1、高考资源网（） 您身边的高考专家第2节原子核衰变及半衰期1.了解天然放射现象及其规律(重点)2.知道三种射线的本质，以及如何利用磁场区分它们(重点)3知道放射现象的实质是原子核的衰变4.知道两种衰变的基本性质，并掌握原子核的衰变规律(重点)5理解半衰期的概念(重点难点)一、天然放射现象定义：物质能自发地放出射线的现象物质放出射线的性质，叫做放射性具有放射性的元素，叫做放射性元素天然放射现象最先是由贝克勒尔于1896年发现的人类对原子核变化规律的认识，是从天然放射现象的发现开始的天然放射性现象的发现有何意义？提示：天然放射现象使人们认识到原子核具有复杂的内部结构二、放射线的本质射线是高速运动的氦
2、原子核粒子流速度约为光速的0.1倍，电离作用很强，穿透能力很弱射线是高速运动的电子流，速度约为光速的0.9倍，电离作用较弱，穿透本领较强射线是波长很短的电磁波，它的电离作用很弱，穿透能力很强1(1)射线实际上就是氦原子核，射线具有较强的穿透能力()(2)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)射线是能量很高的电磁波，电离作用很强()提示：(1)(2)(3)三、原子核的衰变种类方程规律原子核的衰变衰变：放出粒子的衰变UThHe质量数、核电荷数守恒衰变：放出粒子的衰变ThPae 衰变2(1)原子核发生衰变，变成了一种新的原子核()(2)原子核衰变时质量是守恒的()(3)衰
3、变时放出的电子就是核外电子()提示：(1)(2)(3)四、半衰期定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间公式：mMm为该元素剩余的质量，M为该元素原来的质量，t为经过的时间，为半衰期影响因素：元素半衰期的长短由原子核自身因素决定，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关适用条件：半衰期描述的是大量原子核的统计行为，说明在大量原子核群体中，经过一定时间将有一定比例的原子核发生衰变3(1)半衰期可以表示放射性元素衰变的快慢()(2)半衰期是放射性元素的大量原子核衰变的统计规律()(3)对放射性元素加热时，其半衰期缩短()提示：(1)(2)(3)对三种射线的认识三
4、种射线的比较射线射线 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2ee0质量4mpmp1.671027 kg静止质量为零速度0.1c0.9cc在电场或磁场中偏转与射线反向偏转不偏转贯穿本领最弱用纸能挡住较强穿透几毫米的铝板最强穿透几厘米的铅板对空气的电离作用很强较弱很弱在空气中的径迹粗、短、直细、较长、曲折最长通过胶片感光感光感光三种射线产生的机理射线核内两个中子和两个质子结合得比较紧密，有时会作为一个整体从较大的原子核中抛射出来原子核发生一次衰变，质子数和中子数分别减少2射线核中的中子可以转化为一个质子和一个电子，产生的电子从核中发射出来，这就是射线，由于该电子来源于原子核，它
5、的速度远大于阴极射线中的电子和核外绕核旋转的电子 射线原子核的能量也是不连续的，同样存在着能级，能级越低越稳定放射性原子核在发生衰变、衰变后产生的新核往往处于高能级，当它向低能级跃迁时，辐射 光子由于原子核中的能级跃迁辐射出的光子能量非常大，故 光子的频率很大将、三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场，如图表示射线偏转情况中正确的是()ABCD思路点拨 求解本题应把握以下两点：(1)粒子、粒子在磁场中偏转，求半径再比较(2)粒子、粒子在电场中做平抛运动，求偏向位移再比较解析已知粒子带正电，粒子带负电，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、四幅图
6、中，、粒子的偏转方向都是正确的，偏转的程度如下：带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，其半径r，将其数据代入，则粒子与粒子的半径之比为：.由此可见正确，错误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，沿电场方向位移为y，则有：xv0t，yt2，消去t可得：y.对某一确定的x值，、粒子沿电场线偏转距离之比为.由此可见错误，正确答案B求解此类题目要熟知以下两点(1)三种射线的带电性质(2)正、负电荷在电场或磁场中的运动规律及解题方法1.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，
