1、2 放射性元素的衰变课前预习导学 KEQIAN YUXI DAOXUE课堂合作探究 KETANG HEZUO TANJIU目标导航 预习引导 学习目标1.能说出什么是原子核衰变。2.会用半衰期描述原子核衰变的速度,知道半衰期的统计意义。3.能记住两种衰变的规律,并能够熟练写出衰变方程。重点难点重点:衰变方程及、衰变的规律。难点:两种衰变的规律的应用。课前预习导学 KEQIAN YUXI DAOXUE课堂合作探究 KETANG HEZUO TANJIU目标导航 预习引导 一、原子核的衰变1.衰变原子核放出 粒子或 粒子,变成了一种新的原子核,这种变化叫作原子核的衰变。2.衰变的类型原子核的自发衰
2、变有两种,一种是 衰变,一种是 衰变。而 射线是伴随着 衰变或 衰变时产生的。3.衰变方程 衰变:92238U90234Th+24He+衰变:90234Th91234Pa+-10 e+课前预习导学 KEQIAN YUXI DAOXUE课堂合作探究 KETANG HEZUO TANJIU目标导航 预习引导 4.衰变的规律(1)遵守三个守恒:原子核衰变时遵守电荷数守恒,质量数守恒,动量守恒。(2)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(伴随的 射线除外)。课前预习导学 KEQIAN YUXI DAOXUE课堂合作探究 KETANG HEZUO TANJIU目标导航 预习引
3、导 预习交流 1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?答案: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。所以对人体危害最大的是高能量的电离辐射。课前预习导学 KEQIAN YUXI DAOXUE课堂合作探究 KETANG HEZUO TANJIU目标导航 预习引导 二、半衰期1.定义放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间,叫作这
4、种元素的半衰期。2.公式用希腊字母 表示半衰期,剩余原子核数目:N 余=N 原(12)t,剩余元素质量 m 余=m 原(12)t。课前预习导学 KEQIAN YUXI DAOXUE课堂合作探究 KETANG HEZUO TANJIU目标导航 预习引导 3.说明统计规律,对大量原子核成立。4.有关因素半衰期由放射性元素的核内部自身的因素决定,跟原子所处的物理状态(如压强、温度等)或化学状态(如单质或化合物)无关。5.应用利用半衰期非常稳定这一特点,可以测量其衰变程度,推断时间。课前预习导学 KEQIAN YUXI DAOXUE课堂合作探究 KETANG HEZUO TANJIU目标导航 预习引导
5、 预习交流 2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?答案: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,何时衰变、何时衰变一半,都是不可预知的。课前预习导学 KEQIAN YUXI DAOXUE课堂合作探究 KETANG HEZUO TANJIU问题导学当堂检测一、原子核的衰变活动与探究1.从原子核中放出了 粒子,是不是原子核内本来就存在这些粒子?答案:不是的。原子核内只有质子和中子,2 个质子和 2 个中子结合比较牢固,所以它们会作为一个整体被抛出。2.每种元
6、素只存在一种放射性,为什么将放射性物质放出的射线在磁场或电场中探测时会出现三束呢?答案:一种元素放射出一种射线后就衰变成另一种元素,这种新元素会具有新的放射性。课前预习导学 KEQIAN YUXI DAOXUE课堂合作探究 KETANG HEZUO TANJIU问题导学当堂检测3.发生衰变时,新核的电荷数变化多少?新核在元素周期表中的位置怎样变化?答案:根据 衰变方程 90234ThPa+-10 e 可知,新核核电荷数增加了1,原子序数增加 1,故在元素周期表上向后移了 1 位。课前预习导学 KEQIAN YUXI DAOXUE课堂合作探究 KETANG HEZUO TANJIU问题导学当堂检
7、测迁移与应用例 1 原来静止的铀 98238U 和 90234Th 同时在同一匀强磁场中,由于衰变而开始做匀速圆周运动。铀 238 发生了一次 衰变,钍 234 发生了一次 衰变。(1)试画出铀 238 发生一次 衰变时所产生的新核及 粒子在磁场中的运动轨迹的示意图。(2)试画出钍 234 发生一次 衰变时所产生的新核及 粒子在磁场中的运动轨迹的示意图。思路点拨(1)衰变过程中质量数、电荷数守恒;(2)衰变过程中动量守恒;(3)带电粒子垂直磁场方向做圆周运动时洛伦兹力提供向心力。课前预习导学 KEQIAN YUXI DAOXUE课堂合作探究 KETANG HEZUO TANJIU问题导学当堂检
8、测解析:(1)铀 238 发生衰变时,由于放出 粒子而产生了新核,根据动量守恒定律,它们的总动量为零,即m1v1-m2v2=0。因为它们都带正电,衰变后的速度正好相反,所以,受到的洛伦兹力方向也相反,因而决定了它们做圆周运动的轨迹圆是外切的。它们做匀速圆周运动的向心力由洛伦兹力提供,即 mv2R=Bqv,所以 R=mvBq。又因为 m1v1=m2v2,所以R1R2=q2q1,由于 q1=2,q2=92-2=90,因而R1R2=451。课前预习导学 KEQIAN YUXI DAOXUE课堂合作探究 KETANG HEZUO TANJIU问题导学当堂检测如图甲所示,其中轨道 a 为 粒子的轨迹,轨
