1、第2节原子核衰变及半衰期 学 习 目 标知 识 脉 络1.知道什么是放射性及放射性元素2知道三种射线的本质和特性(重点、难点)3知道原子核的衰变和衰变规律(重点)4知道什么是半衰期(重点)天然放射现象的发现及放射线的本质1天然放射现象的发现(1)天然放射现象：物质能自发地放出射线的现象(2)放射性：物质放出射线的性质，叫做放射性(3)放射性元素：具有放射性的元素，叫做放射性元素(4)天然放射现象的发现：1896年，法国物理学家贝可勒尔发现了天然放射现象2放射线的本质(1)如图321所示，让放射线通过强磁场，在磁场的作用下，放射线能分成3束，这表明有3种射线，且它们电性不同带正电的射线向左偏转，
2、为射线；带负电的射线向右偏转，为射线；不发生偏转的射线不带电，为射线图321(2)射线是高速运动的氦原子核粒子流，有很强的电离作用，但是穿透能力很弱一张铝箔或一张薄纸就能将它挡住(3)射线是高速运动的电子，穿透能力较强，但电离作用较弱能穿透几毫米厚的铝板(4)射线是波长很短的电磁波，穿透能力很强，但电离作用很弱能穿透几厘米的铅板1放射性元素发出的射线可以直接观察到()2放射性元素发出的射线的强度可以人工控制()3射线的穿透本领最强，电离作用很弱()天然放射现象说明了什么？【提示】天然放射现象说明了原子核具有复杂的内部结构1三种射线的比较如下表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
3、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2.三种射线在电场和磁场中的偏转(1)在匀强电场中，射线不发生偏转，做匀速直线运动，粒子和粒子沿相反方向做类平抛运动，在同样的条件下，粒子的偏移大，如图322所示图322位移x可表示为xat22所以，在同样条件下粒子与粒子偏移之比为37.(2)在匀强磁场中：射线不发生偏转，仍做匀速直线运动，粒子和粒子沿相反方向做匀
4、速圆周运动，且在同样条件下，粒子的轨道半径小，如图323所示图323根据qvB得R所以，在同样条件下粒子与粒子的轨道半径之比为.1(多选)关于天然放射现象，下列说法正确的是()A射线是由氦原子核组成的B射线的穿透能力最强C射线是波长很短的电磁波D射线本质是高速电子流【解析】射线本质是氦核，A正确；射线本质是高速电子流，D正确；射线是波长很短的电磁波，C正确；射线的电离作用最强，射线的穿透能力最强，B错误【答案】ACD2一置于铅盒中的放射源发射出的、和射线，由铅盒的小孔射出，在小孔外放一铝箔，铝箔后的空间有一匀强电场进入电场后，射线变为a、b两束，射线a沿原来方向行进，射线b发生了偏转，如图32
5、4所示，则图中的射线a为_射线，射线b为_射线图324【解析】在三种射线中，射线带正电，穿透能力最弱，射线不带电，穿透能力最强，射线带负电，穿透能力一般，综上所述，结合题意可知，a射线应为射线，b射线应为射线【答案】3(多选)将、三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场，图中表示射线偏转情况正确的是()【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，A、B、C、D四幅图中、粒子的偏转方向都是正确的，但偏转的程度需进一步判断带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，其半径r，将数据代入，则粒子与粒子的半径之比371，A对，B错；带电粒
6、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，沿电场线方向位移为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，C错，D对【答案】AD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，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，而电离作用相反原 子 核 的 衰 变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
7、：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做半衰期(2)元素半衰期的长短由原子核自身因素决定，与原子所处的物理、化学状态以及周围环境、温度无关1原子核的衰变有衰变、衰变和衰变三种形式()2在衰变过程中，电荷数、质量数守恒()3原子所处的周围环境温度越高，衰变越快()有10个镭226原子核，经过一个半衰期有5个发生衰变，这样理解对吗？【提示】不对.10个原子核数目太少，它们何时衰变是不可预测的，
8、因为衰变规律是大量原子核的统计规律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nHe.2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
