1、2.放射性 衰变必备知识自主学习一、天然放射性 天然放射现象【情境思考】如图是放在铅盒中的铀发出的射线,这说明铀具有什么性质?1.天然放射性:(1)1896年,法国物理学家_发现,铀和含铀矿物都能发出看不见的射线,这种射线可以穿透黑纸使照相底片感光。物质发射射线的性质称为_,具有放射性的元素称为_。(2)玛丽居里和她的丈夫皮埃尔居里发现了两种比铀放射性更强的新元素,命名为_、_。2.天然放射现象:放射性元素自发地发出射线的现象。原子序数_的元素,都能自发地发出射线,原子序数_的元素,有的也能放出射线。例如有放射性。亨利贝克勒尔放射性放射性元素钋镭大于83较小二、衰变【情境思考】如图的实验装置可
2、以检验放射性物质发出的射线的哪种性质?1.放射性衰变:放射性元素是_的,它们会自发地蜕变为另一种元素,同时放出射线的现象。2.衰变形式:常见的衰变有两种,放出粒子的衰变为_,放出粒子的衰变叫_,而_是伴随射线或射线产生的。不稳定衰变衰变射线3.放射线的本质:射线种类组成速度贯穿本领电离作用射线氦原子核_约很小,一张薄纸就能挡住_射线高速电子流_0.9c较大,能穿过几毫米厚的铝板较弱射线波长很短的_等于c_,能穿过几厘米厚的_很小很强电磁波最大铅板4.衰变规律:(1)衰变(2)衰变在衰变过程中,电荷数和质量数_。都守恒三、半衰期1.定义:放射性元素衰变减少至_所需的时间。2.半衰期的意义:半衰期
3、是一个统计概念,是对_原子核衰变规律的总结,对于_原子核,半衰期是没有意义的。3.影响因素:半衰期是放射性物质_的一种物理属性,由原子核自身的因素决定,与原子所处的_和_无关。原有数目一半大量单个固有化学状态外部条件关键能力合作学习知识点一 对三种射线的认识1.衰变方程通式:衰变衰变2.实验发现:元素具有放射性是由原子核本身的因素决定的,跟原子所处的物理或化学状态无关。不管该元素是以单质的形式存在,还是和其他元素形成化合物,或者对它施加压力,或者升高它的温度,它都具有放射性。3.三种射线都是高速运动的粒子,能量很高,都来自于原子核内部,这也使我们认识到原子核蕴藏有巨大的核能,原子核内也有极其复
4、杂的结构。4.对三种射线性质的理解:(1)射线带正电、射线带负电、射线不带电。射线、射线是实物粒子,而射线是光子流,属于电磁波的一种。(2)射线、射线都可以在电场或磁场中偏转,但偏转方向不同,射线则不发生偏转。(3)射线穿透能力弱,射线穿透能力较强,射线穿透能力最强,而电离本领相反。【特别提醒】(1)元素的放射性是由元素的原子核决定的。与其他外界因素无关。(2)射线是从元素的原子核中放出的,放射现象说明了原子核是可分的。【问题探究】如图所示、和三种射线分别在电、磁场中的运动轨迹说明了什么?它们分别带什么电性的电荷?提示:在电、磁场中,射线不发生偏转,做匀速直线运动,粒子和粒子沿相反的方向偏转;
5、根据电荷在电磁场中的受力情况,可以判断射线带正电,射线带负电,射线不带电;粒子的速度约为粒子速度的十分之一,但射线的偏转半径大于射线的偏转半径,根据带电粒子在匀强磁场中运动的半径公式r=可知,粒子的应大于粒子的,即粒子的质量应较大。【典例提示】【典例】如图所示为研究某未知元素放射性的实验装置,实验开始时在薄铝片和荧光屏之间有图示方向的匀强电场E,通过显微镜可以观察到在荧光屏的某一位置上每分钟闪烁的亮点数,若撤去电场后继续观察,发现每分钟的闪烁亮点数没有变化;如果再将薄铝片移开,观察到每分钟闪烁的亮点数大大增加,由此可以判断,放射源发出的射线可能为()A.射线和射线B.射线和射线C.射线和X射线
