学年高中物理第四章原子核第二节放射性元素的衰变教学案粤教版选修35Word文件下载.docx

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静止质量为零

速度

0.1c

0.9c

c

在电场或磁场中

偏转

与α射线反向偏转

不偏转

贯穿本领

最弱用纸能挡住

较强穿透几毫米的铝板

最强穿透几厘米的铅板

对空气的电离作用

很强

较弱

很弱

在空气中的径迹

粗、短、直

细、较长、曲折

最长

通过胶片

感光

图4－2－1

2．三种射线的分离

（1）用匀强电场分离时，带正电的α射线沿电场方向偏转，带负电的β射线沿电场的反方向偏转，且α射线偏转小，β射线偏转大，而γ射线不偏转。

如图4－2－1所示。

（2）用匀强磁场分离时，α射线和β射线沿相反的方向做匀速圆周运动，且在同样的条件下α射线的轨道半径大，β射线的轨道半径小；

γ射线不偏转。

如图4－2－2所示。

图4－2－2

1．一放射源放射出某种或多种射线，当用一张薄纸放在放射源前面时，射线的强度减为原来的

，而当用1cm厚的铝板放在放射源前面时，射线的强度减小到几乎为零。

由此可知，该放射源所放射出的（　　）

A．仅是α射线　　　　　B．仅是β射线

C．是α射线和β射线D．是α射线和γ射线

解析：

三种射线中，γ射线贯穿本领最强，能穿透几厘米厚的铅板。

本题中用1cm厚的铝片即能挡住射线，说明射线中不含γ射线，用薄纸便可挡住部分射线，说明射线中含有贯穿本领较小的α射线，同时有大部分射线穿过薄纸，说明含有β射线。

故选项C对。

答案：

C

原子核的衰变

1.定义

一种元素经放射过程变成另一种元素的现象，称为原子核的衰变。

2．衰变规律

原子核衰变时，电荷数和质量数都守恒。

3．衰变方程

（1）α衰变：

原子核放出一个α粒子，衰变方程为：

X→

Y＋

He

（2）β衰变：

原子核放出一个β粒子，衰变方程为：

Y＋　e

（3）γ射线经常是伴随α衰变或β衰变而产生，往往是由于衰变后的新核向低能级跃迁时辐射出来的一份能量，原子核释放出一个γ光子不会改变它的质量数和核电荷数。

4．α衰变和β衰变的实质

α粒子实质就是氦核，它是由两个质子和两个中子组成的。

在放射性元素的原子核中，两个质子和两个中子结合得比较紧密，有时会作为一个整体从较大的原子核中抛射出来，这就是放射性元素发生的α衰变现象，即

2

n＋2

H→

原子核里虽然没有电子，但是核内的中子可以转化成质子和电子，产生的电子从核内发射出来，这就是β衰变。

β衰变是原子核中的一个中子转化成一个电子和一个质子，即

n→

H＋　0－1e

5．衰变方程的书写

（1）衰变过程一般都不是可逆的，所以衰变方程只能用单向箭头表示反应方向，不能用等号连接。

（2）衰变的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个守恒杜撰出生成物来写衰变方程。

（3）当放射性物质发生连续衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ辐射。

这时可连续放出三种射线。

2．原子核发生β衰变时，此β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．原子核内存在着的电子

D．原子核内的一个中子变成一个质子时，放射出一个电子

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负电子，一个质子可以转化成一个中子和一个正电子，其转化可用该式表示：

n―→

H＋

e（β），

H―→

n＋

e。

由上式可看出β粒子（负电子）是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。

选项D对。

D

半　衰　期

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，叫做半衰期，用符号T

表示。

2．物理意义

半衰期是描述放射性元素衰变快慢的物理量；

不同的放射性元素，其半衰期不同，有的差别很大。

半衰期越大，表明放射性元素衰变得越慢。

3．公式

N＝N0

，m＝m0

式中N0、m0表示衰变前的原子数和质量，N、m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，T

表示半衰期。

4．影响因素

放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的，跟原子所处的物理状态（如温度、压强）或化学状态（如单质、化合物）无关。

即一种放射性元素，不管它以单质存在还是以化合物的形式存在，或者对它加压，或者增高它的温度，它的半衰期是固定不变的。

5．适用条件

半衰期是大量原子核衰变的统计规律，只对大量原子核才有意义，个别原子核经过多长时间发生衰变是偶然的，是无法预测的，故对个别或极少数的原子核，无半衰期而言。

3．一个氡核

Rn衰变成钋核

Po并放出一个粒子，其半衰期为3.8天。

1g氡经过7.6天衰变掉的氡的质量，以及

Po的过程放出的粒子是（　　）

A．0.25g，α粒子

B．0.75g，α粒子

C．0.25g，β粒子

D．0.75g，β粒子

根据核反应时，质量数和电荷数守恒，可得其核反应方程为

Rn→

Po＋

Po的过程放出的粒子是α粒子。

根据半衰期公式m＝m0

得

m＝m0

＝m0

＝

m0

所以衰变掉的氡的质量

m′＝m0－

m0＝

m0＝0.75g。

B

三种射线的性质

[例1]　（双选）让α、β、γ三种射线分别沿垂直场的方向射入匀强磁场或匀强电场，图4－2－3表示射线偏转的情况中，正确的是（　　）

图4－2－3

[解析]　已知α粒子带正电，β粒子带负电，γ射线不带电，根据正、负电荷在磁场中运动受洛伦兹力方向和正、负电荷在电场中受电场力方向，可知A、B、C、D四幅图中，α、β粒子的偏转方向都是正确的，但偏转的程度需进一步判断。

