20172018学年同步备课套餐物理沪科版选修35讲义第4章从原子核到库克42

4．2原子核的衰变[学习目标]1.知道什么是放射性、放射性元素、天然放射现象.2.知道三种射线的特征.3.知道衰变及两种衰变的规律，能熟练写出衰变方程.4.会用半衰期描述衰变的速度，知道半衰期的统计意义．一、天然放射现象和三种射线`[导学研究]1.1896年法国物理学家贝可勒尔发现了放射性元素自觉地发出射线的现象，即天然放射现象．能否全部的元素都拥有放射性？放射性物质发出的射线有哪些种类？答案原子序数大于或等于83的元素，都能自觉地发出射线，原子序数小于83的元素，有的也能放出射线．放射性物质发出的射线有三种：α射线、β射线、γ射线．2．如何用电场或磁场判断三种射线粒子的带电性质？答案让三种射线经过匀强电场，γ射线不偏转，说明γ射线不带电．α射线偏转方向和电场方向相同，带正电，β射线偏转方向和电场方向相反，带负电．也许让三种射线经过匀强磁场，γ射线不偏转，说明γ射线不带电，α射线和β射线可依据偏转方向和左手定章确立带电性质．[知识梳理]1．天然放射现象1896年，法国物理学家贝可勒尔发现铀及其化合物能放出一种不一样于X射线的新射线．(1)定义：物理学中把物质能自觉地放出射线的现象叫做天然放射现象．(2)放射性：物质放出射线的性质．(3)放射性元素：拥有放射性的元素．2．对三种射线的认识种类α射线β射线γ射线构成高速氦核流高速电子流光子流(高频电磁波)带电2e－e0荷量速率0.1c0.99cc贯穿本事

最弱，用一张纸就能挡住

较强，能穿透几毫米厚的铝板

最强，能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土电离很强

较强

很弱作用[即学即用]判断以下说法的正误．(1)1896年，法国的玛丽·居里第一发现了天然放射现象．(×)(2)原子序数大于83的元素都是放射性元素．(√)(3)原子序数小于83的元素都不可以放出射线．(×)(4)α射线实质上就是氦原子核，α射线拥有较强的穿透能力．(×)(5)β射线是高速电子流，很简单穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板．(√)(6)γ射线是能量很高的电磁波，电离作用很强．(×)二、原子核的衰变[导学研究]如图1为α衰变、β衰变表示图．图11．当原子核发生α衰变时，原子核的质子数和中子数如何变化？答案发生α衰变时，质子数减少2，中子数减少2.2．当发生β衰变时，新核的核电荷数相对本来的原子核变化了多少？新核在元素周期表中的地点如何变化？答案发生β衰变时，核电荷数增添1.新核在元素周期表中的地点向后挪动一位．[知识梳理]原子核的衰变1．定义：原子核因为放出某种粒子而转变为新核的变化，叫做原子核的衰变．2．衰变种类(1)α衰变：放射性元素放出

α粒子的衰变过程．放出一个

α粒子后，核的质量数减少

4，电荷数减少

2，成为新核．AA－44ZX→Z－2Y＋2He(2)β衰变：放射性元素放出β粒子的衰变过程．放出一个β粒子后，核的质量数不变，电荷数增添1.AA0ZX→Z＋1Y＋-1e3．衰变规律：原子核衰变时电荷数和质量数都守恒．4．衰变的实质(1)α衰变的实质：2此中子和2个质子联合在一起形成α粒子．(2)β衰变的实质：核内的中子转变为了一个电子和一个质子．(3)γ射线常常是陪伴着α衰变和β衰变产生的．[即学即用]判断以下说法的正误．(1)原子核在衰变时，它在元素周期表中的地点不变．(×)(2)发生β衰变是原子核中的电子发射到核外．(×)(3)γ射线常常是陪伴着α射线和β射线产生的．(√)三、放射性元素的半衰期[导学研究]1.什么是半衰期？关于某个或选定的几个原子核能依据该种元素的半衰期展望它的衰变时间吗？答案半衰期是一个时间，是某种放射性元素的大批原子核有多数发生衰变所用的时间的统计规律，故没法展望单个原子核或几个特定原子核的衰变时间．2．某放射性元素的半衰期为

