1、第2节原子核衰变及半衰期学习目标：1.物理观念知道原子核的衰变和衰变规律2.物理观念知道什么是半衰期3.科学态度与责任了解放射性在生产和科学领域的应用4.科学态度与责任知道放射性污染及其对人类和自然产生的严重危害，了解防护放射性的措施，建立防范意识一、原子核的衰变、半衰期1衰变：原子核由于放出射线或射线而转变为新核的变化2衰变形式：常见的衰变有两种，放出粒子的衰变为衰变，放出粒子的衰变为衰变，而射线是伴随射线或射线产生的3衰变规律(1)衰变：XHeY(2)衰变：XeY在衰变过程中，电荷数和质量数都守恒4衰变的快慢半衰期(1)放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间叫作半衰期(2)元素半衰期的
2、长短由原子核自身因素决定，与原子所处的物理、化学状态以及周围压强、温度无关二、放射性的应用1放射性同位素的应用主要分为两类：一是利用射线的电离作用、穿透能力等性质；二是作为示踪原子2射线特性的利用(1)辐射育种、食品辐射保存、放射性治疗等(2)放射性同位素电池：把放射性同位素衰变时释放的能量转换成电能的装置(3)射线探伤：利用了射线穿透能力强的特点3作为示踪原子：用仪器探测放射性同位素放出的射线，可以查明放射性元素的行踪，好像带有“标记”一样人们把具有这种用途的放射性同位素叫作示踪原子三、放射性污染和防护1放射性污染的主要来源(1)核爆炸(2)核泄漏(3)医疗照射2为了防止放射线的破坏，人们主
3、要采取以下措施(1)密封防护(2)距离防护(3)时间防护(4)屏蔽防护1思考判断(正确的打“”，错误的打“”)(1)利用放射性同位素放出的射线可以给金属探伤()(2)利用放射性同位素放出的射线消除有害的静电积累()(3)利用放射性同位素放出的射线保存食物()(4)医疗照射是利用放射性，对人和环境没有影响()(5)原子所处的周围环境温度越高，衰变越快()2(多选)下列关于放射性同位素的一些应用的说法正确的是()A利用放射性消除静电是利用射线的穿透作用B利用射线探测机器部件内部的砂眼或裂纹是利用射线的穿透作用C利用射线改良品种是因为射线可使DNA发生变异D放射性同位素的半衰期是相同的BC消除静电是
4、利用射线的电离作用使空气导电，A错误；探测机器部件内部的砂眼或裂纹和改良品种分别是利用它的穿透作用和射线可使DNA发生变异，B、C正确；不同的放射性同位素的半衰期是不同的，D错误3(多选)关于放射性元素的半衰期，下列说法正确的是()A是放射源质量减少一半所需的时间B是原子核半数发生衰变所需的时间C与外界压强和温度有关D可以用于测定地质年代、生物年代等BD原子核的衰变是由原子核的内部因素决定的，与外界环境无关原子核的衰变有一定的速率，每隔一定的时间即半衰期，原子核就衰变掉总数的一半不同种类的原子核，其半衰期也不同，若开始时原子核数目为N0，经时间t剩下的原子核数目为N，半衰期为T，则NN0若能测
5、出N与N0的比值，就可求出t，依此公式可测定地质年代、生物年代等故正确答案为B、D对原子核衰变的理解你知道考古学家靠什么推断古化石的年代吗？提示：只要测出古化石中14C的含量，就可以根据14C的半衰期推断古化石的年龄1衰变实质衰变：原子核内两个质子和两个中子结合成一个粒子，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，产生衰变2n2HHe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，即粒子放射出来nHe2衰变方程通式(1)衰变：XYHe(2)衰变：XYe3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次衰变和m次衰变后，变成稳定的新元素Y，则衰变方程
6、为：XYnHeme根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程：AA4n，ZZ2nm以上两式联立解得：n，mZZ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衰变的次数(这是因为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衰变的次数【例1】U核经一系列的衰变后变为Pb核，问：(1)一共经过几次衰变和几次衰变？(2)Pb与U相比，质子和中子数各少多少？(3)综合写出这一衰变过程的方程解析(1)设U衰变为Pb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2382064x,92822xy，联立解得x8，y6即一共经过8次衰变和6次衰变(2
7、)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，中子数少1，而质子数增1，故Pb较U质子数少10，中子数少22(3)核反应方程为UPb8He6e答案(1)8次衰变，6次衰变(2)1022(3)见解析分析衰变次数的解题步骤(1)先根据已知条件，表示出初、末原子核的符号如X、Y等(2)根据衰变规律，写出核反应方程，衰变次数用未知数表示如：XYmHene(3)根据核反应方程遵循的规律列方程求解未知数根据反应式得：跟进训练1某放射性元素的原子核X连续经过三次衰变和两次衰变，若最后变成另外一种元素的原子核Y，则该新核的正确写法是()AYBYCY DYD新核的质量数为MM12，故A、B错误；
