2018版高中物理 第三章 原子核 3.2 放射性 衰变导学案 教科版选修3-5

1、2放射性衰变目标定位1.了解放射性的发现，知道什么是放射性和天然放射性.2.知道三种射线的种类性质.3.知道衰变及两种衰变的规律，能熟练写出衰变方程.4.了解半衰期的概念及有关计算.一、天然放射现象11896年，法国物理学家享利贝克勒尔发现铀化合物能放出某种射线使密封完好的照相底片感光后来，物理学家居里夫妇又相继发现了放射性元素钋和镭2放射性元素自发地发出射线的现象，叫天然放射现象天然放射现象说明原子核具有复杂结构3自然界中多种元素都能自发地放出射线，原子序数大于或等于83的元素都具有放射性，较轻的元素有些也具有放射性二、衰变1放射性衰变：放射性元素是不稳定的，它们会自发地蜕变为另一种元素，同

2、时放出射线，这种现象为放射性衰变2衰变形式：常见的衰变有两种，放出粒子的衰变为衰变，放出粒子的衰变为衰变，而射线是伴随射线或射线产生的3衰变方程举例：(1)衰变：UThHe，(2)衰变：ThPae.4原子核衰变前、后电荷数和质量数均守恒三、三种射线的性质1射线是带正电的粒子流，粒子是氦原子核，速度只有光速的10%，穿透能力弱，一张薄薄的铝箔或一张纸，都能把它挡住2射线是带负电的电子流，它的速度很快，穿透力强，在空气中可以走几十米远，而碰到几毫米厚的铝片就不能穿过了3射线本质上是一种波长极短的电磁波，穿透力极强，能穿过厚的混凝土和铅板四、半衰期1放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间，叫做

3、这种元素的半衰期2放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系3半衰期是大量原子核衰变的统计规律4衰变定律：NN0et，称为衰变常数，反映放射性元素衰变的快慢预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中问题1问题2问题3一、三种射线的本质及特点1、三种射线的性质、特征比较种 类射线射线射线组 成高速氦核流高速电子流光子流(高频电磁波)带电荷量2ee0质 量4mp(mp1.671027 kg)静止质量为零速 率0.1c0.99cc贯穿本领最弱用一张纸就能挡住较强能穿透几毫米的铝板最强能穿透几厘米的铅板电离作用很强较弱很弱2.在电场、磁场中偏转情况的比较

4、(1)在匀强电场中，射线偏转较小，射线偏转较大，射线不偏转，如图1甲所示图1(2)在匀强磁场中，射线偏转半径较大，射线偏转半径较小，射线不偏转，如图乙所示【例1】一置于铅盒中的放射源发射出的、和射线，由铅盒的小孔射出，在小孔外放一铝箔，铝箔后的空间有一匀强电场进入电场后，射线变为a、b两束，射线a沿原来方向行进，射线b发生了偏转，如图2所示，则图中的射线a为_射线，射线b为_射线图2答案解析在三种射线中，射线带正电，穿透能力最弱，射线不带电，穿透能力最强；射线带负电，穿透能力一般，综上所述，结合题意可知，a射线应为射线，b射线应为射线借题发挥三种射线的比较方法：(1)射线是、三种射线中贯穿本领

5、最弱的一种，它穿不过白纸(2)要知道三种射线的成分，贯穿本领和电离本领(3)要知道、三种射线的本质，、是实物粒子，射线是电磁波谱中的一员针对训练1(多选)天然放射性物质的放射线包括三种成分，下列说法正确的是()A一张厚的黑纸能挡住射线，但不能挡住射线和射线B某原子核在放出射线后会变成另一种元素的原子核C三种射线中对气体电离作用最强的是射线D粒子是电子，但不是原来绕核旋转的核外电子答案ACD解析由三种射线的本质和特点可知，射线贯穿本领最弱，一张黑纸都能挡住，而挡不住射线和射线，故A正确；射线是伴随、衰变而产生的一种电磁波，不会使原核变成新核三种射线中射线电离作用最强，故C正确；粒子是电子，来源于

6、原子核，故D正确二、原子核的衰变1原子核放出粒子或粒子后，变成另一种原子核，这种现象称为原子核的衰变2衰变：XA4Z2YHe原子核进行衰变时，质量数减少4，电荷数减少2.衰变的实质：在放射性元素的原子核中，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释放出来，这就是放射性元素发生的衰变现象3衰变：XYe原子核进行衰变时，质量数不变，电荷数增加1.衰变的实质：原子核中的中子转化成一个质子且放出一个电子即粒子，使核电荷数增加1，但衰变不改变原子核的质量数，其转化方程为：nHe.4衰变规律：衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒5射线是在发生或衰变过程中伴随而生，且粒子是不带电的

