1、第四章原子核第二节 放射性元素的衰变学 习 目 标重 点 难 点1.知道天然放射现象的原因是原子核的衰变.2.知道三种射线的本质.3.知道衰变和衰变.4.知道半衰期的概念重点1.三种射线的特征.2.衰变和 衰变难点1.如何用电场和磁场来区分三种射线.2.半衰期的相关计算.知识点一 原子核的衰变提炼知识1三种射线及其本质特征(1)射线是高速运动的 粒子流，实际上就是氦原子核，速度可达到光速的 110，其电离作用强，贯穿能力较差，在空气中只能前进几厘米，用一张纸就能把它挡住.(2)射线是高速运动的电子流，它的速度很大，可达光速的 99%，它的电离作用较弱，贯穿本领较强，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫
2、米厚的铝板(3)射线不带电，是能量很高的电磁波，波长很短，在 1010 m 以下，它的电离作用最小，贯穿本领却最强，甚至能穿透几厘米厚的铅板2原子核的衰变(1)衰变：原子核放出 粒子或 粒子后，会变成新的原子核我们把一种元素经放射过程变成另一种元素的现象，称为原子核的衰变(2)衰变有 衰变和 衰变放出 粒子的衰变叫 衰变，放出 粒子的衰变叫 衰变 射线是伴随 射线和 射线而产生的光辐射，射线的本质是能量，由于原子核衰变成的新核往往处于高能级，它要向低能级跃迁，并辐射 光子(3)放射性物质连续发生衰变时，有的原子核发生 衰变，有的发生 衰变，如果还伴随着 辐射，这时射线中就会同时具有、和 射线3
3、衰变规律原子核衰变时，电荷数和质量数总是守恒的判断正误(1)射线实际上就是氦原子核，射线具有较强的穿透能力()(2)原子核在衰变时，它在元素周期表中的位置不变()(3)射线经常是伴随 射线和 射线产生的()小试身手1一放射源放射出某种或多种射线，当用一张薄纸放在放射源的前面时，强度减为原来的13，而当用 1 cm 厚的铝片放在放射源前时，射线的强度减小到几乎为零由此可知，该放射源所射出的()A仅是 射线 B仅是 射线C是 射线和 射线D是 射线和 射线解析：三种射线中，射线贯穿本领最强，能穿透几厘米厚的铅板，题中用 1 cm 厚的铝片即能挡住射线，说明射线中不含 射线，用薄纸便可挡住部分射线，
4、说明射线中含有贯穿本领较小的 射线，同时有大部分射线穿过薄纸，说明含有 射线 答案：C知识点二 半衰期提炼知识1概念：原子核数目因衰变减少到原来的一半所经过的时间，叫作半衰期，记为 T1/2，半衰期越大，表明放射性元素衰变得越慢2衰变规律表达式：mm012tT1/2.m0 表示放射性元素衰变前的质量，m 是经时间 t 后剩余的放射性元素的质量3半衰期与平均寿命之间的关系：T1/20.693.4特点：放射性元素衰变的速率由核本身的因素决定，与原子所处的物理状态或化学状态无关判断正误(1)半衰期与原子所处的化学状态和外部条件都无关()(2)半衰期是原子核有半数发生衰变需要的时间，经过两个半衰期原子
5、核就全部发生衰变()小试身手2下列有关半衰期的说法正确的是()A放射性元素的半衰期越短，表明有半数原子核发生衰变所需的时间越短，衰变速度越快B放射性元素的样品不断衰变，随着剩下未衰变的原子核的减少，元素半衰期也变长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衰变速度D降低温度或增大压强，让该元素与其他物质形成化合物，均可减小衰变速度解析：放射性元素的半衰期是指放射性元素的原子核半数发生衰变所需的时间，它反映了放射性元素衰变速度的快慢，半衰期越短，则衰变越快；某种元素的半衰期长短由其本身因素决定，与它所处的物理、化学状态无关，A 正确，B、C、D 错误 答案：A拓展一 天然放射现象的三种
6、射线如图为三种射线在磁场中的运动轨迹示意图(1)射线向左偏转，射线向右偏转，射线不偏转说明了什么？提示：说明 射线带正电，射线带负电，射线不带电(2)射线的偏转半径大于 射线的偏转半径说明什么问题？提示：说明 射线比荷小于 射线的比荷1三种射线的比较种类 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 836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2.三
7、种射线的分离(1)用匀强电场分离时，带正电的 射线沿电场方向偏转，带负电的 射线沿电场的反方向偏转，且 射线偏转小，射线偏转大，而 射线不偏转如图 a 所示(2)用匀强磁场分离时，射线和 射线沿相反的方向做匀速圆周运动，且在同样的条件下 射线的轨道半径大，射线的轨道半径小，射线不偏转如图 b 所示【典例 1】放射性元素放出的射线，在电场中分成A、B、C 三束，如图所示，其中()AC 为氦核组成的粒子流BB 为比 X 射线波长更长的光子流CB 为比 X 射线波长更短的光子流DA 为高速电子组成的电子流解析：根据射线在电场中的偏转情况，可以判断，A是由带正电的粒子组成的射线，所以 A 是 射线；B