4天，如有

10个这样的原子核，经过

4天后还剩

5个，这类说法对吗？答案半衰期是大批放射性元素的原子核衰变时所依照的统计规律，不可以用于少许的原子核发生衰变的状况，所以，经过4天后，10个原子核有多少发生衰变是不可以确立的，所以这类说法不对．[知识梳理]半衰期1．定义：放射性元素每经过一段时间，就有一半的核发生衰变，这段时间叫做放射性元素的半衰期．2．特色(1)不一样的放射性元素，半衰期不一样，甚至差异特别大．(2)放射性元素衰变的快慢是由其原子核自己决定的，跟原子所处的化学状态和外面条件没关．3．合用条件：半衰期描述的是统计规律，不合用于单个原子核的衰变．4．半衰期公式：N余＝N原(1)Tt，m余＝m原(1)Tt，此中T为半衰期．225．半衰期的应用：利用半衰期特别稳固这一特色，可以经过丈量其衰变程度来推测时间．[即学即用]判断以下说法的正误．(1)同种放射性元素，在化合物中的半衰期比在单质中长．(×)(2)把放射性元素放在低温处，可以减缓放射性元素的衰变．(×)(3)放射性元素的半衰期与元素所处的物理和化学状态没关，它是一个统计规律，只对大批的原子核才合用．(√)(4)氡的半衰期是3.8天，如有4个氡原子核，则经过7.6天后只剩下一个氡原子核．(×)一、天然放射现象和三种射线1．三种射线的实质α射线：高速氦核流，带电荷量为2e的正电荷；β射线：高速电子流，带电荷量为e的负电荷；γ射线：光子流(高频电磁波)，不带电．2．三种射线在电场中和磁场中的偏转(1)在匀强电场中，γ射线不发生偏转，做匀速直线运动，α粒子和β粒子沿相反方向做类平抛运动，在相同的条件下，β粒子的偏移大，如图2所示．图2(2)在匀强磁场中，γ射线不发生偏转，仍做匀速直线运动，α粒子和β粒子沿相反方向做匀速圆周运动，且在相同条件下，β粒子的轨道半径小，如图3所示．图

33．元素的放射性(1)一种元素的放射性与是单质还是化合物没关，这就说明射线跟原子核外电子没关．(2)射线来自于原子核说明原子核内部是有结构的．例1如图4所示，R是一种放射性物质，虚线框内是匀强磁场，LL′是厚纸板，

MM′是荧光屏，实验时，发此刻荧光屏的

O、P两点处有亮斑，由此可知磁场的方向、到达

O点的射线种类、到达

P点的射线种类应属于下表中的

(

)图4选项磁场方向到达O点的射线到达P点的射线A竖直向上βαB竖直向下αβC垂直纸面向里γβD垂直纸面向外γα答案C分析R放射出来的射线共有α、β、γ三种，此中α、β射线垂直于磁场方向进入磁场所区时将遇到洛伦兹力作用而偏转，γ射线不偏转，故打在O点的应为γ射线；因为α射线贯穿本领弱，不可以射穿厚纸板，故到达P点的应是β射线；依照β射线的偏转方向及左手定章可知磁场方向垂直纸面向里．例2(多项选择)将α、β、γ三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场，图中表示射线偏转状况正确的是()答案AD分析已知α粒子带正电，β粒子带负电，γ射线不带电，依据正、负电荷在磁场中运动受洛伦兹力方向和正、负电荷在电场中受电场力方向可知，A、B、C、D四幅图中α、β粒子的偏转方向都是正确的，但偏转的程度需进一步判断．带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，其半径

