原子核的组成 天然放射性元素的衰变.docx
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原子核的组成天然放射性元素的衰变
原子核的组成天然放射性元素的衰变
一、天然放射现象
1、1896年，法国物理学家贝克勒耳发现天然放射现象。
物质发射射线的性质叫做放射性，具有放射性的元素叫做放射性元素。
能自发地放出射线的现象叫做天然放射现象。
例：
铀或含铀的矿物质，钋、镭等都是天然放射性物质。
注意：
①天然放射性并不是少数元素才具有的，原子序数大于或等于83的天然元素都具有放射性，原子序数小于83的天然元素，也有一些具有放射性。
例：
，
等。
②天然放射性现象的发现，打开了人们认识原子核内部世界的窗口，它不仅使人类认识到原子核也是具有结构的，而且告诉人们原子核可以自发地转变为另一种原子核。
2、三种射线的本质和特性：
名称
实质
射出速度
电离作用
穿透本领
云室中径迹
α射线
高速氦核流
较强
小纸片即
可挡住
直而粗
β射线
高速电子流
较弱
较强（穿透几毫
米厚的铝板）
细而弯曲
γ射线
高能光子流
c
更小
强（穿透几厘米厚的铅板）
一般看不到
注意：
①当放射性物质连续发生衰变时，各种原子核中有的放射α射线，有的放射β射线，同时伴随γ射线，这时在放射性中就会同时有α、β、γ三种射线。
②α、β、γ粒子都是从原子核里放射出来的，但不能认为这三种粒子就是原子核的组成部分。
二、原子核的人工转变
1、质子的发现：
卢瑟福在1919年夏，他总结了α粒子与氮原子的碰撞现象，对氮原子核的人工转变作了无可置疑的结论。
其核反应方程是：
2、中子的发现：
1920年，卢瑟福预言：
可能有一种质量与质子相近的不带电的中性粒子存在，他把这种粒子叫中子。
查德威克运用了能量和动量守恒定律，科学地分析了实验结果，终于发现了中子。
发现中子的核反应方程是：
3、原子核的组成：
原子核由质子和中子组成，质子和中子统称核子，质子带一个单位的正电荷，中子不带电，质子和中子的质量几乎相等，都等于一个质量单位，所以原子核的电荷数就等于它的质子数，原子核的质量数就等于它的质子数和中子数之和。
具有相同质子数的原子，它们核外的电子数也相同，因而有相同的化学性质，属于同一种元素，但它们的中子数可以是不同的，这些具有相同的质子数和不同的中子数的原子互称为同位素。
注意：
①质子数相同而中子数不同的原子互称同位素：
②同种元素的不同的同位素在元素周期表上具有相同的位置（原子序数相同），他们的核电荷数相同，具有相同的化学性质：
③同一种元素的多种同位素中，有稳定的，也有不稳定的，不稳定的同位素会自发地放出α粒子、β粒子而衰变为别种元素，这种不稳定的同位素就叫放射性同位素，四十多种元素具有天然放射性同位素，各种元素都有人工放射性同位素。
三、放射性元素的衰变
1．衰变
①衰变：
原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化叫原子核的衰变。
②三个守恒：
衰变过程遵守质量数守恒、电荷数守恒和能量守恒的规律。
③α衰变：
例：
β衰变：
例：
对应粒子的产生
2．半衰期：
是放射性元素的原子核有半数发生衰变的时间。
计算公式：
N余＝N原（）
M余＝M原（）
注意：
①放射性元素衰变的快慢是由核内部本身的因素决定的，而跟原子所处的物理状态（温度、压强、速度、受力等）和化学状态（单质、化合物等）无关。
②放射性元素的衰变规律是统计规律，只适用于含有大量原子的样品（对有限数核不适用，不能由半衰期推算放射性样品完全衰变的时间）。
四、放射性同位素及其应用
1、用中子、质子、氚核、α粒子或γ光子轰击原子核都可制取放射性同位素，氚核裂变的产物也有放射性同位素。
例：
用α粒子轰击铝27：
得到的磷30具有放射性
放出正电子
2、应用
①利用放射性同位素的射线
A、γ射线探伤仪
B、电离空气消除机器中的有害静电
C、治虫育种、医疗
②把放射性同位素做为示踪原子进行监测
3、放射性污染和防护
污染：
原子弹爆炸、核电站泄露、放疗剂量过大
防护：
厚水泥层 很厚的重金属箱、远离放射源
课堂练习
1．下列说法正确的是（）
A．β射线的粒子和电子是两种不同的粒子B．γ是不带电的光子流
C．α粒子不同于氦原子核D．γ射线的贯穿本领比α粒子的强
答案：
BD
2．放射性元素所放出的β粒子是（）
A．原子核外的最外层电子B．原子核外电子跃迁时放出的光子
C．原子核内的中子D．原子核中的中了衰变时放出的电子
答案：
D
3．关于γ射线，下列说法正确的是（ ）
A．它是处于激发状态的原子核放射的．
B．它是原子内层电子受到激发时产生的．
C．它是不带电的中子流．D．它是不带电的光子流.
