2019-2020學(xué)年高中物理 第19章 2 放射性元素的衰變學(xué)案 新人教版選修3-5

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1、2　放射性元素的衰變 [學(xué)習(xí)目標]　1.知道放射現(xiàn)象的實質(zhì)是原子核的衰變.2.知道兩種衰變的基本性質(zhì)，掌握原子核的衰變規(guī)律．(重點)3.會用半衰期描述衰變的快慢，知道半衰期的統(tǒng)計意義．會利用半衰期解決相關(guān)問題．(重點、難點) 一、原子核的衰變 1．定義 原子核放出α粒子或β粒子，則核電荷數(shù)變了，變成另一種原子核，這種變化稱為原子核的衰變． 2．衰變分類 (1)α衰變：放出α粒子的衰變． (2)β衰變：放出β粒子的衰變． 3．衰變過程 U→Th＋He Th→Pa＋e 4．衰變規(guī)律 (1)原子核衰變時電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒． (2)任何一種放射性元素只有一種放射性，

2、不能同時既有α放射性又有β放射性，而γ射線伴隨α衰變或β衰變產(chǎn)生． 二、半衰期 1．定義 放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間． 2．決定因素 放射性元素衰變的快慢是由核內(nèi)部自身的因素決定的，跟原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件沒有關(guān)系．不同的放射性元素，半衰期不同． 3．應(yīng)用 利用半衰期非常穩(wěn)定這一特點，可以測量其衰變程度、推斷時間． 1．思考判斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”) (1)原子核發(fā)生α衰變時，核的質(zhì)子數(shù)減少2，而質(zhì)量數(shù)減少4.(√) (2)原子核發(fā)生β衰變時，原子核的質(zhì)量不變． (×) (3)原子核發(fā)生衰變時，質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)都守恒． (√) (4)

3、半衰期是放射性元素的大量原子核衰變的統(tǒng)計規(guī)律． (√) (5)對放射性元素加熱時，其半衰期縮短． (×) 2．(多選)原子核U經(jīng)放射性衰變①變?yōu)樵雍薚h，繼而經(jīng)放射性衰變②變?yōu)樵雍薖a，再經(jīng)放射性衰變③變?yōu)樵雍薝.下列選項正確的是(　　) A．①是α衰變　　　 B．②是β衰變 C．③是β衰變 D．③是γ衰變 [解析]　UTh，質(zhì)量數(shù)少4，電荷數(shù)少2，說明①為α衰變. ThPa，質(zhì)子數(shù)加1，質(zhì)量數(shù)不變，說明②為β衰變，中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子.PaU，質(zhì)子數(shù)加1，質(zhì)量數(shù)不變，說明③為β衰變，中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子． [答案]　ABC 3．(多選)14C發(fā)生放射性衰變成為14N，半衰期約5 70

4、0年．已知植物存活期間，其體內(nèi)14C與12C的比例不變；生命活動結(jié)束后，14C的比例持續(xù)減少．現(xiàn)通過測量得知，某古木樣品中14C的比例正好是現(xiàn)代植物所制樣品的二分之一．下列說法正確的是(　　) A．該古木的年代距今約5 700年 B. 12C、13C、14C具有相同的中子數(shù) C．14C衰變?yōu)?4N的過程中放出β射線 D．增加樣品測量環(huán)境的壓強將加速14C的衰變 [解析]　古木樣品中14C的比例是現(xiàn)代植物所制樣品的二分之一，根據(jù)半衰期的定義知該古木的年代距今約5 700年，選項A正確；同位素具有相同的質(zhì)子數(shù)，不同的中子數(shù)，選項B錯誤；14C的衰變方程為C→N＋e，所以此衰變過程放出β射

