高中物理 第四章 走进原子核 放射性元素的衰变学案（含解析）粤教版选修35.doc

学案2放射性元素的衰变学习目标定位 1.知道什么是放射性、放射性元素、天然放射现象.2.知道原子核的组成，会正确书写原子核符号.3.知道原子核的衰变及两种衰变的规律，能熟练写出衰变方程.4.会用半衰期描述衰变的速度，知道半衰期的统计意义1原子核半径的数量级为1015 m，原子半径的数量级为1010_m.2带电粒子以垂直于电场线的方向进入匀强电场，将做类平抛运动，电场力的方向：正电荷受力方向与电场线方向相同，负电荷受力方向与电场线方向相反3带电粒子以垂直于磁感线的方向进入匀强磁场，将做匀速圆周运动，洛伦兹力的方向可用左手定则判定4放射性的发现(1)放射性1896年法国物理学家享利贝克勒尔发现，铀及含铀的矿物都能够发出看不见的射线，物质放射出射线的性质叫做放射性(2)放射性元素 具有放射性的元素叫放射性元素(3)天然放射性元素能自发地放出射线的元素叫做天然放射性元素原子序数大于83的所有元素，都有放射性原子序数小于等于83的元素，有的也具有放射性(4)放射性发现的意义放射性的发现揭示了原子核结构的复杂性5原子核的组成(1)质子的发现1919年，卢瑟福用粒子轰击氮核时，发现了一种新粒子，这种粒子带有一个单位的正电荷，其质量与氢原子的质量相近，人们把这种粒子命名为质子并由此可以断定，质子是原子核的组成部分(2)中子的发现卢瑟福发现质子后，预言核内应该还存在着质量跟质子差不多的不带电的中性粒子，卢瑟福把他预言的这种粒子称为中子后来他的学生查德威克在研究用射线轰击铍而产生的一种能量较高、贯穿能力很强的中性粒子时，证实了这就是卢瑟福所预言的中子(3)原子核的组成原子核是由中子和质子组成的，一个质量数为a、电荷数为z的原子核包含z个质子和az个中子组成原子核的中子和质子统称为核子原子核常用符号为x表示，其中x为元素符号6原子核的衰变(1)衰变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)衰变中的守恒定律原子核在发生衰变时，电荷数和质量数总是守恒的7半衰期(1)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，记为t1/2.(2)衰变规律如果用m0表示放射性元素衰变前的质量，经过t时间后剩余的放射性元素的质量为m，则衰变规律可以写为：mm0().(3)平均寿命放射性核素的平均存活时间称为平均寿命，记为，半衰期与平均寿命之间的关系为：t1/20.693.(4)影响因素放射性元素衰变的速率由核本身的因素决定，与原子所处的物理状态或化学状态无关.一、原子核的组成问题设计天然放射现象揭示了原子核还可以再分，那么原子核是由什么粒子组成的？答案见要点提炼要点提炼1质子的发现1919年，卢瑟福用粒子轰击氮原子核，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mp1.671027kg，质子是原子核的组成部分2中子的发现(1)卢瑟福的预言：核内还有一种不带电的粒子，名字叫“中子”(2)查德威克的发现：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，中子是原子核的组成部分3原子核的组成(1)原子核是由带正电的质子和不带电的中子组成的(2)原子核中的三个数字核子数：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(3)原子核表示符号二、三种射线的特性问题设计1.图1如图1所示，放射源放在铅块上的细孔中，铅块上方有垂直于纸面向外的匀强磁场其放出的射线在磁场的作用下分成a、b、c三束a、b、c三条射线哪个是射线、哪个是射线、哪个是射线？答案由左手定则知a带负电，应为射线；c带正电，应为射线；b不偏转，说明不带电，应为射线2如图2所示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三束则a、b、c三束中哪个是射线、哪个是射线、哪个是射线？图2答案a带负电，应为射线；c带正电，应为射线；b不带电，应为射线要点提炼三种射线及其特征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)带电量2ee0质量4mpmp1.671027 kg静止质量为零速度0.1c0.99cc在电场或磁场中偏转与射线反向偏转不偏转三、原子核的衰变1原子核放出粒子或粒子后，变为另一种原子核，这种现象称为原子核的衰变2衰变：xyhe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3衰变：x_az1ye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.4衰变规律：衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒5射线是在发生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核电荷数，故射线不会改变元素在周期表中的位置6确定衰变次数的方法设放射性元素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半衰期是表示放射性元素衰变快慢的物理量，不同的放射性元素，半衰期不同2对于衰变及半衰期的理解要注意以下两点：(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nn0()，mm0().一、三种射线的性质图3例1图3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()aa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)综合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放射性元素的原子核在发生衰变或衰变生成新原子核时，往往会同时伴随_辐射已知a、b两种放射性元素的半衰期分别为1和2，经过t12时间后测得这两种放射性元素的质量相等，那么它们原来的质量之比ma：mb_.