7、表示射线D表示射线，表示射线解析：选C.射线为电磁波，在电场、磁场中均不偏转，故和表示射线，A、B、D项错；射线中的粒子为氦的原子核，带正电，在匀强电场中，沿电场方向偏转，故表示射线，由左手定则可知在匀强磁场中射线向左偏，故表示射线，C项对正确理解原子核的衰变天然放射现象说明原子核具有复杂的结构原子核放出粒子或粒子(并不表明原子核内有粒子或粒子，原子核内不可能有粒子或电子)后变成新的原子核，这种变化称为原子核的衰变衰变规律：原子核衰变前后的核电荷数和质量数都守恒衰变方程(1)原子核放出一个粒子就说明它发生了一次衰变，新核的质量数比原来的核减少了4，而核电荷数减少2，用通式表示为：衰变：XYHe
8、.(2)原子核放出一个粒子就说明它发生了一次衰变，新核的质量数不变，而核电荷数增加了1，用通式表示为：衰变：XYe.(3)射线经常是伴随衰变和衰变而产生，往往是衰变后的新核向低能级跃迁时辐射出来的一份能量，原子核放出一个光子不会改变它的质量数和核电荷数两个重要的衰变UThHe，ThPae.对核反应过程的说明(1)核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向，不能用等号连接(2)核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个守恒求出生成物来写核反应方程(3)核反应中遵循质量数守恒而不是质量守恒，核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化(4)当放射性物质发生连续衰变
9、时，原子核中有的发生衰变，有的发生衰变，同时伴随着辐射，这时可连续放出三种射线U放射性衰变有多种可能途径，其中一途径是先变成Bi，而Bi可以经一次衰变变成X(X代表某一种元素)，也可以经一次衰变变成Ti，X和Ti最后都变成Pb，衰变路径如图所示，则图中()Aa82，b211B是衰变，是衰变C是衰变，是衰变D.Ti经过一次衰变变成Pb思路点拨 求解本题应注意以下两点：(1)发生一次衰变，质量数减少4，核电荷数减少2，根据质量数变化求衰变的次数(2)发生一次衰变，质量数不变，核电荷数增加1，再根据电荷数变化确定衰变的次数解析Bi经一次衰变变成X，由于质量数不变，所以只发生了一次衰变，核电荷数增加1
10、即a83184，是衰变.Bi经一次衰变变成Ti，由于核电荷数减少2，所以只发生了一次衰变，质量数减少4，即b2104206，是衰变，故A、C项均错误，B项正确；Ti变成Pb，质量数不变，核电荷数增加1，所以只能经过一次衰变，故D项错误答案B有关连续衰变确定衰变次数的问题应注意的两点(1)由于衰变不改变质量数，可先根据质量数守恒，确定衰变次数(2)再根据总核电荷数守恒，确定衰变次数 2.原子核U经放射性衰变变为原子核Th，继而经放射性衰变变为原子核Pa，再经放射性衰变变为原子核U，放射性衰变、和依次为()A衰变、衰变和衰变B衰变、衰变和衰变C衰变、衰变和衰变D衰变、衰变和衰变解析：选A.UTh，
11、质量数少4，电荷数少2，说明为衰变.ThPa，质子数加1，质量数不变，说明为衰变，中子转化成质子.PaU，质子数加1，质量数不变，说明为衰变，中子转化成质子故选A.对半衰期的理解常用公式：N余N原，mM.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(如单质、化合物)无关规律的用途：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
12、核是没有意义的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，放出射线变成一个新核，其半衰期为5 730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？思路点拨 (1)根据质量数守恒和电荷数守恒写出衰变方程(2)由古生物14C的含量与活体14C的含量对比可确定其半衰期数，即可
13、计算出古生物的年代解析(1)C的衰变方程为：CeN.(2)C的半衰期5 730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NN0N0，即0.25N0N0，故2，t11 460年答案(1)CeN(2)11 460年放射性元素的原子核在衰变或衰变生成新原子核时，往往会同时伴随_辐射已知A、B两种放射性元素的半衰期分别为T1和T2，经过tT1T2时间后测得这两种放射性元素的质量相等，那么它们原来的质量之比mAmB_解析：由半衰期公式mm0结合题意可得mAmB，所以.答案：2T22T1衰变、衰变在磁场中的轨迹分析设有一个质量为M0的原子核，原来处于静止状态当发
14、生一次(或)衰变后，释放的粒子的质量为m，速度为v，产生的反冲核的质量为M，速度为v.1动量守恒关系：0mvMv或mvMv.2在磁场中径迹的特点：当粒子和反冲核垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场时，将在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动，且轨迹如图所示(1)轨道半径的大小：因为粒子与反冲核的动量大小相等，所以轨道半径与电荷量成反比，即R.当发生衰变时：.当发生衰变时：.如果测出轨道的半径比，可以求出Z，从而判定是什么原子核发生了衰变(2)运行周期的长短：在同样的条件下，运行周期与粒子和反冲核的比荷成反比，即T.(3)径迹的特点：粒子的轨道半径大，反冲核的轨道半径小粒子与反冲核带同种电荷，两轨道外切；
