2012高考物理一轮能力提升 19-2天然放射现象 衰变考点+重点+方法

1 第二课时第二课时 天然放射现象天然放射现象 衰变衰变 教学要求教学要求 1 了解天然放射现象 知道三种射线的本质和特性 掌握核衰变的特点和规律 2 知道原子核人工转变的原理 了解质子 中子和放射性同位素的发现过程 知识再现知识再现 一 天然放射现象一 天然放射现象 1 天然放射现象 某些元素能自发地放出射线的现象叫做天然放射现象 这些元素称为放 射性元素 2 种类和性质 射线 高速的 粒子流 粒子是氦原子核 速度约为光速 1 10 贯穿能力最弱 电离能力最强 射线 高速的电子流 粒子是速度接近光速的负电子 贯穿能力稍强 电离能力 稍弱 射线 能量很高的电磁波 粒子是波长极短的光子 贯穿能力最强 电离能力最弱 二 原子核的衰变二 原子核的衰变 1 衰变 原子核自发地放出某种粒子而转变为新核的变化 2 衰变规律 衰变 M ZX 4 2 M Z Y 4 2He 衰变 M ZX M Z 1 Y 0 1 e 3 衰变的实质 某元素的原子核同时发出由两个质子和两个中子组成的粒子 即氦核 21 1H 2 1 0n 4 2He 衰变的实质 某元素的原子核内的一个中子变成质子发射出一个电子 即 1 0n 1 1H 0 1 e 为反中微子 4 射线 总是伴随 衰变或 衰变产生的 不能单独放出 射线 射线不改变原 子核的电荷数和质量数 实质是元素在发生 衰变或 衰变时产生的某些新核由于具有过 多的能量 核处于激发态 向低能级跃迁而辐射出光子 三 半衰期三 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 它是大量原子核衰变的统计结果 不 是一个原子发生衰变所需经历的时间 2 决定因素 由原子核内部的因素决定 与原子所处的物理状态 如压强 温度等 或化 学状态 如单质或化合物 无关 四 原子核的人工转变四 原子核的人工转变 1 质子的发现 14 7N 4 2He 17 8O 1 1H 2 中子的发现 9 4Be 4 2He 12 6C 1 0n 3 放射性同位素和正电子的发现 27 13Al 4 2He 30 15P 1 0n 30 15P 30 14Si 0 1e 2 4 放射性同位素的应用 1 利用它的射线 2 做示踪原子 重点突破 知识点一三种射线的特性三种射线的特性 人们通过对天然放射现象的研究 发现了原子序数大于 83 的所有天然存在的元素 都 有放射性 原子序数小于 83 的天然存在的元素 有的也有放射性 放射出来的射线共有三 种 射线 射线和 射线 三种射线的本质和特性对比如下 应用应用 1 1 如图 放射源放在铅块上的细孔中 铅块上方有匀强磁场 磁 场方向垂直于纸面向外 已知放射源放出的射线有 三种 下列 判断正确的是 A 甲是 射线 乙是 射线 丙是 射线 B 甲是 射线 乙是 射线 丙是 射线 C 甲是 射线 乙是 射线 丙是 射线 D 甲是 射线 乙是 射线 丙是 射线 导示导示 天然放射现象发出的射线有三种 射线 射线和 射线 他们分别带正电 负 电 不带电 再结合左手定则 可知 甲是 射线 乙是 射线 丙是 射线 故答案 应选 B 知识点二半衰期的理解半衰期的理解 放射性元素经 n 个半衰期未发生衰变的原子核数 N 和原有原子核数 N0间关系为 N N0 1 2 n 对应的质量关系为 m m0 1 2 n 应用应用 2 2 14C 是一种半衰期为 5730 年的放射性同位素 若考古工作者探测到某古木中 14C 的 含量为原来的 1 4 则该古树死亡时间距今大约 A 22920 年 B 11460 C 5730 年 D 2865 年 导示导示 生物体内的 14C 在正常生活状况下应与大气中14C 含量保持一致 但当生物死亡后 新 陈代谢停止 体内 14C 不再更新 加之14C 由于不断地衰变其含量逐渐减少 据半衰期含义可 推知 该生物化石已经历了 2 个半衰期 