mvr＝Bq，将数据代入，则α粒子与β粒子的半径之比rαmαvαqβ4×0.1c1，＝··＝1×≈371rβmβvβqα0.99c21836对，B错；带电粒子垂直进入匀强电场，设初速度为v0，垂直电场线方向位移为x，沿电场线方向位移为y，则有1qE2x＝v0t，y＝2mt，qEx2消去t可得y＝2.2mv0对某一确立的x值，α、β粒子沿电场线偏转距离之比1yα2218360.99c21qαmβvβ2≈，＝··2＝××0.1cyβqβmαvα1437.5错，D对．三种射线的鉴别：(1)α射线带正电、β射线带负电、γ射线不带电．α射线、β射线是实物粒子，而γ射线是光子流，属于电磁波的一种．(2)α射线、β射线都可以在电场或磁场中偏转，但偏转方向不一样，γ射线则不发生偏转．(3)α射线穿透能力弱，β射线穿透能力较强，γ射线穿透能力最强，而电离本事相反．二、原子核的衰变规律和衰变方程确立原子核衰变次数的方法与技巧A经过n次α衰变和m次β衰变后，变为稳固的新元素A′Y，则衰变(1)方法：设放射性元素ZXZ′方程为：AA′40ZX―→Z′Y＋n2He＋m－1e依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－A′，m＝A－A′＋Z′－Z.42因而可知，确立衰变次数可归纳为解一个二元一次方程组．(2)技巧：为了确立衰变次数，一般先由质量数的改变确立α衰变的次数(这是因为β衰变的次数多少对质量数没有影响)，而后依据衰变规律确立β衰变的次数．例323820692U核经一系列的衰变后变为82Pb核，问：(1)一共经过几次α衰变和几次β衰变？23882Pb与92U对比，质子数和中子数各少了多少？(3)综合写出这一衰变过程的方程．答案(1)86(2)102223820640(3)92U―→82Pb＋82He＋6－1e分析238206(1)设92U衰变为82Pb经过x次α衰变和y次β衰变，由质量数守恒和电荷数守恒可得238＝206＋4x①92＝82＋2x－y②联立①②解得x＝8，y＝6.即一共经过8次α衰变和6次β衰变．(2)因为每发生一次α衰变质子数和中子数均减少2，每发生一次β衰变中子数减少1，而质子数增添1，故20682Pb与23892U对比，质子数少10，中子数少22.(3)衰变方程为2382064092U―→82Pb＋82He＋6－1e.针对训练1238234原子核92U经放射性衰变①变为原子核90Th，既而经放射性衰变②变为原子核23491Pa，再经放射性衰变③变为原子核23492U.放射性衰变①、②和③挨次为()A．α衰变、β衰变和β衰变B．β衰变、α衰变和β衰变C．β衰变、β衰变和α衰变D．α衰变、β衰变和α衰变答案A分析依据衰变反响前后的质量数守恒和电荷数守恒的特色，23823492U核与90Th核对比较可知，衰变①的另一产物4①为α衰变，选项234234③的另为2He，所以衰变B、C错误；91Pa核与92U核对比较可知，衰变0一产物为－1e，所以衰变③为β衰变，选项A正确，D错误．衰变方程的书写：衰变方程用“―→”，而不用“＝”表示，因为衰变方程表示的是原子核的变化，而不是原子的变化．