带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，其半径r＝

，将其数据代入，则α粒子与β粒子的半径之比为：

·

×

。

由此可见rα＞rβ，A正确，B错误。

带电粒子垂直进入匀强电场，设初速度为v0，垂直电场线方向位移为x，沿电场线方向位移为y，则有：

x＝v0t，y＝

t2，

两式联立可得：

y＝

对某一确定的x值，α、β粒子沿电场线偏转距离之比为

≈

由此可见yα＜yβ，故选项C错误，D正确。

[答案]　AD

（1）根据α、β、γ三种射线的带电情况可以大致判断出它们在电场或磁场中的偏转情况，但要准确的判断其轨迹还需要知道α、β射线的荷质比和速度。

（2）α、β两种粒子在电场中均做类平抛运动，用运动的合成与分解规律研究；

在匀强磁场中均做匀速圆周运动，其所受洛伦磁力提供向心力。

图4－2－4

1.（双选）如图424所示，铅盒内的天然放射性物质能向上放出α、β、γ三种射线粒子，它们都能打到正上方的荧光屏上。

若在放射源上方放一张薄铝箔，并在放射源和荧光屏间加水平方向的匀强电场，结果荧光屏上只剩下两个亮点M、N。

下列说法中正确的是（　　）

A．打在M、N的依次是γ射线和α射线

B．打在M、N的依次是β射线和γ射线

C．匀强电场的方向水平向左

D．匀强电场的方向水平向右

α粒子的速度较小，约为光速的十分之一，因而贯穿物质的本领很小，一张薄纸就能把它挡住，故A项错误；

β射线是高速运动的电子流，它向右偏，故可判断匀强电场的方向水平向左。

BC

原子核衰变次数的确定

[例2]　放射性同位素钍232经α、β衰变会生成氡，其衰变方程为

Th→

Rn＋xα＋yβ，则（　　）

A．x＝1，y＝3B．x＝2，y＝3

C．x＝3，y＝1D．x＝3，y＝2

[解析]　法一：

由于β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α衰变的次数，每一次α衰变质量数减少4，而

Th衰变为

Rn质量数共减少了12，故α衰变的次数x＝

次＝3次。

由于每次α衰变电荷数减少2，故3次α衰变电荷数共减少6，而现在电荷数只减少了90－86＝4个，而每进行一次β衰变，电荷数增加1，故β衰变的次数为6－4＝2，所以x＝3，y＝2，选项D对。

法二：

根据衰变前后质量数和电荷数守恒可得

232＝220＋4x　90＝86＋2x－y

两式联立解得：

[答案]　D

确定衰变次数的依据是两个守恒定律：

质量数和电荷数守恒，具体方法有：

由于β衰变不影响质量数，一般先由质量数的改变确定α衰变的次数，每一次α衰变质量数减少4电荷数减少2，然后再根据衰变规律确定β衰变的次数，每一次β衰变，电荷数增加1。

根据这些规律列出方程求解

A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m

以上两式联立解得：

n＝

，m＝

＋Z′－Z

2．（双选）天然放射性元素

Th经过一系列α衰变和β衰变之后，变成

Pb，下列论断中正确的是（　　）

A．铅核比钍核少24个中子

B．衰变过程中共有4次α衰变和8次β衰变

C．铅核比钍核少8个质子

D．衰变过程中共有6次α衰变和4次β衰变

铅核中子数208－82＝126，钍核中子数232－90＝142，故铅核比钍核少142－126＝16个中子，铅核比钍核少90－82＝8个质子，选项A错C对．α衰变的次数为n＝

＝6次，α衰变后减少的电荷数为12，而现在只减少了90－82＝8个，故β衰变的次数为4次，选项B错D对。

CD

[例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7.6天就只剩下一个氡原子核

D．氡的半衰期为3.8天，4g氡原子核，经过7.6天就只剩下1g氡原子核

[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，原子核就衰变掉总数的一半，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）半衰期是个统计概念，只对大量原子核有意义，对少数原子核是没有意义的。

某一个原子核何时发生衰变，是不可知的。

（2）放射性元素衰变的快慢是由原子核内部的因素决定的，与原子所处的物理状态（如温度、压强）或化学状态（如单质、化合物）无关。

（3）原子核质量减少一半跟原子核有半数