新教材2025版高中物理第五章原子核2.放射性元素的衰变学生用书新人教版选择性必修第三册

2.放射性元素的衰变素养目标1.知道衰变、半衰期并驾驭原子核衰变的规律．了解核反应及放射性同位素应用的基本观念和试验证据．(物理观念)2．理解原子核的衰变规律及半衰期的计算方法．驾驭核反应方程的写法与放射性同位素的应用，培育分析、推理实力．(科学思维)3．了解放射性同位素带来的辐射与平安问题．(科学看法与责任)自主落实·必备学问全过关一、原子核的衰变1．定义原子核自发地放出________或________，由于核电荷数变了，它在元素周期表中的位置就变了，变成另一种________．我们把这种变更称为原子核的衰变．没有外界影响2．衰变分类(1)α衰变：放出α粒子的衰变．(2)β衰变：放出β粒子的衰变．3．衰变过程92238902344．衰变规律(1)原子核衰变时________和________都守恒．(2)任何一种放射性元素只有一种放射性，不能同时既发生α衰变又发生β衰变，而γ射线常常伴随α射线和β射线产生．二、半衰期1．定义放射性元素的原子核有________发生衰变所需的时间．只对大量原子核有意义，对少数原子核没有意义2．确定因素放射性元素衰变的快慢是由____________的因素确定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系．3．应用利用半衰期特别稳定这一特点，可以测量其衰变程度、推断时间．三、核反应1．人工核转变：7142．定义：原子核在其他粒子的轰击下产生____________________________或发生状态变更的过程．人工限制原子核的变更3．特点：在核反应中，________守恒、________守恒．跟衰变一样都遵循两守恒四、放射性同位素的应用与平安1．放射性同位素：许多元素都存在一些具有________的同位素，它们被称为放射性同位素．半衰期短，放射强度简单限制，运用更广泛2．放射性同位素的应用一是利用射线，二是用作示踪原子(1)射线测厚仪．(2)放射治疗．(3)培优、保鲜．(4)示踪原子：一种元素的各种同位素具有________化学性质，用放射性同位素代替非放射性的同位素后，可以探测出原子到达的位置．3．辐射与平安：人类始终生活在放射性的环境中，过量的射线对人体组织____________．要防止放射性物质对水源、空气、用具等的污染．走进科学我们通常听到关于考古的报道，都会在新闻信息里重重地加上一句，这是某朝代的文物、几万年前的人类遗迹、侏罗纪的化石等，可见考古学家对年头推断是特别有信念的，考古学家是怎样确定古迹年头的？合作探究·实力素养全提升探究一原子核的衰变规律与衰变方程情境探究下图为α衰变、β衰变示意图．(1)当原子核发生α衰变时，原子核的质子数和中子数如何变更？为什么？(2)当发生β衰变时，新核的核电荷数相对原来的原子核变更了多少？新核在元素周期表中的位置怎样变更？核心归纳1.衰变实质：(1)α衰变：原子核内两个质子和两个中子结合成一个α粒子，并在肯定条件下作为一个整体从较大的原子核中抛射出来，产生α衰变．转化方程为201(2)β衰变：原子核内的一个中子变成一个质子留在原子核内，同时放出一个电子，即β粒子放射出来．转化方程为02．衰变规律：原子核发生衰变时，遵循三个守恒定律：(1)衰变前后的电荷数守恒．(2)衰变前后的质量数守恒．(3)衰变前后的动量守恒．3．衰变方程通式：(1)α衰变：ZA(2)β衰变：ZA应用体验例1(多选)自然放射性元素90232Th(钍)经过一系列的α衰变和βA．衰变过程共发生了6次α衰变和4次β衰变B．铅核比钍核少8个质子C．β衰变放出的电子来源于原子核外电子D．