1、第四章 原子核 第二节 放射性元素的衰变 学习目标 1.知道三种射线的本质和特点.2.理解原子核的衰变及核反应规律(重点、难点)3.知道半衰期的概念，会应用半衰期解决有关问题(重点)自 主 预 习 探 新 知 一、原子核的衰变1放射性物体放出的射线常见的有三种：射线、射线、射线，其实质分别是高速流、高速流、频率很高的电子电磁波 粒子一、原子核的衰变2三种射线的特点(1)射线：速度可达光速的 ，电离作用，贯穿本领(2)射线：速度可达光速的，电离作用，贯穿本领 (3)射线：是频率很高的，波长，电离作用，贯穿本领99%很小最强最小很短电磁波较强较弱强110一、原子核的衰变3原子核的衰变(1)衰变定义
2、：一种元素经过程，变成另一种的现象，称为原子核的衰变(2)衰变分类 衰变：放出 粒子的衰变 衰变：放出 粒子的衰变放射元素一、原子核的衰变(3)衰变方程238 92U234 90Th 234 90Th234 91Pa (4)衰变规律原子核衰变时和都守恒任何一种放射性元素只有一种放射性，不能同时既有 放射性又有 放射性，而 射线伴随 衰变或 衰变产生电荷数质量数 01e42He一、原子核的衰变4 射线的产生：放射性的原子核在发生 衰变或者 衰变后，产生的新核往往处于，它要向跃迁，并辐射，故 射线是伴随或产生的高能级低能级 光子 射线 射线二、半衰期1定义：原子核数目因减少到原来的所经过的时间，叫
3、做半衰期记为 T1/2.2衰变规律m(其中 m0 为衰变前的质量，m 为 t 时间后剩余的放射性元素的质量)3放射性元素的平均时间称为平均寿命衰变存活一半m012tT1/21正误判断(正确的打“”，错误的打“”)(1)三种射线都是从原子外层电子激发出来的()(2)原子核发生 衰变时，核的质子数减少 2，而质量数减少 4.()(3)原子核发生衰变时，质量数和电荷数都守恒()(4)半衰期的大小反映了放射性元素衰变的快慢()(5)放射性元素衰变的速率，与原子所处的物理状态和化学状态有关 ()2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
4、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，发现每分钟闪烁的亮点数没有变化；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D 射线和 射线D 射线本质是高速氦核流，射线是高速电子流，射线是电磁波，三者通过电场时，发生偏转的是 射线和 射线，不偏转的是 射线，撤去电场后，发现每分钟闪烁的亮点数没有变化，则射线中含有 射线；射线的穿透能力最强，射线穿透能力最弱，薄铝片可以挡住 射线，不能挡住 射线和 射线，由此判断，放射源发出的射线可能为 射线和 射线，D 选项正确3(多
5、选)已知钚的一种同位素的半衰期为 24 100 年，其衰变方程为239 94PuX42He，下列有关说法正确的是()AX 原子核中含有 92 个质子B100 个239 94Pu 经过 24 100 年后一定还剩余 50 个C由于衰变时释放巨大能量，衰变过程质量数不再守恒D衰变发出的 放射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力AD 根据电荷数守恒和质量数守恒可知，质量数等于质子数和中子数之和，X 的电荷数为 92，质量数为 235，质子数是 92，中子数为 143，A 选项正确；半衰期是统计规律，对大量的原子核适用，对个别的原子核没有意义，B 选项错误；由于衰变时释放巨大能量，衰变过程总质量减小
6、，但质量数仍旧守恒，C 选项错误；衰变发出的 放射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力，D 选项正确合 作 探 究 攻 重 难 三种放射线的衰变1.、三种射线的性质、特征的比较种类 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4mpmp1.671027kgmp1 840静止质量为零速度0.1c0.99cc 贯穿本领最弱用一张纸就能挡住较强穿透几毫米的铝板最强穿透几厘米的铅板电离作用很强较弱很弱 2.在电场、磁场中偏转情况的比较(1)不论在电场还是磁场中，射线总是做匀速直线运动，不发生偏转(2)在匀强电场中，和 粒子沿相反方向做类平抛运动，且在同样的条件
7、下，粒子的偏移较大如图所示(3)在匀强磁场中，在同样的条件下，和 粒子沿相反方向做匀速圆周运动，且在同样条件下，粒子的轨道半径较小，偏转较大如图所示【例 1】如图所示，R 是一种放射性物质，虚线框内是匀强磁场，LL是厚纸板，MN 是荧光屏，实验时，发现在荧光屏的 O、P 两点处有亮斑，由此可知磁场的方向、到达 O 点的射线种类、到达 P点的射线种类应属于下表中的()选项磁场方向到达 O 点的射线到达 P 点的射线A竖直向上 B竖直向下 C垂直纸面向里 D垂直纸面向外 思路点拨：解答此题应注意以下两点：(1)能够穿过厚纸板的只有 和 射线，射线无法穿过(2)射线不偏转，射线在磁场中的偏转情况符合
8、左手定则C R 放射出来的射线共有、三种，其中、射线垂直于磁场方向进入磁场区域时将受到洛伦兹力作用，射线不偏转，故打在 O 点的应为 射线；由于 射线贯穿本领弱，不能射穿厚纸板，故到达 P 点的应是 射线；依据 射线的偏转方向及左手定则可知磁场方向垂直纸面向里三种射线的比较方法(1)知道三种射线带电的性质，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，属于电磁波的一种(2)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，由于 射线不带电，故运动轨迹仍为直线(3)射线穿透能力较弱，射线穿透能力较强，射线穿透能力最强训练角度 1：三种射线特性比较1如图所示，x