9、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3对半衰期的理解(1)意义：表示放射性元素衰变的快慢(2)半衰期公式：nN，mM式中N、M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，T1/2表示衰变时间，表示半衰期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5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4(多选)某原子核的衰变过程ABC，下列说法正确的是() 【导学号：64772042】A核C比核A的质子数少1B核C比核A的质量数少5C原
10、子核为A的中性原子的电子数比原子核为B的中性原子的电子数多2D核C比核B的中子数少2【解析】原子核A经过一次衰变和一次衰变变为原子核C的衰变方程为：A，由此可知核C比核A的质子数少1，质量数少4，A正确，B错误；原子核为A的中性原子的电子数比原子核为B的中性原子的电子数少1，C错误；核C比核B的中子数少2，核C比核A的中子数少3，D正确【答案】AD5(多选)由于放射性元素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Np经过一系列衰变和衰变后变成Bi，下列论断中正确的是()A.Bi的原子核比Np的原子核少28个中子B.Bi的原子核比Np的原子核少18个中子C
11、衰变过程中共发生了7次衰变和4次衰变D衰变过程中共有4个中子转变为质子【解析】Bi的中子数为20983126，Np的中子数为23793144，Bi的原子核比Np的原子核少18个中子，A错、B对；衰变过程中共发生了衰变的次数为7次，衰变的次数是27(9383)4次，C对，此过程中共发生了4次衰变，因此共有4个中子转变为质子，D正确【答案】BCD6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
12、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NN0，即0.25N0N0，故2，t11 460年【答案】(1)CeN(2)11 460年1衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒(1)每发生一次衰变质子数、中子数均减少2，质量数减少4.(2)每发生一次衰变中子数减少1，质子数增加1，质量数不变2利用半衰期公式解决实际问题，首先要理解半衰期的统计意义，其次要知道公式建立的是剩余核的质量与总质量间的关系学业分层测评(
13、九)(建议用时：45分钟)学业达标1(多选)关于天然放射现象和对放射性的研究，下列说法正确的是()A射线和射线在电场或磁场中偏转说明它们是带电粒子B原子核不是单一的粒子C射线一定伴随射线或射线而产生D任何放射性元素都能同时发出三种射线【解析】带电粒子以一定的初速度垂直进入电场或磁场能发生偏转，射线和射线能在电场或磁场中偏转说明它们是带电粒子，故A正确；放射现象说明原子核的可变性，即原子核不是单一粒子，具有复杂的结构，故选项B正确；射线是原子核在发射射线或射线时多余的能量以射线的形式产生的辐射，因此射线是伴随(不是一定伴随)射线或射线而放出的，C、D均错误【答案】AB2(多选)关于放射性元素的半
14、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【解析】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T1/2，则NN0().若能测出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.【答案】BD3由原子核的衰变规律可知() 【导学号：64772103】A放射性元素一次衰变可同时产生射线和
15、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，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，核电荷数减小1.【答案】C4(多选)日本福岛核电站泄漏事故中释放出大量的碘131，碘131是放射性同位素，衰变时会发出射线与射线，碘131被人摄入后，会危害身体健康，由此引起了全世界的关注下面关于核辐射的相关知识，说法正确的是()A人类无法通过改变外部环境来改变碘1
16、31衰变的快慢B碘131的半衰期为8.3天，则4个碘原子核经16.6天后就一定剩下一个原子核C射线与射线都是电磁波，但射线穿透本领比射线强D碘131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【解析】衰变的快慢由放射性元素本身决定，与外部环境无关，A正确；半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少数几个原子核无意义，B错误；射线是高速电子流，射线是电磁波，故C错误；衰变的实质是nHe，D正确【答案】AD5(多选)某一放射性元素放出的射线通过电场后分成三束，如图325所示，下列说法正确的是()图325A射线3的电离作用在三种射线中最强B射线2贯穿本领最弱，用一张白纸就可以将它挡住C一个原
