第二节 放射性元素的衰变

第二节放射性元素的衰变核心素养导学物理观念(1)了解放射性现象和放射性元素。(2)知道原子核的衰变及三种射线的特性。(3)掌握半衰期的概念和应用。科学思维半衰期在考古学方面的应用。科学探究探究三种射线在电场中的偏转。科学态度与责任通过对原子核结构的探究，感悟探索微观世界的研究方法，强化证据意识和推理能力。一、放射性的发现原子核衰变1．放射性的发现(1)1896年，法国物理学家_________发现铀和含铀的矿物都能发出一种看不见的_____，这种射线可以使包在黑纸里的照相底片感光。(2)波兰裔法国物理学家玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里发现了两种放射性更强的新元素，分别命名为钋(Po)、_______。贝可勒尔射线镭(Ra)2．放射性(1)定义：物质放射出射线的性质。(2)放射性元素：具有_____性的元素。放出的射线常见的有______、β射线和γ射线。(3)天然放射性元素：能_______放出射线的元素。3．原子核衰变(1)衰变：一种元素经放射过程变成___________的现象。(2)分类：放出α粒子的衰变称为_______，放出β粒子的衰变称为_______。放射α射线自发地另一种元素α衰变β衰变一半半衰期不同核本身1.如图为α衰变、β衰变示意图。判断以下结论的正误：(1)原子核发生衰变，变成了一种新的原子核。

()(2)原子核衰变时不会变成新元素。

()(3)β衰变时放出的电子就是核外电子。

(

)√××2．用碳14测年法直接测量被鉴定样品中碳14的含量来断定文物样品的年代，误差仅为数十年，测量精度非常高。请对以下说法作出判断：(1)半衰期就是放射性元素全部衰变所用时间的一半。

()(2)半衰期是放射性元素的大量原子核衰变的统计规律。

()(3)对放射性元素加热时，其半衰期缩短。

(

)×√×新知学习(一)|对三种射线的理解[任务驱动]如图为三种射线在磁场中的运动轨迹示意图。(1)α射线向左偏转，β射线向右偏转，γ射线不偏转说明了什么？提示：说明α射线带正电，β射线带负电，γ射线不带电。(2)α粒子的速度约为β粒子速度的十分之一，但α射线的偏转半径大于β射线的偏转半径说明什么问题？提示：说明α射线比荷小于β射线的比荷。[重点释解]1．三种射线的比较2．三种射线在电场、磁场中偏转情况的比较(1)在匀强磁场中，α射线偏转半径较大，β射线偏转半径较小，γ射线不偏转，如图甲所示。(2)在匀强电场中，α射线偏离较小，β射线偏离较大，γ射线不偏离，如图乙所示。3．元素的放射性如果一种元素具有放射性，那么不论它是以单质的形式存在，还是以某种化合物的形式存在，放射性都不受影响。也就是说，放射性与元素存在的状态无关，放射性仅与原子核有关。因此，原子核不是组成物质的最小微粒，原子核也存在着一定结构。[典例体验][典例]

(多选)将α、β和γ三种射线分别垂直射入匀强磁场和匀强电场，假设α粒子与β粒子速度相同，则下列表示射线偏转情况的图像中正确的是

(

)/方法技巧/三种射线的比较方法(1)知道三种射线带电的性质，α射线带正电、β射线带负电、γ射线不带电。α、β是实物粒子，而γ射线是光子流，属电磁波的一种。(2)在电场或磁场中，通过其受力及运动轨迹半径的大小来判断α和β射线偏转方向，由于γ射线不带电，故运动轨迹仍为直线。(3)α粒子穿透能力较弱，β粒子穿透能力较强，γ射线穿透能力最强，而电离作用相反。[针对训练]1．如图所示，x为未知的放射源，L为薄铝片，若在放射源和计数器之间加上L后，计数器的计数率大幅度减小，在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，则x可能是

(

)A．α和β的混合放射源 B．纯α放射源C．α和γ的混合放射源

D．纯γ放射源解析：在放射源和计数器之间加上L后，计数器的计数率大幅度减小，说明射线中有穿透力很弱的粒子，即α粒子；在铝片和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，说明穿过铝片的粒子中无带电粒子，故只有γ射线。因此放射源可能是α和γ的混合放射源，C正确。答案：C

2．α、β和γ射线穿透物质的能力是不同的，为把辐射强度减到一半，所需铝板的厚度分别为0.0005cm、0.05cm和8cm。工业部门可以使用射线来测厚度。如图所示，轧钢厂的热轧机上可以安装射线测厚仪，仪器探测到的射线强度与钢板的厚度有关，轧出的钢板越厚，透过的射线越弱。因此，将射线测厚仪接收到的信号输入计算机，就可以对钢板的厚度进行自动控制。如果钢板的厚度需要控制为5cm，请推测测厚仪使用的射线是

