高中物理 19_2 放射性元素的衰變學(xué)案 新人教版選修3-5

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課時(shí)19.?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)，并掌握原子核的衰變規(guī)律。 3.?知道半衰期的統(tǒng)計(jì)意義，會(huì)用半衰期描述衰變速度。 　　1.?原子核的衰變 (1)原子核放出α或β粒子，由于①核電荷數(shù)變了，它在周期表中的位置就變了，變成另一種原子核。我們把這種變化稱為原子核的②衰變。 (2)原子核發(fā)生衰變時(shí)，③電荷數(shù)和④質(zhì)量數(shù)都守恒。 2.?衰變類型 (1)原子核放出⑤α粒子變成新核的衰變叫作α衰變。衰變規(guī)律：新的原子核的質(zhì)量數(shù)減少⑥4　，核電荷數(shù)減少⑦2　，在元素周期表中，新核向前移動(dòng)2位。 (2)原子核放出⑧β粒子(電子)變成新核的衰變叫作β衰變。衰變規(guī)律：新的原子核的質(zhì)量數(shù)⑨不變，核電荷數(shù)增加⑩1　，在元素周期表中，新核向后移動(dòng)1位。 (3)γ射線通常伴隨α　射線和β　射線而產(chǎn)生。 3.?半衰期 (1)定義：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間叫作這種元素的半衰期。 (2)意義：半衰期表示放射性元素衰變的快慢。半衰期描述的對(duì)象是大量的原子核，是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律。 (3)決定因素：元素的半衰期反映的是原子核內(nèi)部的性質(zhì)，與原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件無(wú)關(guān)。 　　主題1：原子核的衰變 　　情景：相傳晉朝初年，南昌人許遜被朝廷任命為旌陽(yáng)縣令，他看到很多老百姓的租稅交不了，非常同情他們，用點(diǎn)石成金的法術(shù)，免去百姓的租稅。這就是成語(yǔ)“點(diǎn)石成金”的故事，不過(guò)“點(diǎn)石成金”在現(xiàn)實(shí)中是不存在的。閱讀教材中的相關(guān)內(nèi)容，回答下列問(wèn)題。 問(wèn)題：(1)有沒(méi)有讓一種物質(zhì)自發(fā)變成另外一種物質(zhì)的方法呢？ (2)自然界的衰變有哪幾種？衰變遵循怎樣的規(guī)律？ (3)β衰變中的電子與光電效應(yīng)中的電子來(lái)源相同嗎？ 　　主題2：探究γ射線 情景：γ射線，又稱γ粒子流，中文音譯為伽馬射線，是波長(zhǎng)短于210-11 m的電磁波。γ射線有很強(qiáng)的穿透力，工業(yè)中可用來(lái)探傷或流水線的自動(dòng)控制。γ射線對(duì)細(xì)胞有殺傷力，醫(yī)療上用來(lái)治療腫瘤。2011年英國(guó)斯特拉斯克萊德大學(xué)研究發(fā)明了地球上最明亮的伽馬射線，它比太陽(yáng)亮1萬(wàn)億倍。這將開(kāi)啟醫(yī)學(xué)研究的新紀(jì)元。 問(wèn)題：γ射線是如何產(chǎn)生的？ 　　主題3：半衰期 情景：日本的核泄漏事故，引起周邊國(guó)家的普遍關(guān)注。這些泄露的物質(zhì)不斷放射射線，對(duì)環(huán)境、生物造成傷害，許多媒體經(jīng)常播報(bào)輻射情況，我們常聽(tīng)到或看到“半衰期”一詞。閱讀教材中相關(guān)內(nèi)容，回答下列問(wèn)題。 問(wèn)題：(1)你知道什么是半衰期嗎？ (2)半衰期遵循怎樣的規(guī)律？ 1.?(考查原子核的質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù))有一種衰變叫EC衰變，EC衰變發(fā)生于核內(nèi)中子數(shù)相對(duì)較少的放射性原子核。核內(nèi)的一質(zhì)子(H)可以俘獲一個(gè)核外電子(e)并發(fā)射出一個(gè)中微子而轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)中子(n)。經(jīng)過(guò)一次EC衰變后原子核的(　　) A.?質(zhì)量數(shù)不變，原子序數(shù)減少1　　　　　　　　 B.?質(zhì)量數(shù)增加1，原子序數(shù)不變 C.?質(zhì)量數(shù)不變，原子序數(shù)不變 D.?質(zhì)量數(shù)減少1，原子序數(shù)減少1 2.?(考查衰變規(guī)律)某放射性元素的原子核發(fā)生兩次α衰變和六次β衰變，關(guān)于它的原子核的變化，下列說(shuō)法中正確的是(　　) A.?中子數(shù)減少8　　　 　B.?質(zhì)子數(shù)減少2　　　　 C.?質(zhì)子數(shù)增加2　　　 　D.?核子數(shù)減少10 3.?(考查衰變方程)完成下列衰變方程： (1)Bie+　　　　。 (2)RnPo+　　　　。 (3)ThRa+　　　　。 (4)PoAt+　　　　。 4.?(考查半衰期)下列有關(guān)半衰期的說(shuō)法正確的是(　　) A.?放射性元素的半衰期越短，表明有半數(shù)原子核發(fā)生衰變所需的時(shí)間越短，衰變速度越快 B.?放射性元素的樣品不斷衰變，隨著剩下未衰變的原子核的減少，元素的半衰期也變短 C.?