高中物理 第十九章 原子核 第2节 放射性元素的衰变学案 新人教版选修3-5

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1、 2　放射性元素的衰变 1．知道放射现象的实质是原子核的衰变。 2．知道两种衰变的基本性质，掌握原子核的衰变规律及实质。 3．理解半衰期的概念及影响因素。 4．会利用半衰期解决相关问题。 你知道考古学家靠什么推断古化石的年代吗？ 提示：利用C与C的比值来推断古化石年代。 1．原子核的衰变 (1)衰变：原子核放出________或________，变成另一种原子核，这种变化称为原子核的______。 (2)衰变的种类和规律： 种类 方程 规律 原子核的衰变 α衰变：放出____粒子的衰变 例如：U→Th＋______ ________、_

2、_____守恒 β衰变：放出____粒子的衰变 例如：Th→Pa＋________ γ衰变：伴随α衰变和β衰变产生 思考：原子核发生α衰变时，新核在元素周期表中的位置发生怎样的变化？ 2．半衰期 (1)放射性元素的原子核有______发生衰变所需要的时间，叫做这种元素的______。 (2)放射性元素衰变的快慢是由__________的因素决定的，跟原子所处的__________和________都没有关系。 (3)半衰期是________原子核衰变的统计规律。 答案：1．(1)α粒子　β粒子　衰变　(2)α　He　β　e　电荷数　质量数 思考 提示：发生α衰变后，新

3、核的核电荷数减少2，在元素周期表上的位置前移两位。 2．(1)半数　半衰期　(2)核内部自身　化学状态　外部条件　(3)大量 一、对原子核的衰变的正确理解 1．衰变规律 原子核衰变时，电荷数和质量数都守恒。 2．衰变方程 (1)α衰变：X→Y＋He； (2)β衰变：X→Y＋e。 3．α衰变和β衰变的实质 (1)α衰变：原子核中的两个质子和两个中子结合在一起发射出来的，即：2n＋2H→He； (2)β衰变：原子核内的一个中子衰变成一个质子，同时放出一个电子，即：n→H＋e。 4．衰变次数的计算方法 设放射性元素X经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素Y，则衰变

4、方程为 X→Y＋nHe＋me 根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程： A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m， n＝，m＝＋Z′－Z。 二、半衰期 1．半衰期公式 用τ表示某放射性元素的半衰期，衰变时间用t表示，如果原来的质量为m0，剩余的质量为m，经过个半衰期，该元素的剩余质量变为 m＝ 若用N和n分别表示衰变前后的原子数，衰变公式又可写成 n＝。 2．半衰期是一个统计概念 描述的是大量原子核的集体行为，个别原子核经过多长时间衰变无法预测。对个别或极少数原子核，无半衰期而言。 类型一 原子核衰变的实质 【例题1】 对天然放射现象，下列说法中正确的是(　　)。 A

5、．α粒子带正电，所以α射线一定是从原子核中射出的 B．β粒子带负电，所以β粒子有可能是核外电子 C．γ射线是光子，所以γ射线有可能是原子发光产生的 D．α射线、β射线、γ射线都是从原子核内部释放出来的 解析：α衰变的实质是原子核中的两个质子和两个中子结合在一起形成一个氦核发射出来的，β衰变的实质是原子核内的一个中子变成一个质子和电子，然后释放出电子，γ射线是伴随α衰变和β衰变产生的，所以这三种射线都是从原子核内部释放出来的。 答案：AD 题后反思：α射线、β射线和γ射线是由于原子核发生反应产生的，与原子的变化无关。 类型二 原子核衰变规律的应用 【例题2】 U经一系列的衰变后

6、变为Pb。 (1)求一共经过几次α衰变和几次β衰变？ (2)Pb与U相比，求质子数和中子数各少多少？ (3)写出这一衰变过程的方程。 点拨：可依据衰变过程中质量数和电荷数守恒求解衰变次数，再根据α衰变、β衰变的实质推算质子数、中子数的变化。 解析：(1)设U衰变为Pb经过x次α衰变和y次β衰变。由质量数和电荷数守恒可得 238＝206＋4x① 92＝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衰变中子数减少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

7、应方程为U→Pb＋8He＋6e。 答案：(1)8　6 (2)10　22 (3)U→Pb＋8He＋6e 题后反思：衰变次数的判断方法：(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。 触类旁通：在例题2(2)中，Pb核的中子数比质子数多多少？ 类型三 半衰期的应用 【例题3】 14C是一种半衰期为5 730年的放射性同位素。若考古工作者探测到某古木中14C的含量为原来的，则该古树死亡时间距今大约(　　)。 A．22 920年 B．11 460年 C．5 730年 D．2 86

8、5年 解析：假设古木刚死亡时的质量为m0，现在的质量为m，由题意可知＝()n＝ 所以n＝2，古木死亡的时间为5 730×2年＝11 460年，应选B选项。 答案：B 题后反思：利用半衰期公式解决实际问题时，首先要理解半衰期的统计意义，其次要知道公式建立的是剩余核的质量与原有核的总质量间的关系。 触类旁通 答案：42 1．某放射性元素的一个原子核，发生一次β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 2．某放射性元素的原子核在21天里衰减掉，它的半

9、衰期是(　　)。 A．3天 B．5.25天 C．7天 D．10.5天 3．目前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素，比如，有些含有铀、钍的花岗岩等岩石会释放出具有放射性的惰性气体氡，而氡会发生放射性衰变，放射出α、β、γ射线，这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道等方面的疾病。根据有关放射性知识可知，下列说法正确的是(　　)。 A．氡的半衰期为3.8天，若取4个氡原子核，经7.6天后就剩下一个原子核了 B．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的 C．γ射线一般伴随着α或β射线产生，在这三种射线中，γ射线

10、的穿透能力最强，电离能力最弱 D．发生α衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了4 4．建材中的放射物质衰变成放射性的氡气，会导致肺癌，其中建材中放射性元素中含有很多的钋222()，它经过多少次β衰变能生成氡222()(　　)。 A．222次 B．136次 C．2次 D．86次 答案：1．C　β衰变的实质是一个中子变成一个质子和一个电子，故中子减少一个而质子增加一个。故选项A、B、D错，C对。 2．C　放射性原子核在21天的时间里衰减掉，还剩下的原子核没有发生衰变，由半衰期的意义可知，21天是该原子核的半衰期的3倍，所以半衰期为7天。C选项正确。 3．BC　半衰期遵循统计规律，对单个或少数原子核是没有意义的，A项错误；根据三种射线的特性及衰变实质可知B、C两项正确，D项错误。 4．C　钋(222)衰变成氡(222)质量数没有变，故仅发生了β衰变，次数为86－84＝2(次)，故选项A、B、D错，C对。 4