粤教版选修35 第四章 第二节 放射性元素的衰变 学案.doc

第二节放射性元素的衰变学习目标1.知道三种射线的特征，知道衰变的概念.2.知道、衰变的实质，知道射线是怎样产生的，会写、衰变方程.3.知道什么是半衰期，会利用半衰期解决相关问题.一、原子核的衰变导学探究1.怎样用电场或磁场判断、射线粒子的带电性质？答案让三种射线通过匀强电场，则射线不偏转，说明射线不带电.射线偏转方向和电场方向相同，带正电，射线偏转方向和电场方向相反，带负电.或者让三种射线通过匀强磁场，则射线不偏转，说明射线不带电，射线和射线可根据偏转方向和左手定则确定带电性质.2.如图1为衰变、衰变示意图.图1(1)当原子核发生衰变时，原子核的质子数和中子数如何变化？(2)当发生衰变时，新核的核电荷数相对原来的原子核变化了多少？新核在元素周期表中的位置怎样变化？答案(1)衰变时，质子数减少2，中子数减少2.(2)衰变时，核电荷数增加1.新核在元素周期表中的位置向后移动一位.知识梳理原子核的衰变1.对三种射线的认识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速率0.1c0.99cc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.定义：原子核放出粒子或粒子，变成新元素原子核的过程.3.衰变类型(1)衰变：放射性元素放出粒子的衰变过程.放出一个粒子后，核的质量数减少4，电荷数减少2，成为新核.(2)衰变：放射性元素放出粒子的衰变过程.放出一个粒子后，核的质量数不变，电荷数增加1.4.衰变规律：原子核衰变时电荷数和质量数都守恒.5.射线射线是伴随衰变或衰变同时产生的，射线不改变原子核的电荷数和质量数.即学即用判断下列说法的正误.(1)射线实际上就是氦原子核，射线具有较强的穿透能力.()(2)射线是高速电子流，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板.()(3)射线是能量很高的电磁波，电离作用很强.()(4)原子核在衰变时，它在元素周期表中的位置不变.()(5)发生衰变是原子核中的电子发射到核外.()二、半衰期导学探究(1)什么是半衰期？对于某个或选定的几个原子核能根据该种元素的半衰期预测它的衰变时间吗？(2)某放射性元素的半衰期为4天，若有10个这样的原子核，经过4天后还剩5个，这种说法对吗？答案(1)半衰期是一个时间，是某种放射性元素的大量原子核有半数发生衰变所用的时间的统计规律，故无法预测单个原子核或几个特定原子核的衰变时间.(2)半衰期是大量放射性元素的原子核衰变时所遵循的统计规律，不能用于少量的原子核发生衰变的情况，因此，经过4天后，10个原子核有多少发生衰变是不能确定的，所以这种说法不对.知识梳理半衰期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.2.半衰期公式：m，其中t1/2为半衰期.3.特点(1)不同的放射性元素，半衰期不同，甚至差别非常大.(2)放射性元素衰变的快慢是由核内部自身因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件无关.4.适用条件：半衰期描述的是统计规律，不适用于单个原子核的衰变.即学即用判断下列说法的正误.(1)同种放射性元素，在化合物中的半衰期比在单质中长.()(2)把放射性元素放在低温处，可以减缓放射性元素的衰变.()(3)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.()(4)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.()一、三种射线1.三种射线的实质射线：高速氦核流，带2e的正电荷；射线：高速电子流，带e的负电荷；射线：光子流(高频电磁波)，不带电.2.三种射线在电场中和磁场中的偏转(1)在匀强电场中，射线不发生偏转，做匀速直线运动，粒子和粒子沿相反方向做类平抛运动，在同样的条件下，粒子的偏移大，如图2所示.图2图3(2)在匀强磁场中，射线不发生偏转，仍做匀速直线运动，粒子和粒子沿相反方向做匀速圆周运动，且在同样条件下，粒子的轨道半径小，如图3所示.