高中物理 第4章 从原子核到夸克 4.2 原子核的衰变学案 沪科版选修35

1、4.2原子核的衰变学习目标重点难点1知道天然放射性现象及其规律。2记住三种射线的本质，会利用磁场把它们分开。3知道两种衰变的基本性质，记住衰变的规律。4会利用半衰期公式进行简单计算。重点：天然放射性及规律、原子核衰变规律。难点：半衰期的理解和计算。一、天然放射性的发现物质能自发地放出射线的现象叫做天然放射性现象；物质放射出射线的性质叫放射性，具有放射性的元素叫放射性元素。预习交流1天然放射性现象说明了什么？答案：天然放射性现象说明了原子核是可分的。二、天然放射线中的“三剑客”在射线经过的空间施加磁场，射线分成三束，其中两束在磁场中向不同的方向偏转，说明这两束是带电的，另一束在磁场中不偏转的不带

2、电，这三束分别叫射线、射线和射线。射线种类组成速度贯穿本领电离作用射线氦原子核he约c很小，一张薄纸就能挡住很强射线高速电子流e0.9c较大，能穿过几毫米厚的铝板较弱射线波长很短的电磁波等于c最大，能穿过几厘米厚的铅板很小预习交流2放射性元素放出射线后，它们的原子核还属于原来的元素吗？答案：放射性元素放出射线或射线时，原子核的核电荷数会发生变化，它就变成另外的元素。三、放射性元素的衰变1原子核由于放出某种粒子而转变成新核的现象叫衰变。放出粒子的衰变叫衰变，放出粒子的衰变叫衰变。2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。预习交流3在衰变中，新核在元素周期

3、表中是前移还是后移？移动了几位？答案：在衰变中，新核的核电荷数减小了2，故新核在元素周期表中是前移了2位。四、放射性元素的半衰期1放射性元素的原子核有一半发生衰变所需的时间，叫做这种元素的半衰期。2半衰期的公式是mm（），其中m为该元素剩余的质量，m为该元素原来的质量，t为经过的时间，为半衰期。预习交流4放射性元素的半衰期由什么因素决定？半衰期与元素所处的物理、化学状态有关系吗？答案：放射性元素的半衰期只由元素原子核本身的因素决定，与元素所处的物理、化学状态无关。一、三种射线的理解射线、射线、射线在磁场中运动的轨迹为什么不同？答案：粒子与粒子的电性、电荷量不同，故它们所受同一磁场力的大小、方向

4、都不同，所以粒子与粒子在磁场中的偏转方向相反，圆周半径大小也不同。射线是高频电磁波，它不带电，故它不受磁场力的作用而做直线运动。放射性元素放出的射线，在电场中分成a、b、c三束，如图所示，其中（）。ac为氦核组成的粒子bb为比x射线波长更长的光子流cb为比x射线波长更短的光子流da为高速电子组成的电子流答案：c解析：根据射线在电场中的偏转情况，可以判断，a射线向电场线方向偏转，应为由带正电的粒子组成的射线，b射线在电场中不偏转，所以为射线；c射线受到与电场方向相反的电场力，应为由带负电的粒子组成的射线。三种射线都是高速运动的粒子，能量很高，都来自原子核内部，这使我们认识到两点，一是原子核内部有

5、复杂结构，二是原子核内部蕴藏有巨大的核能。二、放射性元素的衰变放射性元素是怎样放出射线的？射线产生的机理你知道吗？答案：三种射线的产生机理：射线核内两个中子和两个质子结合得比较紧密，有时会作为一个整体从较大的原子核中抛射出来。核发生一次衰变质子数和中子数分别减少2。射线核中的中子可以转化为一个质子和一个电子，产生的电子从核中发射出来，这就是射线，由于该电子来源于原子核，它的速度远大于阴极射线中的电子和核外绕核旋转的电子。射线原子核的能量也是不连续的，同样存在着能级，能级越低越稳定。放射性原子核在发生衰变、衰变后产生的新核往往处于高能级，当它向低能级跃迁时，辐射光子。由于原子核中的能级跃迁辐射出

6、的光子能量非常大，故光子的频率很大。所以波长很短。（2010·全国理综，14）原子核u经放射性衰变变为原子核th，继而经放射性衰变变为原子核pa，再经放射性衰变变为原子核u。放射性衰变、和依次为（）。a衰变、衰变和衰变b衰变、衰变和衰变c衰变、衰变和衰变d衰变、衰变和衰变答案：a解析：原子核u衰变为th需要经历衰变，继而经历衰变可得到pa，然后再经历一次衰变可得到u，所以放射性衰变依次为衰变、衰变、衰变，本题只有选项a正确。对于原子核的衰变，要注意以下几点：1由于原子核在发生衰变或衰变时有多余能量而放出射线，不可能单独发生衰变。2确定衰变次数，一般先由质量数的改变确定衰变的次数，因为