5、線，選項C正確；放射性元素的半衰期與核內(nèi)部自身因素有關(guān)，與原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件無關(guān)，選項D錯誤． [答案]　AC 原子核衰變的理解 1．衰變實質(zhì) α衰變：原子核內(nèi)兩個質(zhì)子和兩個中子結(jié)合成一個α粒子，并在一定條件下作為一個整體從較大的原子核中拋射出來，產(chǎn)生α衰變.2n＋2H→He β衰變：原子核內(nèi)的一個中子變成一個質(zhì)子留在原子核內(nèi)，同時放出一個電子，即β粒子放射出來． n→H＋e 2．衰變規(guī)律 原子核發(fā)生衰變時，遵循三個守恒定律 (1)衰變前后的電荷數(shù)守恒． (2)質(zhì)量數(shù)守恒． (3)動量守恒． 3．衰變方程通式 (1)α衰變：X→Y＋He (2)

6、β衰變：X→Y＋e 4．確定原子核衰變次數(shù)的方法與技巧 (1)方法：設(shè)放射性元素X經(jīng)過n次α衰變和m次β衰變后，變成穩(wěn)定的新元素Y，則衰變方程為： X→Y＋nHe＋me 根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可列方程： A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m. 以上兩式聯(lián)立解得：n＝，m＝＋Z′－Z. 由此可見，確定衰變次數(shù)可歸結(jié)為解一個二元一次方程組． (2)技巧：為了確定衰變次數(shù)，一般先由質(zhì)量數(shù)的改變確定α衰變的次數(shù)(這是因為β衰變的次數(shù)多少對質(zhì)量數(shù)沒有影響)，然后根據(jù)衰變規(guī)律確定β衰變的次數(shù)． 【例1】　U核經(jīng)一系列的衰變后變?yōu)镻b核，問： (1)一共經(jīng)過幾次α衰變和幾次β衰變？

7、(2)Pb與U相比，質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)各少了多少？ (3)綜合寫出這一衰變過程的方程． [解析]　(1)設(shè)U衰變?yōu)镻b經(jīng)過x次α衰變和y次β衰變．由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可得 238＝206＋4x ① 92＝82＋2x－y ② 聯(lián)立①②解得x＝8，y＝6 即一共經(jīng)過8次α衰變和6次β衰變． (2)由于每發(fā)生一次α衰變質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)均減少2，每發(fā)生一次β衰變中子數(shù)減少1，而質(zhì)子數(shù)增加1，故Pb較U質(zhì)子數(shù)少10，中子數(shù)少22. (3)衰變方程為U→Pb＋8He＋6e. [答案]　(1)8次α衰變和6次β衰變　(2)10　22 (3)U→Pb＋8He＋6e 衰變次數(shù)的判斷方法

8、 (1)衰變過程遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒． (2)每發(fā)生一次α衰變，質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)均減少2. (3)每發(fā)生一次β衰變，中子數(shù)減少1，質(zhì)子數(shù)增加1. 1．(多選)原子序數(shù)大于或等于83的所有元素，都能自發(fā)地放出射線．這些射線共有三種：α射線、β射線和γ射線．下列說法中正確的是(　　) A．原子核每放出一個α粒子，原子序數(shù)減少2 B．原子核每放出一個α粒子，原子序數(shù)增加4 C．原子核每放出一個β粒子，原子序數(shù)減少1 D．原子核每放出一個β粒子，原子序數(shù)增加1 [解析]　發(fā)生一次α衰變，核電荷數(shù)減少2，質(zhì)量數(shù)減少4，原子序數(shù)減少2；發(fā)生一次β衰變，核電荷數(shù)、原子序數(shù)增加1.

9、 [答案]　AD 半衰期的理解與應(yīng)用 1．對半衰期的理解：半衰期表示放射性元素衰變的快慢． 2．半衰期公式：N余＝N原，m余＝m0式中N原、m0表示衰變前的原子數(shù)和質(zhì)量，N余、m余表示衰變后的尚未發(fā)生衰變的原子數(shù)和質(zhì)量，t表示衰變時間，τ表示半衰期． 3．適用條件：半衰期是一個統(tǒng)計概念，是對大量的原子核衰變規(guī)律的總結(jié)，對于一個特定的原子核，無法確定其何時發(fā)生衰變，半衰期只適用于大量的原子核． 【例2】　碘131核不穩(wěn)定，會發(fā)生β衰變，其半衰期為8天． (1)碘131核的衰變方程：I→______(衰變后的元素用X表示)． (2)經(jīng)過________天75%的碘131核發(fā)