6、D.射线和射线【解析】选A。三种射线中射线和射线带电,进入电场后会发生偏转,而射线不带电,不受电场力,电场对它没有影响,在电场中不偏转。由题,将电场撤去,从显微镜内观察到荧光屏上每分钟闪烁亮点数没有变化,可知射线中含有射线。再将薄铝片移开,则从显微镜筒内观察到的每分钟闪烁亮点数大大增加,根据射线的特性:穿透本领最弱,一张纸就能挡住,分析得知射线中含有射线。故放射源所发出的射线可能为射线和射线。A正确。【规律方法】放射性问题的解题方法(1)明确原子核衰变的三种射线实质:射线是氦核,射线是电子流,射线是不带电的电磁波,穿透能力依次增强。(2)分清出现天然放射现象的原因:、射线均是从原子核中放出的带
7、电粒子。射线是处于激发态的原子核放出的高频电磁波。(3)元素的放射性由元素的原子核决定,与外界因素及物质所处的状态无关。【素养训练】1.天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验结果如图所示,由此可推知()A.来自于原子核外的电子B.的电离作用最强,是一种电磁波C.的电离作用较强,是一种电磁波D.的电离作用最弱,属于原子核内释放的光子【解析】选D。在三种射线中,穿透能力由弱到强依次是射线、射线、射线,即为射线,为射线,为射线。三种射线均来自于原子核,A错;射线电离作用最强,不是电磁波,B错;射线电离作用最弱,它是原子核内释放的光子或者说是电磁波,C错,D正确。2.核经一系列的衰变后变为核,问:
8、(1)一共经过几次衰变和几次衰变?(2)与相比,质子数和中子数各少多少?(3)写出这一衰变过程的方程。【解析】(1)设衰变为经过x次衰变和y次衰变,由质量数守恒和电荷数守恒,可得238=206+4x92=82+2x-y联立解得x=8,y=6,即一共经过8次衰变和6次衰变。(2)由于每发生一次衰变,质子数和中子数均减少2,每发生一次衰变,中子数减少1,质子数增加1,故比质子数少10,中子数少22。(3)核衰变方程为答案:(1)8次 6次(2)1022(3)【加固训练】某原子核A先进行一次衰变变成原子核B,再进行一次衰变变成原子核C,则:()A.核C的质子数比核A的质子数少2B.核A的质量数减核C
9、的质量数等于3C.核A的中子数减核C的中子数等于3D.核A的中子数减核C的中子数等于5【解析】选C。原子核A进行一次衰变后,一个中子转变为一个质子并释放一个电子,再进行一次衰变,又释放两个中子和两个质子,所以核A比核C多3个中子1个质子,选项C正确,A、B、D错误。知识点二 半衰期的公式及计算1.常用公式:N余=N原()t/,m=M()t/。式中N原、M表示衰变前的放射性元素的原子数和质量,N余、m表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量,t表示衰变时间,表示半衰期。2.规律的特征:放射性元素的半衰期是稳定的,是由元素的原子核内部因素决定,跟原子所处的物理状态(如压强、温度)或化学状态
10、(如单质、化合物)无关。3.规律的理解:半衰期是一个统计规律,只对大量的原子核有意义,对少数原子核没有意义。某一个原子核何时发生衰变,是不可知的,当原子核数目特别少时,公式不再成立,如10个原子核经过半衰期剩几个?这样的问题无法处理。4.规律的用途:利用天然放射性元素的半衰期可以估测岩石、化石和文物的年代。5.影响因素:每一种元素的半衰期都能反映原子核内部的性质,与所处的外部条件无关,即不能通过采用改变压强、温度及化学反应来影响元素的半衰期。【问题探究】研究半衰期的意义是什么?半衰期与哪些因素有关?提示:半衰期反映了放射性元素衰变的速度,是由原子核自身的因素决定的,跟原子所处的化学状态和外部条
