1、2放射性衰变一、天然放射现象和三种射线1对天然放射现象的认识(1)1896年，法国物理学家贝可勒尔发现某些物质具有放射性(2)物质发射射线的性质称为放射性，具有放射性的元素称为放射性元素，放射性元素自发地发出射线的现象叫做天然放射现象(3)原子序数大于或等于83的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于83的元素，有的也能放出射线2对三种射线的认识若在射线经过的空间施加电场(方向与射线的出射方向垂直)，射线能分成三束吗？提示：能分成三束，三种射线的带电情况各不相同，它们在电场中受力情况不同，故可偏转为三束二、衰变1定义原子核放出粒子或粒子，变成另一种原子核的过程2衰变类型(1)衰变：放射性元素放
2、出粒子的衰变过程放出一个粒子后，核的质量数减少4，电荷数减少2，成为新核(2)衰变：放射性元素放出粒子的衰变过程放出一个粒子后，核的质量数不变，电荷数增加1.3衰变规律原子核衰变时电荷数和质量数都守恒4衰变的实质(1)衰变的实质：2个中子和2个质子结合在一起形成粒子(2)衰变的实质：核内的中子转化为了一个电子和一个质子(3)射线经常是伴随衰变和衰变产生的有人说：“射线是电磁波，对人类有害，手机、微波炉等用电器都能产生电磁波，因而不能使用！”这种说法对吗？提示：不对，手机和微波炉等确实能产生电磁波，射线也是电磁波，但两者在能量上有较大的区别，手机等放出的电磁波属于微波范围，波长与射线相比较大，频
3、率较小，因而穿透本领及电离本领都很弱，对人体危害很小但射线频率很大，能量很高，因而使用不当时，对人体危害较大三、半衰期1放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间，叫做这种元素的半衰期2放射性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3半衰期是大量原子核衰变的统计规律4衰变定律：NN0et，称为衰变常数，反映放射性元素衰变的快慢半衰期就是原子核衰变了一半的时间，所以两个原子核经过一个半衰期后就会有一个核发生了衰变，而另一个核完好并不发生衰变，对不对，为什么？提示：不对，半衰期是一个统计规律，只对大量原子核适用，对于少数个别的原子核，其衰变毫无规律，何时衰
4、变、何时衰变一半，都是不可预知的考点一 对三种射线的分析与判断如果一种元素具有放射性，那么不论它是以单质的形式存在，还是以某种化合物的形式存在，放射性都不受影响.也就是说，放射性与元素存在的状态无关，放射性仅与原子核有关.原子核不是组成物质的最小微粒，原子核也存在着一定结构.射线的电子是从原子核中放出来的，并不是从原子核外的电子中放出来的.【例1】在暗室的真空装置中做如下实验：在竖直放置的平行金属板间的匀强电场中，有一个能产生、三种射线的射线源，从射线源射出的一束射线垂直于电场方向射入电场，如图所示在与射线源距离为H高处，水平放置两张叠放着的、涂药面向下的印相纸(比一般纸厚且涂有感光材料的纸)
5、，经射线照射一段时间后把两张印相纸显影(1)上面的印相纸有几个暗斑？各是什么射线的痕迹？(2)下面的印相纸显出三个暗斑，试估算中间暗斑与两边暗斑的距离之比(3)若在此空间再加上垂直于纸面向里的匀强磁场，一次使射线不偏转，一次使射线不偏转，则两次所加匀强磁场的磁感应强度之比是多少？(已知：m4 u，m u，v，vc)【解析】(1)两个暗斑，分别是、射线的痕迹，因这两种射线穿透性强(2)由Hvt，sat2，a，所以ss5184.(3)要使射线不偏转，qBvqE，所以101.【答案】(1)两个，、射线(2)5184(3)101总结提能 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、
6、射线不带电、是实物粒子，而射线是光子流，它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，而电离作用相反放射性元素衰变时放出三种射线，按穿透能力由强到弱的排列顺序是(B)A射线，射线，射线B射线，射线，射线C射线，射线，射线D射线，射线，射线解析：由三种射线的性质可以知道，射线的贯穿本领最弱，而射线的贯穿本领最强考点二 原子核衰变及其规律1衰变和衰变的实质(1)衰变的实质：在放射性元素的原子核中，2个中子和2个质子结合得比较紧密，