10、生了衰變． [解析]　(1)I→X＋e (2)75%的碘發(fā)生了衰變，即25%的未衰變． 即＝25%＝＝ 共經(jīng)歷了兩個半衰期即16天． [答案]　(1)I→X＋e　(2)16 有關(guān)半衰期的兩點提醒 (1)半衰期是指放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間，而不是樣本質(zhì)量減少一半的時間． (2)經(jīng)過n個半衰期，剩余原子核N剩＝N總． 2．新發(fā)現(xiàn)的一種放射性元素X，它的氧化物X2O的半衰期為8天，X2O與F發(fā)生化學(xué)反應(yīng)2X2O＋2F2===4XF＋O2之后，XF的半衰期為(　　) A．2天　B．4天 C．8天 D．16天 [解析]　放射性元素的衰變快慢由原子核

11、內(nèi)部的自身因素決定，與原子的化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，故半衰期仍為8天，A、B、D錯，C對． [答案]　C 課 堂 小 結(jié) 知 識 脈 絡(luò) 1.原子核衰變時電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒． 2．α衰變：U→Th＋He. 3．β衰變：Th→Pb＋e. 4．放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間叫做這種元素的半衰期. 1．一個放射性原子核，發(fā)生一次β衰變，則它的(　　) A．質(zhì)子數(shù)減少一個，中子數(shù)不變 B．質(zhì)子數(shù)增加一個，中子數(shù)不變 C．質(zhì)子數(shù)增加一個，中子數(shù)減少一個 D．質(zhì)子數(shù)減少一個，中子數(shù)增加一個 [解析]　β衰變的實質(zhì)是一個中子變成一個質(zhì)子和一個電子，故中子減少一個而質(zhì)

12、子增加一個．故A、B、D錯，C對． [答案]　C 2．(多選)下列說法中正確的是(　　) A．β衰變放出的電子來自組成原子核的電子 B．β衰變實質(zhì)是核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化成了一個質(zhì)子和一個電子 C．α衰變說明原子核中含有α粒子 D．γ射線總是伴隨其他衰變發(fā)生，它的本質(zhì)是電磁波 [解析]　原子核發(fā)生β衰變中放出的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子而釋放的電子，故A錯誤；B正確；α射線是具有放射性的元素的原子核在發(fā)生衰變時兩個中子和兩個質(zhì)子結(jié)合在一起而從原子核中釋放出來；γ射線總是伴隨其他衰變發(fā)生，它的本質(zhì)是電磁波，故D正確． [答案]　BD 3．有一種新型鎳銅長效電池，它是采用半衰期長達1

13、00年的放射性同位素鎳63(Ni)和銅兩種金屬作為長壽命電池的材料，利用鎳63發(fā)生β衰變時釋放電子給銅片，把鎳63和銅片作電池兩極，外接負載為負載提供電能．下面有關(guān)該電池的說法正確的是(　　) A．鎳63的衰變方程是Ni→Cu＋e B．鎳63的衰變方程是Ni→Cu＋e C．外接負載時鎳63的電勢比銅片低 D．該電池內(nèi)電流方向是從鎳片到銅片 [解析]　鎳63的衰變方程為Ni→e＋Cu，選項A對，B錯；電流方向為正電荷定向移動方向，在電池內(nèi)部電流從銅片到鎳片，鎳片電勢高，選項C、D均錯誤． [答案]　A 4．一塊氡222放在天平的左盤時，需要天平的右盤加444 g砝碼，天平才能處于平衡，氡222發(fā)生α衰變，經(jīng)過一個半衰期以后，欲使天平再次平衡，應(yīng)從右盤中取出的砝碼為(　　) A．222 g　　　　　 B．8 g C．2 g D．4 g [解析]　原有氡222共444 g，經(jīng)過一個半衰期后有222 g氡發(fā)生衰變，其衰變方程為Rn→Po＋He，但是衰變后生成的釙218還在左盤，也就是說，經(jīng)過一個半衰期只有4 g的α粒子從左盤放射出去，因此欲使天平再次平衡，右盤中只需取出4 g砝碼．故A、B、C錯誤，D正確． [答案]　D - 7 -