高中物理第十九章原子核二放射性元素的衰变学案新人教选修

二、放射性元素的衰变
【学习目标】
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．理解半衰期的概念，并能根据半衰期的概念求解相关问题。

【新知预习】
一、原子核的衰变
1．原子核的衰变
原子核放出α或β粒子，由于核电荷数变了，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 的衰变。

一种物质变成另一种物质。

2．α衰变
铀238核放出一个α粒子后，核的质量数减少4，核电荷数减少2，变成新核--钍234核。

那这种放出 的衰变叫做α衰变。

这个过程可以用衰变方程式来表示：
23892U→23490Th+4
2He
3．衰变方程式遵守的规律
第一、 守恒
第二、 守恒
α衰变规律：A Z X→A-4Z-2Y+42He
4．β衰变
钍234核也具有放射性，它能放出一个β粒子而变成23491Pa （镤），那它进行的是β衰变，请同学们
写出钍234核的衰变方程式？β粒子用e 01-表示。

钍234核的衰变方程式： 234
90Th→23491Pa+e 0
1- 衰变前后核电荷数、质量数都守恒，新核的质量数不会改变但核电荷数应加1
β衰变规律：A Z X→A Z+1Y+0-1e
提问：β衰变如果按衰变方程式的规律来写的话应该没有问题，但并不象α衰变那样，因为核电荷数要增加，为什么会增加？哪来的电子？
原子核内虽然没有电子，但核内的的质子和中子是可以相互转化的。

当核内的中子转化为质子时同时
要产生一个电子：10n→1
1H ＋e 0
1- 这个电子从核内释放出来，就形成了β衰变。

可以看出新核少了一个中子，却增加了一个质子，并放出一个电子。

5．γ射线
是由于原子核在发生α衰变和β衰变时原子核受激发而产生的光（能量）辐射，通常是伴随α射线和β射线而产生。

γ射线的本质是能量。

理解γ射线的本质，不能单独发生。

二、半衰期
1．半衰期的概念：半衰期表示放射性元素衰变的快慢，放射性元素的原子核有________发生衰变所需的时间叫做这种元素的半衰期．
2．影响半衰期的因素：半衰期由放射性元素的_______决定，跟原子所处的_______ (如压强、温度)或________(如单质、化合物)无关，因为这些因素都不能改变原子核的结构．
【疑难点拨】①半衰期公式：用N 0、m 0表示衰变前的放射性元素的原子核数和质量，N 、m 表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子核数和质量，t 表示衰变的时间，T 表示半衰期．则决定剩余原子核数量或质量的公式为T t T t m m N N )2
1(;)21(00== ②规律理解：半衰期是一个统计规律，只对大量原子核适用，对于少数个别的原子核，其衰变毫无规
律，何时衰变、何时衰变一半，都是不可预知的．
【导析探究】
导析一：原子核的衰变
例1. 23892U核经一系列的衰变后变为20682Pb核，问：
(1)一共经过几次α衰变和几次β衰变？
(2)20682Pb与23892U相比，质子数和中子数各少多少？
(3)综合写出这一衰变过程的方程．
导析二：半衰期
例2. 放射性元素的原子核在α衰变或β衰变生成新原子核时，往往会同时伴随________辐射．已知A、B两种放射性元素的半衰期分别为T1和T2，经过t＝T1·T2时间后测得这两种放射性元素的质量相等，那么它们原来的质量之比m A∶m B＝________.
【当堂检测】
1. 原子核发生β衰变时，此β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，放射出一个电子
2. 关于放射性元素的半衰期，下列说法中正确的是( )
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．原子量减少一半所需要的时间
D．放射性元素的原子核的质量减半所需要的时间
3．某放射性元素质量为M，测得每分钟放出1.2×104个β粒子，21天后再测，发现每分钟放出1.5×103个β粒子，该放射性元素的半衰期是多少？
高考理综物理模拟试卷
注意事项：
1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。

2．选择题必须使用2B铅笔填涂；非选择题必须使用0.5毫米黑色字迹的签字笔书写，字体工整、笔迹清楚。

3．请按照题号顺序在各题目的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效；在草稿纸、试题卷上答题无效。

4．保持卡面清洁，不要折叠，不要弄破、弄皱，不准使用涂改液、修正带、刮纸刀。

一、单项选择题
1．如图所示为某小球所受的合力与时间的关系图象，各段的合力大小相同，作用时间相同，设小球从静止开始运动。

由此可判定
A．小球向前运动一段时间后停止
B．小球始终向前运动
C．小球向前运动，再返回停止
D．小球向前运动，再返回，但不会停止
2．两点电荷q1和q2（电性和大小均未知）分别固定在X轴上的-2L和2L处。