三、对半衰期的理解及有关计算例4放射性同位素C被考古学家称为“碳钟”，它可以用来判断古生物体的年月，此项研究获取1960年诺贝尔化学奖．14(1)宇宙射线中高能量的中子碰到空气中的氮原子后，会形成不稳固的6C，它很简单发生衰变，放出β射线变为一个新核，其半衰期为5730年，试写出146C的衰变方程．(2)若测得一古生物遗骸中的146C含量只有活体中的25%，则此遗骸距今约有多少年？答案(1)0(2)11460年146C―→－1e＋147N分析(1)14140146C的β衰变方程为：6C―→－1e＋7N.14(2)6C的半衰期T＝5730年．生物死亡后，遗骸中的1414146C按其半衰期变化，设活体中6C的含量为N0，遗骸中的6C含量为N，则N＝(1)TtN0，21tt即0.25N0＝5730N0，故＝2，t＝11460年．()25730针对训练2氡222是一种天然放射性气体，被吸入后，会对人的呼吸系统造成辐射损害，它是世界卫生组织宣告的主要环境致癌物质之一．其衰变方程是22286Rn―→21884Po＋________.已知22286Rn的半衰期约为3.8天，则约经过________天，16g的22286Rn衰变后还剩1g.答案415.22He分析依据核反响过程中电荷数守恒和质量数守恒可推得该反响的另一种生成物为24He.依据m余＝m原(1)Tt得t＝4，代入T＝3.8天，解得t＝3.8×4天＝15.2天．2T(1)半衰期由核内部自己的要素决定，与原子所处的化学状态和外面条件都没关．(2)半衰期是一个统计规律，合用于大批原子核衰变的计算，关于个别少量原子核不合用．1．(多项选择)以下关于天然放射现象，表达正确的选项是()．若使某放射性物质的温度高升，其半衰期将变短．β衰变所开释的电子是原子核外的电子电离形成的C．α射线是原子核衰变产生的，它有很强的电离作用D．γ射线是原子核产生的，它是能量很大的光子流答案CD2．以下有关半衰期的说法正确的选项是()．放射性元素的半衰期越短，表示有多数原子核发生衰变所需的时间越短，衰变速度越快．放射性元素的样品不停衰变，跟着剩下未衰变的原子核的减少，元素半衰期也变长C．把放射性元素放在密封的容器中，可以减慢放射性元素的衰变速度D．降低温度或增大压强，让该元素与其余物质形成化合物，均可减小衰变速度答案A分析放射性元素的半衰期是指放射性元素的原子核多数发生衰变所需的时间，它反响了放射性元素衰变速度的快慢，半衰期越短，则衰变越快；某种元素的半衰期长短由其自己要素决定，与它所处的物理、化学状态没关，故A正确，B、C、D错误．3．(多项选择)14C发生放射性衰变为为14N，半衰期约5700年．已知植物存活时期，其体内14C与12C的比率不变；生命活动结束后，14C的比率连续减小．现经过丈量得知，某古木样品中14C的比率正好是现代植物所制样品的二分之一．以下说法正确的选项是()A．该古木的年月距今约5700年121314B．C、C、C拥有相同的中子数C．14C衰变为14N的过程中放出β射线D．增添样品丈量环境的压强将加快14C的衰变答案AC分析因古木样品中14C的比率正好是现代植物所制样品的二分之一，则可知经过的时间为一个半衰期，即该古木的年月距今约为

