高中物理 第十九章 原子核 第2節(jié) 放射性元素的衰變學案 新人教版選修3-5

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1、 2 放射性元素的衰變 1.知道放射現(xiàn)象的實質(zhì)是原子核的衰變。 2.知道兩種衰變的基本性質(zhì),掌握原子核的衰變規(guī)律及實質(zhì)。 3.理解半衰期的概念及影響因素。 4.會利用半衰期解決相關(guān)問題。 你知道考古學家靠什么推斷古化石的年代嗎? 提示:利用C與C的比值來推斷古化石年代。 1.原子核的衰變 (1)衰變:原子核放出________或________,變成另一種原子核,這種變化稱為原子核的______。 (2)衰變的種類和規(guī)律: 種類 方程 規(guī)律 原子核的衰變 α衰變:放出____粒子的衰變 例如:U→Th+______ ________、_

2、_____守恒 β衰變:放出____粒子的衰變 例如:Th→Pa+________ γ衰變:伴隨α衰變和β衰變產(chǎn)生 思考:原子核發(fā)生α衰變時,新核在元素周期表中的位置發(fā)生怎樣的變化? 2.半衰期 (1)放射性元素的原子核有______發(fā)生衰變所需要的時間,叫做這種元素的______。 (2)放射性元素衰變的快慢是由__________的因素決定的,跟原子所處的__________和________都沒有關(guān)系。 (3)半衰期是________原子核衰變的統(tǒng)計規(guī)律。 答案:1.(1)α粒子 β粒子 衰變 (2)α He β e 電荷數(shù) 質(zhì)量數(shù) 思考 提示:發(fā)生α衰變后,新

3、核的核電荷數(shù)減少2,在元素周期表上的位置前移兩位。 2.(1)半數(shù) 半衰期 (2)核內(nèi)部自身 化學狀態(tài) 外部條件 (3)大量 一、對原子核的衰變的正確理解 1.衰變規(guī)律 原子核衰變時,電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒。 2.衰變方程 (1)α衰變:X→Y+He; (2)β衰變:X→Y+e。 3.α衰變和β衰變的實質(zhì) (1)α衰變:原子核中的兩個質(zhì)子和兩個中子結(jié)合在一起發(fā)射出來的,即:2n+2H→He; (2)β衰變:原子核內(nèi)的一個中子衰變成一個質(zhì)子,同時放出一個電子,即:n→H+e。 4.衰變次數(shù)的計算方法 設(shè)放射性元素X經(jīng)過n次α衰變和m次β衰變后,變成穩(wěn)定的新元素Y,則衰變

4、方程為 X→Y+nHe+me 根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可列方程: A=A′+4n,Z=Z′+2n-m, n=,m=+Z′-Z。 二、半衰期 1.半衰期公式 用τ表示某放射性元素的半衰期,衰變時間用t表示,如果原來的質(zhì)量為m0,剩余的質(zhì)量為m,經(jīng)過個半衰期,該元素的剩余質(zhì)量變?yōu)? m= 若用N和n分別表示衰變前后的原子數(shù),衰變公式又可寫成 n=。 2.半衰期是一個統(tǒng)計概念 描述的是大量原子核的集體行為,個別原子核經(jīng)過多長時間衰變無法預(yù)測。對個別或極少數(shù)原子核,無半衰期而言。 類型一 原子核衰變的實質(zhì) 【例題1】 對天然放射現(xiàn)象,下列說法中正確的是(  )。 A

5、.α粒子帶正電,所以α射線一定是從原子核中射出的 B.β粒子帶負電,所以β粒子有可能是核外電子 C.γ射線是光子,所以γ射線有可能是原子發(fā)光產(chǎn)生的 D.α射線、β射線、γ射線都是從原子核內(nèi)部釋放出來的 解析:α衰變的實質(zhì)是原子核中的兩個質(zhì)子和兩個中子結(jié)合在一起形成一個氦核發(fā)射出來的,β衰變的實質(zhì)是原子核內(nèi)的一個中子變成一個質(zhì)子和電子,然后釋放出電子,γ射線是伴隨α衰變和β衰變產(chǎn)生的,所以這三種射線都是從原子核內(nèi)部釋放出來的。 答案:AD 題后反思:α射線、β射線和γ射線是由于原子核發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生的,與原子的變化無關(guān)。 類型二 原子核衰變規(guī)律的應(yīng)用 【例題2】 U經(jīng)一系列的衰變后