7、衰变对质量数没有影响，然后再根据电荷数守恒确定衰变的次数。3确定衰变次数要记住两个等式：（1）核电核数质子数（z）元素的原子序数中性原子的核外电子数。（2）质量数（a）核子数质子数中子数。三、半衰期的应用一座古墓被挖掘出来了，科学家们从其中的一块木片就可以大致推断出这座古墓建造的年代。你知道科学家所用的方法吗？答案：科学家用的是碳14测年法。活的动、植物体内都有一定比例的放射性元素碳14，动植物死后就不再吸收空气中的碳14，于是动、植物体内的碳14就通过衰变而逐渐减少。碳14的半衰期是5 730年，经实验测定，活的动植物体内1克碳的衰变率大约是16次分，如果一个被签定的样品中每克碳的衰变率是8

8、次分，就知道它已经经过了5 730年，衰变率若是4次分，就是经过了11 460年，依次类推。测得某矿石中铀、铅质量比为1.171，假设开始时矿石只含有铀238，发生衰变的铀238都变成了铅206。已知铀238的半衰期是4.5×109年，求矿石的年龄。答案：4.5×109年解析：只要利用半衰期的计算公式mm0（）找出m、m0的关系，4.5×109年，即可求出矿石的年龄。设开始矿石中有m0（千克）的铀238，经n个半衰期后，剩余铀m（千克），则mm0（）n，衰变掉的铀m0mm01（）n，一个铀核衰变成一个铅核，设生成铅x（千克），则，得xm01（）n据题意有，即解得n

9、1，即t4.5×109年。1半衰期计算要利用半衰期公式n余n原（）t/或m余m原（）t/，前者计算剩余核的个数，后者计算剩余核的质量。2原子核的半衰期只由原子核本身决定，与原子核所处的物理、化学状态无关，与是否是单质或是化合物等无关。3半衰期是一种统计规律，只适用于大量原子核的衰变规律。半衰期对某一个核或某几个少数核没有意义。1关于天然放射现象，下列说法正确的是（）。a是玛丽·居里夫妇首先发现的b说明了原子核不是单一的粒子c射线必须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答案：bc2在天然放射现象中，关于、射线的产生，下列叙述正确的是（）。a粒子带正电，射线

10、是从原子核中射出的b粒子带负电，所以射线有可能是核外电子c粒子是光子，所以射线有可能是由原子发光产生的d射线、射线、射线都是从原子核内部释放出来的答案：ad解析：衰变的实质是原子核中的两个质子和两个中子结合成一个氦核，衰变的实质是一个中子变成一个质子和一个电子，然后释放出电子，射线伴随衰变和衰变的产生而产生。所以这三种射线都是从原子核内部释放出来的，故b、c错误，a、d正确。3下列说法正确的是（）。a把放射性元素放在低温处，可以减缓放射性元素的衰变b把放射性元素同其他稳定元素结合成化合物，放射性元素的半衰期不变c半衰期是放射性元素的原子核全部衰变所需时间的一半d某一铅的矿石中发现有20个氡原子

11、核，经过3.8天（氡的半衰期），此矿石中只剩下10个氡原子核答案：b解析：放射性元素的半衰期与其化学物理状态无关，仅由原子核的内部结构决定，故a错，b正确。半衰期遵循统计规律对大量的原子核才适用，故d错，半衰期是指大量原子核有半数发生衰变的时间，故c错。4放射性元素的半衰期在下列哪些情况下不发生变化（）。a放射性元素放射出粒子后，变成新的放射性元素b放射性元素与其他物质进行化学反应后生成化合物c把放射性元素置于高温、高压的环境中d用高能粒子轰击，得到新的放射性元素答案：bc解析：放射性元素的半衰期只取决于放射性元素本身，而与其他因素无关，但在放射性元素转变为其他放射性元素后，其半衰期一定会发生变化，所以a、d错，因此选b、c。5（2011·洛阳高二检测）一放射性同位素th经、衰变会生成氡，其衰变方程为thrnxy，其中（）。ax1，y3bx2，y3cx3，y1 dx3，y2答案：d解析：本题考查放射性元素衰变的有关知识，为较容易的题目。由衰变方程：thrnxheye，由质量数守恒和电荷数守恒得：2322204x,90862xy可解得：x3，y2。6edbc3191