高中物理 19_2 放射性元素的衰变学案 新人教版选修3-5

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课时19. 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，并掌握原子核的衰变规律。 3. 知道半衰期的统计意义，会用半衰期描述衰变速度。 　　1. 原子核的衰变 (1)原子核放出α或β粒子，由于①核电荷数变了，它在周期表中的位置就变了，变成另一种原子核。我们把这种变化称为原子核的②衰变。 (2)原子核发生衰变时，③电荷数和④质量数都守恒。 2. 衰变类型 (1)原子核放出⑤α粒子变成新核的衰变叫作α衰变。衰变规律：新的原子核的质量数减少⑥4　，核电荷数减少⑦2　，在元素周期表中，新核向前移动2位。 (2)原子核放出⑧β粒子(电子)变成新核的衰变叫作β衰变。衰变规律：新的原子核的质量数⑨不变，核电荷数增加⑩1　，在元素周期表中，新核向后移动1位。 (3)γ射线通常伴随α　射线和β　射线而产生。 3. 半衰期 (1)定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间叫作这种元素的半衰期。 (2)意义：半衰期表示放射性元素衰变的快慢。半衰期描述的对象是大量的原子核，是一个统计规律。 (3)决定因素：元素的半衰期反映的是原子核内部的性质，与原子所处的化学状态和外部条件无关。 　　主题1：原子核的衰变 　　情景：相传晋朝初年，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。这就是成语“点石成金”的故事，不过“点石成金”在现实中是不存在的。阅读教材中的相关内容，回答下列问题。 问题：(1)有没有让一种物质自发变成另外一种物质的方法呢？ (2)自然界的衰变有哪几种？衰变遵循怎样的规律？ (3)β衰变中的电子与光电效应中的电子来源相同吗？ 　　主题2：探究γ射线 情景：γ射线，又称γ粒子流，中文音译为伽马射线，是波长短于210-11 m的电磁波。γ射线有很强的穿透力，工业中可用来探伤或流水线的自动控制。γ射线对细胞有杀伤力，医疗上用来治疗肿瘤。2011年英国斯特拉斯克莱德大学研究发明了地球上最明亮的伽马射线，它比太阳亮1万亿倍。这将开启医学研究的新纪元。 问题：γ射线是如何产生的？ 　　主题3：半衰期 情景：日本的核泄漏事故，引起周边国家的普遍关注。这些泄露的物质不断放射射线，对环境、生物造成伤害，许多媒体经常播报辐射情况，我们常听到或看到“半衰期”一词。阅读教材中相关内容，回答下列问题。 问题：(1)你知道什么是半衰期吗？ (2)半衰期遵循怎样的规律？ 1. (考查原子核的质量数与电荷数)有一种衰变叫EC衰变，EC衰变发生于核内中子数相对较少的放射性原子核。核内的一质子(H)可以俘获一个核外电子(e)并发射出一个中微子而转变为一个中子(n)。经过一次EC衰变后原子核的(　　) A. 质量数不变，原子序数减少1　　　　　　　　 B. 质量数增加1，原子序数不变 C. 质量数不变，原子序数不变 D. 质量数减少1，原子序数减少1 2. (考查衰变规律)某放射性元素的原子核发生两次α衰变和六次β衰变，关于它的原子核的变化，下列说法中正确的是(　　) A. 中子数减少8　　　 　B. 质子数减少2　　　　 C. 质子数增加2　　　 　D. 核子数减少10 3. (考查衰变方程)完成下列衰变方程： (1)Bie+　　　　。 (2)RnPo+　　　　。 (3)ThRa+　　　　。 (4)PoAt+　　　　。 