从而可知该生物死后至今经历了大约 5730 2 11460 年 故答案应选 B 对半衰期两种典型错误的认识 1 N0个某种放射性元素的核 经过一个半衰期 T 衰变一半 再经过一个半衰期 T 全部衰 变了 2 8 个某种放射性元素核 经过一个半衰期 T 衰变了 4 个 再经过一个半衰期 T 又衰变了 2 个 事实上 半衰期是对大量放射性原子核的一个统计规律 而对于少量的核 并不适用 3 方法探究 类型一类型一衰变次数的计算衰变次数的计算 例例 1 1 20072007 年上海卷 年上海卷 U 238 92 衰变为 Rn 222 86 要经过 m 次 衰变和 n 次 衰变 则 m n 分别为 A 2 4 B 4 2 C 4 6 D 16 6 导示导示 假设U 238 92 变为 n R 222 86 的过程中 发生了 m 次 衰变和 n 次 衰变 则其核反应方程为 enHmRU en 0 1 4 2 222 86 238 92 根据电荷数守恒和质量数守恒列出方程 92 82 2m n 238 222 4m 以上两式联立解得 m 4 n 2 故应选 B 求解衰变次数的方法除了上述解法之外 还可以利用两种衰变的特点来求 解 每发生一次 衰变原子核的质量数不变 而每发生一次 衰变质量数减少 4 因由 U 238 92 变成 n R 222 86 质量数减少 16 所以可以确定 衰变次数 然后再利用电荷数守恒确定 衰变的次数 类型二类型二磁场中的衰变问题磁场中的衰变问题 粒子的衰变问题经常与磁场结合出现 例例 2 2 0707 届南京市第届南京市第一次调研测试 一次调研测试 在匀强磁场中有一个静止的氡原 子核 Rn 222 86 由于衰 变它放出一个粒子 此粒子的径迹与反冲核的径 迹是两个相互外切的圆 大圆与小圆的直径之比为 42 1 如图所示 那 么氡核的衰变方程应是下列方程的哪一个 A eFrRn 0 1 222 87 222 86 B HePoRn 4 2 218 84 222 86 C eAtRn 0 1 222 85 222 86 D HAtRn 2 1 220 85 222 86 导示导示 根据左手定则 如果是 衰变 粒子与新核均带正电 而运动方向相反 则轨迹圆 应外切 如果是 粒子 则应该内切 放射性元素的衰变过程中动量守恒 根据动量守恒 定律可得 mv1 mv2 0 所以产生的新核与衰变粒子 粒子或 粒子 的动量大小相等方向相 反 带电粒子在磁场中运动时由洛伦兹力提供向心力 根据牛顿第二定律有 qB mv RBqv R v m 2 可见放射性元素衰变时 产生的新核和放出的粒子在同一磁场中做圆周 运动的半径与电荷量成反比 故选 B 衰变原子核是在匀强磁场中衰变且衰变方向与磁场垂直 其运动轨迹圆的特 点 衰变 外切 转向相同 B 4 衰变 内切 转向相反 注意 当衰变原子核静止时 由 qB mv R 知 半径之比等于电量的反比 成功体验 1 20072007 年上海卷 年上海卷 一置于铅盒中的放射源发射的 和 射线 由铅盒的小孔射出 在小孔外放一铝箔后 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 如图所示 则图中的射线 a 为 射线 射 线 b 为 射线 2 铀裂变的产物之一氪 90 90 36Kr 是不稳定的 它经过一系列衰变最终成为稳定的锆 90 90 40Zr 这些衰变是 A 1 次 衰变 6 次 衰变 B 4 次 衰变 C 2 次 衰变 D 2 次 衰变 2 次 衰变 3 下列说法正确的是 A 射线与 射线都是电磁波 B 射线为原子的核外电子电离后形成的电子流 C 用加温 加压或改变其化学状态的方法都不能改变原子核衰变的半衰期 D 原子核经过衰变生成新核 则新核的质量总等于原核的质量 4 20072007 年广东卷年广东卷 放射性物质210 84Po和 60 27Co的核衰变方程为 210 206 84821 PoPbX 6060 2728