答案：
AD
4．以下说法中正确的是（）
A．原子中含有带负电的电子，所以原子带负电
B．原子核中的质子数，一定跟核外电子数相等
C．用α粒子轰击氮，氟，钠，铝等元素的原子核都可以打出质子，因此人们断定质子是原子核的组成部分
D．绝大多数原子核的质量跟质子质量之比都大于核电荷跟质子电荷之比，因而原子核内还存在一种不带电的中性粒子
答案：
CD
5．若用x代表一个中性原子中核外的电子数，y代表此原子的原子核内的质子数，z代表此原子的原子核内的中子数，则对
的原子来说（）
A．x=90，y=90，z=234B．x=90，y=90，z=144
C．x=114，y=114，z=90D．x=234，y=234，z=324
答案：
B
6．下列说法中正确的是（）
A．α射线与γ射线都是电磁波
B．β射线为原子的核外电子电离后形成的电子流
C．用加温，加压或改变其化学状态的方法都不能改变原子核衰变的半衰期
D．原子核经过衰变生成新核，则新核的质量总等于原核的质量
答案：
C
7．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①②③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
8．
（钍）经过一系列α和β衰变，衰变为
（铅），下列说法正确的是（）
A．铅核比钍核少8个质子B．铅核比钍核少16个中子
C．共经过4次α衰变和6次β衰变D．共经过6次α衰变和4次β衰变
答案：
ABD
9．由原子核的衰变规律可知（）
A．放射性元素一次衰变可同时产生α射线和β射线
B．放射性元素发生β衰变时，新核的化学性质不变
C．放射性元素发生衰变的快慢不可人为控制
D．放射性元素发生正电子衰变时，新核质量数不变，核电荷数增加1
答案：
C
10．在匀强磁场中，一个原来静止的原子核发生衰变，形成如图所示的径迹，不计放出光子的能量，则下述说法中正确的是（）
A．发生的是β衰变，b为β粒子的径迹
B．发生的是α衰变，b为α粒子的径迹
C．磁场方向垂直纸面向外
D．磁场方向垂直纸面向里
答案：
A
11．（多选）静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核放出一个α粒子，其速度方向与磁场方向垂直。
测得α粒子与反冲核轨道半径之比为30∶1，如图所示，则（ ）
A．α粒子和反冲核的动量大小相等、方向相反
B．反冲核的原子序数为62
C．原放射性元素的原子序数是62
D．反冲核与α粒子的速率之比为1∶62
12．某个原子核x经一次α衰变变成原子核y，又经过一次β衰变同时放出一个r粒子，变成原子核z，下述说法不正确的是（）
A．核z的中子数比核x少3B．核x的质子数比核z多1
C．核y的质子数比核z多1D．核z的质量数比核x少4
答案：
C
13．（多选）14C发生放射性衰变成为14N，半衰期约5700年。
已知植物存活期间，其体内14C与12C的比例不变；生命活动结束后，14C的比例持续减小。
现通过测量得知，某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一。
下列说法正确的是（ ）
A．该古木的年代距今约5700年
B．12C、13C、14C具有相同的中子数
C．14C衰变为14N的过程中放出β射线
D．增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变
答案：
AC
14．完成核反应方程
+.若
衰变为
的半衰期是1.2min，则64g
，经过6min还有g尚未衰变
答案：
2g
15．若元素A的半衰期为4天，元素B的半衰期为5天，则相同质量的A和B，经过20天后，剩余的质量之比
=____________。
答案：
1:
2
16．
核经过一系列的衰变后变为
核，问
（1）一共经过几次α衰变和β衰变？
（2）
和
，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次α衰变6次β衰变
（2）质子数少10个中子数少22个
（3）
课后作业
1．下列现象中，与原子核内部变化有关的是
A．
粒子散射现象B．天然放射现象
C．光电效应现象D．原子发光现象
答案：
B
2．如图所示，x为未知放射性源，L为一薄铝片，N、S可以提供强磁场.当将强磁场移走时，计数器的计数率不变，然后铝片移开，则计数率大幅度上升，这些现象说明放射源是（ ）
A．纯β粒子放射源
B．纯γ光子放射源
C．α粒子和β粒子混合放射源
D．α粒子和γ光子混合放射源
【解析】铝片L已将α射线挡住，故通过L的可能是β射线和γ射线.当将强磁场移开时，由于不受强磁场的偏转作用，若含有β射线，计数器的计数率增大，题意为不变，说明放射源中不含β射线.将铝片移开，计数率大幅度上升，说明放射源中含α粒子.