两电荷连线上各点电势φ随X变化的关系如图所示。

下列说法正确的是（）
A．从-2L到2L电势先减小后增大
B．从-2L到2L场强先减小后增大
C．-L处的场强为0
D．X轴上只有一个点的场强为0，且位于2L的右边
3．如图所示，电源电动势E＝10V，内阻r＝1Ω．闭合开关S后，标有“8V，12W”的灯泡恰能正常发光。

电动机M线圈的电阻R0＝4Ω，则下列说法正确的是（）
A．电源的输出功率为14W
B．流过电机的电流为1A
C．电机输出功率为3W
D．通电5秒钟电机产生80J的热
4．物理学家通过对实验的深入观察和研究，获得正确的科学认知，推动物理学的发展，下列说法符合事
实的是（）
A．光电效应说明光具有粒子性，康普顿效应说明光具有波动性
B．卢瑟福用人工转变的方法，发现了质子并预言了中子的存在
C．玻尔的原子理论成功地解释了原子发光的规律
D．贝克勒尔通过对天然放射现象的研究，发现了原子中存在原子核
5．如图所示电路L1发光，L2，L3不亮，A1有读数，A2没有读数，则产生的故障应是（只有一处有故障）( )
A．灯泡L1断路B．灯泡L2断路
C．灯泡L2短路D．灯泡L3短路
6．某电影里两名枪手在房间对决，他们各自背靠墙壁，一左一右假设他们之间的地面光滑随机放着一均
匀木块到左右两边的距离不一样。

两人拿着相同的步枪和相同的子弹同时朝木块射击一发子弹听天由命。

但是子弹都没有射穿木块两人都活了下来反而成为了好朋友。

假设你是侦探仔细观察木块发现右边的射孔（弹痕）更深。

设子弹与木块的作用力大小一样，请你分析一下，哪个结论是正确的（）
A．开始时，木块更靠近左边的人，左边的人相对更安全
B．开始时，木块更靠近左边的人，右边的人相对更安
C．开始时木块更幕近右边的人左边的人相对更安全区
D．开始时，木块更靠近右边的人，右边的人相对更安全
二、多项选择题
7．下列对于热现象的说法正确的是 ____
A．气体吸收热量，其温度一定升高
B．在绝热条件下压缩气体，气体的内能一定增加
C．温度相同的两种物质，其分子的平均动能一定相同
D．第二类永动机不能造成的根本原因是其违反了热力学第二定律
E．熵增加原理说明一切自然过程总是向着分子热运动的无序性减小的方向进行的
8．下列说法中正确的是______
A．人从高处跳到较硬的水平地面时，为了安全，一般都是让脚尖先触地且着地时要弯曲双腿，这样做是为了减小合外力对人的冲量
B．卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，得到了质子
C．天然放射现象的发现使人类认识到原子具有复杂的结构
D．比结合能越大，原子核越稳定
9．如图所示，在OA和OC两射线间存在着匀强磁场，∠AOC为30°，正负电子(质量、电荷量大小相同，电性相反）以相同的速度均从M点以垂直于OA的方向垂直射入匀强磁场，下列说法可能正确的是
A．若正电子不从OC 边射出，正负电子在磁场中运动时间之比可能为3∶1
B．若正电子不从OC 边射出，正负电子在磁场中运动时间之比可能为6∶1
C．若负电子不从OC 边射出，正负电子在磁场中运动时间之比可能为1∶1
D．若负电子不从OC 边射出，正负电子在磁场中运动时间之比可能为1∶6
10．如图所示，某光滑斜面倾角为30°，其上方存在平行斜面向下的匀强电场，将一轻弹簧一端固定在
斜面底端，现用一质量为、带正电的绝缘物体将弹簧压缩
锁定在A点(弹簧与物体不拴接)，解除锁定后，物体将沿斜面上滑，物体在运动过程中所能到达的最高点B距A点的竖直高度为h，物体离开弹簧后沿斜面向上运动的加速度大小等于重力加速度g，则下列说法正确的是（）
A．弹簧的最大弹性势能等于
B．物体的最大动能等于弹簧的最大弹性势能
C．物体从A点运动到B点的过程中系统损失的机械能为
D．物体从A点运动到B点的过程中最大动能小于
三、实验题
11．如图所示，小球（可视为质点）用非弹性悬线吊在天花板上，在悬点正下方A点处有一物块b（可视为质点）放在水平地面上，一质量为2m光滑曲面滑块c与地面在B点平滑连接，小球a的质量为m，物块b的质量为2m，物块b与B点左侧的水平地面的动摩擦因数为
，B点右侧的水平地面光滑。

