高中物理 第4章 从原子核到夸克 4.2 原子核的衰变导学案 沪科版选修35

1、学案2原子核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.知道三种射线的特性.3.知道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原子核的表示符号原子核用符号表示为x，z为核电荷数，原子核的核电荷数等于它的质子数，a为质量数，原子核的质量数等于它的质子数和中子数的和，即核子数2常见的粒子符号：粒子he，质子h，中子n，电子e.3在核反应过程中，遵守质量守恒定律和电荷守恒定律4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5带电粒子以垂

2、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6天然放射现象1896年，法国物理学家贝可勒尔发现铀及其化合物能放出一种不同于x射线的新射线(1)定义：物理学中把物质能自发地放出射线的现象叫做天然放射现象(2)放射性：物质放出射线的性质(3)放射性元素：具有放射性的元素7三种射线的性质(1)射线：粒子流，粒子是氦原子核，电荷数为2，质量数为4.(2)射线：高速运动的电子流(3)射线：波长很短的电磁波8三种射线的本领(1)射线：速度大约是光速的十分之一，穿透物质的本领很小，在空气中只能前进几厘米，用一张纸就能把它挡住但它有很强的电离作用(2)射线：速度接近光速，对物

3、质的穿透本领较强，能穿透几毫米厚的铝板，但它的电离作用较弱(3)射线：穿透本领更强，能穿透几厘米的铅板，但它的电离作用很小9(1)放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，叫做这种元素的半衰期半衰期反映的是大量原子核的平均衰变快慢(2)放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的.一、三种射线的特性问题设计图11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，应为射线图22如图2中p为放在匀强

4、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？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)带电荷量2ee0质量4mpmp1.67×1027 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穿透本领最弱用一张纸就能挡住较强穿透几毫米厚的铝板最强穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土电离作用很强较弱很弱例1如图3甲是、三种射线穿透能力的示意图，图乙是工业上利用射线的穿透性来检查金属内部伤

5、痕的示意图，请问图乙中的检查是利用了哪种射线()图3a射线b射线c射线 d三种射线都可以解析根据三种射线的性质知，甲图中能穿透铝板的是射线，乙图中检查钢板中的砂眼，要求射线能穿透钢板，故利用的是射线，选项c正确答案c二、衰变实质及次数的计算要点提炼1衰变过程(1)衰变：xyhe(2)衰变：xye2衰变和衰变的实质(1)衰变：2n2hhe(2)衰变：nhe3衰变规律衰变过程遵守质量数守恒和电荷数守恒4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.例2 u核经一系列的衰变后变为

6、pb核，问：(1)一共经过几次衰变和衰变？(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)核反应方程为upb8he6e.答案(1)8次衰变和6次衰变(2)1022(3)upb8he6e三、半衰期的有关计算要点提炼1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

7、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2半衰期公式n余n原()t/，m余m0()t/例3若放射性元素a的半衰期为4天，放射性元素b的半衰期为5天，则相同质量的放射性元素a和b经过20天，剩下的两元素质量之比mamb为()a3031 b3130c12 d21解析设开始时元素a、b的质量都是m，经过20天，对于元素a来说有5个半衰期，a剩下的质量为ma()5m；对于元素b来说有4个半衰期，b剩下的质量为mb()4m，所以

8、剩下的质量之比为12.答案c图41(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)a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正确图52.计数器是一种探测射线的仪器，如图5所示，x为未知放射源，它向右方发射放射线放射线首先通过一块薄铝箔p(厚度约为1 mm)，并经过一个强磁场区域后到达计数器，计数器上单位时间内记录到的射线粒子是一定的，现将强磁场移开，计数器单位时间内所记录

9、的射线粒子基本保持不变，然后将薄铝箔p移开，则计数器单位时间内记录的射线粒子明显上升，据此可以判定x为()a纯射线放射源b纯射线放射源c射线和射线的混合放射源d射线和射线的混合放射源答案d解析将强磁场移开，计数器单位时间内所记录的射线粒子基本保持不变，即磁场对射线粒子没有影响，则可以断定计数器接收到的是不带电的射线，以后将薄铝箔p(厚度约为1 mm)移开，则计数器单位时间内记录的射线粒子明显上升，这说明计数器除了接收到了射线之外，还接收到了一种原来被厚度约为1 mm的簿铝箔p挡住的射线，而厚度约为1 mm的簿铝箔只能将射线挡住，所以x为能放射射线和射线的混合放射源，故选项d正确3氪90(kr)

10、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解析方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次衰变方法二列方程求解设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4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

11、2 h解析每经1个半衰期放射性物质的质量都减半，则经过n个半衰期剩余的质量为mm0()n.设6小时经过的半衰期个数为n，则()n，所以n3.则na的半衰期为t2 h.基础题1下列哪些事实表明原子核具有复杂结构()a粒子的散射实验b天然放射现象c阴极射线的发现dx射线的发现答案b解析从原子核里能放出射线，说明原子核具有复杂结构2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个中子结合的较紧密，有时作为一个整体

12、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光子的形式辐射出来，形成射线故原子核里也没有粒子3放射性元素衰变时放出的三种射线，按穿透能力由强到弱的排列顺序是()a射线，射线，射线b射线，射线，射线c射线，射线，射线d射线，射线，射线答案b解析射线的穿透能力最强，射线的穿透能力最弱，选b.4“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发电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

13、)，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5最近几年，原子核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次衰变后生成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

14、荷数减少2.由质量数和电荷数守恒有a4×6253277，z2×6100112，所以选项d正确6某放射性元素经过11.4天有7/8的原子核发生了衰变，该元素的半衰期为()a11.4天 b7.6天c5.7天 d3.8天答案d解析半衰期是指有半数原子核发生衰变的时间，根据半衰期公式有()，3，因为t11.4天，所以3.8天7在横线上填上粒子符号和衰变类型(1)92u90th_，属于_衰变(2)90th91pa_，属于_衰变(3)84po85at_，属于_衰变(4)cuco_，属于_衰变答案(1)he(2)01e(3)01e(4)he解析根据质量数和电荷数守恒可以判断，(1)中生成

15、的粒子为he，属于衰变；(2)中生成粒子为01e，属于衰变；(3)中生成粒子为01e，属于衰变；(4)中生成粒子为he，属于衰变能力题8.u衰变为rn要经过m次衰变和n次衰变，则m，n分别为()a2,4 b4,2c4,6 d16,6答案b解析由于衰变后的新核质量数减少了16，说明发生衰变的次数是m4(次)，发生衰变的次数是n86(928)2(次)，故选项b正确914c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的质量下列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

16、图像应为c.10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，电荷数减少2，说明为衰变.90th 91pa，质子数加1，说明为衰变，中子转化成质子.91pa 92u，质子数加1，说明为衰变，中子转化成质子探究与拓展题图111静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核，当它放出一个粒子后，其速度方向与磁场方向垂直，测得粒子和反冲核轨道半径之比为441，如图1所示(图中直径没有按比例画)则()a粒子和反冲核的动量大小相等方向相反b原来放射性元素的核电荷数是90c反冲核的核电荷数是88d粒子和反冲核的速度之比为188答案abc解析粒子之间相互作用的过程遵守动量守恒定律，由于原来的原子核是静止的，初动量为零，则末动量也为零，即粒子和反冲核的动量大小相等方向相反，所以a正确由于释放的粒子和反冲核，在垂直于磁场的平面内且在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，所以由牛顿第二定律得qvbm，得r.若