高中物理 第十九章 原子核 第2節(jié) 放射性元素的衰變學案 新人教版選修3-5

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1、 2　放射性元素的衰變 1．知道放射現象的實質是原子核的衰變。 2．知道兩種衰變的基本性質，掌握原子核的衰變規(guī)律及實質。 3．理解半衰期的概念及影響因素。 4．會利用半衰期解決相關問題。 你知道考古學家靠什么推斷古化石的年代嗎？ 提示：利用C與C的比值來推斷古化石年代。 1．原子核的衰變 (1)衰變：原子核放出________或________，變成另一種原子核，這種變化稱為原子核的______。 (2)衰變的種類和規(guī)律： 種類 方程 規(guī)律 原子核的衰變 α衰變：放出____粒子的衰變 例如：U→Th＋______ ________、_

2、_____守恒 β衰變：放出____粒子的衰變 例如：Th→Pa＋________ γ衰變：伴隨α衰變和β衰變產生 思考：原子核發(fā)生α衰變時，新核在元素周期表中的位置發(fā)生怎樣的變化？ 2．半衰期 (1)放射性元素的原子核有______發(fā)生衰變所需要的時間，叫做這種元素的______。 (2)放射性元素衰變的快慢是由__________的因素決定的，跟原子所處的__________和________都沒有關系。 (3)半衰期是________原子核衰變的統(tǒng)計規(guī)律。 答案：1．(1)α粒子　β粒子　衰變　(2)α　He　β　e　電荷數　質量數 思考 提示：發(fā)生α衰變后，新

3、核的核電荷數減少2，在元素周期表上的位置前移兩位。 2．(1)半數　半衰期　(2)核內部自身　化學狀態(tài)　外部條件　(3)大量 一、對原子核的衰變的正確理解 1．衰變規(guī)律 原子核衰變時，電荷數和質量數都守恒。 2．衰變方程 (1)α衰變：X→Y＋He； (2)β衰變：X→Y＋e。 3．α衰變和β衰變的實質 (1)α衰變：原子核中的兩個質子和兩個中子結合在一起發(fā)射出來的，即：2n＋2H→He； (2)β衰變：原子核內的一個中子衰變成一個質子，同時放出一個電子，即：n→H＋e。 4．衰變次數的計算方法 設放射性元素X經過n次α衰變和m次β衰變后，變成穩(wěn)定的新元素Y，則衰變

4、方程為 X→Y＋nHe＋me 根據電荷數守恒和質量數守恒可列方程： A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m， n＝，m＝＋Z′－Z。 二、半衰期 1．半衰期公式 用τ表示某放射性元素的半衰期，衰變時間用t表示，如果原來的質量為m0，剩余的質量為m，經過個半衰期，該元素的剩余質量變?yōu)? m＝ 若用N和n分別表示衰變前后的原子數，衰變公式又可寫成 n＝。 2．半衰期是一個統(tǒng)計概念 描述的是大量原子核的集體行為，個別原子核經過多長時間衰變無法預測。對個別或極少數原子核，無半衰期而言。 類型一 原子核衰變的實質 【例題1】 對天然放射現象，下列說法中正確的是(　　)。 A

5、．α粒子帶正電，所以α射線一定是從原子核中射出的 B．β粒子帶負電，所以β粒子有可能是核外電子 C．γ射線是光子，所以γ射線有可能是原子發(fā)光產生的 D．α射線、β射線、γ射線都是從原子核內部釋放出來的 解析：α衰變的實質是原子核中的兩個質子和兩個中子結合在一起形成一個氦核發(fā)射出來的，β衰變的實質是原子核內的一個中子變成一個質子和電子，然后釋放出電子，γ射線是伴隨α衰變和β衰變產生的，所以這三種射線都是從原子核內部釋放出來的。 答案：AD 題后反思：α射線、β射線和γ射線是由于原子核發(fā)生反應產生的，與原子的變化無關。 類型二 原子核衰變規(guī)律的應用 【例題2】 U經一系列的衰變后

