放射性元素的衰变+-2026-2027学年高二下学期物理教科版选择性必修第三册

第2节放射性元素的衰变知识回顾1、三种射线的本质分别是什么？2、射线来源于何处？射线与核外电子无关，来自原子核。3、原子核由什么组成？

原子核由质子和中子组成（质子和中子通称为核子）核电荷数Z=质子数=原子序数质量数A=核子数=质子数+中子数【思考1】1、请写出铀238的原子核符号。2、铀238具有放射性，会发出α射线，该过程实质是α粒子从铀原子核中以0.1C飞出来。请思考铀238发出α射线后会变成什么？（变化过程中电荷数和质量数都守恒）

【思考2】1、研究发现，有些原子核内的中子能自发地转化成了一个质子和一个电子。请写出该过程的方程式。2、已知钍234原子核能发射β

射线（电子流），但原子核由质子和中子组成，没有电子。请猜想该过程是怎么发生的。

原子核内的一个中子变成质子，同时放出一个电子。结果:新核在元素周期表中位置前移2位

（原子序数减2）衰变方程：一、原子核的衰变1.定义：原子核自发地放出α粒子或β粒子转变为新核的过程叫原子核的衰变。2.规律：原子核发生衰变时，衰变前后的电荷数和质量数都守恒．本质:原子核内的一个中子变成质子，同时放出一个电子.结果:新核在元素周期表中位置后移1位

（原子序数增1）衰变方程：α衰变：放出ɑ粒子3.种类：

β衰变：放出β粒子本质:原子核内少了两个质子和两个中子（原子核中的两个中子和两个质子结合形成ɑ粒子并释放出来）化学方程式核反应方程式联系电荷、质量守恒电荷数、质量数守恒区别用符号用箭头说明：1.

中间用单箭头，不用等号；2.

是质量数守恒，不是质量守恒；

3.

方程及生成物要以实验为基础，不能杜撰。注意：核反应方程式中质量数守恒指衰变前后核子的总数不变，并不是质量不变！4、核反应与化学反应原子核的能量也存在着能级，同样是能级越低越稳定。放射性的原子核在发生α衰变、β衰变时产生的新核处于高能级，这时它要向低能级跃迁，并放出γ光子。γ射线经常是伴随α射线和β射线产生的。当放射性物质连续衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ射线辐射。所以放射性物质发出的射线中就会同时具有α、β、γ三种射线。5、γ射线的产生原因：

电荷数守恒：质量数守恒：解得：

6、衰变次数的计算【注意】为了确定衰变次数，一般是由质量数的改变先确定α衰变的次数，这是因为β衰变的次数的多少对质量数没有影响，然后再根据衰变规律确定β衰变的次数。

A2.如图，一个原子核X经图中所示的一系列α、β衰变后，生成稳定的原子核Y，在此过程中放射出电子的总个数为（）A．6 B．8 C．10 D．14Aα衰变：β衰变：ABc衰变ABc衰变常考题型：反比F内>>F外动量守恒：

动量守恒：牛顿第二定律：

7、衰变中的动量守恒问题ABc衰变常考题型：反比α衰变：β衰变：两圆外切，α

粒子半径大两圆内切，β粒子半径大3.实验观察到，静止在匀强磁场中A点的原子核发生β衰变，衰变产生的新核与电子恰在纸面内做匀速圆周运动，运动方向和轨迹示意如图。则（

）A．轨迹1是电子的，磁场方向垂直纸面向外B．轨迹2是电子的，磁场方向垂直纸面向外C．轨迹1是新核的，磁场方向垂直纸面向里D．轨迹2是新核的，磁场方向垂直纸面向里D【思考】氡222会发生α衰变，右图中m0是t＝0时氡的质量，m是任意时刻氡的质量。请分析右图，你会发现什么？用“半衰期”来表示放射性元素衰变的快慢经过第一个3.8d，剩有一半的氡；经过第二个3.8d，剩有1/4的氡；再经过3.8d，剩有1/8的氡；……也就是说，每过3.8d就有一半的氡发生了衰变。二、半衰期2.意义：表示放射性元素衰变快慢的物理量。②经过n个半衰期后剩余的粒子数为：1.定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间（τ）。3.公式：①经过n个半衰期(T)其剩余的质量为：4.补充几点：①半衰期是一个统计规律，只对大量的原子核才适用。②不同元素的原子核半衰期差异很大。③每一种原子核的半衰期是固定的，由原子核内部结构决定，与外部因素无关。对于一个特定的氡核：可能在下1s就衰变，也可能在10min之内衰变，也可能在200万年之后再衰变。氡222:τ=3.8天镭226:τ=1620年铀238:τ=4.5×109年一种放射性元素，不管它是以单质的形式存在，还是与其他元素形成化合物，或者对它施加压力、提高温度，都不能改变它的半衰期4.氡的半衰期是3.8天，下列说法正确的是(