7、粒子，因此射线并不影响原子核的核电荷数，故射线不会改变元素在周期表中的位置6确定衰变次数的方法设放射性元素X经过n次衰变和m次衰变后，变成稳定的新元素Y，则衰变方程为XYnHeme.根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程AA4n，ZZ2nm.【例2】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解析根据衰变反应前后的质量数守恒和电荷数守恒特点，U核与Th核比较可知，衰变的另一产物为He，所以衰变为衰变，选项B、C错误；Pa核与U核比较可知，衰变

8、的另一产物为e，所以衰变为衰变，选项A正确、D错误【例3】U核经一系列的衰变后变为Pb核，问：(1)一共经过几次衰变和几次衰变？(2)Pb与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答案(1)8次衰变，6次衰变(2)10个；22个(3)见解析解析(1)设U衰变为Pb经过x次衰变和y次衰变，由质量数守恒和电荷数守恒可得2382064x92822xy联立解得x8，y6.即一共经过8次衰变和6次衰变(2)由于每发生一次衰变质子数和中子数均减少2，每发生一次衰变中子数少1，而质子数增加1，故Pb较U质子数少10，中子数少22.(3)核反应方程为UPb8He6e.借题发挥衰变次数

9、的判断方法(1)衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒(2)每发生一次衰变质子数、中子数均减少2.(3)每发生一次衰变中子数减少1，质子数增加1.针对训练2U经过m次衰变和n次衰变，变成Pb，则()Am7，n3 Bm7，n4Cm14，n9 Dm14，n18答案B解析根据题意有：2354m207,922mn82，解两式得m7，n4，选项B正确三、对半衰期的理解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一定，不同元素的半衰期不同，有的差别很大2半衰期公式N余N原et或N余N原或m余m0式中N原、m0表示衰变前的原子数和质量，N余、m余表示衰变后的尚未发生衰变

10、的原子数和质量，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，但可以确定各个时刻发生衰变的概率，即某时衰变的可能性，因此，半衰期只适用于大量的原子核【例4】碘131核不稳定，会发生衰变，其半衰期为8天(1)碘131核的衰变方程：I_(衰变后的元素用X表示)(2)经过_天75 %的碘131核发生了衰变答案(1)Xe(2)16解析(1)根据衰变过程电荷数守恒与质量数守恒可得衰变方程：IXe.(2)每经1个半衰期，有半数原子核发生衰变，经2个半衰期将剩余，即有75 %发生衰变，即经过的时间为16天针对训练3

11、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()A. B. C. D.答案C解析由半衰期公式mm()可知，mm()m，故选项C正确.三种射线的特性1(多选)天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验结果如图3所示，由此可推知()图3A来自于原子核外的电子B的电离作用最强，穿透能力最弱C的电离作用较强，穿透能力较弱D的电离作用最弱，属于原子核内释放的光子答案BCD解析三种射线的特点：射线是He原子核，电离作用最强，穿透能力最弱；射线是e，电离作用较强，穿透能力较强；射线是光子，不带电，电离作用最弱，穿透能力最强三种射线都来自于原子核故B、

12、C、D正确2(多选)图4中P为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线在电场的作用下分成a、b、c三束，以下判断正确的是()图4Aa为射线、b为射线Ba为射线、b为射线Cb为射线、c为射线Db为射线、c为射线答案BC解析由题图可知电场线方向向右，射线带正电所受电场力方向与电场线方向一致，故射线向右偏转，即c为射线；射线带负电所受电场力方向与电场线方向相反，故射线向左偏转，即a为射线；射线不带电不发生偏转，即b为射线故选项B、C正确原子核的衰变3原子核发生衰变时，此粒子是()A原子核外的最外层电子B原子核外的电子跃迁时放出的光子C原子核内存在着电子D原子核内的一个中子变成一个质子时，放射出一个电

13、子答案D解析因原子核是由带正电荷的质子和不带电的中子组成的，原子核内并不含电子，但在一定条件下，一个中子可以转化成一个质子和一个负电子，一个质子可以转化成一个中子和一个正电子，其转化可用下式表示：nHe，Hn01e.由上式可看出粒子(负电子)是由原子核内的中子转化而来，正电子是由原子核内的质子转化而来4重水堆核电站在发电的同时还可以生产出可供研制核武器的钚239(Pu)，这种钚239可由铀239(U)经过n次衰变而产生，则n为()A2 B239 C145 D92答案A解析衰变规律是质量数不变，质子数增加1.Pu比U质子数增加2，所以发生2次衰变，A对对半衰期的理解及计算5下列有关半衰期的说法正

14、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，均可减小衰变速度答案A解析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本身因素决定，与它所处的物理、化学状态无关，故A正确，B、C、D错误6(多选)14C发生放射性衰变成为14N，半衰期约5 700年已知植物存活期间，其体内

