子核中含有粒子d射线总是伴随其他衰变发生，它的本质是电磁波答案d2如图1所示，铅盒a中装有天然放射性物质，放射线从其右端小孔水平向右射出，在小孔和荧光屏之间有垂直纸面向里的匀强磁场，则下列说法中正确的是()图1a打在图中a、b、c三点的依次是射线、射线和射线b射线和射线的轨迹是抛物线c射线和射线的轨迹是圆弧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答案c解析由左手定则可知粒子向右射出后，在匀强磁场中粒子所受的洛伦兹力向上，粒子所受的洛伦兹力向下，轨迹都是圆弧由于粒子速度约是光速的，而粒子速度接近光速，所以在同样的混合场中不可能都做直线运动，本题选c.3如图2所示为查德威克实验示意图，用天然放射性元素钋(po)放射的射线轰击铍时会产生粒子流a，用粒子流a轰击石蜡时，会打出粒子流b，经研究知道()图2aa为中子，b为质子ba为质子，b为中子ca为射线，b为中子da为中子，b为射线答案a解析不可见射线a，轰击石蜡时打出的应该是质子，因为质子就是氢核，而石蜡中含有大量氢原子，轰击石蜡的不可见射线应该是中子题组二原子核的组成4下列说法正确的是()a.x与y互为同位素b.x与y互为同位素c.x与y中子数相差2d.u核内有92个质子，235个中子答案b解析a选项中，x核与y核的质子数不同，不是同位素b选项中x核与y核质子数都为m，而质量数不同，所以互为同位素c选项中x核内中子数为nm，y核内中子数为(n2)(m2)nm，所以中子数相同d选项中u核内有143个中子，而不是235个中子5氢有三种同位素，分别是氕(h)、氘(h)、氚(h)，则()a它们的质子数相等b它们的核外电子数相等c它们的核子数相等d它们的中子数相等答案ab解析氕、氘、氚的核子数分别为1、2、3，质子数和核外电子数相同，都为1，中子数等于核子数减去质子数，故中子数各不相同，所以a、b选项正确6人类探测月球时发现，在月球的土壤中含有较丰富的质量数为3的氦，它可作为未来核聚变的重要原料之一氦的该种同位素应表示为()a.heb.hec.he d.he答案b解析氦的同位素质子数一定相同，质量数为3，故应表示为he，因此b正确题组三对衰变的理解7对天然放射现象，下列说法中正确的是()a粒子带正电，所以射线一定是从原子核中射出的b粒子带负电，所以射线有可能是核外电子c粒子是光子，所以射线有可能是由原子发光产生的d射线、射线、射线都是从原子核内部释放出来的答案ad解析衰变的实质是原子核中的两个质子和两个中子结合成一个氦核放出的，衰变的实质是一个中子变成一个质子和一个电子，然后释放出电子，射线是伴随衰变和衰变而产生的所以这三种射线都是从原子核内部释放出来的8“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次衰变产生，则n为()a2 b239c145 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9最近几年，科学家在超重元素的探测方面取得了重大进展.1996年，科学家们在研究某两个重离子结合成超重元素的反应时，发现生成的超重元素的核x经过6次衰变后的产物是fm.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()a124、259 b124、265c112、265 d112、277答案d解析题中的核x经过6次衰变后成为fm，注意到fm的电荷数为100，质量数为253，每发生一次衰变质量数减少4，电荷数减少2.由质量数和电荷数守恒有a46253277，z26100112，所以选项d正确10氪90(kr)是不稳定的，它经过一系列衰变最终成为稳定的锆90(zr)，这些衰变是()a1次衰变，6次衰变b4次衰变c2次衰变d2次衰变，2次衰变答案b解析解法一推理计算法根据衰变规律，衰变不影响核的质量数，发生一次衰变，核电荷数增加1；发生一次衰变，质量数减少4，核电荷数减少2.kr衰变为zr，质量数不变，故未发生衰变；核电荷数增加4，一定是发生了4次衰变解法二列方程求解设kr衰变为zr，经过了x次衰变，y次衰变，则有krzrxheye由质量数守恒得90904x由电荷数守恒得36402xy解得x0，y4，即只经过了4次衰变，选项b正确题组四半衰期的理解和有关计算11下列关于放射性元素的半衰期的几种说法中正确的是()a同种放射性元素，在化合物中的半衰期比在单质中长b把放射性元素放在低温处，可以减缓放射性元素的衰变c放射性元