【答案】D
3．一天然放射性物质射出三种射线，经过一个匀强电场和匀强磁场共存的区域（方向如图所示），调整电场强度E和磁感应强度B的大小，使得在MN上只有两个点受到射线照射，下面的哪种判断是正确的（已知α粒子比β粒子速度小）（）
A．射到b点的一定是α射线
B．射到b点的一定是β射线
C．射到b点的一定是α射线或β射线
D．射到b点的一定是γ射线
【解析】γ射线不带电，在电场或磁场中它都不受场的作用，只能射到a点，因此D选项不对.调整E和B的大小，即可以使带正电的α射线沿直线前进，也可以使带负电的β射线沿直线前进.沿直线前进的条件是电场力与洛伦兹力平衡，即qE＝qBv
已知α粒子比β粒子的速度小得多，当我们调节使α粒子沿直线前进时，速度大的β粒子向右偏转，有可能射到b点，当我们调节使β粒子沿直线前进时，速度较小的α粒子也将会向右偏，也可能射到b点，因此C选项正确，而A、B选项都不对.
4．新发现的一种放射性元素X，它的氧化物X2O半衰期为8天，X2O与F2能发生如下反应：
2X2O＋2F2===4XF＋O2，XF的半衰期为（ ）
A．2天 B．4天
C．8天D．16天
解析：
选C 根据半衰期由原子核内部因素决定，而跟其所处的物理状态和化学状态无关，所以X2O、XF、X的半衰期相同，均为8天。
正确选项为C。
5．关于原子核的衰变和半衰期，下列说法正确的是（ ）
A．β粒子带负电，所以β射线有可能是核外电子
B．放射性元素发生一次衰变可同时产生α射线和β射线
C．放射性元素发生衰变的快慢不可人为控制
D．半衰期是指原子核的质量减少一半所需要的时间
解析：
选C β衰变的实质是核内一个中子转化成了一个质子和一个电子，是从原子核射出的，A错；一次衰变不可能同时产生α射线和β射线，只可能同时产生α射线和γ射线或β射线和γ射线，B错；放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的性质决定的，与外界因素无关，C正确；半衰期是原子核有半数发生衰变时所需要的时间，不是质量减少一半所需要的时间，故D错。
6．目前，在居家装修中经常用花岗岩、大理石等装修材料，这些岩石都不同程度含有放射性元素，比如，有些含有铀、钍的花岗石会释放出放射性的惰性气体氡，而氡会发生放射性衰变，放出α、β、γ射线，这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道等方面的疾病，根据有关放射性知识可知，下列说法正确的是（）
A．氡的半衰期为3.8天，若取8个氡原子核，经7.6天后一定剩下2个氡原子核
B．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的
C．γ射线一般伴随着α或β射线产生，在这三种射线，γ射线的穿透能力最强，电离能力也最强
D．发生α衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了4
答案：
B
7．铀裂变的产物之—氦90（
Kr）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（）．
A．1次α衰变，6次β衰变B．4次β衰变
C．2次α衰变D．2次α衰变．2次β衰变
答案：
B
8．关于放射性元素原子核的衰变，下列叙述中哪些是不正确的（）
A．γ射线是伴随α射线或β射线而发射出来的
B．半衰期的大小不随化学状态、温度等变化而变。
C．某核放出一个β粒子或α粒子后，都变成一种新元素的原子核。
D．若原来有某种放射性元素的原子核10个，则经一个半衰期后，一定有5个原子核发生了衰变。
答案：
D
9．放射性元素氡（Rn）经α衰变成为钋（Po），半衰期约为3.8天；但勘测表明，经过漫长的地质年代后，目前地壳中仍存在天然的含有放射性元素Rn的矿石，其原因是（ ）