7、在一定条件下作为一个整体从较大的原子核中抛射出来，这就是衰变现象即2n2HHe(2)衰变的实质：衰变是原子核中的中子放出一个电子，即粒子放射出来，同时还生成一个质子留在核内，使核电荷数增加1，即nHe2衰变次数的计算方法(1)计算依据：确定衰变次数的依据是两个守恒规律，即质量数守恒和核电荷数守恒(2)计算方法：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，则表示该核反应的方程为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【例2】放射性元素钚核Pu经过多少次、衰变后将变成铅核P
8、b?可由衰变规律写出通用的衰变方程，即：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：XYnHeme.然后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.【解析】设此过程中发生了x次衰变、y次衰变，则衰变方程可以写成PuxHeyePb.根据衰变中的电荷数守恒与质量数守恒建立下面方程：解得：x9，y6.故此过程经历了9次衰变与6次衰变【答案】9次衰变，6次衰变总结提能 确定衰变次数，往往由质量数的改变先确定衰变的次数，因为衰变对质量数无影响，然后再根据衰变规律确定衰变的次数，这种做法比较简捷由原子核的衰变规律可知(C)A放射性元素一次衰变可同时产
9、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1解析：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，新核的核电荷数发生了变化，故新核(新的物质)的化学性质应发生改变；发生正电子衰变，新核质量数不变，核电荷数减少1.考点三 放射性元素的半衰期及其应用1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，同一放射元素具有的衰变速率一定，不同元素半衰期不同，有的差别很大2半衰期公式：N余N原()t/，m余m0()t/.式中N原、m0表示衰变前的原子数和
10、质量，N余、m余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，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，因此，半衰期只适用于大量的原子核【例3】为测定水库的存水量，将一瓶放射性溶液倒入水库中，已知这瓶溶液每分钟衰变8107次，这种同位素半衰期为2天，10天以后从水库取出1 m3的水，并测得每分钟衰变10次水库的存水量为多少？从每分钟衰变次数与质量成正比出发，运用半衰期公式m余m0，求水库的存水量【解析】设放射性同位素原有质量为m0,10天后的剩余质量为m
11、，水库的存水量为Q(m3)，由每分钟衰变次数与其质量成正比可得：，由半衰期公式得：mm0，由以上两式联立代入数据得，解得水库存水量为Q2.5105 m3.【答案】2.5105 m3总结提能 正确理解半衰期的概念，原子核有半数发生衰变所需要的时间为半衰期，并不是余下的一半再经过一个半衰期就衰变结束，事实是再经过一个半衰期减少了一半的一半(多选)重元素的放射性衰变共有四个系列，分别是U238系列(从U开始到稳定的Pb为止)、Th232系列、U235系列以及Np237系列(从Np开始到稳定的Bi为止)，其中，前三个系列都已在自然界找到，而第四个系列在自然界一直没有被发现，只是在人工制造出Np237后
12、才发现的，下面的说法正确的是(ABC)ANp237系列中所有放射性元素的质量数都等于(4n1)，n为正整数B从Np到Bi，共发生7次衰变和4次衰变C可能Np237系列中的所有放射性元素的半衰期相对于地球年龄都比较短D天然的Np237系列中的放射性元素在地球上从来就没有出现过解析：由衰变规律ABHe、衰变规律CDe可知每发生一次衰变，原子核的质量数减少4，而发生衰变时质量数不变，Np237的质量数2374591，所以每一次衰变后的质量数都等于4n1(n等于正整数)，A项正确；根据原子核衰变时质量数和电荷数守恒，从Np到Bi质量数减少2372092847，即发生7次衰变，电荷数减少938310，考