11、件没有关系。【典例示范】【典例】(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.14B.12C.21D.41【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12,选项B正确。【素养训练】1.某放射性元素X经过11.4天有的原子核发生了衰变,若X的氧化物表示为X2O,X2O与F2能发生如下反应:2X2O+2F2=4XF+O2,则XF的半衰期为()A.11.4天B.7.6天C.5.7天D.3.8天【解析】选D。根据m余=m0得,因为t=
12、11.4天,所以该元素的半衰期为=天=3.8天,又因为元素的半衰期与原子所处的状态及外部环境无关,由原子核内部的因素决定,所以它的半衰期仍然为3.8天,故D正确,A、B、C错误。2.一小瓶含有某种放射性同位素的溶液,每分钟衰变6 000次,将它注射到某人的血液中,经过15 h后从此人身上取出10 mL的血液,测得每分钟有2次衰变。已知这种同位素的半衰期为5 h,试计算这个人血液的总体积为多少?【解析】设原来溶液中放射性同位素的含量为m0,经过15 h后变为m,根据放射性元素的衰变规律可知,m=设取出的10 mL的血液中放射性同位素的质量为m,人体内的血液体积为V,如果认为含放射性的溶液在血液中
13、是均匀分布的,则有故V=V,又由放射性元素每分钟的衰变次数与该元素的质量成正比,所以V=10 mL=3.75103 mL。答案:3.75103 mL【拓展例题】考查内容:衰变、衰变的规律等知识的考查【典例】放射性元素经过_次衰变和_次衰变变成了稳定元素。【解析】方法一:由于衰变不会引起质量数的减少,故可先根据质量数的减少确定衰变的次数.因为每进行一次衰变,质量数减少4,所以衰变的次数为:x=6再结合核电荷数的变化情况和衰变规律来判断衰变的次数。6次衰变,电荷数应减少26=12(个),而每进行一次衰变,电荷数增加1,所以衰变的次数为:y=12-(90-82)=4方法二:设经过x次衰变、y次衰变,
14、根据质量数和电荷数守恒得:232=208+4x,90=82+2x-y两式联立得x=6,y=4。答案:64【课堂回眸】课堂检测素养达标1.(多选)天然放射现象中,放射性元素放出的射线有、和三种,关于放射性元素的原子核的衰变,下列说法中正确的是()A.可能同时放出、射线B.可能同时只放出、射线C.可能同时只放出、射线D.可能只放出射线【解析】选A、C。当放射性物质连续发生衰变时,原子核中有的发生衰变,有的发生衰变,同时会伴随辐射,但不可能只放出射线而不发生衰变或衰变,A、C正确。2.（多选）(2020全国卷)1934年，约里奥居里夫妇用粒子轰击铝箔，首次产生了人工放射性同位素X，反应方程为：。X会
15、衰变成原子核Y，衰变方程为XY+，则（）A.X的质量数与Y的质量数相等B.X的电荷数比Y的电荷数少1C.X的电荷数比的电荷数多2D.X的质量数与的质量数相等【解析】选A、C。根据电荷数和质量数守恒，核反应方程分别为可知X的质量数与Y的质量数都是30，A正确；X的电荷数15比Y的电荷数14多1，B错误；X的电荷数15比的电荷数13多2，C正确；X的质量数30比的质量数27多3，D错误。3.如图,放射性元素镭衰变过程中释放出、三种射线,分别进入匀强电场和匀强磁场中,下列说法正确的是()A.表示射线,表示射线B.表示射线,表示射线C.表示射线,表示射线D.表示射线,表示射线【解析】选C。由放射现象中
16、射线带正电,射线带负电,射线不带电,结合在电场与磁场中的偏转可知是射线,是射线,故选C。4.(多选)14C发生放射性衰变成为14N,半衰期约5 730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的比例持续减少。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5 730年B.12C、13C、14C具有相同的中子数C.14C衰变为14N的过程中放出射线D.增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变【解析】选A、D。剩余的碳14占,表明经过了一个半衰期,A正确;碳14、13、12的质子数相同,质量数不同