钍核比铅核多24个中子[试解]规律方法确定原子核衰变次数的方法(1)方法一：设放射性元素ZAX经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素Z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'(2)方法二：为了确定衰变次数，一般先由质量数的变更确定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)，然后依据衰变规律确定β衰变的次数．针对训练1．下列表示放射性元素碘131(53131I2．由于放射性元素93237Np的半衰期很短，所以在自然界始终未被发觉，只是在运用人工的方法制造后才被发觉．已知93237Np经过一系列α衰变和A.83209BiB．衰变过程中共发生了7次α衰变和4次β衰变C.衰变过程中共发生了4次α衰变和7次β衰变D.衰变前比衰变后全部物质的质量数少探究二半衰期的理解与应用核心归纳1.对半衰期的理解半衰期是表示放射性元素衰变快慢的物理量，同一放射性元素具有的衰变速率肯定，不同元素半衰期不同，有的差别很大．2．公式N余＝N原12tTm余＝m式中N原、m原表示衰变前的放射性元素的原子核数或质量，N余、m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子核数或质量，t表示衰变时间，T表示半衰期．3．适用条件半衰期是一个统计概念，是对大量的原子核衰变规律的总结，对于一个特定的原子核，无法确定其何时发生衰变，半衰期只适用于大量的原子核．4．应用利用半衰期特别稳定这一特点，可以测量其衰变过程、推断时间等．应用体验例2关于放射性元素的半衰期，下列说法正确的是()A．原子核全部衰变所需时间的一半B．原子核有半数发生衰变所需的时间C．原子质量数削减一半所需的时间D．原子质量削减一半所需的时间[试解]例3[2024·全国甲卷]两种放射性元素的半衰期分别为t0和2t0，在t＝0时刻这两种元素的原子核总数为N，在t＝2t0时刻，尚未衰变的原子核总数为N3，则在t＝4t0A．N12B．N9C．N8[试解]针对训练3.[2024·山东卷]碘125衰变时产生γ射线，医学上利用此特性可治疗某些疾病．碘125的半衰期为60天，若将肯定质量的碘125植入患者病灶组织，经过180天剩余碘125的质量为刚植入时的()A．116B．18C．144．现在许多心血管专科医院都引进了一种被称为“心脏灌注显像”的检测技术，方法是将若干毫升含放射性元素锝的注射液注入被检测者的动脉，经过40分钟后，这些含放射性物质的注射液通过血液循环匀称地分布在血液中，这时对被检测者的心脏进行造影．心脏血管正常的位置由于有放射性物质随血液到达而显示有射线射出；心脏血管被堵塞的部分由于无放射性物质到达，将无射线射出，医生依据显像状况就可以判定被检测者心血管有无病变，并推断病变位置．你认为检测用的放射性元素锝的半衰期应当最接近下列数据中的()A．10分钟B．10小时C．10个月D．10年探究三核反应核心归纳1.原子核的人工转变(1)条件：用α粒子、质子、中子，甚至用γ光子轰击原子核使原子核发生转变．(2)实质：用粒子轰击原子核并不是粒子与原子核碰撞，将原子核打开，而是粒子打入原子核内部使原子核发生了转变．(3)规律：反应前、后电荷数守恒、质量数守恒．2．三个重要原子核的人工转变方程(1)1919年卢瑟福发觉质子的核反应方程：714N+(2)1932年查德威克发觉中子的核反应方程：49(3)1934年约里奥—居里夫妇发觉放射性同位素并探测到正电子的核反应方程：1327A留意：原子核的人工转变必须要有肯定的装置和条件，不会自发产生．3．人工转变核反应与衰变的比较(1)不同点：原子核的人工转变是一种核反应，是其他粒子与原子核相碰撞的结果，须要肯定的装置和条件才能发生，而衰变是原子核的自发变更，它不受物理和化学条件的影响．(2)相同点：人工转变与衰变过程一样，在发生过程中质量数与电荷数都守恒，反应前后粒子总动量守恒．