5700

年，选项

A正确；12C、13C、14C

拥有相同的质子数，因为质量数不一样，故中子数不一样，选项

B错误；依据核反响方程可知，

14C衰变为

14N的过程中放出电子，即发出

β射线，选项

C正确；外界环境不影响放射性元素的半衰期，选项

D

错误．一、选择题(1～5题为单项选择题，6～9题为多项选择题)1．关于原子核的衰变和半衰期，以下说法正确的选项是()A．半衰期是指原子核的质量减少一半所需要的时间B．半衰期是指原子核有多数发生衰变所需要的时间C．发生α衰变时产生的新原子核在周期表中的地点向后挪动2位D．发生β衰变时产生的新原子核在周期表中的地点向前挪动1位答案B2．在天然放射性物质周边搁置一带电体，带电体所带的电荷很快消逝的根根源因是()A．γ射线的贯穿作用B．α射线的电离作用C．β射线的贯穿作用D．β射线的中和作用答案B分析因为α粒子电离作用较强，能使空气分子电离，电离产生的电荷与带电体的电荷中和，使带电体所带的电荷很快消逝．3．放射性元素放出的射线，在电场中分成A、B、C三束，如图1所示，此中()图1A．C为氦原子核构成的粒子流B．B为比X射线波长更长的光子流C．B为比X射线波长更短的光子流D．A为高速电子构成的电子流答案C分析依据射线在电场中的偏转状况，可以判断，A射线向电场线方向偏转，应为带正电的粒子构成的射线，所以是α射线；B射线在电场中不偏转，所以是γ射线；C射线在电场中遇到与电场方向相反的作用力，应为带负电的粒子，所以是β射线．C项正确．4．放射性同位素钍232经α、β衰变会生成氡，其衰变方程为23290Th―→22086Rn＋xα＋yβ，此中()A．x＝1，y＝3B．x＝2，y＝3C．x＝3，y＝1D．x＝3，y＝2答案D232＝220＋4x，分析依据衰变方程左右两边的质量数和电荷数守恒可列方程解得x＝3，90＝86＋2x－y，y＝2.应选D.5．钍23490Th拥有放射性，它能放出一个新的粒子而变为镤23491Pa，同时陪伴有γ射线产生，其方程为234234，钍的半衰期为24天．则以下说法中正确的选项是()90Th→91Pa＋XA．X为质子B．X是钍核中的一此中子转变为一个质子时产生的C．γ射线是钍原子核放出的D．1g钍23490Th经过120天后还剩0.2g钍答案B分析依据电荷数和质量数守恒知钍核衰变过程中放出了一个电子，即X为电子，故A错误；依据β衰变的实质知B正确；γ射线是镤原子核放出的，故C错误；钍的半衰期为24天，123415＝0.03125g，故D错误．g钍90Th经过120天后，还剩1g×(2)6．如图2所示，铅盒A中装有天然放射性物质，放射线从其右端小孔中水平向右射出，在小孔和荧光屏之间有垂直于纸面向里的匀强磁场，则以下说法中正确的选项是()图2A．打在图中a、b、c三点的挨次是α射线、γ射线和β射线B．α射线和β射线的轨迹是抛物线C．α射线和β射线的轨迹是圆弧D．假如在铅盒和荧光屏间再加一个竖直向下的场强合适的匀强电场，可能使屏上的亮斑只剩下

b答案分析

AC由左手定章可知粒子向右射出，在题图所示匀强磁场中

α粒子遇到的洛伦兹力方向向上，β粒子遇到的洛伦兹力方向向下，轨迹都是圆弧．因为

α粒子的速度是光速的

110，而β粒子速度凑近光速，所以在相同的混杂场中不行能都做直线运动，本题应选7．由原子核的衰变规律可知()A．放射性元素一次衰变就同时产生α射线和β射线B．放射性元素发生β衰变，产生的新核的化学性质与本来的核的化学性质相同C．放射性元素衰变的快慢跟它所处的物理、化学状态没关D．放射性元素发生正电子衰变时，产生的新核质量数不变，电荷数减少

1

A、C.答案

CD分析

由放射性元素的衰变实质可知，不行能同时发生

α衰变和β衰变，故

A错；衰变后变为新元素，化学性质不一样，故B错；衰变快慢与所处的物理、化学状态没关，C对；正电子电荷数为1，质量数为0，故D对．8．某原子核的衰变过程βα)A――→B――→C，以下说法正确的选项是(A．核C比核A的质子数少1B．核C比核A的质量数少5C．原子核为A的中性原子的电子数比原子核为B的中性原子的电子数多2D．核C比核B的中子数少2答案AD分析由衰变方程可写出关系式xβxαx－4、D项正确．yA――→y＋1B――→y－1C可得A图39．在匀强磁场中，一个本来静止的原子核发生了衰变，获取两条如图3所示的径迹，图中箭头表示衰变后粒子的运动方向．不计放出的光子的能量，则以下说法正确的选项是()A．发生的是β衰变，b为β粒子的径迹B．发生的是α衰变，b为α粒子的径迹C．磁场方向垂直于纸面向外D．磁场方向垂直于纸面向里答案AD二、非选择题10．天然放射性铀(23892U)发生衰变后产生钍(23490Th)和另一种新核．(1)请写出衰变方程；238v，衰变产生的钍234v，且与铀核速度方向相(2)若衰变前铀(92U)核的速度为(9