8、电荷数ZZ62Z4，故C错误，D正确半衰期的理解与应用晋朝初年，南昌人许逊被朝廷任命为旌阳县令，他看到很多老百姓的租税交不了，非常同情他们，用点石成金的法术，免去百姓的租税许逊真的能把石头点成金子吗？提示：不能，衰变需要时间1常用公式：nN，mM式中N、M表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，n、m表示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，T表示半衰期2意义：表示放射性元素衰变的快慢3规律的特征：放射性元素的半衰期是稳定的，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4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
9、的总结5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【例2】恒星向外辐射的能量来自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7.81016s后所剩Be占开始时的_解析(1)根据核反应方程和电荷守恒定律可知，HeHeBe(2)Be的半衰期为2.61016s，经过7.81016s后，也就是经过3个半衰期后剩余的质量为mmm，所剩Be占开始时的答案(1)He(2)或12.5%应用半衰期公式mM，nN的三点注意(1)半衰期公式只对大量
10、原子核才适用，对少数原子核是不适用的(2)明确半衰期公式中m、M的含义及二者的关系；n、N的含义及二者的关系(3)明确发生衰变的原子核与新产生的原子核质量之间的比例关系，每衰变一个原子核，就会产生一个新核，它们之间的质量之比等于各自原子核的质量之比跟进训练2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()A14 B12 C21 D41B由半衰期含义可知，A经过两个半衰期剩余的质量为原来的，B经过一个半衰期，剩余的质量为原来的，所以剩余的A、B质量之比为12，B项正确放射性的应用放射性同位素的放射强度易于控制，它的半衰期比天然放射性物质短得
11、多，因此在生产和科学领域得以广泛的应用(1)能用射线来测量金属板的厚度吗？(2)射线照射食品延长保存期的原理是什么？提示：(1)不能(2)用射线照射食品可以杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期1人工放射性同位素的优点(1)放射强度容易控制(2)可以制成各种所需的形状(3)半衰期比天然放射性物质短得多，放射性废料容易处理因此，凡是用到射线时，用的都是人工放射性同位素2放射性同位素的主要应用(1)利用它的射线工业部门使用射线测厚度利用射线的穿透特性农业应用射线使种子的遗传基因发生变异，杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期等医疗上利用射线的高能量治疗癌症(2)作为示踪原子：放射性
12、同位素与非放射性同位素有相同的化学性质，通过探测放射性同位素的射线确定其位置【例3】(多选)下列说法正确的是()A给农作物施肥时，在肥料里放一些放射性同位素，是因为农作物吸收放射性同位素后生长更好B输油管道漏油时，可以在输的油中放一些放射性同位素探测其射线，确定漏油位置C天然放射元素也可以作为示踪原子加以利用，只是含量较少，经济上不划算D放射性元素被植物吸收，其放射性不会发生改变BD放射性元素与它的同位素的化学性质相同，但是利用放射性元素可以确定农作物在各季节吸收含有哪种元素的肥料无论植物吸收含放射性元素的肥料，还是无放射性肥料，植物生长是相同的，A错误；人工放射性同位素，含量易控制，衰变周期
13、短，不会对环境造成永久污染，而天然放射性元素，剂量不易控制、衰变周期长、会污染环境，所以不用天然放射元素，C错误；放射性是原子核的本身性质，与元素的状态、组成等无关，D正确；放射性同位素可作为示踪原子，是因为它不改变元素的化学性质，B正确放射性同位素的应用技巧(1)用射线来测量厚度，一般不选取射线是因为其穿透能力太差，更多的是选取射线，也有部分选取射线的(2)给病人治疗癌症、培育优良品种、延长食物保质期一般选取射线(3)使用放射线时安全是第一位的跟进训练3关于放射性同位素的应用，下列说法正确的是()A利用射线可以改变布料的性质，使其不再因摩擦而生电，从而达到消除有害静电的目的B利用射线的贯穿能
14、力可以为金属探伤，也可以进行人体的透视C利用射线照射作物种子可使其DNA发生变异，其结果一定是更优秀的品种D利用射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体正常组织造成太大的伤害D利用射线消除有害静电是利用射线的电离性，使空气分子电离，将静电中和，选项A错误；射线对人体细胞伤害太大，不能用来进行人体透视，选项B错误；作物种子发生的DNA突变不一定都是有益的，还要经过筛选才能培育出优良品种，选项C错误；利用射线治疗肿瘤对人体肯定有副作用，因此要科学地控制剂量，选项D正确放射性的污染和防护射线在人们心里是一个恶魔，许多人谈“核”色变，怎样对射线进行有效的防护呢？放射性物质危险警告标志提示：其实射线