例1如图4所示，r是一种放射性物质，虚线框内是匀强磁场，ll是厚纸板，mm是荧光屏，实验时，发现在荧光屏的o、p两点处有亮斑，由此可知磁场的方向、到达o点的射线种类、到达p点的射线种类应属于下表中的()图4选项磁场方向到达o点的射线到达p点的射线a竖直向上b竖直向下c垂直纸面向里d垂直纸面向外答案c解析r放射出来的射线共有、三种，其中、射线垂直于磁场方向进入磁场区域时将受到洛伦兹力作用而偏转，射线不偏转，故打在o点的应为射线；由于射线贯穿本领弱，不能射穿厚纸板，故到达p点的应是射线；依据射线的偏转方向及左手定则可知磁场方向垂直纸面向里.针对训练1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5所示，由此可推知()图5a.来自于原子核外的电子b.的电离作用最强，是一种电磁波c.的电离作用较强，是一种电磁波d.的电离作用最弱，是一种电磁波答案d解析射线能被一张纸挡住，说明它的穿透能力较差，射线是射线，射线是高速运动的氦核流，它的穿透能力差，电离作用最强，选项b错误；射线的穿透能力较强，能穿透纸和几毫米厚的铝板，说明它是射线，射线是高速电子流，射线来自原子核，不是来自原子核外的电子，选项a错误；射线的穿透能力最强，能够穿透几厘米厚的铅板，射线是射线，射线的电离作用最弱，穿透能力最强，它是能量很高的电磁波，故选项c错误，d正确.三种射线的鉴别1.射线带正电、射线带负电、射线不带电.射线、射线是实物粒子，而射线是光子流，属于电磁波的一种.2.射线、射线都可以在电场或磁场中偏转，但偏转方向不同，射线则不发生偏转.3.射线穿透能力弱，射线穿透能力较强，射线穿透能力最强，而电离本领相反.二、原子核的衰变1.衰变种类、实质与方程(1)衰变：xyhe实质：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被释放出来，这就是放射性元素发生的衰变现象.如：uthhe.(2)衰变：xye.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，使电荷数增加1，衰变不改变原子核的质量数，其转化方程为：nhe.如：thpae.2.确定原子核衰变次数的方法与技巧(1)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：xynheme根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程：aa4n，zz2nm.以上两式联立解得：n，mzz.由此可见，确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组.(2)技巧：为了确定衰变次数，一般先由质量数的改变确定衰变的次数(这是因为衰变的次数多少对质量数没有影响)，然后根据衰变规律确定衰变的次数.例2u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)86(2)1022(3)upb8he6e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.针对训练2放射性同位素钍232经、衰变会生成氡，其衰变方程为thrnxy，则()a.x1，y3b.x2，y3c.x3，y1d.x3，y2答案d解析方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，每进行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x3.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，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.方法二根据衰变前后质量数和电荷数守恒可得2322204x，90862xy两式联立解得：衰变方程的书写：衰变方程用“”，而不用“”表示，因为衰变方程表示的是原子核的变化，而不是原子的变化.三、对半衰期的理解及有关计算例3放射性同位素14c被考古学家称为“碳钟”，它可以用来判定古生物体的年代，此项研究获得1960年诺贝尔化学奖.(1)宇宙射线中高能量的中子碰到空气中的氮原子后，会形成不稳定的c，它很容易发生衰变，放出射线变成一个新核，其半衰期为5730年，试写出14c的衰变方程.