解析放射性元素的原子核在发生衰变或衰变生成新原子核时，往往以光子的形式释放能量，即伴随辐射；根据半衰期的定义，a、b两种放射性元素经过t12时间后剩下的质量相等，则，故ma：mb22：21.答案22：211(2014福建30(1)如图4所示，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解析根据三种射线的偏转轨迹可知表示射线，表示射线，表示射线选项c正确2(单选)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，其转化可用下式表示：nhe，hn01e.由上式可看出粒子(负电子)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(双选)2011年3月11日，日本发生九级大地震，造成福岛核电站的核泄漏事故在泄露的污染物中含有131i和137cs两种放射性核素，它们通过一系列衰变产生对人体有危害的辐射在下列四个式子中，有两个能分别反映131i和137cs衰变过程，它们分别是_和_(填入正确选项前的字母)ax1137 56ban bx2131 54xeecx3137 56bae dx4131 54xep答案bc解析由质量数守恒和电荷数守恒可得b、c正确4某放射性元素原为8 g，经6天时间已有6 g发生了衰变，此后它再衰变1 g，还需几天？答案3天解析8 g放射性元素已衰变了6 g，还有2 g没有衰变，现在要求在2 g的基础上再衰变1 g，即再衰变一半，故找出元素衰变的半衰期就可得出结论由半衰期公式mm0()得868()2即放射性元素从8 g衰变了6 g余下2 g时需要2个半衰期因为t6天，所以t1/23天，即半衰期是3天而余下的2 g衰变1 g需1个半衰期t1/23天所以此后它再衰变1 g，还需3天概念规律题组1(单选)原子核中能放出、射线，关于原子核的组成，以下说法中正确的是()a原子核中有质子、中子，还有粒子b原子核中有质子、中子，还有粒子c原子核中有质子、中子，还有粒子d原子核中只有质子和中子答案d解析在放射性元素的原子核中，2个质子和2个中子结合得较紧密，有时作为一个整体放出，这就是粒子的来源说到底它仍是由质子和中子组成的，不能据此认为它是原子核的组成部分原子核里是没有电子的，但中子可以转化成质子，并向核外释放一个电子，这就是粒子原子核发生衰变后处于高能级，在回到低能级时多余的能量以粒子的形式辐射出来，形成射线故原子核里也没有粒子2(单选)关于天然放射现象，下列说法中不正确的是()a具有天然放射性的原子核由于不稳定放出射线b放射线是从原子核内释放出的看不见的射线c放射线中有带负电的粒子，表示原子核内有负电荷d放射线中带正电的粒子实质是氦原子核答案c解析放射性元素的原子核由于放出某种射线而变成新核，a正确；放射性元素放出的三种射线都是看不见的，要用科学的方法去探测，b正确；放射线中带负电的粒子是电子，它是由原子核内中子转化成质子时从原子核中放射出来的，原子核中并没有负电荷，c错误；放射线中带正电的粒子是粒子，根据粒子的性质可知d正确3(单选)放射性元素放出的射线，在电场中分成a、b、c三束，如图1所示，其中()图1ac为氦原子核组成的粒子流bb为比x射线波长更长的光子流cb为比x射线波长更短的光子流da为高速电子组成的电子流答案c解析根据射线在电场中的偏转情况，可以判断，a射线向电场线方向偏转，应为带正电的粒子组成的射线，所以是射线；b射线在电场中不偏转，所以是射线；c射线在电场中受到与电场方向相反的作用力，应为带负电的粒子，所以是射线4(单选)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c5(单选)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放射性元素的半衰期与元素所处的物理和化学状态无关，它是一个统计规律，只对大量的原子核才适用d氡的半衰期是3.8天，若有4个氡原子核，则经过7.6天后只剩下一个氡原子核答案c解析放射性元素的半衰期与其是单质还是化合物无关，与其所处的物理、化学状态无关，只取决于原子核的内部因素，故a、b错；半衰期是一个统计规律，对于少量的原子核不适用，故c对，d错6(单选)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要的时间越短，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，元素的半衰期也变短c把放射性元素放在密闭的容器中，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，均可减缓衰变的速度答案a解析元素的半衰期是由原子核内部的因素决定的，与处于单质状态还是化合物状态无关，与外部物理条件也无关7(单选)新发现的一种放射性元素x，它的氧化物x2o半衰期为8天，x2o与f2能发生如下反应：2x2o2f2=4xfo2，xf的半衰期为()a2天 b4天 c8天 d16天答案c解析根据半衰期由原子核内部因素决定，而跟其所处的物理状态和化学状态无关，所以x2o、xf、x的半衰期相同，均为8天正确选项为c.方法技巧题组8(单选)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krzrxhey01e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9(单选)“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10(单选)14c测年法是利用14c衰变规律对古生物进行年代测定的方法若以横坐标t表示时间，纵坐标m表示任意时刻14c的质量，m0为t0时14c的质量下面四幅图中能正确反映14c衰变规律的是()答案c解析由公式mm0()可知14c的衰变图象应为c.11(单选)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92u 90th，质量数减少4，核电荷数减少2，说明为衰变.90th 91pa，质量数不变，质子数增加1，说明为衰变，中子转化成质子.91pa 92u，质量数不变，质子数增加1，说明为衰变，中子转化成质子12放射性同位素na的样品经过6小时后还剩下没有衰变，求它的半衰期答案2 h解析每经1个半