9、道半径为 R1,轨道 b 为新核的轨迹,其轨道半径为 R2(R1R2)。课前预习导学 KEQIAN YUXI DAOXUE课堂合作探究 KETANG HEZUO TANJIU问题导学当堂检测(2)同理,钍 234 发生一次 衰变放出的 粒子与产生的新核的动量大小相等,方向相反,即总动量为零,可是,粒子带负电,新核带正电,它们衰变后的速度方向相反,但受的洛伦兹力方向相同,所以,它们的两个轨迹圆是内切的,且 粒子的轨道半径大于新核的轨道半径,它们的轨迹示意图如图乙所示,其中,c 为 粒子的轨迹,d 为新核的轨迹。课前预习导学 KEQIAN YUXI DAOXUE课堂合作探究 KETANG HEZU
10、O TANJIU问题导学当堂检测答案:(1)如解析中图甲所示(2)如解析中图乙所示误区警示:书写衰变方程需注意以下几个问题:(1)核反应前后元素不同,所以核反应方程式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,不能只依据两个守恒猜测生成物来写核反应方程。(3)核反应中遵循质量数守恒而不是质量守恒,核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化(质量亏损)而释放出核能。(4)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 辐射。课前预习导学 KEQIAN YUXI DAOXUE课堂合作探究 KETANG HEZUO TANJIU
11、问题导学当堂检测迁移训练 1 92238U 核经一系列的衰变后变为 82206Pb 核,问:(1)一共经过几次 衰变和几次 衰变?(2)82206Pb 与 92238U 相比,质子数和中子数各少多少?(3)写出这一衰变过程的方程。答案:(1)8 次 衰变 6 次 衰变(2)10 22(3)9223882206Pb+824He+6-10 e课前预习导学 KEQIAN YUXI DAOXUE课堂合作探究 KETANG HEZUO TANJIU问题导学当堂检测解析:(1)设 92238U 衰变为 82206Pb 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238=206+4x9
12、2=82+2x-y联立解得 x=8,y=6,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,质子数增加 1,故 82206Pb 比 92238U 质子数少 10,中子数少 22。(3)核衰变方程为:9223882206Pb+824He+6-10 e。课前预习导学 KEQIAN YUXI DAOXUE课堂合作探究 KETANG HEZUO TANJIU问题导学当堂检测1.衰变时,电荷数和质量数都守恒,这也是书写衰变方程的依据。2.衰变过程(1)衰变:ZAZ-2A-4+24He(2)衰变:ZAZ+1 A+-1 0e3.衰
13、变和 衰变的实质(1)衰变:201n+21124He(2)衰变:0111+-1 0e课前预习导学 KEQIAN YUXI DAOXUE课堂合作探究 KETANG HEZUO TANJIU问题导学当堂检测4.衰变次数的计算方法(1)设放射性元素 ZAX 经过 n 次 衰变和 m 次 衰变后,变成稳定的新元素 ZAY,则衰变方程为:ZAZAY+n24He+m-10 e根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程:A=A+4n,Z=Z+2n-m。以上两式联立解得:n=A-A4,m=A-A2+Z-Z。(2)也可以根据衰变中质量数的变化只由 衰变引起,且 衰变一次质量数减少 4,先由质量数的变化求 衰变的次数,再
14、结合电荷数变化及 衰变次数求 衰变次数。课前预习导学 KEQIAN YUXI DAOXUE课堂合作探究 KETANG HEZUO TANJIU问题导学当堂检测5.射线往往是伴随 射线和 射线而产生:因为在发生 衰变或 衰变的过程中,新核处于不稳定状态,它要通过辐射光子而达到稳定的状态,辐射的光子即 射线。课前预习导学 KEQIAN YUXI DAOXUE课堂合作探究 KETANG HEZUO TANJIU问题导学当堂检测二、半衰期及相关计算活动与探究1.你知道考古学家靠什么推断古化石的年代吗?答案:利用 614C 和 612C 的比值来推断古化石的年代。2.自然界中原子序数大于等于 83 的元
15、素都具有放射性,通过衰变,最终将要衰变成稳定的铅 206,由此推测,最终地球上就不存在原子序数大于等于 83 的元素了,是这样吗?答案:理论上讲是这样的,但这个最终结果不知要经历多少年。放射性元素的衰变都有一个半衰期,比如像铀 238 的半衰期是 4.5109 年,即45 亿年。课前预习导学 KEQIAN YUXI DAOXUE课堂合作探究 KETANG HEZUO TANJIU问题导学当堂检测迁移与应用例 214C 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 t=0 时 14C 的质量。下面四幅图中能正