(2)若测得一古生物遗骸中的c含量只有活体中的25%，则此遗骸距今约有多少年？答案(1)cen(2)11460年解析(1)c的衰变方程为：cen.(2)c的半衰期t1/25730年.生物死亡后，遗骸中的c按其半衰期变化，设活体中c的含量为n0，遗骸中的c含量为n，则nn0，即0.25n0n0，故2，t11460年.针对训练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3.8天就只剩下两个氡原子核d.氡的半衰期为3.8天，4g氡原子核，经过3.8天就只剩下2g氡原子核答案d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，原子核就衰变掉原来的一半，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，与外界环境或所处的化学状态无关，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.1.(天然放射现象的认识)(多选)下列哪些现象能说明射线来自原子核()a.三种射线的能量都很高b.射线的强度不受温度、外界压强等物理条件的影响c.元素的放射性与所处的化学状态(单质、化合态)无关d.射线、射线都是带电的粒子流答案bc解析能说明射线来自原子核的证据是元素的放射性与其所处的化学状态和物理状态无关，b、c正确.2.(三种射线的认识)(多选)以下关于天然放射现象，叙述正确的是()a.若使某放射性物质的温度升高，其半衰期将变短b.衰变所释放的电子是原子核外的电子电离形成的c.射线是原子核衰变产生的，它有很强的电离作用d.射线是原子核产生的，它是能量很大的光子流答案cd解析半衰期与元素的物理状态无关，若使某放射性物质的温度升高，半衰期不变，故a错误；衰变所释放的电子是从原子核内释放出的电子，故b错误；射线是原子核衰变产生的，是氦的原子核，它有很强的电离作用，穿透能力很弱，选项c正确；射线是原子核发生或衰变时产生的，它是能量很大的光子流，选项d正确.3.(半衰期的理解)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自身因素决定，与它所处的物理、化学状态无关，故a正确，b、c、d错误.4.(衰变方程的理解)某原子核a先进行一次衰变变成原子核b，再进行一次衰变变成原子核c，则()a.核c的质子数比核a的质子数少2b.核a的质量数减核c的质量数等于3c.核a的中子数减核c的中子数等于3d.核a的中子数减核c的中子数等于5答案c解析原子核a进行一次衰变后，一个中子转变为一个质子并释放一个电子，再进行一次衰变，又释放两个中子和两个质子，所以核a比核c多3个中子、1个质子，选项c正确，a、b、d错误.5.(半衰期的理解)(多选)14c发生放射性衰变成为14n，半衰期约5700年.已知植物存活期间，其体内14c与12c的比例不变；生命活动结束后，14c的比例持续减小.现通过测量得知，某古木样品中14c的比例正好是现代植物所制样品的二分之一.下列说法正确的是()a.该古木的年代距今约5700年b.12c、13c、14c具有相同的中子数c.14c衰变为14n的过程中放出射线d.增加样品测量环境的压强将加速14c的衰变答案ac解析因古木样品中14c的比例正好是现代植物所制样品的二分之一，则可知经过的时间为一个半衰期，即该古木的年代距今约为5 700年，选项a正确；12c、13c、14c具有相同的质子数，由于质量数不同，故中子数不同，选项b错误；根据核反应方程可知，14c衰变为14n的过程中放出电子，即发出射线，选项c正确；外界环境不影响放射性元素的半衰期，选项d错误.一、选择题(17题为单选题，812题为多选题)1.在天然放射性物质附近放置一带电体，带电体所带的电荷很快消失的根本原因是()a.射线的贯穿作用b.射线的电离作用c.射线的贯穿作用d.射线的中和作用答案b解析由于粒子电离作用较强，能使空气分子电离，电离产生的电荷与带电体的电荷中和，使带电体所带的电荷很快消失.2.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1a.c为氦原子核组成的粒子流b.b为比x射线波长更长的光子流c.b为比x射线波长更短的光子流d.a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.3.