13、虑7次衰变带走电荷数为2714，所以发生了4次衰变，B项正确；Np237这个系列在自然界一直没有被发现，可能是这个系列中的所有放射性元素的半衰期相对于地球年龄都比较短，C项正确，D项错误重难疑点辨析大自然的时钟碳14测年法由于宇宙射线的作用，大气中二氧化碳除了含有稳定的碳12，还含有放射性的碳14，并且碳的这两种同位素含量之比几乎保持不变活的植物通过光合作用吸收到体内的既有碳12，也有碳14，它们体内碳12与碳14的含量保持着与大气中一样的比例植物死后，光合作用停止了，碳14由于衰变含量逐渐减少已知碳14的半衰期是5 730年，如果现在有一个从远古居民遗址中挖掘出来的木片，它的碳14的含量只是
14、活体的二分之一，那么这个木片大约是多少年前的植物？这座远古居民遗址大约是多少年前的？1分析讨论植物死后，碳14由于衰变含量逐渐减少，与活体的植物含量出现差别根据从遗址中挖掘出来的木片中剩余的碳14含量，可推出它死后已经过了多少个半衰期，从而得出它的生长年代题目中所给木片的碳14含量只是活体的一半，说明经过了一个半衰期的时间，即5 730年，所以此植物的生长年代大约是在5 730年前2结论因为木片中碳14的含量是活体的二分之一，说明它已经死了一个半衰期的时间，已知碳14的半衰期是5 730年，所以这个木片和这座远古居民遗址大约是五千七百多年前的3方法点击(1)由于大气中14C的含量为一定值，古生
15、物失去活性后与大气的交换结束.14C随衰变逐渐减少，因此可依据衰变规律确定年代(2)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(3)注意区分两个质量，已发生衰变的质量：m1，未发生衰变的质量：m.【典例】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C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？【解析】(1)C的衰变方
16、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，设活体中的C的含量为N0，遗骸中的C含量为N，则NN0，即0.25N0，故2，t11 460年【答案】(1)CeN(2)11 460年类似的方法也可确定地质年代，如地球的年龄等，只不过要利用半衰期接近地球年龄的更长半衰期的元素，如铀238等114C测年法是利用14C衰变规律对古生物进行年代测定的方法若以横坐标t表示时间，纵坐标m表示任意时刻14C的质量，m0为t0时14C的质量如图所示四幅图中能正确反映14C衰变规律的是(C)解析：14C衰变过程中每经过一个半衰期，质量减少为原来的一半，故其质量减少得越来越慢，故选项
17、C正确2有甲、乙两种放射性元素，它们的半衰期分别是甲15天，乙30天，开始时二者质量相等，经过60天后，这两种元素的质量之比为(B)A12 B14C18 D116解析：60天是甲半衰期的4倍，是乙半衰期的2倍，则M甲M4M，M乙M2M，故M甲M乙14，B正确3(多选)2011年3月11日，日本当地时间14时46分，日本东北部海域发生里氏9.0级地震并引发海啸，造成重大人员伤亡和财产损失地震震中位于宫城县以东太平洋海域，震源深度20公里东京有强烈震感地震引发的海啸影响到太平洋沿岸的大部分地区地震造成日本福岛第一核电站14号机组发生核泄漏事故这次核泄漏事故再次引起人们对核能利用过程中的安全、核废料
18、与环境问题的重视几十年来人们已向巴伦支海海域倾倒了不少核废料，核废料对海洋环境有严重的污染作用其原因有(ABC)A铀、钚等核废料有放射性B铀、钚等核废料的半衰期很长C铀、钚等重金属有毒性D铀、钚等核废料会造成爆炸4(多选)下列说法正确的是(BC)A.Ra衰变为Rn要经过1次衰变和1次衰变B.U衰变为Pa要经过1次衰变和1次衰变C.Th衰变为Pb要经过6次衰变和4次衰变D.U衰变为Rn要经过4次衰变和4次衰变解析：由衰变规律可知，A中只经过1次衰变，D中只经过4次衰变和2次衰变5放射性元素Th经过6次衰变和4次衰变成了稳定元素Pb.解析：由Th变为Pb，先由质量数的变化确定衰变的次数，再根据衰变相应电荷数的改变确定衰变的次数本题主要考查对衰变规律的应用和计算能力方法1：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4，所以衰变的次数为x次6次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，核电荷数应减少2612个，而每进行一次衰变，核电荷数增加1，所以衰变的次数为y12(9082)次4次方法2：设经过x次衰变、y次衰变根据质量数和电荷数守恒得2322084x,90822xy，两式联立得x6，y4.