)A．升高温度，可以使氡的半衰期变短B．增加压强，可以使氡的半衰期变短C．4克氡原子核，经过7.6天就只剩下1克氡原子核D．4个氡原子核，经过7.6天就只剩下1个氡原子核C

三、放射性同位素及其应用与天然放射性物质相比，人工放射性同位素的放射强度容易控制，半衰期比较短，因此放射性废料容易处理，获得了广泛的应用。射线测厚仪——利用γ射线具有很强的穿透性放射治疗——γ射线对细胞有很强的杀伤力培优——γ射线遗传基因发生变异,培育优良品种保鲜——γ射线可以杀死细菌示踪原子——同位素化学性质相同，利用放射性同位素了解各元素的流向……1.射线测厚仪利用γ射线的穿透特性2.放射治疗利用γ射线高能量治疗癌症3.培优、保鲜经照射未经照射培优育种4.示踪原子四、辐射与安全人类一直生活在放射性的环境中。例如，地球上的每个角落都有来自宇宙的射线，我们周围的岩石，其中也有放射性物质。体检时还会做X射线透视，这更是剂量比较大的照射。不过这些射的强度都在安全剂量之内。香烟中含有钋210我们的食物和日常用品中，有的也具有放射性.食盐和有些水晶眼镜片中含有钾40然而过量的射线对人体组织有破坏作用，这种破坏往往是对细胞核的破坏，有时不会马上察觉。所以使用放射性同位素质，都必须严格遵守操作规程，做好防护。防止对空气，水源等的污染。科学漫步——碳14测年技术自然界中的碳主要是碳12，也有少量的碳14。宇宙射线进入地球大气层时，同大气作用产生中子，中子撞击大气中的氮引发核反应产生碳14。核反应方程为碳14具有放射性，能够自发地进行β衰变而变成氮，核反应方程为碳14的半衰期T1/2为5730年。碳14不断产生又不断衰变，达到动态平衡，因此，它在大气中的含量相当稳定，大约每1012个碳原子中有一个碳14。活的植物通过光合作用和呼吸作用与环境交换碳元素，体内碳14的比例与大气中的相同。植物枯死后，遗体内的碳14仍在衰变，不断减少，但是不能得到补充。因此，根据放射性强度减小的情况就可以推算植物死亡的时间。例如，要推断一块古木的年代，可以从中取出一些样品，测量样品中的碳14含量。如果含量是现代植物的1/2，则说明这块古木的历史大概有碳14的一个半衰期T1/2

，即5730年。类似地，如果碳14含量是现代植物的1/4，则古木历史大概是2T1/2

，即11460年……7.碳14是宇宙射线撞击空气中的氮14原子所产生，具有放射性，碳14原子发生β衰变转变为氮14。生物存活期间需要呼吸，其体内的碳14含量大致不变；生物停止呼吸后，体内的碳14开始减少。可以根据死亡生物体内残余碳14含量来推断它的死亡时间。碳14各个半衰期所剩原子比例如图所示，某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的三分之一。下列说法正确的是（）A、碳14的衰变方程为B、该古木的年代距今大于11460年C、14C和14N中含有的中子个数相等D、如果古木处于高温、高压下测量结果可能有较大误差A8.地球的年龄到底有多大，科学家利用天然放射性元素的衰变规律，通过对目前发现最古老的岩石中铀和铅含量来推算.测得该岩石中现含有的铀是岩石形成初期时(岩石形成初期时不含铅)的一半，铀238衰变后形成铅206，铀238