6、變?yōu)镻b。 (1)求一共經過幾次α衰變和幾次β衰變？ (2)Pb與U相比，求質子數和中子數各少多少？ (3)寫出這一衰變過程的方程。 點撥：可依據衰變過程中質量數和電荷數守恒求解衰變次數，再根據α衰變、β衰變的實質推算質子數、中子數的變化。 解析：(1)設U衰變?yōu)镻b經過x次α衰變和y次β衰變。由質量數和電荷數守恒可得 238＝206＋4x① 92＝82＋2x－y② 聯立①②解得x＝8，y＝6，即一共經過8次α衰變和6次β衰變。 (2)由于每發(fā)生一次α衰變質子數和中子數均減少2，每發(fā)生一次β衰變中子數減少1，而質子數增加1，故Pb較U質子數少10，中子數少22。 (3)核反

7、應方程為U→Pb＋8He＋6e。 答案：(1)8　6 (2)10　22 (3)U→Pb＋8He＋6e 題后反思：衰變次數的判斷方法：(1)衰變過程遵循質量數守恒和電荷數守恒；(2)每發(fā)生一次α衰變質子數、中子數均減少2；(3)每發(fā)生一次β衰變中子數減少1，質子數增加1。 觸類旁通：在例題2(2)中，Pb核的中子數比質子數多多少？ 類型三 半衰期的應用 【例題3】 14C是一種半衰期為5 730年的放射性同位素。若考古工作者探測到某古木中14C的含量為原來的，則該古樹死亡時間距今大約(　　)。 A．22 920年 B．11 460年 C．5 730年 D．2 86

8、5年 解析：假設古木剛死亡時的質量為m0，現在的質量為m，由題意可知＝()n＝ 所以n＝2，古木死亡的時間為5 730×2年＝11 460年，應選B選項。 答案：B 題后反思：利用半衰期公式解決實際問題時，首先要理解半衰期的統(tǒng)計意義，其次要知道公式建立的是剩余核的質量與原有核的總質量間的關系。 觸類旁通 答案：42 1．某放射性元素的一個原子核，發(fā)生一次β衰變，則它的(　　)。 A．質子數減少一個，中子數不變 B．質子數增加一個，中子數不變 C．質子數增加一個，中子數減少一個 D．質子數減少一個，中子數增加一個 2．某放射性元素的原子核在21天里衰減掉，它的半

9、衰期是(　　)。 A．3天 B．5.25天 C．7天 D．10.5天 3．目前，在居室裝修中經常用到花崗巖、大理石等裝飾材料，這些巖石都不同程度地含有放射性元素，比如，有些含有鈾、釷的花崗巖等巖石會釋放出具有放射性的惰性氣體氡，而氡會發(fā)生放射性衰變，放射出α、β、γ射線，這些射線會導致細胞發(fā)生癌變及呼吸道等方面的疾病。根據有關放射性知識可知，下列說法正確的是(　　)。 A．氡的半衰期為3.8天，若取4個氡原子核，經7.6天后就剩下一個原子核了 B．β衰變所釋放的電子是原子核內的中子轉化成質子和電子所產生的 C．γ射線一般伴隨著α或β射線產生，在這三種射線中，γ射線

10、的穿透能力最強，電離能力最弱 D．發(fā)生α衰變時，生成核與原來的原子核相比，中子數減少了4 4．建材中的放射物質衰變成放射性的氡氣，會導致肺癌，其中建材中放射性元素中含有很多的釙222()，它經過多少次β衰變能生成氡222()(　　)。 A．222次 B．136次 C．2次 D．86次 答案：1．C　β衰變的實質是一個中子變成一個質子和一個電子，故中子減少一個而質子增加一個。故選項A、B、D錯，C對。 2．C　放射性原子核在21天的時間里衰減掉，還剩下的原子核沒有發(fā)生衰變，由半衰期的意義可知，21天是該原子核的半衰期的3倍，所以半衰期為7天。C選項正確。 3．BC　半衰期遵循統(tǒng)計規(guī)律，對單個或少數原子核是沒有意義的，A項錯誤；根據三種射線的特性及衰變實質可知B、C兩項正確，D項錯誤。 4．C　釙(222)衰變成氡(222)質量數沒有變，故僅發(fā)生了β衰變，次數為86－84＝2(次)，故選項A、B、D錯，C對。 4