A．目前地壳中的Rn主要来自于其他放射性元素的衰变
B．在地球形成的初期，地壳中元素Rn的含量足够高
C．当衰变产物Po积累到一定量以后，Po的增加会减慢Rn的衰变进程
D．Rn主要存在于地球深处的矿石中，温度和压力改变了它的半衰期
解析：
选A 本题考查原子物理的基础知识，意在考查考生对半衰期的理解。
地壳中Rn主要来自其他放射性元素的衰变，则A正确，B错误；放射性元素的半衰期与外界环境等因素无关，则C、D错误。
10．将半衰期为5天的质量为64g的铋分成质量相等的四份分别投入：
（1）开口容器中；
（2）100atm的密封容器中；（3）100℃的沸水中；（4）与别的元素形成化合物。
经10天后，四种情况下剩下的铋的质量分别为m1、m2、m3、m4，则（ ）
A．m1＝m2＝m3＝m4＝4g
B．m1＝m2＝m3＝4g，m4<4g
C．m1>m2>m3>m4，m1＝4g
D．m1＝4g，其余无法知道
解析：
选A 放射性元素的半衰期是一定的，与放射性元素所处的物理环境和化学环境无关，故四种情况下铋剩余的质量相等，剩余的铋的质量为16×g＝4g，所以A正确。
11．A、B两种放射性元素，它们的半衰期分别为tA=10天，tB＝30天，经60天后，测得两种放射性元素的质量相等，那么它们原来的质量之比为[]
A．3∶1B．48∶63C．1∶16D．16∶1
答案：
D
12．下面列出的是一些核反应方程：
30P→30Si+X、
Be+
H→
B+Y、
He+
He→
Li+Z其中（）．
A．X是质子，Y是中子，Z是正电子
B．X是正电子，Y是质子，Z是中子
C．X是中子，Y是正电子，Z是质子
D．X是正电于，Y是中子，Z是正质子
答案：
D
13．卢瑟福通过实验首次实现了原子核的人工转变，其核反应方程为：
下列说法错误的是（）
A．通过该实验发现了质子
B．实验中是用α粒子轰击氮核的
C．原子核在人工转变的过程中，核电荷数一定守恒
D．原子核的人工转变是指物质自发地放出射线的现象
答案：
D
14．在垂直于纸面的匀强磁场中，有一原来静止的原子核，该核衰变后，放出的带电粒子和反冲核的运动轨迹分别如图所示中a、b，由图可以判定（）．
A．该核反生的是α衰变
B．该核发生的是β衰变
C．磁场方向一定垂直纸面向里
D．磁场方向向里还是向外无法判定
答案：
BD
15．在匀强磁场中有一个静止的氡原子核（
），由于衰变它放出一个粒子，此粒子的径迹与反冲核的径迹是两个相互外切的圆，大圆与小圆的直径之比为42：
1，如图所示，那么氡核的衰变方程应是下列方程中的哪一个（）
A．
B．
C．
D．
答案：
B
16．
（1）关于放射性元素的半衰期，下列说法正确的是（ ）
A．是原子核质量减少一半所需的时间
B．是原子核有半数发生衰变所需的时间
C．把放射性元素放在密封的容器中，可以减慢放射性元素的半衰期
D．可以用来测定地质年代、生物年代等
（2）设镭226的半衰期为1.6×103年，质量为100g的镭226经过4.8×103年后，有多少克镭发生衰变？
若衰变后的镭、变为铅206，则此时镭、铅质量之比为多少？
【解析】
（2）经过三个半衰期，剩余镭的质量为
M′余＝M原（）＝100×g＝12.5g已衰变的镭的质量为（100－12.5）g＝87.5g
设生成铅的质量为m，则226∶206＝87.5∶m得m＝79.8g
所以镭、铅质量之比为125∶798
【答案】
（1）BD
（2）87.5g；125∶798
【思维提升】
（1）半衰期是原子核有半数发生衰变，变成新核，并不是原子核的数量、质量减少一半.
（2）要理解半衰期公式中各物理量的含义.
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