学年新教材物理人教版选择性必修三学案 52 放射性元素的衰变.docx

学年新教材物理人教版选择性必修三学案 52 放射性元素的衰变.docx

《学年新教材物理人教版选择性必修三学案 52 放射性元素的衰变.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《学年新教材物理人教版选择性必修三学案 52 放射性元素的衰变.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

学年新教材物理人教版选择性必修三学案52放射性元素的衰变

2.放射性元素的衰变

必备知识·素养奠基

一、原子核的衰变

【思考】

提示:

遵循电荷数守恒和质量数守恒。

1.定义:

原子核自发地放出α粒子或β粒子,变成另一种原子核的过程。

2.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。

3.衰变规律:

原子核衰变时电荷数和质量数都守恒。

4.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:

核内的中子转化为了一个质子和一个电子。

（3）γ射线经常是伴随α射线和β射线产生的。

二、半衰期

1.定义:

放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。

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的因素决定的,跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。

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.半衰期的应用:

利用半衰期非常稳定这一特点,可以通过测量其衰变程度来推断时间。

三、核反应

1.定义:

原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程。

2.原子核的人工转变:

卢瑟福用α粒子轰击氮原子核,核反应方程NHeOH。

3.遵循规律:

质量数守恒,电荷数守恒。

四、放射性同位素的应用与防护

1.放射性同位素:

具有放射性的同位素。

2.放射性同位素的应用与防护:

（1）应用射线:

利用γ射线的穿透本领可以测厚度等,还可以用于放射治疗、照射种子培育优良品种等。

（2）示踪原子:

一种元素的各种同位素具有相同的化学性质,用放射性同位素替换非放射性的同位素后可以探测出原子到达的位置。

（3）辐射与安全:

人类一直生活在放射性的环境中,过量的射线对人体组织有破坏作用。

要防止放射性物质对水源、空气、用具等的污染。

关键能力·素养形成

一　原子核的衰变规律与衰变方程

1.衰变种类:

（1）α衰变:

放出α粒子的衰变,如

UThHe。

（2）β衰变:

放出β粒子的衰变,如

ThPae。

2.衰变规律:

原子核发生衰变时,衰变前后的电荷数和质量数都守恒。

3.衰变实质:

（1）α衰变:

原子核内两个质子和两个中子结合成一个α粒子,并在一定条件下作为一个整体从较大的原子核中抛射出来,产生α衰变。

n+HHe

（2）β衰变:

原子核内的一个中子变成一个质子留在原子核内,同时放出一个电子,即β粒子放射出来。

nHe

4.衰变方程通式:

（1）α衰变XYHe

（2）β衰变XY+e

5.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:

XY+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。

【思考·讨论】

放射性元素发生α衰变、β衰变时放出α粒子与β粒子,如图为α衰变、β衰变示意图。

（1）当原子核发生α衰变时,新核的核电荷数与质量数相对原来的原子核变化了多少?

提示:

当原子核发生α衰变时,原子核的质子数减小2,中子数减小2,因为α衰变的实质是2个质子和2个中子结合在一起从原子核中被抛射出来,所以新核的核电荷数比原来的原子核减少2,质量数减少4。

（2）当发生β衰变时,原子核的质量数是否发生变化?

新核在元素周期表中的位置怎样变化?

提示:

β粒子为电子,发生β衰变时原子核的质量数不发生变化,但新核的核电荷数相对原来的原子核核电荷数增加1,所以原子序数增加1,元素在周期表上向原子序数增加的方向移动1位。

【典例示范】

钍232Th）经过________次α衰变和________次β衰变,最后成为铅208Pb）。

【解题探究】

（1）两种衰变的质量数变化有什么规律?

怎样判断α衰变的次数?

提示:

β衰变质量数不变,每发生一次α衰变,质量数减少4;用两种原子核的质量数之差除以4就是α衰变的次数。

（2）两种衰变的电荷数怎样变化?

提示:

每发生一次α衰变电荷数减少2,每发生一次β衰变电荷数增加1。

【解析】因为α衰变改变原子核的质量数而β衰变不能,所以应先从判断α衰变次数入手:

α衰变次数==6。

每经过1次α衰变,原子核电荷数减少2,那么,钍核经过6次α衰变后剩余的电荷数与铅核实际的电荷数之差,决定了β衰变次数:

β衰变次数==4。

答案:

6　4

【规律方法】衰变次数的判断技巧

（1）衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒。

（2）每发生一次α衰变质子数、中子数均减少2。

（3）每发生一次β衰变中子数减少1,质子数增加1。

【素养训练】

1.居里夫人发现了元素钋（Po）,其α衰变的核反应方程式为PoaPbγ,下列按序对a、b、c、d、e、f赋值正确的是（　　）

A.84、211、2、4、1、0　　　B.84、210、2、4、0、0

C.84、207、1、1、0、1D.83、207、1、1、0、0

【解析】选B。

由于该核反应方程式为α衰变的方程式,所以a为α粒子,则c=2,d=4,该核反应释放的能量以γ射线的形式出现,所以f=0,e=0,根据质量数守恒和电荷数守恒可得:

b=d+206=4+206=210,a=c+82=2+82=84,故B正确,A、C、D错误。

2.匀强电场里有一个原来速度几乎为零的放射性碳14原子核,它所放射的粒子与反冲核经过相等的时间所形成的径迹如图所示（a、b均表示长度）,那么碳14的衰变方程可能是（　　）