9、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C 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 的混合放射源训练角度 2：三种射线在电、磁场中的偏转2(多选)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
10、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，则下列说法正确的有()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 bAC 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 110，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原子核衰变的实质及衰变方程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，210n211H42He 衰变：原
11、子核内的一个中子变成质子，同时放出一个电子，10n11H01e2衰变方程通式(1)衰变：AZXA4Z2Y42He(2)衰变：AZX AZ1Y01e3确定原子核衰变次数的方法与技巧(1)方法：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：AZXAZYn42Hem 01e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：nAA4，mAA2ZZ.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
12、 衰变的次数【例 2】23892 U 经一系列的衰变后变为20682 Pb.(1)求一共经过几次 衰变和几次 衰变？(2)20682 Pb 与23892 U 相比，求质子数和中子数各少多少？(3)写出这一衰变过程的方程思路点拨：可依据衰变过程中质量数和电荷数守恒求解衰变次数，再根据 衰变、衰变的实质推算质子数、中子数的变化解析(1)设23892 U 衰变为20682 Pb 经过 x 次 衰变和 y 次 衰变由质量数和电荷数守恒可得 2382064x 92822xy 联立解得 x8，y6，即一共经过 8 次 衰变和 6 次 衰变(2)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
13、变，中子数减少 1，而质子数增加 1，故20682 Pb 较23892 U 质子数少 10，中子数少 22.(3)核反应方程为23892 U20682 Pb842He601e.答案(1)8 6(2)10 22(3)23892 U20682 Pb842He601e放射性元素衰变的三条规律1遵循质量数守恒和电荷数守恒 2一次 衰变使原子核中质子数、中子数均减少 2 个，即核子数减少 4 个 3一次 衰变使原子核中中子数减少 1，质子数增加 1，核子数(质量数)不变训练角度 1：衰变的实质3关于天然放射现象，下列说法正确的是()A 射线是由氦原子核衰变产生B 射线是由原子核外电子电离产生C 射线是由
14、原子核外的内层电子跃迁产生D通过化学反应不能改变物质的放射性D 、射线是放射性的原子核衰变时产生的放射性的原子核发生 衰变和 衰变时蕴藏在核内的能量会释放出来，使产生的新核处于高能级，这时它要向低能级跃迁，能量以 光子的形式辐射出来，形成 射线，故 A、B、C 三项错误放射性是核本身的一种性质，元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系，故 D 项正确训练角度 2：衰变次数的计算4由于放射性元素23793 Np 的半衰期很短，所以在自然界一直未被发现，只是在使用人工的方法制造后才被发现已知23793 Np 经过一系列 衰变和 衰变后变成20983 Bi，下
15、列说法中正确的是()A.20983 Bi 的原子核比23793 Np 的原子核少 28 个中子B衰变过程中共发生了 7 次 衰变和 4 次 衰变C衰变过程中共发生了 4 次 衰变和 7 次 衰变D衰变前比衰变后所有物质的质量数少B 23793 Np 与20983 Bi 的中子数分别为 23793144,20983126，故中子数之差为 14412618，即20983 Bi 的原子核比23793 Np 的原子核少18 个中子，A 错误.23793 Np 衰变成20983 Bi 的衰变方程为23793 Np20983 Bix42Hey01e，式中 x、y 分别为 和 的衰变次数，由质量数守恒和电荷
16、数守恒得 4x209237,2xy8393，解得 x7，y4.即衰变过程中共发生了 7 次 衰变和 4 次 衰变，选项 B 正确，C 错误根据衰变规律可知，反应前后质量数守恒，D 错误对半衰期的理解1.意义：半衰期表示放射性元素衰变的快慢2决定因素：半衰期的长短由原子核自身因素决定，与原子核所处的物理、化学状态以及周围环境、温度无关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，半衰期只适用于大量的原子核【例 3】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