关于原子核的衰变和半衰期，下列说法正确的是()a.半衰期是指原子核的质量减少一半所需要的时间b.半衰期是指原子核有半数发生衰变所需要的时间c.发生衰变时产生的新原子核在周期表中的位置向后移动2位d.发生衰变时产生的新原子核在周期表中的位置向前移动1位答案b4.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解析根据半衰期公式mm0，将题目中的数据代入可得c正确，a、b、d错误.5.人们在海水中发现了放射性元素钚(pu).pu可由铀239(u)经过n次衰变而产生，则n为()a.2b.239c.145d.92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，所以发生了2次衰变，a正确.6.下列表示放射性元素碘131(i)衰变的方程是()a.isbheb.ixeec.iind.iteh答案b解析衰变是原子核自发地释放一个粒子(即电子)产生新核的过程，原子核衰变时质量数与电荷数都守恒，结合选项分析可知，选项b正确.7.钍th具有放射性，它能放出一个新的粒子而变为镤pa，同时伴随有射线产生，其方程为thpax，钍的半衰期为24天.则下列说法中正确的是()a.x为质子b.x是钍核中的一个中子转化成一个质子时产生的c.射线是钍原子核放出的d.1g钍th经过120天后还剩0.2g钍答案b解析根据电荷数和质量数守恒知钍核衰变过程中放出了一个电子，即x为电子，故a错误；衰变的实质：衰变时释放的电子是由核内一个中子转化成一个质子同时产生的，故b正确；射线是镤原子核放出的，故c错误；钍的半衰期为24天，1g钍th经过120天后，还剩1g()50.03125g，故d错误.8.由原子核的衰变规律可知()a.放射性元素一次衰变就同时产生射线和射线b.放射性元素发生衰变，产生的新核的化学性质与原来的核的化学性质相同c.放射性元素衰变的快慢跟它所处的物理、化学状态无关d.放射性元素发生正电子衰变时，产生的新核质量数不变，电荷数减少1答案cd解析由放射性元素的衰变实质可知，不可能同时发生衰变和衰变，故a错；衰变后变为新元素，化学性质不同，故b错；衰变快慢与所处的物理、化学状态无关，c对；正电子电荷数为1，质量数为0，故d对.9.天然放射性元素th(钍)经过一系列衰变和衰变之后，变成pb(铅).下列说法中正确的是()a.衰变的过程共有6次衰变和4次衰变b.铅核比钍核少8个质子c.衰变所放出的电子来自原子核核外轨道d.钍核比铅核多24个中子答案ab解析由于衰变不会引起质量数的减少，故可先根据质量数的减少确定衰变的次数为：x6，再结合核电荷数的变化情况和衰变规律来判定衰变的次数应满足：2xy90828，y2x84.钍232核中的中子数为23290142，铅208核中的中子数为20882126，所以钍核比铅核多16个中子，铅核比钍核少8个质子.衰变所放出的电子来自原子核内，所以选项a、b正确.10.某原子核的衰变过程abc，下列说法正确的是()a.核c比核a的质子数少1b.核c比核a的质量数少5c.原子核为a的中性原子的电子数比原子核为b的中性原子的电子数多2d.核c比核b的中子数少2答案ad解析由衰变方程可写出关系式abc可得a、d项正确.11.静止在匀强磁场中的某放射性元素的核，放出的一个粒子和反冲核轨道半径之比rr301，如图2所示，则()图2a.粒子与反冲核的动量大小相等，方向相反b.反冲核的原子序数为62c.原来放射性元素的原子序数为62d.反冲核与粒子的速度之比为162答案ac解析由动量守恒得mvmv0，其中mv为反冲核动量，mv为粒子的动量，则粒子与反冲核的动量大小相等、方向相反.设q为原来放射性元素的原子核的电荷数，则反冲核的电荷数为q2，粒子电荷数为2.反冲核的轨道半径r，粒子的轨道半径r；又rr301，联立可得q62，故a、c正确.12.u是一种放射性元素，能够自发地进行一系列衰变，如图3所示，可以判断下列说法正确的是()图3a.图中a是84，b是206b.y是衰变，放出电子，电子是由中子转变成质子时产生的c.y和z是同一种衰变d.从x衰变中放出的射线电离能力最强答案ac解析bi衰变成po，质量数不变，可知发生的是衰变，则电荷数多1，可知a84，bi衰变成tl，知电荷数少2，发生的是衰变，质量数少4，则b206，故a正确，b错误.z衰变，质量数少4，发生的是衰变，y和