6、變?yōu)镻b。 (1)求一共經(jīng)過幾次α衰變和幾次β衰變? (2)Pb與U相比,求質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)各少多少? (3)寫出這一衰變過程的方程。 點撥:可依據(jù)衰變過程中質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒求解衰變次數(shù),再根據(jù)α衰變、β衰變的實質(zhì)推算質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)的變化。 解析:(1)設(shè)U衰變?yōu)镻b經(jīng)過x次α衰變和y次β衰變。由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得 238=206+4x① 92=82+2x-y② 聯(lián)立①②解得x=8,y=6,即一共經(jīng)過8次α衰變和6次β衰變。 (2)由于每發(fā)生一次α衰變質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)均減少2,每發(fā)生一次β衰變中子數(shù)減少1,而質(zhì)子數(shù)增加1,故Pb較U質(zhì)子數(shù)少10,中子數(shù)少22。 (3)核反

7、應(yīng)方程為U→Pb+8He+6e。 答案:(1)8 6 (2)10 22 (3)U→Pb+8He+6e 題后反思:衰變次數(shù)的判斷方法:(1)衰變過程遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒;(2)每發(fā)生一次α衰變質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)均減少2;(3)每發(fā)生一次β衰變中子數(shù)減少1,質(zhì)子數(shù)增加1。 觸類旁通:在例題2(2)中,Pb核的中子數(shù)比質(zhì)子數(shù)多多少? 類型三 半衰期的應(yīng)用 【例題3】 14C是一種半衰期為5 730年的放射性同位素。若考古工作者探測到某古木中14C的含量為原來的,則該古樹死亡時間距今大約(  )。 A.22 920年 B.11 460年 C.5 730年 D.2 86

8、5年 解析:假設(shè)古木剛死亡時的質(zhì)量為m0,現(xiàn)在的質(zhì)量為m,由題意可知=()n= 所以n=2,古木死亡的時間為5 730×2年=11 460年,應(yīng)選B選項。 答案:B 題后反思:利用半衰期公式解決實際問題時,首先要理解半衰期的統(tǒng)計意義,其次要知道公式建立的是剩余核的質(zhì)量與原有核的總質(zhì)量間的關(guān)系。 觸類旁通 答案:42 1.某放射性元素的一個原子核,發(fā)生一次β衰變,則它的(  )。 A.質(zhì)子數(shù)減少一個,中子數(shù)不變 B.質(zhì)子數(shù)增加一個,中子數(shù)不變 C.質(zhì)子數(shù)增加一個,中子數(shù)減少一個 D.質(zhì)子數(shù)減少一個,中子數(shù)增加一個 2.某放射性元素的原子核在21天里衰減掉,它的半

9、衰期是(  )。 A.3天 B.5.25天 C.7天 D.10.5天 3.目前,在居室裝修中經(jīng)常用到花崗巖、大理石等裝飾材料,這些巖石都不同程度地含有放射性元素,比如,有些含有鈾、釷的花崗巖等巖石會釋放出具有放射性的惰性氣體氡,而氡會發(fā)生放射性衰變,放射出α、β、γ射線,這些射線會導(dǎo)致細胞發(fā)生癌變及呼吸道等方面的疾病。根據(jù)有關(guān)放射性知識可知,下列說法正確的是(  )。 A.氡的半衰期為3.8天,若取4個氡原子核,經(jīng)7.6天后就剩下一個原子核了 B.β衰變所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子和電子所產(chǎn)生的 C.γ射線一般伴隨著α或β射線產(chǎn)生,在這三種射線中,γ射線

10、的穿透能力最強,電離能力最弱 D.發(fā)生α衰變時,生成核與原來的原子核相比,中子數(shù)減少了4 4.建材中的放射物質(zhì)衰變成放射性的氡氣,會導(dǎo)致肺癌,其中建材中放射性元素中含有很多的釙222(),它經(jīng)過多少次β衰變能生成氡222()(  )。 A.222次 B.136次 C.2次 D.86次 答案:1.C β衰變的實質(zhì)是一個中子變成一個質(zhì)子和一個電子,故中子減少一個而質(zhì)子增加一個。故選項A、B、D錯,C對。 2.C 放射性原子核在21天的時間里衰減掉,還剩下的原子核沒有發(fā)生衰變,由半衰期的意義可知,21天是該原子核的半衰期的3倍,所以半衰期為7天。C選項正確。 3.BC 半衰期遵循統(tǒng)計規(guī)律,對單個或少數(shù)原子核是沒有意義的,A項錯誤;根據(jù)三種射線的特性及衰變實質(zhì)可知B、C兩項正確,D項錯誤。 4.C 釙(222)衰變成氡(222)質(zhì)量數(shù)沒有變,故僅發(fā)生了β衰變,次數(shù)為86-84=2(次),故選項A、B、D錯,C對。 4

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