高中物理 第十九章 原子核 第2節(jié) 放射性元素的衰變學(xué)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(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是原子核的衰變。 2．知道兩種衰變的基本性質(zhì)，掌握原子核的衰變規(guī)律及實(shí)質(zhì)。 3．理解半衰期的概念及影響因素。 4．會(huì)利用半衰期解決相關(guān)問題。 你知道考古學(xué)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(chǎn)生 思考：原子核發(fā)生α衰變時(shí)，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(shí)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(guān)系。 (3)半衰期是________原子核衰變的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。 答案：1．(1)α粒子　β粒子　衰變　(2)α　He　β　e　電荷數(shù)　質(zhì)量數(shù) 思考 提示：發(fā)生α衰變后，新

3、核的核電荷數(shù)減少2，在元素周期表上的位置前移兩位。 2．(1)半數(shù)　半衰期　(2)核內(nèi)部自身　化學(xué)狀態(tài)　外部條件　(3)大量 一、對(duì)原子核的衰變的正確理解 1．衰變規(guī)律 原子核衰變時(shí)，電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)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(shí)質(zhì) (1)α衰變：原子核中的兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子結(jié)合在一起發(fā)射出來的，即：2n＋2H→He； (2)β衰變：原子核內(nèi)的一個(gè)中子衰變成一個(gè)質(zhì)子，同時(shí)放出一個(gè)電子，即：n→H＋e。 4．衰變次數(shù)的計(jì)算方法 設(shè)放射性元素X經(jīng)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(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)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(shí)間用t表示，如果原來的質(zhì)量為m0，剩余的質(zhì)量為m，經(jīng)過個(gè)半衰期，該元素的剩余質(zhì)量變?yōu)? m＝ 若用N和n分別表示衰變前后的原子數(shù)，衰變公式又可寫成 n＝。 2．半衰期是一個(gè)統(tǒng)計(jì)概念 描述的是大量原子核的集體行為，個(gè)別原子核經(jīng)過多長(zhǎng)時(shí)間衰變無法預(yù)測(cè)。對(duì)個(gè)別或極少數(shù)原子核，無半衰期而言。 類型一 原子核衰變的實(shí)質(zhì) 【例題1】 對(duì)天然放射現(xiàn)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(fù)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(chǎn)生的 D．α射線、β射線、γ射線都是從原子核內(nèi)部釋放出來的 解析：α衰變的實(shí)質(zhì)是原子核中的兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子結(jié)合在一起形成一個(gè)氦核發(fā)射出來的，β衰變的實(shí)質(zhì)是原子核內(nèi)的一個(gè)中子變成一個(gè)質(zhì)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(chǎn)生的，所以這三種射線都是從原子核內(nèi)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(yīng)產(chǎn)生的，與原子的變化無關(guān)。 類型二 原子核衰變規(guī)律的應(yīng)用 【例題2】 U經(jīng)一系列的衰變后

6、變?yōu)镻b。 (1)求一共經(jīng)過幾次α衰變和幾次β衰變？ (2)Pb與U相比，求質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)各少多少？ (3)寫出這一衰變過程的方程。 點(diǎn)撥：可依據(jù)衰變過程中質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒求解衰變次數(shù)，再根據(jù)α衰變、β衰變的實(shí)質(zhì)推算質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)的變化。 解析：(1)設(shè)U衰變?yōu)镻b經(jīng)過x次α衰變和y次β衰變。由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得 238＝206＋4x① 92＝82＋2x－y② 聯(lián)立①②解得x＝8，y＝6，即一共經(jīng)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(zhì)子數(shù)和中子數(shù)均減少2，每發(fā)生一次β衰變中子數(shù)減少1，而質(zhì)子數(shù)增加1，故Pb較U質(zhì)子數(shù)少10，中子數(shù)少22。 (3)核反

7、應(yīng)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(shù)的判斷方法：(1)衰變過程遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒；(2)每發(fā)生一次α衰變質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)均減少2；(3)每發(fā)生一次β衰變中子數(shù)減少1，質(zhì)子數(shù)增加1。 觸類旁通：在例題2(2)中，Pb核的中子數(shù)比質(zhì)子數(shù)多多少？ 類型三 半衰期的應(yīng)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(cè)到某古木中14C的含量為原來的，則該古樹死亡時(shí)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(shè)古木剛死亡時(shí)的質(zhì)量為m0，現(xiàn)在的質(zhì)量為m，由題意可知＝()n＝ 所以n＝2，古木死亡的時(shí)間為5 730×2年＝11 460年，應(yīng)選B選項(xiàng)。 答案：B 題后反思：利用半衰期公式解決實(shí)際問題時(shí)，首先要理解半衰期的統(tǒng)計(jì)意義，其次要知道公式建立的是剩余核的質(zhì)量與原有核的總質(zhì)量間的關(guān)系。 觸類旁通 答案：42 1．某放射性元素的一個(gè)原子核，發(fā)生一次β衰變，則它的(　　)。 A．質(zhì)子數(shù)減少一個(gè)，中子數(shù)不變 B．質(zhì)子數(shù)增加一個(gè)，中子數(shù)不變 C．質(zhì)子數(shù)增加一個(gè)，中子數(shù)減少一個(gè) D．質(zhì)子數(shù)減少一個(gè)，中子數(shù)增加一個(gè) 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(jīng)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(huì)釋放出具有放射性的惰性氣體氡，而氡會(huì)發(fā)生放射性衰變，放射出α、β、γ射線，這些射線會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生癌變及呼吸道等方面的疾病。根據(jù)有關(guān)放射性知識(shí)可知，下列說法正確的是(　　)。 A．氡的半衰期為3.8天，若取4個(gè)氡原子核，經(jīng)7.6天后就剩下一個(gè)原子核了 B．β衰變所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子和電子所產(chǎn)生的 C．γ射線一般伴隨著α或β射線產(chǎn)生，在這三種射線中，γ射線

10、的穿透能力最強(qiáng)，電離能力最弱 D．發(fā)生α衰變時(shí)，生成核與原來的原子核相比，中子數(shù)減少了4 4．建材中的放射物質(zhì)衰變成放射性的氡氣，會(huì)導(dǎo)致肺癌，其中建材中放射性元素中含有很多的釙222()，它經(jīng)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(shí)質(zhì)是一個(gè)中子變成一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，故中子減少一個(gè)而質(zhì)子增加一個(gè)。故選項(xiàng)A、B、D錯(cuò)，C對(duì)。 2．C　放射性原子核在21天的時(shí)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(xiàng)正確。 3．BC　半衰期遵循統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對(duì)單個(gè)或少數(shù)原子核是沒有意義的，A項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)三種射線的特性及衰變實(shí)質(zhì)可知B、C兩項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤。 4．C　釙(222)衰變成氡(222)質(zhì)量數(shù)沒有變，故僅發(fā)生了β衰變，次數(shù)為86－84＝2(次)，故選項(xiàng)A、B、D錯(cuò)，C對(duì)。 4