应用体验例4[2024·湖北卷]上世纪四十年头初，我国科学家王淦昌先生首先提出证明中微子存在的试验方案：假如静止原子核47Be俘获核外K层电子e，可生成一个新原子核X，并放出中微子νe，即47BA．原子核X是3B．核反应前后的总质子数不变C．核反应前后总质量数不同D．中微子νe的电荷量与电子的相同[试解]针对训练5.(多选)下列核反应方程中，X1、X2、X3、X4代表α粒子的有()6．(多选)1934年，约里奥—居里夫妇用α粒子轰击铝箔，首次产生了人工放射性同位素X，反应方程为24He+1327Al→A．X的质量数与Y的质量数相等B．X的电荷数比Y的电荷数少1C．X的电荷数比1327D．X的质量数与1327探究四放射性同位素及其应用核心归纳1.放射性同位素具有放射性的同位素，叫作放射性同位素．有自然存在的和人工放射性同位素两类．2．放射性同位素的应用(1)利用放射性同位素放出的射线①探伤：射线穿透金属部件时，假如遇到砂眼、裂痕等伤痕，接收到的射线将与正常处不同，因此可利用放射性同位素放出射线探伤．②测厚：射线穿透某些物质的实力与物质的厚度、密度有关，因此可用射线来检查某些产品的厚度，技术上可用作自动限制．③利用射线电离作用，可以使空气电离，除去纺织车间的静电，或制成报警器．辐照：利用射线照耀，可以杀死癌细胞，用以治病；用射线照耀植物，引起植物变异，用以育种等．(2)作示踪原子由于放射性同位素跟同种元素的非放射性同位素具有相同的化学性质，假如在某种元素里掺进一些放射性同位素，那么元素无论走到哪里，它的放射性同位素也经过同样的过程．而放射性同位素不断地放出射线，再用仪器探测这些射线，即可知道元素的行踪，这种用途的放射性同位素叫作示踪原子．3．人工放射性同位素的优点(1)自然放射性元素不过40多种，但人工放射性同位素已达3000多种，目前每种元素都有了自己的放射性同位素．(2)和自然放射性物质相比，人工放射性同位素的放射强度简单限制，还可以制成各种所需的不同形态，特殊是它的半衰期比自然放射性物质短得多，因此放射性废料简单处理．由于这些优点，所以在生产和科研中凡是用到射线时，用的都是人工放射性同位素，而不用自然放射性物质．应用体验例5下列应用中，属于将放射性同位素作为示踪原子的是()A．γ射线探伤仪B．利用60Co治疗肿瘤等疾病C．检测古生物体中14C与非放射性碳的含量比，以确定该生物的死亡年头D．把含有放射性同位素的肥料施给农作物，用以检测确定农作物汲取养分的规律[试解]针对训练7.[2024·河北卷]银河系中存在大量的铝同位素26Al.26Al核β＋衰变的衰变方程为1326AlA．26Al核的质量等于26Mg核的质量B．26Al核的中子数大于26Mg核的中子数C．将铝同位素26Al放置在低温低压的环境中，其半衰期不变D．银河系中现有的铝同位素26Al将在144万年后全部衰变为26Mg学以致用·随堂检测全达标1.90234ThA．没有质量B．速度与光速相同C．能够穿透1cm厚的铅板D．与阴极射线电性相同2．在核反应方程式1530PA．X是质子，Y是中子，Z是正电子B．X是正电子，Y是中子，Z是质子C．X是正电子，Y是质子，Z是中子D．X是中子，Y是正电子，Z是质子3．[2024·湖南卷]核废料具有很强的放射性，须要妥当处理．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．变更压力、温度或浓度，将变更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，但辐射强度在平安剂量内则没有损害4．自然放射性元素92238U经过一系列α衰变和β衰变后，变成A．U(铀)元素发生α衰变的半衰期随温度上升而变短B．共发生了4次α衰变和2次β衰变C．α射线比β射线的穿透实力强，但电离作用比较弱D．β粒子来源于原子的核外内层电子，β射线是高速的电子流5．