ACHeBeBCeB

CCeNDCHB

【解析】选A。

由轨迹弯曲方向可以看出,反冲核与放出的射线的受力方向均与电场强度方向相同,均带正电,所以放出的粒子为α粒子,即发生α衰变,则核反应方程是CHeBe,故A正确。

【补偿训练】

1.科研人员正在研制一种新型镍铜长效电池,它是采用半衰期长达100年的放射性同位素镍63Ni）和铜两种金属作为长寿命电池的材料,利用镍63发生β衰变时释放电子给铜片,把镍63和铜片作电池两极,外接负载,负载提供电能。

下面有关该电池的说法正确的是（　　）

A.镍63的衰变方程是NieCu

B.镍63的衰变方程是NieCu

C.外接负载时镍63的电势比铜片高

D.该电池内电流方向是从镍到铜片

【解析】选CNi的衰变方程为NieCu,选项A、B错误;电流方向为正电荷定向移动方向,在电池内部电流从铜片到镍片,镍片电势高,选项C正确,D错误。

2.在横线上填上粒子符号和衰变类型。

（1UTh+________,属于________衰变。

（2ThPa+________,属于________衰变。

（3PoAt+________,属于________衰变。

（4CuCo+________,属于________衰变。

【解析】根据质量数和电荷数守恒可以判断:

（1）中生成的粒子为He,属于α衰变。

（2）中生成的粒子为e,属于β衰变。

（3）中生成的粒子为e,属于β衰变。

（4）中生成的粒子为He,属于α衰变。

答案:

（1He　α　（2e　β　（3e　β　（4He　α

二　半衰期

1.意义:

表示放射性元素衰变的快慢。

2.半衰期公式:

N余=N原（,m余=m0（

式中N原、m0表示衰变前的原子数和质量,N余、m余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,τ表示半衰期。

3.适用条件:

半衰期是一个统计概念,是对大量的原子核衰变规律的总结,对于一个特定的原子核,无法确定其何时发生衰变,半衰期只适用于大量的原子核。

4.应用:

利用半衰期非常稳定的特点,可以测算其衰变过程,推算时间等。

　【思考·讨论】

如图为始祖鸟的化石,美国科学家维拉·黎比运用了半衰期的原理发明“碳-14计年法”,并因此荣获了1960年的诺贝尔奖。

利用“碳-14计年法”可以估算出始祖鸟的年龄。

（1）为什么能够运用半衰期来计算始祖鸟的年龄?

提示:

半衰期是放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。

能够运用它来计算始祖鸟的年龄是因为半衰期与原子所处的化学状态和外部条件无关。

（2）若有10个具有放射性的原子核,经过一个半衰期,则一定有5个原子核发生了衰变,这种说法是否正确,为什么?

提示:

这种说法是错误的,因为半衰期描述的是大量放射性元素衰变的统计规律,不适用于少量原子核的衰变。

【典例示范】

（2018·江苏高考）已知A和B两种放射性元素的半衰期分别为T和2T,则相同质量的A和B经过2T后,剩有的A和B质量之比为（　　）

A.1∶4　　　　　B.1∶2

C.2∶1D.4∶1

【解析】选B。

经过2T,对A来说是2个半衰期,A的质量还剩,经过2T,对B来说是1个半衰期,B的质量还剩,所以剩有的A和B质量之比为1∶2,选项B正确。

【素养训练】

1.碘131I）治疗是临床上常用的一种治疗甲亢的方法,它是通过含有β射线的碘被甲状腺吸收,来破坏甲状腺组织,使甲状腺合成和分泌甲状腺激素水平减少来达到治愈甲亢的目的。

已知碘131发生β衰变的半衰期为8天,则以下说法正确的是（　　）

A.碘131的衰变方程为IXee

BXe核比I核多一个中子

C.32g碘131样品,经16天后大约有8g样品发生了β衰变

D.升高温度可能会缩短碘131的半衰期

【解析】选A。

原子核β衰变过程中放出电子,根据质量数守恒和电荷数守恒可知,碘131的衰变方程为IXee,故A正确Xe核比I核少一个中子,故B错误;32g碘131样品,经16天,即经过2个半衰期,大约有8g样品未发生衰变,衰变的质量为24g,故C错误;改变温度或改变外界压强都不会影响原子核的半衰期,故D错误。

2.在某种有生命的动物体内,每克动物活体大约有500亿个碳14原子,其中每小时有600个碳14发生β衰变。

在某次考古中发现了该种动物的遗骸,取该遗骸样本2g,利用粒子计数器测量出该遗骸样本中每小时碳14的衰变个数为300个,已知碳14的半衰期为5730年,则下列说法正确的是（　　）

A.碳14衰变方程为CeN

B.碳14发生β衰变产生的电子与光电效应逸出的光电子本质一样,都来源于核外电子

C.该遗骸距今大约5730年

D.伴随碳14衰变释放的γ光子是处于高能级的碳14核向低能级跃迁时产生的

【解析】选A。

碳14发生β衰变产生电子,根据电荷数守恒和质量数守恒,衰变方程为CeN,故A正确;碳14发生β衰变产生电子是由原子核内的一个中子转化成一个质子和一个电子,电子来源于原子核;光电效应逸出的光电子是核外电子,故B错误;由题意可知,每克活体内每小时有600个碳14发生β衰变,而每克遗骸中每小时有150个碳14发生β衰变,衰变的原子数为原来的,可估测经历了两个半衰期,距今约t=2T=11460年,故C错误;衰变过程释放的γ光子是由于衰变产生的新核N由高能级向低能级跃迁时产生的,故D错误。

【补偿训练】

（多选）关于原子核的衰变和半衰期,下列说法正确的是（　　）

A.半衰期是指原子核的质量减少一半所需要的时间

B.半衰期是指原子核有半数发生衰变所需要的时间

C.发生α衰变时产生的新原子核在周期表中的位置向后移动2位

D.发生β衰变时产生的新原子核在周期表中的位置向后移动1位

【解析】选B、D。

由半衰期的