8、 射线在电场中不偏转，所以 B 射线不带电，是 射线；C 射线在电场中受到与电场方向相反的作用力，应为带负电的粒子，所以是 射线 答案：C题后反思 判断三种射线性质的方法(1)射线的电性：射线带正电、射线带负电、射线不带电、是实物粒子，而 射线是光子流，是波长很短的电磁波.(2)射线的偏转：在电场或磁场中，通过其受力及运动轨迹半径的大小来判断 和 射线偏转方向，由于 射线不带电，故运动轨迹仍为直线.(3)射线的穿透能力：粒子穿透能力较弱，粒子穿透能力较强，射线穿透能力最强，而电离作用相反 1关于 射线、射线、射线，说法正确的是()A 射线穿透能力最强B 射线电离能力最强C 射线电离能力最弱D
9、射线穿透能力最弱答案：C2如图所示，x 为未知的放射源，L 为薄铝片，若在放射源和计数器之间加上 L 后，计数器的计数率大幅度减小，在 L 和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，则 x 可能是()A 和 的混合放射源 B纯 放射源C 和 的混合放射源 D纯 放射源解析：此题考查运用三种射线的性质分析问题的能力在放射源和计数器之间加上铝片后，计数器的计数率大幅度减小，说明射线中有穿透力很弱的粒子，即 粒子，在铝片和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，说明穿过铝片的粒子中无带电粒子，故只有 射线因此，放射源可能是 和 的混合放射源 答案：C拓展二 原子核的衰变1
10、当原子核发生 衰变时，原子核的质子数和中子数如何变化？为什么？提示：当原子核发生 衰变时，原子核的质子数减小2，中子数减小 2，因为 衰变的实质是 2 个质子和 2 个中子结合在一起从原子核中被抛射出来2当发生 衰变时，新核的核电荷数相对原来的原子核变化了多少？新核在元素周期表中的位置怎样变化？提示：发生 衰变时核电荷数增加 1，所以原子序数增加 1，元素在周期表上向原子序数增加的方向移动 1 位1定义：原子核放出 粒子或 粒子转变为新核的过程叫作原子核的衰变原子核放出 粒子或 粒子，并不表明原子核内有 粒子或 粒子，粒子是电子流，而原子核内不可能有电子存在2衰变种类(1)衰变：放出 粒子的衰
11、变，如238 92U234 90Th42He.(2)衰变：放出 粒子的衰变，如234 90Th234 91Pa01e.3衰变规律：原子核发生衰变时，衰变前后的电荷数和质量数都守恒4 衰变和 衰变的实质(1)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，即 211H210n42He.(2)衰变：原子核内没有电子，但是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，产生的电子从核内发射出来，产生 衰变，即10n11H01e.5衰变方程(1)原子核放出一个 粒子就说它发生了一次 衰变，新核的质量数比原来的核减少了 4，
12、而电荷数减少 2，用通式表示 衰变为：AZXA4Z2Y42He.(2)原子核放出一个 粒子就说它发生了一次 衰变，新核的质量数不变，而电荷数增加了 1，用通式表示 衰变为：AZXAZ1Y01e.(3)射线经常是伴随 衰变和 衰变而产生，往往是由于衰变后的新核向低能级跃迁时辐射出来的能量，原子核放出一个 光子不会改变它的质量数和电荷数6衰变方程的书写(1)核反应过程一般都不是可逆的，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杜撰出生成物(3)当放射性物质发生连续衰变时，原子核中有的发生 衰变，有的发生 衰变，同时伴随着
13、辐射，这时可连续放出三种射线7确定衰变次数的方法(1)设放射性元素AZX经过n次衰变和m次衰变后，变成稳定的新元素AZY，则衰变方程为AZXAZYn42Hem01e.根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程AA4n，ZZ2nm.由以上两式可解得 n 和 m.(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【典例 2】(多选)天然放射性元素钍232 90Th 经过一系列 衰变和 衰变之后，变成铅208 82Pb，下列论断中正确的是()A铅核比钍核少 24 个中子B衰变过程中共有 4 次 衰变和 8 次 衰变
