高中物理人教版5第十九章原子核2放射性元素的衰变 同课异构

放射性元素的衰变【学习目标】1.知道放射性现象的实质是原子核的衰变.2知道两种衰变的规律，能熟练的运用衰变规律写出其核的衰变方程.3.了解半衰期的概念，知道半衰期的统计意义，能利用半衰期描述衰变的速度，并能进行简单的计算.【知识探究】一、原子核的衰变[导学探究](1)原子核辐射α射线和β射线后会发生什么变化？(2)原子核衰变过程中符合哪些规律？发生α衰变时，原子核的电荷数和质量数发生了怎样的变化？(3)发生β衰变的原子核的电荷数和质量数发生了怎样的变化？β衰变时的核电荷数为什么会增加？释放的电子从哪里来的？[知识梳理]三种衰变及衰变规律(1)α衰变：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋________(新核的质量数减少4，电荷数________.)实质：原子核中，2个中子和2个质子结合得比较牢固，有时会作为一个整体从较大的原子核中被释放出来，这就是放射性元素发生的α衰变现象.(2)β衰变：eq\o\al(A,Z)X→AZ＋1Y＋____________(新核的质量数不变，电荷数________.)实质：原子核中的中子转化成一个质子且放出一个电子即β粒子，使电荷数________，β衰变__________(填“改变”或“不改变”)原子核的质量数，其转化方程为：eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋__________.(3)衰变规律：衰变过程遵循__________守恒和__________守恒.(4)γ射线是在α衰变或β衰变过程中伴随而生的，且γ粒子是不带电的粒子，因此γ射线并不影响原子核的电荷数，故γ射线不会改变元素在周期表中的位置.[即学即用]原子核eq\o\al(238,92)U经放射性衰变①变为原子核eq\o\al(234,90)Th，继而经放射性衰变②变为原子核eq\o\al(234,91)Pa，再经放射性衰变③变为原子核eq\o\al(234,92)U.放射性衰变①、②和③依次为()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衰变二、对半衰期的理解[导学探究](1)什么是半衰期？对于某个或选定的几个原子核能根据该种元素的半衰期预测它的衰变时间吗？(2)某放射性元素的半衰期为4天，若有100个这样的原子核，经过4天后还剩50个，这种说法对吗？(3)放射性元素的半衰期由什么决定？能否通过增大压强或提高温度加快某种放射性元素衰变的速度？[知识梳理]对半衰期的理解：(1)半衰期：放射性元素的原子核有________发生衰变所需的时间.不同的放射性元素，半衰期________.(2)注意以下两点：①对于同一种元素，其半衰期是________的，无论是加温、加压，或是处于单质、化合物状态均不影响元素的半衰期，但不同元素的半衰期________，有的差别很大.②半衰期是一种________规律.对于________的原子核发生衰变才具有实际意义，而对于少量的原子核发生衰变，该统计规律不再适用.(3)半衰期公式N余＝________________，m余＝________________，其中τ为半衰期.[即学即用]下列关于放射性元素的半衰期的几种说法中正确的是()A.同种放射性元素，在化合物中的半衰期比在单质中长B.把放射性元素放在低温处，可以减缓放射性元素的衰变C.放射性元素的半衰期与元素所处的物理和化学状态无关，它是一个统计规律，只对大量的原子核才适用D.氡的半衰期是天，若有4个氡原子核，则经过天后只剩下一个氡原子核【典例精析】一、衰变方程及衰变次数的计算例1eq\o\al(238,92)U核经一系列的衰变后变为eq\o\al(206,82)Pb核，问：(1)一共经过几次α衰变和几次β衰变？(2)eq\o\al(206,82)Pb与eq\o\al(238,92)U相比，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.总结提升1.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.2.确定原子核衰变次数的方法与技巧：(1)方法1：设放射性元素eq\o\al(A,Z)X经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素eq\o\al(A′,Z′)Y，则衰变方程为：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A′,Z′)Y＋neq\o\al(4,2)He＋meq\o\al(0,-1)e根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程：A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m.由此可见，确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组.(2)方法2：先由质量数的改变确定α衰变的次数(这是因为β衰变的次数是多少对质量数没有影响)，然后根据衰变规律确定β衰变的次数.针对训练1(多选)天然放射性元素eq\o\al(232,90)Th(钍)经过一系列α衰变和β衰变之后，变成eq\o\al(208,82)Pa(铅).下列说法中正确的是()A.衰变的过程共有6次α衰变和4次β衰变B.铅核比钍核少8个质子C.β衰变所放出的电子来自原子核核外轨道D.钍核比铅核多24个中子二、对半衰期的理解及有关计算例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伤，它是世界卫生组织公布的主要环境致癌物质之一.其衰变方程是eq\o\al(222,86)Rn→eq\o\al(218,84)Po＋________.已知eq\o\al(222,86)Rn的半衰期约为天，则约经过________天，16g的eq\o\al(222,86)Rn衰变后还剩1g.针对训练2(多选)14C发生放射性衰变成为14N，半衰期约5700年.已知植物存活期间，其体内14N与12C的比例不变；生命活动结束后，14C的比例持续减少.现通过测量得知，某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一.下列说法正确的是()A.该古木的年代距今约5700年、13C、14C具有相同的中子数衰变为14N的过程中放出β射线D.增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变【达标检测】1.(多选)关于原子核的衰变和半衰期，下列说法正确的是()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半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位置向右移动2位D.发生β衰变时产生的新原子核在周期表中的位置向右移动1位2.下列有关半衰期的说法正确的是()A.放射性元素的半衰期越短，表明有半数原子核发生衰变所需的时间越短，衰变速度越快B.放射性元素的样品不断衰变，随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，让该元素与其他物质形成化合物，均可减小衰变速度3.碘131的半衰期约为8天，若某药物含有质量为m的碘131，经过32天后，该药物中碘131的含量大约还有()\f(m,4) \f(m,8)\f(m,16) \f(m,32)4.碘131核不稳定，会发生β衰变，其半衰期为8天.(1)碘131核的衰变方程：eq\o\al(131,53)I→______________(衰变后的元素用X表示).(2)大量碘131原子经过________天75%的碘131核发生了衰变.