医学治疗中常用放射性核素113In产生γ射线，而113In是由半衰期相对较长的113Sn衰变产生的．对于质量为m0的113Sn，经过时间t后剩余的113Sn质量为m，其mm0­t图线如图所示．从图中可以得到113A．67.3dB．101.0dC．115.1dD．124.9d6．[2024·浙江6月](多选)秦山核电站生产614C的核反应方程为714A．X是1B.6C.-D．经过一个半衰期，10个6142．放射性元素的衰变自主落实·必备学问全过关一、1．α粒子β粒子原子核3.24．电荷数质量数二、1．半数2．核内部自身三、2．新原子核3．质量数电荷数四、1．放射性2．相同的3．有破坏作用走进科学提示：依据古迹中物体所含碳14的含量及其半衰期确定的．合作探究·实力素养全提升探究一情境探究提示：(1)当原子核发生α衰变时，原子核的质子数和中子数各削减2个．因为α粒子是原子核内2个质子和2个中子结合在一起放射出来的．(2)当原子核发生β衰变时，新核的核电荷数相对于原来增加了1个．新核在元素周期表中的位置向后移动了1个位次．应用体验[例1]解析：依据质量数守恒和电荷数守恒可知，α衰变的次数m＝232-2084＝6，所以发生了6次α衰变，β衰变次数n答案：AB针对训练1．解析：β衰变必定放射出电子，即-1答案：B2．解析：93237Np与83209Bi的中子数分别为237－93＝144、209－83＝126，故中子数之差为144－126＝18，即83209Bi的原子核比（93237Np的原子核少18个中子，A错误.93237Np衰变成（83209Bi的衰变方程为（93237Np答案：B探究二应用体验[例2]解析：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间叫半衰期，它与原子核全部衰变所需时间的一半不同，放射性元素发生衰变后变成一种新的原子核．发生不同的衰变，其质量数削减的规律不同，原子核衰变时，原来的放射性元素的原子核个数不断削减，那么放射性元素的原子核的质量也不断减小．综上所述可知，B正确．答案：B[例3]解析：设两种放射性元素的原子核原来总数分别为N1和N2，则N＝N1＋N2，因为N余＝12tT·N原，所以t＝2t0时刻，N3＝N1122＋N2121，联立解得N1＝23N，N2＝13N答案：C针对训练3．解析：设刚植入时碘的质量为m0，经过180天后的质量为m，依据m＝m0代入数据解得m＝m01218060＝m0(12)答案：B4．解析：假如半衰期太短，首先在放射期内，由于放射性物质的注射液尚未匀称地分布在血液中而无法完成检测工作，其次可能因放射强度较大而对人体造成损害．假如半衰期太长，放射性物质长期残留在人体内也会对人体造成损害．对比四个选项中的时间，10小时最相宜，B符合题意．答案：B探究三应用体验[例4]解析：依据质量数守恒和电荷数守恒有X的质量数为7，电荷数为3，可知原子核X是37Li，A正确、C错误；由选项A可知，原子核X是37Li，则核反应方程为答案：A针对训练5．解析：由质量数守恒及电荷数守恒知，X1的质量数为2＋2－1＝3，电荷数为1＋1＝2；X2的质量数为2＋3－1＝4，电荷数为1＋1＝2；X3的质量数为13×(235＋1－144－89)＝1，电荷数为13×(92－56－36)＝0；X4的质量数为1＋6－3＝4，电荷数为3－1＝2，则X1、X2、X3、X4分别为23He、24He、01n、24答案：BD6．解析：设X的质量数为A、电荷数为B，Y的质量数为C、电荷数为D，依据核反应中质量数守恒和电荷数守恒可知4＋27＝1＋A，2＋13＝0＋B，A＝C＋0，B＝D＋1，解得A＝C＝30，B＝15，D＝14，所以X的质量数等于Y的质量数，X的电荷数比Y的电荷数多1，X的电荷数比1327Al的电荷数多2，X的质量数比答案：AC探究四应用体验[例5]解析：γ射线探伤仪是利用γ射线的穿透实力，故A错误；利用6