把放射性元素放在密封的容器中，可以減慢放射性元素的衰變速度 D.?降低溫度或增大壓強(qiáng)，讓該元素與其他物質(zhì)形成化合物，均可減小衰變速度 　　拓展一：原子核的衰變 1.?原子核自發(fā)地放出電子的現(xiàn)象稱為β衰變，開(kāi)始時(shí)科學(xué)家曾認(rèn)為β衰變中只放出電子，即β粒子，后來(lái)發(fā)現(xiàn)這個(gè)過(guò)程中除了放出電子以外，還放出一種叫作“反中微子”的高速粒子，反中微子不帶電，則(　　) A.?原子核能發(fā)生β衰變，說(shuō)明原子核內(nèi)還有電子 B.?發(fā)生β衰變后的原子核的核子數(shù)不變，電荷數(shù)增加 C.?原子核發(fā)生β衰變時(shí)放出的能量等于β粒子與衰變后的核的動(dòng)能之和 D.?靜止的原子核發(fā)生β衰變時(shí)，β粒子與衰變后的核的運(yùn)動(dòng)速度方向一定相反 　　拓展二：衰變規(guī)律 2.?測(cè)得某礦石中鈾、鉛質(zhì)量比為1.?17∶1，假設(shè)開(kāi)始時(shí)該礦石只含有鈾238，發(fā)生衰變的鈾238都變成了鉛206。已知鈾238的半衰期是4.?5109年，求礦石的年齡。 參考答案 知識(shí)體系梳理 ①核電荷數(shù)?、谒プ儭、垭姾伞、苜|(zhì)量?、荭亮Ｗ印、??、??、唳铝Ｗ?電子)?、岵蛔儭、?　α　β　時(shí)間　衰變的快慢　大量　化學(xué)狀態(tài)　外部條件 重點(diǎn)難點(diǎn)探究 主題1：(1)原子核的衰變，可以使一種物質(zhì)自發(fā)變成另外一種物質(zhì)。原子序數(shù)大于或等于83的元素、原子序數(shù)小于83的某些元素，都能自發(fā)地放出α或β粒子，由于核電荷數(shù)變了，其在元素周期表中的位置就變了，變成另一種原子核。我們把這種變化稱為原子核的衰變。 (2)原子核放出α粒子變成新核的衰變叫作α衰變;原子核放出β粒子變成新核的衰變叫作β衰變。無(wú)論是何種衰變，從衰變方程可以看出，原子核發(fā)生衰變時(shí)，必須有兩個(gè)守恒，即：電荷數(shù)守恒，質(zhì)量數(shù)守恒。 (3)不相同。光電效應(yīng)中的光電子是金屬原子的核外電子吸收光子能量從金屬中發(fā)出的電子;原子核里沒(méi)有電子，核內(nèi)的中子可以轉(zhuǎn)變成質(zhì)子和電子，產(chǎn)生的電子從核內(nèi)發(fā)射出來(lái)，這就是β粒子。 主題2：原子核的能量也是量子化的，也存在著不連續(xù)的能級(jí)，并且能級(jí)越低越穩(wěn)定。放射性的原子核在發(fā)生α衰變、β衰變時(shí)，蘊(yùn)藏在核內(nèi)的能量會(huì)釋放出來(lái)，使衰變產(chǎn)生的新原子核處于高能級(jí)，這時(shí)它要向較低能級(jí)躍遷，釋放的能量就以γ光子的形式輻射，因此γ射線總是伴隨著α射線、β射線產(chǎn)生。 主題3：(1)半衰期是用來(lái)表示放射性元素衰變快慢的物理量。所謂半衰期，是指放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間。 (2)對(duì)大量的原子核來(lái)說(shuō)，可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)其剩下沒(méi)有衰變的百分?jǐn)?shù)，這是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律。 根據(jù)半衰期的定義，有N=N0()n，式中N0是開(kāi)始的原子核個(gè)數(shù)，N是剩下未衰變的原子核個(gè)數(shù)，n=是半衰期個(gè)數(shù)(τ為半衰期)。用質(zhì)量表示為m=m0()n。 對(duì)單個(gè)的原子核來(lái)說(shuō)，不能確定何時(shí)發(fā)生衰變。特別指出的是，元素的半衰期反映的是原子核內(nèi)部的性質(zhì)，與原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件無(wú)關(guān)。也就是說(shuō)，一種元素的半衰期與這種元素是以單質(zhì)形式還是以化合物形式存在無(wú)關(guān)，且對(duì)其加壓、增溫，半衰期均不會(huì)改變。 基礎(chǔ)智能檢測(cè) 1.?A　2.?C 3.?(1)Po　(2)He　(3)He　(4)e 4.?A 全新視角拓展 1.?B　【解析】雖然發(fā)生β衰變時(shí)原子核釋放出電子，但原子核內(nèi)并不存在電子，這里的電子來(lái)自于核內(nèi)一個(gè)中子轉(zhuǎn)化為一個(gè)質(zhì)子時(shí)釋放的一個(gè)電子，因此發(fā)生β衰變時(shí)原子核的核子數(shù)(質(zhì)量數(shù))不變，電荷數(shù)增加，故A錯(cuò)誤，B正確;由于β衰變時(shí)還會(huì)釋放γ光子和中微子，整體能量和動(dòng)量守恒，而不是新核與電子組成的系統(tǒng)能量和動(dòng)量守恒，故C，D錯(cuò)誤。 2.?4.?5109年 【解析】設(shè)開(kāi)始礦石中有m0(千克)的鈾238，經(jīng)n個(gè)半衰期后，剩余鈾m(千克)，則m=m0()n，衰變掉的鈾的質(zhì)量為m0-m=m0[1-()n]。一個(gè)鈾核衰變成一個(gè)鉛核，設(shè)生成鉛x(千克)，則： = 據(jù)題意有= 解得n=1，即t=τ=4.?5109年。