15、粒子与反冲核带异种电荷，两轨道内切；射线的径迹为与反冲核的径迹相切的直线静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核，当它放出一个粒子后，其速度方向与磁场方向垂直，测得粒子和反冲核轨道半径之比为441，如图所示，则下列说法错误的是()A粒子与反冲核的动量大小相等，方向相反B原来放射性元素的原子核电荷数为90C反冲核的电荷数为88D粒子和反冲粒子的速度之比为188解析微粒之间相互作用的过程中遵循动量守恒，由于初始总动量为0，则末动量也为0，即粒子和反冲核的动量大小相等、方向相反由于释放的粒子和反冲核均在垂直于磁场的平面内且在洛伦兹力作用下做圆周运动，由Bqvm得：R.若原来放射性元素的核电荷数为Q，则
16、对粒子：R1对反冲核：R2.由于p1p2，R1R2441，得Q90它们的速度大小与质量成反比，故选项D错误答案D随堂检测 天然放射现象的发现揭示了()A原子不可再分B原子的核式结构C原子核还可以再分D原子核由质子和中子组成解析：选C.汤姆孙发现了电子说明原子也可再分；卢瑟福通过粒子散射实验提出了原子的核式结构；贝可勒尔发现了天然放射现象，说明了原子核也是有着复杂的结构的天然放射现象的发现揭示了原子核还可再分卢瑟福用粒子轰击氮核，发现了质子，查德威克用粒子轰击铍核打出了中子，使人们认识到原子核是由质子和中子组成的所以选项C正确(多选)下列关于放射性元素发出的三种射线的说法中正确的是()A粒子就是
17、氢原子核，它的穿透本领和电离本领都很强B射线是电子流，其速度接近光速C射线是一种频率很高的电磁波，它可以穿过几厘米厚的铅板D以上三种说法均正确解析：选BC.粒子是氦原子核，它的穿透本领很弱而电离本领很强，A项错误；射线是电子流，其速度接近光速，B项正确；射线的穿透能力很强，可以穿透几厘米厚的铅板，C项正确(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BD.由半衰期的定义可知，A错，B对
18、由衰变和衰变的实质可知，C错，D对碘131的半衰期约为8天若某药物含有质量为m的碘131，经过32天后，该药物中碘131的含量大约还有()A.BC.D解析：选C.经过32天即4个半衰期，碘131的含量变为m，C项正确课时作业一、单项选择题在天然放射性物质附近放置一带电体，带电体所带的电荷很快消失的根本原因是()A射线的贯穿作用B射线的电离作用C射线的贯穿作用D射线的中和作用解析：选B.由于粒子电离作用较强，能使空气分子电离，电离产生的电荷与带电体的电荷中和，使带电体所带的电荷很快消失关于放射性元素的衰变和衰变，下列说法中正确的是()A原子核每放出一个粒子，原子序数减少4B原子核每放出一个粒子，
19、原子序数增加4C原子核每放出一个粒子，原子序数减少1D原子核每放出一个粒子，原子序数增加1解析：选D.发生一次衰变，核电荷数减少2，质量数减少4，原子序数减少2；发生一次衰变，核电荷数增加1，原子序数增加1.实验观察到，静止在匀强磁场中A点的原子核发生衰变，衰变产生的新核与电子恰在纸面内做匀速圆周运动，运动方向和轨迹示意图如图，则()A轨迹1是电子的，磁场方向垂直纸面向外B轨迹2是电子的，磁场方向垂直纸面向外C轨迹1是新核的，磁场方向垂直纸面向里D轨迹2是新核的，磁场方向垂直纸面向里解析：选D.根据动量守恒定律，原子核发生衰变后产生的新核与电子的动量大小相等，设为p.根据qvB，得轨道半径r，
20、故电子的轨迹半径较大，即轨迹1是电子的， 轨迹2是新核的根据左手定则，可知磁场方向垂直纸面向里选项D正确最近几年，原子核科学家在超重元素的探测方面取得重大进展，1996年科学家们在研究某两个重离子结合成超重元素的反应时，发现生成的超重元素的核X经过6次衰变后的产物是Fm.由此，可以判定生成的超重元素的原子序数和质量数分别是()A124、259B124、265C112、265D112、277解析：选D.由电荷数守恒得Z10012112，由质量数守恒得A25324277，故选D.如图中曲线a、b、c、d为气泡室中某放射物发生衰变放出的部分粒子的径迹，气泡室中磁感应强度方向垂直于纸面向里以下判断可能
21、正确的是()Aa、b为粒子的径迹Ba、b为粒子的径迹Cc、d为粒子的径迹Dc、d为粒子的径迹解析：选D.由于粒子带正电，粒子带负电，粒子不带电，据左手定则可判断a、b可能为粒子的径迹，c、d可能为粒子的径迹，选项D正确铀239(U)经过衰变可产生钚239(Pu)关于铀239的衰变，下列说法正确的是()A.Pu与U的核内具有相同的中子数和不同的核子数B放射性物质U发生衰变时所释放的电子来源于核外电子C.U经过2次衰变产生PuD温度升高，U的半衰期减小解析：选C.U的质量数A239，核电荷数Z92，则中子数n23992147，Pu的质量数A239，核电荷数Z94，则中子数nAZ23994145，故
