2015-2016学年鲁科版选修3-5-3.2-原子核衰变及半衰期-学案.docx

第2讲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：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2衰变：XYe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Th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3U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N余N原，m余m0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mm0，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.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，Hne.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.U经过m次衰变和n次衰变，变成Pb，则()Am7，n3 Bm7，n4Cm14，n9 Dm14，n18答案B解析根据题意有：2354m207,922mn82，解两式得m7，n4，选项B正确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，故A、D对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.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，故C对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有一种新型镍铜长效电池，它是采用半衰期长达100年的放射性同位素镍63(Ni)和铜两种金属作为长寿命电池的材料，利用镍63发生衰变时释放电子给铜片，把镍63和铜片作电池两极，外接负载为负载提供电能下面有关该电池的说法正确的是()A镍63的衰变方程是NiCueB镍63的衰变方程是NiCueC外接负载时镍63的电势比铜片高D该电池内电流方向是从镍片到铜片答案AC解析镍63的衰变方程为NieCu，选项A对，B错电流方向为正电荷定向移动方向，在电池内部电流从铜片到镍片，镍片电势高，选项C对，D错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日本福岛核电站泄漏事故中释放出大量的碘131，碘131是放射性同位素，衰变时会发出射线与射线，碘131被人摄入后，会危害身体健康，由此引起了全世界的关注下面关于核辐射的相关知识，说法正确的是()A人类无法通过改变外部环境来改变碘131衰变的快慢B碘131的半衰期为8.3天，则4个碘原子核经16.6天后就一定剩下一个原子核C射线与射线都是电磁波，但射线穿透本领比射线强D碘131发生衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的答案AD解析衰变的快慢由放射性元素本身决定，与外部环境无关，A正确；半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少数几个原子核无意义，B错误；射线是高速电子流，射线是电磁波，故C错误；衰变的实质是nHe，D正确11.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