17、子核放出一个射线3的粒子后，质子数和中子数都比原来少2个D一个原子核放出一个射线1的粒子后，形成的新核比原来的电荷数少1个【解析】根据三束射线的偏转方向，可以断定射线1带负电，是射线；射线2不带电，是射线；射线3是射线射线的电离作用最强，选项A正确射线贯穿本领最强，用一张白纸可以挡住的是射线，选项B错误每发生一次衰变，原子核里面的2个中子和2个质子结合成一个氦核而释放出来，选项C正确每发生一次衰变，原子核里面的一个中子变成一个质子，因此核电荷数增加1，但核子数不变，故选项D错误【答案】AC6(多选)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
18、过程中可以产生的，它们是()A.PbB.PbC.Po D.Ra【解析】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【答案】ACD7在横线上填上粒子符号和衰变类型(1)UTh_，属于_衰变(2)ThPa_，属于_衰变(3)PoAt_，属于_衰变(4)CuCo_，属于_衰变【解析】根据质量数守恒和电荷数守恒可以判断，(1)中生成的粒子为He，属于衰变；(2)中生成的粒子为e，属于衰变；(3)中生成的粒子为e，属于衰变；(4)中生成的粒子为He，属于衰变【答案】(1)He(2)e(3)e(4)He8.U经一系列的衰变后变
19、为Pb.(1)求一共经过几次衰变和几次衰变？(2)Pb与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【解析】(1)设U衰变为Pb经过x次衰变和y次衰变由质量数和电荷数守恒可得2382064x92822xy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，每发生一次衰变中子数减少1，而质子数增加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)86(2)1022(3)UPb8He6e能力提升9(多选)有一种新型镍铜长效电池，它是采用半衰期长达100年的放射性同位素镍63(Ni)和铜两种金属作
20、为长寿命电池的材料，利用镍63发生衰变时释放电子给铜片，把镍63和铜片作电池两极，外接负载为负载提供电能下面有关该电池的说法正确的是() 【导学号：64772043】A镍63的衰变方程是NiCueB镍63的衰变方程是NiCueC外接负载时镍63的电势比铜片高D该电池内电流方向是从镍片到铜片【解析】镍63的衰变方程为NieCu，选项A对，B错电流方向为正电荷定向移动方向，在电池内部电流从铜片到镍片，镍片电势高，为电池的正极，选项C对，D错【答案】AC10(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
21、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】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【答案】AC11回旋加速器在核科学、核技术、核医学等高新技术领域得到了广泛应用，有力地推动了现代科学技术的发展当今医学
22、影像诊断设备PET/CT堪称“现代医学高科技之冠”，它在医疗诊断中，常利用能放射正电子的同位素碳11作示踪原子碳11是由小型回旋加速器输出的高速质子轰击氮14获得，同时还产生另一粒子，试写出核反应方程若碳11的半衰期为20 min，经2.0 h剩余碳11的质量占原来的百分之几？(结果取2位有效数字)【解析】核反应方程为NHCHe设碳11原有质量为m0，经过t12.0 h剩余的质量为mr，根据半衰期定义有1.6%.【答案】NHCHe1.6%12在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于放出一个粒子，结果得到一张两个相切圆的径迹照片(如图326所示)，今测得两个相切圆半径之比r1r2144，求： 【导学号：64772044】图326(1)图中哪一个圆是粒子的径迹？(说明理由)(2)这个原子核原来所含的质子数是多少？【解析】(1)因为动量相等，所以轨道半径与粒子的电荷量成反比，所以圆轨道2是粒子的径迹，圆轨道1是新生核的径迹(2)设衰变后新生核的电荷量为q1，粒子的电荷量为q22e，它们的质量分别为m1和m2，衰变后的速度分别是v1和v2，所以原来原子核的电荷量qq1q2.根据轨道半径公式有又由于衰变过程中遵循动量守恒定律，则m1v1m2v2以上三式联立解得q90e即这个原子核原来所含的质子数为90.【答案】(1)见解析(2)90