14、C铅核比钍核少 8 个质子D衰变过程中共有 6 次 衰变和 4 次 衰变解析：铅核中子数 20882126，钍核中子数 23290142，故铅核比钍核少 14212616 个中子，铅核比钍核少 90828 个质子，选项 A 错，C 对 衰变的次数为 n23220846(次)，衰变后减少的电荷数为12，而现在只减少了 90828 个，故 衰变的次数为 4次，选项 B 错，D 对 答案：CD题后反思 衰变次数的判断技巧(1)衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒.(2)每发生一次 衰变质子数、中子数均减少 2.(3)每发生一次 衰变中子数减少 1，质子数增加 1.1放射性元素所放出的 粒子是()A原子
15、核外的最外层电子B原子核外电子跃迁时所发射的光子C原子核内的中子转变为质子时放出的电子D原子核内的质子转变为中子放出的电子解析：衰变的实质是中子转变为质子同时放出一个电子，C 项正确 答案：C2原子核238 92U 经放射性衰变变为原子核234 90Th，继而经放射性衰变变为原子核234 91Pa，再经放射性衰变变为原子核234 92U.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：根据衰变反应前后的质量数守恒和电荷数守恒特点，238 92U 核与234 90Th 核比较可知，衰变的另一产物为42He，所以衰变为 衰变，选
16、项 B、C 错误；234 91Pa 核与234 92U 核比较可知，衰变的另一产物为 01e，所以衰变为 衰变，选项 A 正确，D 错误 答案：A拓展三 半衰期如果有两个放射性原子核，经过一个半衰期后，是不是只剩下一个原子核没有衰变？提示：不是的半衰期是一个统计性概念，只有对大量原子核才成立对于一个特定的原子核，只能知道它发生衰变的概率，并不能确定何时衰变1对半衰期的理解：半衰期是表示放射性元素衰变快慢的物理量，同一放射性元素具有的衰变速率一定，不同元素的半衰期不同，有的差别很大半衰期由核内部自身的因素决定，与原子所处的化学状态和外部条件都无关2半衰期公式：NN012tT1/2，mm012tT
17、1/2.式中 N0、m0 表示衰变前的原子数和质量，N、m 表示衰变后的尚未发生衰变的原子数和质量，t 表示衰变时间，T1/2 表示半衰期3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的总结，对于一个特定的原子核，无法确定其何时发生衰变，但可以确定各个时刻发生衰变的概率，即某时衰变的可能性半衰期只适用于对大量原子核衰变的计算，对于个别少数原子核不适用4应用：利用半衰期非常稳定的特点，可以测算其衰变过程，推算时间等【典例 3】关于放射性元素的半衰期，下列说法正确的是()A半衰期是原子核质量减少一半所需的时间B半衰期与外界压强和温度有关，与原子的化学状态无关C氡的半衰期为 3.8 天，
18、若有四个氡原子核，经过7.6 天就只剩下一个氡原子核D氡的半衰期为 3.8 天，4 g 氡原子核，经过 7.6 天就只剩下 1 g 氡原子核解析：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，而并非原子核质量减少一半，故 A 错原子核的衰变快慢是由原子核内部因素决定的，与外界环境或化学状态无关，故 B 错半衰期是一个统计规律，是对大量原子核而言的，对一个或几个原子核来说，半衰期是没有意义的，某一个或某几个具有放射性的原子核，经过多长时间发生衰变是偶然的，故 C 错由半衰期公式可知 D 对 答案：D题后反思(1)半衰期是个统计概念，只对大量原子核有意义，对少数原子核
19、是没有意义的某一个原子核何时发生衰变，是不可知的(2)放射性元素衰变的快慢是由原子核内部的因素决定的，与原子所处的物理状态或化学状态无关 1(2014重庆卷)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.m4 B.m8 C.m16 D.m32解析：本题考查元素的半衰期根据半衰期公式 mm012tT1/2，将题目中的数据代入可得 C 正确，A、B、D错误 答案：C2现在很多心血管专科医院引进了一种被称为“心脏灌注显像”的检测技术，方法是将若干毫升含放射性元素锿的注射液注入被检测者的动脉，经过 40 分钟后，这些含
20、放射性物质的注射液通过血液循环均匀地分布在血液中，这时对被检测者的心脏进行造影心脏血管正常的位置由于有放射性物质随血液到达而显示出有射线射出，心脏血管被堵塞的部分由于无放射性物质到达，将无射线射出医生根据显像情况就可以判定被检测者心血管有无病变，并判断病变位置你认为检测用的放射性元素锿的半衰期应该最接近下列数据中的()A10 分钟B10 小时C10 个月D10 年解析：如果半衰期太短，则在放射期内，放射性物质的注射液尚未均匀地分布在血液中而无法完成检测工作，再则因放射强度较大而对人体造成伤害如果半衰期太长，放射性物质长期残留在人体内也会对人体造成伤害对比四个选项中的时间，应以 10 小时为宜，故正确选项应为 B.答案：B