(

)A．α射线

B．β射线

C．γ射线

D．可见光解析：根据α、β、γ三种射线特点可知，γ射线穿透能力最强，电离能力最弱，α射线电离能力最强，穿透能力最弱，钢板厚度控制为5cm，则α、β射线均不能穿透，而γ射线可以穿透，为了能够准确测量钢板的厚度，探测射线应该用γ射线；随着轧出的钢板越厚，透过的射线越弱，而轧出的钢板越薄，透过的射线越强，故A、B、D错误，C正确。答案：C/方法技巧/衰变次数的判断技巧(1)衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒。(2)每发生一次α衰变质子数、中子数均减少2。(3)每发生一次β衰变中子数减少1，质子数增加1。[针对训练]1．(多选)原子序数大于或等于83的所有元素，都能自发地放出射线。这些射线共有三种：α射线、β射线和γ射线。下列说法中正确的是(

)A．原子核每放出一个α粒子，原子序数减少2B．原子核每放出一个α粒子，原子序数增加4C．原子核每放出一个β粒子，原子序数减少1D．原子核每放出一个β粒子，原子序数增加1解析：发生一次α衰变，核电荷数减少2，质量数减少4，原子序数减少2；发生一次β衰变，核电荷数、原子序数增加1。答案：AD

2．如图，一个原子核X经图中所示的一系列α、β衰变后，生成稳定的原子核Y，在此过程中放射出电子的总个数为

(

)A．6B．8C．10 D．14解析：X的中子数为146，质子数为92，质量数为146＋92＝238，Y的中子数为124，质子数为82，质量数为124＋82＝206，质量数减少238－206＝32，发生α衰变的次数为32÷4＝8，发生β衰变的次数为82－(92－2×8)＝6，即在此过程中放射出电子的总个数为6，A正确。答案：A

新知学习(三)|半衰期及其应用[任务驱动]

晋朝初年，南昌人许逊被朝廷任命为旌阳县令，他看到很多老百姓的租税交不了，非常同情他们，用点石成金的法术，免去百姓的租税。许逊真的能把石头点成金子吗？提示：不能，衰变需要一定时间。[针对训练]1．核废料具有很强的放射性，需要妥善处理。下列说法正确的是

(

)A．放射性元素经过两个完整的半衰期后，将完全衰变殆尽B．原子核衰变时电荷数守恒，质量数不守恒C．改变压力、温度或浓度，将改变放射性元素的半衰期D．过量放射性辐射对人体组织有破坏作用，但辐射强度在安全剂量内则没有伤害一、好素材分享——看其他教材如何落实核心素养

物理观念——大自然的时钟(碳-14)1．(选自沪科版新教材“信息浏览”)一座古墓被发掘出来了，科学家们从其中的一块木片就可以大致推断这座古墓是在多少年前建造的。你想知道其中的原因吗？

原来，在地球的大气中含有一定比例的碳-14，碳-14具有放射性。活的动植物从空气中吸收的碳中，既有不带放射性的碳-12，也有一定比例的碳-14。动植物死后，不能再吸收空气中的碳-14，于是动植物体中的碳-14将通过衰变而逐渐减少。碳-14的半衰期是5730a(年)。如图为碳-14测年法示意图。现在利用先进的加速器质谱计，让碳-14离子在加速器中获得较高能量后，进入粒子探测器，通过直接测量被鉴定样品中碳-14的原子数来断定文物样品的年代。这种方法可使考古年代推至数十万年前，误差仅为数十年，测量精度非常高。

科学态度与责任——烟雾探测器2．(选自鲁科版新教材“科学书屋”)烟雾探测器是一种能探测空气中的烟雾并自动报警的装置。如图是一种价格低廉、灵敏度高、利用α射线进行探测的烟雾探测器示意图。二、新题目精选——品立意深处所蕴含的核心价值1．根据临床经验，部分药物在体内的代谢也有与原子核衰变相似的规律。药物的血浆半衰期是指药物在血浆中的浓度下降一半所需的时间。某种药物的血浆半衰期为2小时，一次合理剂量的用药后药物在血浆中的浓度为20毫克/升，若血浆中的药物浓度下降至3毫克/升以下就要补充用药，则该药物的用药时间间隔约为

(

) A．2小时 B．4小时 C．6小时

D．8小时

解析：因为药物的血浆半衰期为2小时，经过6小时，即3个半衰期，血浆中的药物浓度下降至2.5毫克/升，所以该药物的用药时间间隔约为6小时，故C正确。

答案：C

2．为保证生产安全，大型钢铁部件内部不允许有砂眼、裂纹等伤痕存在。如图所示是利用射线检测钢柱内部是否存在砂眼或裂纹情况的示意图，若钢柱的直径为20cm，则下列说法正确的是

(

)A．射线源放出的射线应该是β射线B．射线源放出的射线应该是α射线C．射线源放出的射线应该是γ射线D．若钢柱内部有伤痕，探测器接收到的射线粒子将减少解析：此射线