4. (考查半衰期)下列有关半衰期的说法正确的是(　　) 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，元素的半衰期也变短 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 　　拓展一：原子核的衰变 1. 原子核自发地放出电子的现象称为β衰变，开始时科学家曾认为β衰变中只放出电子，即β粒子，后来发现这个过程中除了放出电子以外，还放出一种叫作“反中微子”的高速粒子，反中微子不带电，则(　　) A. 原子核能发生β衰变，说明原子核内还有电子 B. 发生β衰变后的原子核的核子数不变，电荷数增加 C. 原子核发生β衰变时放出的能量等于β粒子与衰变后的核的动能之和 D. 静止的原子核发生β衰变时，β粒子与衰变后的核的运动速度方向一定相反 　　拓展二：衰变规律 2. 测得某矿石中铀、铅质量比为1. 17∶1，假设开始时该矿石只含有铀238，发生衰变的铀238都变成了铅206。已知铀238的半衰期是4. 5109年，求矿石的年龄。 参考答案 知识体系梳理 ①核电荷数　②衰变　③电荷　④质量　⑤α粒子　⑥4　⑦2　⑧β粒子(电子)　⑨不变　⑩1　α　β　时间　衰变的快慢　大量　化学状态　外部条件 重点难点探究 主题1：(1)原子核的衰变，可以使一种物质自发变成另外一种物质。原子序数大于或等于83的元素、原子序数小于83的某些元素，都能自发地放出α或β粒子，由于核电荷数变了，其在元素周期表中的位置就变了，变成另一种原子核。我们把这种变化称为原子核的衰变。 (2)原子核放出α粒子变成新核的衰变叫作α衰变;原子核放出β粒子变成新核的衰变叫作β衰变。无论是何种衰变，从衰变方程可以看出，原子核发生衰变时，必须有两个守恒，即：电荷数守恒，质量数守恒。 (3)不相同。光电效应中的光电子是金属原子的核外电子吸收光子能量从金属中发出的电子;原子核里没有电子，核内的中子可以转变成质子和电子，产生的电子从核内发射出来，这就是β粒子。 主题2：原子核的能量也是量子化的，也存在着不连续的能级，并且能级越低越稳定。放射性的原子核在发生α衰变、β衰变时，蕴藏在核内的能量会释放出来，使衰变产生的新原子核处于高能级，这时它要向较低能级跃迁，释放的能量就以γ光子的形式辐射，因此γ射线总是伴随着α射线、β射线产生。 主题3：(1)半衰期是用来表示放射性元素衰变快慢的物理量。所谓半衰期，是指放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。 (2)对大量的原子核来说，可以准确预测其剩下没有衰变的百分数，这是一个统计规律。 根据半衰期的定义，有N=N0()n，式中N0是开始的原子核个数，N是剩下未衰变的原子核个数，n=是半衰期个数(τ为半衰期)。用质量表示为m=m0()n。 对单个的原子核来说，不能确定何时发生衰变。特别指出的是，元素的半衰期反映的是原子核内部的性质，与原子所处的化学状态和外部条件无关。也就是说，一种元素的半衰期与这种元素是以单质形式还是以化合物形式存在无关，且对其加压、增温，半衰期均不会改变。 基础智能检测 1. A　2. C 3. (1)Po　(2)He　(3)He　(4)e 4. A 全新视角拓展 1. B　【解析】虽然发生β衰变时原子核释放出电子，但原子核内并不存在电子，这里的电子来自于核内一个中子转化为一个质子时释放的一个电子，因此发生β衰变时原子核的核子数(质量数)不变，电荷数增加，故A错误，B正确;由于β衰变时还会释放γ光子和中微子，整体能量和动量守恒，而不是新核与电子组成的系统能量和动量守恒，故C，D错误。 2. 4. 5109年 【解析】设开始矿石中有m0(千克)的铀238，经n个半衰期后，剩余铀m(千克)，则m=m0()n，衰变掉的铀的质量为m0-m=m0[1-()n]。一个铀核衰变成一个铅核，设生成铅x(千克)，则： = 据题意有= 解得n=1，即t=τ=4. 5109年。