高中物理第四章原子核第二节放射性元素的衰变同步备课教学案粤教版选修35Word下载.docx

高中物理第四章原子核第二节放射性元素的衰变同步备课教学案粤教版选修35Word下载.docx

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γ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

2e

－e

速率

0.1c

0.99c

c

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

较强

很弱

2.定义：

原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的过程．

3．衰变类型

（1）α衰变：

放射性元素放出α粒子的衰变过程．放出一个α粒子后，核的质量数减少4，电荷数减少2，成为新核．

（2）β衰变：

放射性元素放出β粒子的衰变过程．放出一个β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．衰变的实质

（1）α衰变的实质：

2个中子和2个质子结合在一起形成α粒子．

（2）β衰变的实质：

核内的一个中子转化为了一个电子和一个质子．

（3）γ射线经常是伴随α衰变和β衰变产生的．

[即学即用]　判断下列说法的正误．

（1）α射线实际上就是氦原子核，α射线具有较强的穿透能力．（　×

　）

（2）β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）γ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β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因衰变减少到原来的一半所经过的时间．

2．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．

3．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．

4．半衰期公式：

N＝，m＝，其中T1/2为半衰期．

（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

α射线：

高速氦核流，带2e的正电荷；

β射线：

高速电子流，带e的负电荷；

γ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，γ射线不发生偏转，做匀速直线运动，α粒子和β粒子沿相反方向做类平抛运动，在同样的条件下，β粒子的偏移大，如图2所示．

图2　　　　　　　图3

（2）在匀强磁场中，γ射线不发生偏转，仍做匀速直线运动，α粒子和β粒子沿相反方向做匀速圆周运动，且在同样条件下，β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

β

α

B

竖直向下

C

垂直纸面向里

γ

D

垂直纸面向外

答案　C

解析　R放射出来的射线共有α、β、γ三种，其中α、β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，γ射线不偏转，故打在O点的应为γ射线；

由于α射线贯穿本领弱，不能射穿厚纸板，故到达P点的应是β射线；

依据β射线的偏转方向及左手定则可知磁场方向垂直纸面向里．

例2　（多选）将α、β、γ三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场，图中表示射线偏转情况正确的是（　　）

答案　AD

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＝，将数据代入，则α粒子与β粒子的半径之比

＝·

·

＝×

×

≈371，

A对，B错；

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，消去t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

≈，

C错，D对．

三种射线的鉴别

1．α射线带正电、β射线带负电、γ射线不带电．α射线、β射线是实物粒子，而γ射线是光子流，属于电磁波的一种．

2．α射线、β射线都可以在电场或磁场中偏转，但偏转方向不同，γ射线则不发生偏转．

3．α射线穿透能力弱，β射线穿透能力较强，γ射线穿透能力最强，而电离本领相反．

二、原子核的衰变规律和衰变方程

1．衰变种类、实质与方程

X―→Y＋He

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α衰变现象．

如：

U―→Th＋He.

X―→Y＋e.

原子核中的一个中子转化成一个质子且放出一个电子即β粒子，使电荷数增加1，β衰变不改变原子核的质量数，其转化方程为：

n―→H＋e.

Th―→Pa＋e.

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α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素Y，则衰变方程为：

X―→Y＋nHe＋me

根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程：

A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m.

以上两式联立解得：

n＝，m＝＋Z′－Z.

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α衰变的次数（这是因为β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β衰变的次数．

例3　U核经一系列的衰变后变为Pb核，问：

（1）一共经过几次α衰变和几次β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）8　6　

（2）10　22

（3）U―→Pb＋8He＋6e

解析　

（1）设U衰变为Pb经过x次α衰变和y次β衰变，由质量数守恒和电荷数守恒可得

238＝206＋4x①

92＝82＋2x－y②

联立①②解得x＝8，y＝6.即一共经过8次α衰变和6次β衰变．

（2）由于每发生一次α衰变质子数和中子数均减少2，每发生一次β衰变中子数少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U―→Pb＋8He＋6e.

针对训练1　原子核U经放射性衰变①变为原子核Th，继而经放射性衰变②变为原子核Pa，再经放射性衰变③变为原子核U.放射性衰变①、②和③依次为（　　）

A．α衰变、β衰变和β衰变　B．β衰变、α衰变和β衰变

C．β衰变、β衰变和α衰变　D．α衰变、β衰变和α衰变

答案　A

解析　根据衰变反应前后的质量数守恒和电荷数守恒特点，U核与Th核比较可知，衰变①的另一产物为He，所以衰变①为α衰变，选项B、C错误；

Pa核与U核比较可知，衰变③的另一产物为e，所以衰变③为β衰变，选项A正确，D错误．

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4　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β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）C―→e＋N　

（2）11460年

解析　

（1）C的β衰变方程为：

C―→e＋N.

（2）C的半衰期T1/2＝5730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N＝N0，

即0.25N0＝N0，故＝2，t＝11460年．

针对训练2　氡222是一种天然放射性气体，被吸入后，会对人的呼吸系统造成辐射损伤，它是世界卫生组织公布的主要环境致癌物质之一．其衰变方程是Rn―→Po＋________.已知Rn的半衰期约为3.8天，则约经过________天，16g的Rn衰变后还剩1g.

答案　He　15.2

解析　根据核反应过程中电荷数守恒和质量数守恒可推得该反应的另一种生成物为He.根据m余＝m原得＝4，代入T1/2＝3.8天，解得t＝3.8×

4天＝15.2天.

1．下列说法正确的是（　　）

A．α射线是由高速运动的氦核组成的，其运行速度接近光速

B．β射线能穿透几毫米厚的铅板

C．γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱

D．β射线的粒子和电子是两种不同的粒子

2．（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．β衰变所释放的电子是原子核外的电子电离形成的

C．α射线是原子核衰变产生的，它有很强的电离作用

D．γ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；

β衰变所释放的电子是从原子核内释放出的电子，故B错误；

α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；

γ射线是原子核发生α或β衰变时产生的，