答案精析知识探究一、导学探究(1)天然放射性元素的原子核辐射α射线或β射线，原子核的核电荷数就发生了变化，变成了另一种原子核，也就是原子核发生了衰变.(2)原子核的衰变符合质量数守恒和电荷数守恒.α粒子的质量数是4，电荷数是2，所以发生α衰变的原子核的质量数减少4，电荷数减少2，新核在元素周期表中的位置向前移动两位，核反应方程为：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)He.(3)β粒子的质量数是0，电荷数是－1，所以发生β衰变的原子核质量数不变，电荷数增加1，新核在元素周期表中的位置向后移动一位，核反应方程为：eq\o\al(A,Z)X→AZ＋1Y＋0－1e.原子核内虽然没有电子，但核内的质子和中子是可以相互转化的，当核内的中子转化为质子时，同时要产生一个电子并从核内释放出来，就形成了β衰变，从而新核少了一个中子，但增加了一个质子，核电荷数增加，并辐射出来一个电子.知识梳理(1)eq\o\al(4,2)He减少2(2)0－1e增加1增加1不改变0－1e(3)电荷数质量数即学即用A[eq\o\al(238,)92Ueq\o(→,\s\up7(①))eq\o\al(234,)90Th，质量数少4，电荷数少2，说明①为α衰变；eq\o\al(234,90)Theq\o(→,\s\up7(②))eq\o\al(234,)91Pa，质子数加1，说明②为β衰变；eq\o\al(234,)91Paeq\o(→,\s\up7(③))eq\o\al(234,)92U，质子数加1，说明③为β衰变.故选A.]二、导学探究(1)半衰期是一个时间，是某种放射性元素的大量原子核有半数发生衰变所用的时间的统计规律，故无法预测单个原子核或几个特定原子核的半衰期.(2)半衰期是大量放射性元素的原子核衰变时所遵循的统计规律，不能用于少量的原子核发生衰变的情况，因此，经过4天后，100个原子核有多少发生衰变是不能确定的，所以这种说法不对.(3)放射性元素衰变的快慢由原子核内部因素决定.跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关；不能通过增大压强或提高温度的方法加快某种放射性元素的衰变速度，也不能通过物理或化学的方法减缓放射性元素的衰变速度.知识梳理(1)半数不同(2)①一定不同②统计大量(3)N原(eq\f(1,2))eq\f(t,τ)m原(eq\f(1,2))eq\f(t,τ)即学即用C[放射性元素的半衰期与其是单质还是化合物无关，与所处的物理、化学状态无关，只取决于原子核的内部因素，故A、B错；半衰期是一个统计规律，对于少量的原子核不适用，故C对，D错.]典例精析例1(1)86(2)10个22个(3)eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(206,82)Pb＋8eq\o\al(4,2)He＋6eq\o\al(0,－1)e解析(1)设eq\o\al(238,92)U衰变为eq\o\al(206,82)Pb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)由于每发生一次α衰变质子数和中子数均减少2，每发生一次β衰变中子数少1，而质子数增加1，故eq\o\al(206,82)Pb较eq\o\al(238,92)U质子数少10，中子数少22.(3)衰变方程为eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(206,82)Pb＋8eq\o\al(4,2)He＋6eq\o\al(0,－1)e.针对训练1AB[由于β衰变不会引起质量数的减少，故可先根据质量数的减少确定α衰变的次数为：x＝eq\f(232－208,4)＝6，再结合核电荷数的变化情况和衰变规律来判定β衰变的次数应满足：2x－y＝90－82＝8，y＝2x－8＝4.钍232核中的中子数为232－90＝142，铅208核中的中子数为208－82＝126，所以钍核比铅核多16个中子，铅核比钍核少8个质子.由于物质的衰变与元素的化学状态无关，所以β衰变所放出的电子来自原子核内，所以选项A、B正确.]例2eq\o\al(4,2)He解析根据核反应过程中电荷数守恒和质量数守恒可推得该反应的另一种生成物为eq\o\al(4,2)He.根据m余＝m原eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(t,τ)得eq\f(t,τ)＝4，代入τ＝天，解得t＝天＝天.针对训练2AC[剩余的14C占eq\f(1,2)，表明经过了一个半衰期，A正确；12C、13C、14C的质子数相同，质量数不同，中子数不同，B错误；14C变为14N，质量数未变，放出的是电子流，即β射线，C正确；半衰期不受外界环境影响，D错误.]达标检测[放射性元素的半衰期是指放射性元素的原子核半数发生衰变所需的时间，它反映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身因素决定，与它所处的物理、化学状态无