15、14C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5 700年B12C、13C、14C具有相同的中子数C14C衰变为14N的过程中放出射线D增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变答案AC解析因古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一，则可知经过的时间为一个半衰期，即该古木的年代距今约为5 700年，选项A正确；12C、13C、14C具有相同的质子数，由于质量数不同，故中子数不同，选项B错误；根据核反应方程可知，14C衰变为14N的过程中放出电子，即发出射线

16、，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(时间：60分钟)题组一天然放射现象及三种射线的性质1下列哪些事实表明原子核具有复杂结构()A粒子的散射实验 B天然放射现象C阴极射线的发现 DX射线的发现答案B解析从原子核里放出射线，说明原子核有复杂结构2(多选)对天然放射现象，下列说法中正确的是()A粒子带正电，所以射线一定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放出的，衰变的实质是一个中子变成一个质子和一个电子

17、，然后释放出电子，射线是伴随衰变和衰变而产生的所以这三种射线都是从原子核内部释放出来的3(多选)关于天然放射性，下列说法正确的是()A所有元素都可能发生衰变B放射性元素的半衰期与外界的温度无关C放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性D一个原子核在一次衰变中可同时放出、和三种射线答案BC解析只有原子序号超过83的元素才能发生衰变，选项A错半衰期由原子核内部的结构决定，与外界温度无关，选项B对放射性来自于原子核内部，与其形成的化合物无关，选项C对一个原子核在一次衰变中要么是衰变、要么是衰变，同时伴随射线的产生，选项D错4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，其中()图

18、1AC为氦原子核组成的粒子流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，应为带正电的粒子组成的射线，所以是射线；B射线在电场中不偏转，所以是射线；C射线在电场中受到与电场方向相反的作用力，应为带负电的粒子，所以是射线题组二对原子核的衰变的理解5由原子核的衰变可知()A放射性元素一次衰变就同时产生射线和射线B放射性元素发生衰变，产生的新核的化学性质不变C衰变说明原子核内部存在氦核D放射性的原子核发生衰变后产生的新核从高能级向低能级跃迁时，辐射出射线答案D解析原子核发生衰变时，一次衰变

19、只能是衰变或衰变，而不能同时发生衰变和衰变，发生衰变后产生的新核往往处于高能级，要向外以射线的形式辐射能量，故一次衰变只可能同时产生射线和射线，或射线和射线，A错，D对；原子核发生衰变后，核电荷数发生了变化，变成了新核，故化学性质发生了变化，B错；原子核内的2个中子和2个质子能十分紧密地结合在一起，因此在一定条件下它们会作为一个整体从较大的原子核中被抛射出来，于是放射性元素发生了衰变，C错6一个放射性原子核发生一次衰变，则它的()A质子数减少一个，中子数不变B质子数增加一个，中子数不变C质子数增加一个，中子数减少一个D质子数减少一个，中子数增加一个答案C解析衰变的实质是一个中子变成一个质子和一

20、个电子，故中子减少一个而质子增加一个故A、B、D错，C对7原子核X经过一次衰变成原子核Y，原子核Y再经一次衰变变成原子核Z，则下列说法中正确的是()A核X的中子数比核Z的中子数多2B核X的质子数比核Z的质子数多5C核Z的质子数比核X的质子数少1D原子核X的中性原子的电子数比原子核Y的中性原子的电子数少1答案C解析根据衰变规律，发生一次衰变减少两个质子和两个中子，发生一次衰变减少一个中子而增加一个质子中性原子的电子数等于质子数8铀裂变的产物之一氪90(Kr)是不稳定的，它经过一系列衰变最终成为稳定的锆90(Zr)，这些衰变是()A1次衰变，6次衰变B4次衰变C2次衰变D2次衰变，2次衰变答案B解

21、析原子核每经过一次衰变，质量数减少4，电荷数减少2；每经过一次衰变，电荷数增加1，质量数不变方法一衰变的次数为n0(次)，衰变的次数为m40364(次)方法二设氪90(Kr)经过x次衰变，y次衰变后变成锆90(Zr)，由衰变前后的质量数、电荷数守恒得4x9090,2xy4036，解得x0，y4.题组三对半衰期的理解和计算9(多选)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要的时间的一半B原子核有半数发生衰变所需要的时间C相对原子质量减少一半所需要的时间D元素质量减半所需要的时间答案BD解析放射性元素的原子核有半数发生衰变时所需要的时间叫做这种元素的半衰期，它与原子核全部衰变所需要的时间的一半不同放射性元素发生衰变后成了一种新的原子核，原来的放射性元素原子核的个数不断减少；当原子核的个数减半时，该放射性元素的原子核的总质量也减半，故选项B、D正确10元素钍Th的半衰期是24天，那么在经过了下列天数之后的情况是()A1 g钍234经过48天将全部衰变B1 g钍234经过48天，有0.25 g发生了衰变C1 g钍234经过48天，有0.75 g发生了衰变D在化合物中，钍234的半衰期比24天要短些，1 g钍234要完全衰变用不了48天答案C解析放射性元素衰变时可用下式