17、)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146 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146 C 含量只有活体中的 25%，则此遗骸距今约有多少年？解析(1)146 C 的 衰变方程为：146 C01e147 N.(2)146 C 的半衰期 5 730 年 生物死亡后，遗骸中的146 C 按其半衰期变化，设活体中146 C 的含量为 N0，遗骸中的146 C 含量为 N，则 N12tN0，即 0.25N012t5730N0，故t5 7302，t11 460 年 答案(1)146 C01
18、e147 N(2)11 460 年1半衰期是指放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，而不是样本质量减少一半的时间2经过 n 个半衰期，剩余核 N 剩 12nN 原5(多选)目前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，这些材料都不同程度地含有放射性元素，下列有关放射性元素的说法正确的是()A 射线与 射线一样都是电磁波，但穿透本领远比 射线弱B氡的半衰期为 3.8 天，4 个氡原子核经过 7.6 天后就一定只剩下 1 个氡原子核C.23892 U 衰变成20682 Pb 要经过 8 次 衰变和 6 次 衰变D放射性元素发生 衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的CD
19、射线的实质是电子流，射线的实质是电磁波，射线的穿透本领比较强，故 A 错误；半衰期对大量的原子核适用，对少量的原子核不适用，故 B 错误；因为 衰变的质量数不变，所以 衰变的次数 n23820648，在 衰变的过程中电荷数总共少 16，则 衰变的次数 m161016，所以选项 C 正确；衰变时，原子核中的一个中子，转变为一个质子和一个电子，电子以 射线的形式释放出来，所以选项 D 正确课 堂 小 结1.射线是高速氦核流，射线是高速电子流，射线是光子流.2.原子核衰变时质量数和核电荷数均守恒.3.衰变方程通式：衰变：AZXA4Z2Y42He，衰变：AZX AZ1Y01e.4.半衰期是描述原子核衰
20、变快慢的物理量，其大小只与自身因素有关.知 识 脉 络当 堂 达 标 固 双 基 1天然放射性物质的放射线包括三种成分，下列说法不正确的是 ()A一张厚的黑纸能挡住 射线，但不能挡住 射线和 射线B某原子核在放出 射线后会变成另一种元素的原子核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B 由三种射线的本质和特点可知，射线穿透本领最弱，一张黑纸都能挡住，而挡不住 射线和 射线，故 A 正确；射线是一种波长很短的光子，不会使原核变成新核，选项 B 错误；三种射线中 射线电离作用最强，故 C 正确；粒子是电子，来源于原子核，故 D 正确2新发现的一种放射性元
21、素 X，它的氧化物 X2O 半衰期为 8 天，X2O 与 F2 能发生如下反应：2X2O2F2=4XFO2，XF 的半衰期为()A2 天B4 天C8 天D16 天C 根据半衰期由原子核内部因素决定，而跟其所处的物理状态和化学状态无关，所以 X2O、XF、X 的半衰期相同，均为 8 天正确选项为 C.3如图所示，天然放射性元素，放出的、三种射线同时射入互相垂直的匀强电场和匀强磁场中，射入时速度方向和电场、磁场方向都垂直，进入场区后发现 射线和 射线都沿直线前进，则 射线()A向右偏B向左偏C直线前进D无法判定A 射线在电场、磁场中不受力，所以沿直线前进，射线在电场、磁场中受到一对平衡力而沿直线运
22、动，即向左的电场力和向右的洛伦兹力大小相等、方向相反即 BqvEq，所以 vEB.而 粒子的速度远小于 射线中电子的速度，所以向右的电场力远大于向左的洛伦兹力，粒子向右偏，A 正确4原子核23892 U 经放射性衰变变为原子核23490 Th，继而经放射性衰变变为原子核23491 Pa，再经放射性衰变变为原子核23492 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A 根据核反应过程中的质量数守恒和电荷数守恒分析，23892 U核与23490 Th 核比较可知，核反应的另一产物为42He，所以衰变为 衰变，可排除 B、C
23、项.23491 Pa 核与23492 U 核比较可知，核反应的另一产物为01e，所以衰变为 衰变，可排除 D 项，则 A 项正确5完成下列衰变方程(1)衰变：24483 Bi_01e，21084 Po21085 Al_，23490 Ph23491 Pa_.(2)衰变：23490 Th_42He，23892 U23490 Th_，6629Cu6227Co_.(3)其中23490 Th 衰变成23491 Pa 的半衰期为 1.2 min，则 64 g 23490 Th 经过 6 min 还有_g 未衰变解析(1)24483 Bi24484 Po01e，21084 Po21085 Al01e，23490 Ph23491 Pa 01e.(2)23490 Th23088 Ra42He，23892U23490 Th42He，6629Cu6227Co42He.(3)由半衰期公式得 mm012tT得 m641261.2g2 g.答案(1)见解析(2)见解析(3)2课 时 分 层 作 业 点击右图进入 Thank you for watching!