15、并不可怕，可怕的是无知，只要熟知各种射线的特点，就可以避开射线对我们的危害，如图所示，从图中你可能有所体会污染与防护举例与措施说明污染核爆炸核爆炸的最初几秒钟辐射出来的主要是强烈的射线和中子流，长期存在放射性污染核泄漏核工业生产和核科学研究中使用的放射性原材料，一旦泄漏就会造成严重污染医疗照射医疗中如果放射线的剂量过大，也会导致病人受到损害，甚至造成病人死亡防护密封防护把放射源密封在特殊的包壳里，或者用特殊方法覆盖，以防止射线泄漏距离防护距放射源越远，人体吸收放射线的剂量就越少，受到的危害就越轻时间防护尽量减少受辐射的时间屏蔽防护在放射源与人体之间加屏蔽物能起到防护作用，铅的屏蔽作用最好【例4
16、】(多选)贫铀炸弹是一种杀伤力很强的武器贫铀是提取铀235以后的废料，其主要成分为铀238贫铀炸弹有很强的穿甲能力，而且铀238具有放射性，残留物可长期对环境起破坏作用而造成污染人长期生活在该环境中会受到核辐射而易患上皮肤癌和白血病下列结论正确的是()A铀238的衰变方程式为UHeThBU和U互为同位素C人患皮肤癌和白血病可能是因为核辐射导致了基因突变D贫铀炸弹的穿甲能力很强，也是因为它的放射性ABC铀238具有放射性，放出一个粒子，变成钍234，选项A正确；铀238和铀235质子数相同，故互为同位素，选项B正确；核辐射能导致基因突变，是皮肤癌和白血病的诱因之一，选项C正确；贫铀炸弹的穿甲能力
17、很强，是因为它的弹芯是由高密度、高强度、高韧性的铀合金组成，袭击目标时产生高温化学反应，所以其爆炸力、穿透力远远超过一般炸弹，选项D错跟进训练4(1)一病人突然昏厥，医生用碘123进行诊断，通过体外跟踪，迅速查出病因这是利用碘123所放出的()A热量 B射线 C射线 D射线(2)医生用碘123对病人进行诊断，使其很快恢复健康，碘123的特性是()A半衰期长，并能迅速从体内清除B半衰期长，并能缓慢从体内清除C半衰期短，并能迅速从体内清除D半衰期短，并能缓慢从体内清除解析(1)原子核衰变可同时放出、射线，射线是氦核流，射线是电子流，射线是电磁波，射线与射线的穿透本领都较弱，这是利用碘123所放出的
18、射线故A、B、C错误，D正确(2)半衰期由原子核自身因素决定，与所处的状态无关，而医生用碘123进行诊断，原因是其半衰期较短，在较短的时间内可以测量到一定量的放射性，并可迅速从体内消除，避免过度放射对人体造成危害故C符合题意答案(1)D(2)C1(多选)以下说法正确的是()A通过原子核的人工转变可以发现和制造新元素B在人工核反应过程中，质量守恒C利用示踪原子可以研究生物大分子的结构D人类一直生活在放射性的环境中ACD通过原子核的人工转变可以发现和制造新元素，A项正确；在人工核反应过程中，质量数守恒，B项错误；利用示踪原子可以研究生物大分子的结构，C项正确；人类一直生活在放射性的环境中，地球上的
19、每个角落都有射线，D项正确2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射线和射线B放射性元素发生衰变时，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1C一次衰变不可能同时产生射线和射线，只可能同时产生射线和射线或射线和射线；原子核发生衰变后，核电荷数发生了变化，故新核(新的物质)的化学性质也发生改变；发生正电子衰变，新核质量数不变，核电荷数减小13某放射性原子核A，经一次衰变成为B，再经一次衰变成为C，则()A原子核C的中子数比A少2B原子核C的质子数比A少1C原子核C的中子数比B少2D原子核C的质子数比B少1
20、B写出核反应方程如下：AHeB，BeCA的中子数为XY，B的中子数为(X4)(Y2)XY2，C的中子数为(X4)(Y1)XY3故C比A中子数少3，C比B中子数少1，A、C均错A、B、C的质子数分别为Y、Y2、Y1，故C比A质子数少1，C比B质子数多1，B对，D错4(多选)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5 700年B12C、13C、14C具有相同的中子数C14C衰变为14N的过程
21、中放出射线D增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变AC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，中子数不同，碳14比碳12多两个中子，故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约里奥居里夫妇因发现人工放射性同位素而获得了1935年的诺贝尔化学奖，他们发现的放射性元素P衰变成Si的同时放出另一种粒子，这种粒子是_P是P的同位素，被广泛应用于生物示踪技术1 mg P随时间衰变的关系如图所示，请估算4 mg的P经多少天的衰变后还剩0.25 mg解析由核反应过程中电荷数和质量数守恒可写出核反应方程：PSie，可知这种粒子是正电子由图像可知P的半衰期为14天，4 mg的P衰变后还剩0.25 mg，经历了4个半衰期，所以为56天答案正电子56天