17、,中子数不同,B错误;碳14变为氮14,质量数未变,放出的是电子流,即射线,C正确;半衰期不受外界环境影响,D错误。5.天然放射现象是1896年法国物理学家贝克勒尔发现的,该研究使人们认识到原子核具有复杂的结构。关于天然放射性,下列说法正确的是()A.所有元素都具有天然放射性B.放射性元素的半衰期与外界温度无关C.放射性元素与别的元素形成化合物后不再具有放射性D.、和三种射线中,射线的穿透能力最强【解析】选B。有些原子核不稳定,可以自发地衰变,但不是所有元素都可能发生衰变,故A错误;放射性元素的半衰期由原子核决定,与外界的温度无关,故B正确;放射性元素的放射性与核外电子无关,故放射性元素与别的
18、元素形成化合物时仍具有放射性,故C错误;、和三种射线,射线的穿透力最强,电离能力最弱,故D错误。6.氡的半衰期是3.8天,下列说法正确的是()A.升高温度,可以使氡的半衰期变短B.增加压强,可以使氡的半衰期变短C.4克氡原子核,经过7.6天就只剩下1克氡原子核D.4个氡原子核,经过7.6天就只剩下1个氡原子核【解析】选C。半衰期由元素本身决定,与原子核所处环境、状态无关;故A、B错误;氡的半衰期为3.8天,4克氡原子核,经过7.6天即经过2个半衰期,还剩余1克氡原子核,故C正确。半衰期是对大量原子核的统计规律,对于单个或者少数是不成立的,故D错误。7.(多选)天然放射性物质的放射线包含三种成分
19、,下面说法中正确的是()A.一张厚的黑纸可以挡住射线,但不能挡住射线和射线B.某种元素可以只放出射线,没有其他粒子的放射C.三种射线中对气体电离作用最强的是射线D.粒子是电子,但不是原来绕核旋转的核外电子【解析】选A、C、D。穿透能力最弱的是射线,用一张黑纸就可挡住,A正确;原子核在发生衰变或衰变时,伴随能量以粒子的形式放出,B错误;射线对气体电离作用最强,C正确;发生衰变时是一个中子转变为质子同时有电子放出,故不是原来绕核旋转的核外电子,D正确。8.若已知的半衰期为5 730年,某骸骨中的含量为活着的生物体中的,可推断该生物死亡距今约多少年?【解析】设古生物骸骨中含有的原来的质量为M,现在的
20、质量为m,距今的时间为t。由得解得t=11 460年。答案:11 460年大自然的“时钟”14C 20世纪80年代末,全世界的基督徒都在奔走相告,原来,教会用高科技澄清了一个历史大悬案,这就是关于耶稣裹尸布的真伪鉴定,鉴定证明了那块使人崇敬了多年的裹尸布是假的,它的原料纤维是13世纪才出现的,而此时耶稣已被钉在十字架上1 200多年了。这个轰动世界的年代鉴定是由14C做出的。视野拓展趣味物理14C的衰变极有规律,其精确性可以称为自然界的“标准时钟”。死亡的生物实际上就是无处不在的“时钟”,虽然很多文物本身不是生物体,如陶瓷、青铜器等,但总能在其上找到一些生物体的残留,像烟灰、油脂等,只要找到这些生物体里面含的14C,就能推测出它们所附着的物体的年代.不过,若无现代的高科技手段,人们是无法从文物样品中探知14C的年代信息的,因为14C在自然界的含量实在少得惊人,它和碳总量的正常比例只有一万亿分之一。但利用加速器质谱仪,根据不同粒子的拐弯半径不同可以容易地捕捉到14C,通过测定埋藏地下或保存放置的生物体中的14C和12C的比例,按14C已知的固定衰变速率进行计算,即可测出该生物体或文物的年代。因为加速器质谱仪能够数14C的原子,就大大拓宽了14C的测年范围,适用于了解从几百年到几万年历史时间内的具体年代。