22、核子数相同，但中子数不同，故A错误衰变是原子核的衰变，与核外电子无关，衰变时释放的电子是由核内一个中子转化成一个质子同时释放出来的，故B错误.U2ePu，显然反应物的质量数为239，而生成物的质量数为239，故质量数守恒；而反应物的核电荷数为92，故核电荷数守恒，反应能够发生，故C正确半衰期与物体的温度、状态均无关，而是由核内部自身因素决定的，故D错误二、多项选择题如图所示，铅盒A中装有天然放射性物质，放射线从其右端小孔中水平向右射出，在小孔和荧光屏之间有垂直于纸面向里的匀强磁场，则以下说法中正确的是()A打在图中a、b、c三点的依次是射线、射线和射线B射线和射线的轨迹是抛物线C射线和射线的轨
23、迹是圆弧D如果在铅盒和荧光屏间再加一个竖直向下的场强适当的匀强电场，可能使屏上的亮斑只剩下b解析：选AC.由左手定则可知粒子向右射出后，在匀强磁场中粒子受的洛伦兹力向上，粒子受的洛伦兹力向下，轨迹都是圆弧由于粒子速度约是光速的，而粒子速度接近光速，所以在同样的混合场中不可能都做直线运动本题应选A、C.关于天然放射性，下列说法正确的是()A所有元素都有可能发生衰变B放射性元素的半衰期与外界的温度无关C放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性D一个原子核在一次衰变中可同时放出、和三种射线解析：选BC.自然界中绝大部分元素没有放射现象，选项A错误；放射性元素的半衰期只与原子核结构有关，与其他因素
24、无关，选项B、C正确；原子核发生衰变时，不能同时发生和衰变，射线伴随这两种衰变产生，故选项D错误14C发生放射性衰变成为14N，半衰期约5 700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5 700年B12C、13C、14C具有相同的中子数C14C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AC.古木样品中14C的比例是现代植物所制样品的二分之一，根据半衰期的定义知该古木的年代距今约5 700年，选项A正
25、确；同位素具有相同的质子数，不同的中子数，选项B错误；14C的衰变方程为CNe，所以此衰变过程放出射线，选项C正确；放射性元素的半衰期与核内部自身因素有关，与原子所处的化学状态和外部条件无关，选项D错误10.在匀强磁场中，一个原来静止的原子核发生了衰变，得到两条如图所示的径迹，图中箭头表示衰变后粒子的运动方向不计放出光子的能量，则下列说法正确的是()A发生的是衰变，b为粒子的径迹B发生的是衰变，b为粒子的径迹C磁场方向垂直于纸面向外D磁场方向垂直于纸面向里解析：选AD.放射性元素放出粒子时，粒子与反冲核的速度相反，而电性相反，则两个粒子受到的洛伦兹力方向相同，两个粒子的轨迹应为内切圆，故放出的
26、是粒子，放射性元素放出粒子时，两带电粒子的动量守恒，由半径公式可得轨迹半径与动量成正比，与电荷量成反比，而粒子的电荷量比反冲核的电荷量小，则粒子的半径比反冲核的半径大，故b为粒子的运动轨迹，故选项A正确，由左手定则知磁场方向垂直纸面向里，选项D正确三、非选择题恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，当温度达到108 K时，可以发生“氦燃烧”(1)完成“氦燃烧”的核反应方程：He_Be.(2)Be是一种不稳定的粒子，其半衰期为2.61016 s一定质量的Be，经7.81016 s后所剩Be占开始时的多少？解析：(1)根据核反应方程的电荷数守恒，质量数守恒可知核反应方程应为HeHeBe.
27、(2).答案：(1)He(2)(或12.5%)(1)原子核Th具有天然放射性，它经过若干次衰变和衰变后会变成新的原子核下列原子核中，有三种是Th衰变过程中可以产生的，它们是_A.PbBPbC.PoD.RaE.Ra(2)一静止的U核经衰变成为Th核，释放出的总动能为4.27 MeV.问此衰变后Th核的动能为多少MeV(保留1位有效数字)?解析：(1)选ACD.发生1次衰变时核子的质量数减4，电荷数减2；发生1次衰变时，质量数不变，电荷数加1.先从质量数的变化分析，易得A、C、D正确(2)据题意知，此衰变的衰变方程为：UThHe，根据动量守恒定律得mvmThvTh式中，m和mTh分别为粒子和Th核的质量，v和vTh分别为粒子和Th核的速度，由题设条件知：mvmThvEk式中Ek4.27 MeV，是粒子与Th核的总动能由式得mThvEk代入数据得，衰变后Th核的动能mThv0.07 MeV.答案：(1)ACD(2)0.07 MeV高考资源网版权所有，侵权必究！