16、确反映 14C 衰变规律的是()解析:由于每经过一个半衰期,14C 的质量减少一半,所以m=m0(12)t,选项 C 正确。答案:C课前预习导学 KEQIAN YUXI DAOXUE课堂合作探究 KETANG HEZUO TANJIU问题导学当堂检测迁移训练 2 放射性在技术上有很多应用,不同的放射源有不同的用途。下表列出了一些放射性元素的半衰期和可供利用的射线。元素射线半衰期元素射线半衰期钋 210138 天锶 9028 年氡 2223.8 天铀 238、4.5103 年某塑料公司生产聚乙烯薄膜,方法是让厚的聚乙烯膜通过轧辊把聚乙烯膜轧薄,利用适当的放射线来测定通过轧辊后的薄膜厚度是否均匀,
17、可利用的元素是()A.钋 210 B.氡 222 C.锶 90 D.铀 238课前预习导学 KEQIAN YUXI DAOXUE课堂合作探究 KETANG HEZUO TANJIU问题导学当堂检测答案:C解析:本题中测定聚乙烯薄膜的厚度,也就是要求射线可以穿透薄膜,因此 射线就不合适了,射线穿透作用还要受薄膜厚度影响,射线穿透作用最强,薄膜厚度不会影响 射线穿透,所以只能选用 射线,而氡222 半衰期太小,铀 238 半衰期太长,所以只有选项 C 较合适。课前预习导学 KEQIAN YUXI DAOXUE课堂合作探究 KETANG HEZUO TANJIU问题导学当堂检测1.半衰期是表示放射性
18、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,不同元素半衰期不同,有的差别很大。2.半衰期公式:N 余=N 原(12),m 余=m0(12)。式中 N 原、m0 表示衰变前的原子数和质量,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.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。课前预习导学 KEQIAN YUXI DAOXUE课堂合作探究 KETANG HEZUO TANJIU问题导学当堂检测12 3 4
19、 51.关于放射性元素发生衰变放射的三种射线,下列说法中正确的是()A.三种射线一定同时产生B.三种射线的速度都等于光速C.射线是处于激发态的原子核发射的D.原子核衰变不能同时放射 射线和 射线答案:C解析:射线是在 衰变或 衰变后原子核不稳定而辐射出光子形成。课前预习导学 KEQIAN YUXI DAOXUE课堂合作探究 KETANG HEZUO TANJIU问题导学当堂检测1 23 4 52.放射性同位素 1124Na 的样品经过 6 小时还剩下18没有衰变,它的半衰期是()A.2 小时B.1.5 小时C.1.17 小时D.0.75 小时答案:A解析:由余原=(12)得 18=(12)6所
20、以=2 小时,即选项 A 正确。课前预习导学 KEQIAN YUXI DAOXUE课堂合作探究 KETANG HEZUO TANJIU1 2 34 5问题导学当堂检测3.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要的时间越短,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,元素的半衰期也变短C.把放射性元素放在密闭的容器中,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,均可减缓衰变的速度答案:A解析:元素的半衰期是由原子核内部的因素决定的,与处于单质状态还是化合状态无关,与外部物理条件也无
21、关。课前预习导学 KEQIAN YUXI DAOXUE课堂合作探究 KETANG HEZUO TANJIU1 2 3 45问题导学当堂检测4.(多选)地球的年龄到底有多大,科学家利用天然放射性元素的衰变规律,通过对目前发现的最古老的岩石中铀和铅含量的测定,推算出该岩石中含有的铀是岩石形成初期时(岩石形成初期时不含铅)的一半。铀 238 衰变后形成铅 206,铀 238 的相对含量随时间变化规律如图所示,图中 N 为铀 238 的原子数,N0 为铀和铅的原子总数。由此可以判断出()A.铀 238 的半衰期为 90 亿年B.地球的年龄大致为 45 亿年C.被测定的古老岩石样品在 90 亿年时的铀、
22、铅原子数之比约为 14D.被测定的古老岩石样品在 90 亿年时的铀、铅原子数之比约为 13课前预习导学 KEQIAN YUXI DAOXUE课堂合作探究 KETANG HEZUO TANJIU1 2 3 45问题导学当堂检测答案:BD解析:由题意、半衰期的含义及铀 238 衰变后含量随时间的变化规律图象可知:铀 238 的半衰期和地球的年龄均大致为 45 亿年。再由图象可知:被测定的古老岩石样品在 90 亿年时铀原子数的相对值为 0.25,即占总原子数的14,由此可推得其中铅占原子数的34,铀、铅原子数之比约为13。选项 B、D 正确。课前预习导学 KEQIAN YUXI DAOXUE课堂合作探究 KETANG HEZUO TANJIU1 2 3 4 5问题导学当堂检测5.一小瓶含有放射性同位素的液体,它每分钟衰变 6 000 次。若将它注射到一位病人的血管中,15 h 后从该病人身上抽取 10 mL 血液,测得此血样每分钟衰变 2 次。已知这种同位素的半衰期为 5 h,求此病人全身血液总量。答案:3.75 L解析:设衰变前原子核的个数为 N0,15 h 后剩余的原子核个数为 N,则N=N0(12)=(12)3N0=18N0,设血液的总体积为 V,衰变的次数跟原子核的个数成正比,即0=2 106 000,由得 V=3 750 mL=3.75 L。