将小球拉到悬线与竖直方向的夹角为的位置由静止时放，小球运动到最低点时刚好与
物块发生弹性碰撞，碰后物块能滑到曲面上某一最大高度处。

悬线长为L，A、B两点的距离也为L，重力加速度为g，求：
（1）碰后小球a再次摆动的最大高度；
（2）碰后物块b滑上曲面c的最大高度。

12．某同学在“探究求合力的方法"的实验中：
（1）在水平放置的木板上固定一张白纸，把橡皮条的一端固定在木板上，另一端拴两根细线，通过细线同时用两个弹簧秤互成角度地拉橡皮条，使它与细线的结点达到某一位置O点，此时应记录的是______ A．只需记录下此时两弹簧秤的读数F1与F2
B．只需记录下此时两弹簧秤的读数F1与F2和对应的两拉力的方向
C．需记录下此时两弹簧秤的读数F1与F2、以及对应的两拉力的方向和结点的位置O
（2）接着改用一个弹簧秤来拉橡皮条，关于此时的操作及应记录的是___________
A．拉橡皮条时必须使结点与位置O重合
B．拉橡皮条时不必使结点与位置O重合
C．此时必须记录下弹簧秤的读数F′和F′的方向
D．此时只需记录下拉力F′的方向而不必记录F′的读数
（3）此后为了探究F1、F2与F′的关系，应作出F1、F2与F′的___________.
A．力的示意图 B．力的图示
四、解答题
13．近年来我们国家倡导节能减排，促进绿色环保，作为一名公民也要从身边力所能及的小事做起，少开车多骑自行车.一般设计自行车内胎的压强不能高于1.8atm，否则易爆胎，另外自行车长时间骑行，会使内胎温度比外界高5℃，所以夏天充气压强要低点.一辆自行车内胎压强降到1.1atm，在27℃的室温下用200mL的微型打气筒给内胎充气，外界大气压强视为1.0atm，内胎容积3000mL，充气过程视为温度不变、内胎容积不变.则：
①将内胎气压充到1.5atm，需要用微型打气筒打多少次？
②在室温下充气到1.75atm，能在外界40℃高温下长时间骑行吗？
14．如下图所示，MN、PQ为足够长的光滑平行导轨，间距L=0.5 m.导轨平面与水平面间的夹角θ=30°.NQ ⊥MN，NQ间连接有一个的电阻；有一匀强磁场垂直于导轨平面，磁感应强度为B0=1T；将一根质量为m=0.02 kg的金属棒ab紧靠NQ 放置在导轨上，且与导轨接触良好,金属棒的电阻，其余部分电阻不计；现由静止释放金属棒，金属棒沿导轨向下运动过程中始终与NQ平行；当金属棒滑行至cd处时速度大小开始保持不变，cd
距离NQ为.求：
(1) 求金属棒达到稳定时的速度是多大；
(2) 金属棒从静止开始到稳定速度的过程中，电阻R上产生的热量是多少；【参考答案】
一、单项选择题
二、多项选择题
7．BCD;
8．BD
9．CD
10．CD
三、实验题
11．（1）（2）
12．C AC B
四、解答题
13．(1)6次 (2)不能长时间骑行
14．（1）2m/s（2）0.006J
高考理综物理模拟试卷
注意事项：
1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。

2．选择题必须使用2B铅笔填涂；非选择题必须使用0.5毫米黑色字迹的签字笔书写，字体工整、笔迹清楚。

3．请按照题号顺序在各题目的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效；在草稿纸、试题卷上答题无效。

4．保持卡面清洁，不要折叠，不要弄破、弄皱，不准使用涂改液、修正带、刮纸刀。

一、单项选择题
1．如图所示，长为L的细线的一端固定于O点，另一端系一质量为m的小球
在水平拉力F作用下，小球以恒定速率在竖直平面内由最低点A运动到B点，OB与竖直方向成角
在此过程中
A．小球所受合外力一直增大
B．外力F一直增大
C．小球重力势能增大
D．拉力F做功为
2．如图所示，用细绳通过定滑轮沿竖直光滑的墙壁匀速向上拉，则拉力F和墙壁对球的支持力N的变化情况是（）
A．F增大，N增大
B．F增大，N不变
C．F减小，N增大
D．F减小，N不变
3．2019年2月,国产科幻电影《流浪地球》的上映引起了人们对天体运动的极大兴趣。

设想有质量为m 的卫星绕质量为M的星球做匀速圆周运动,运动半径为R,以卫星距该星球中心无限远处势能为零,当卫星
距该星球中心距离为r时,引力势能,G为引力常量,不考虑
其它星体对卫星的作用,则卫星要脱离该星球到无限远处去,至少需要增加的能量为
A．B．
C．
D．
4．2017年4月22日，我国第一艘货运飞船“天舟一号”与“天宫二号”空间实验室顺利完成自动交会对接，若“天舟一号”与“天宫二号”绕地球做半径为r、逆时针方向的匀速圆周运动，它们与地心连线的夹角为θ，如图所示，已知地球半径为R，地球表面的重力加速度为g，不计算“天舟一号”与“天宫二号”间的相互作用力，下列说法正确的是
A．“天舟一号”与“天宫二号”的向心加速度大均为
B．“天舟一号”从图示位置运动到天宫二号所在位置所需时间为
C．“天舟一号”要想追上“天宫二号”，必须先向后喷气
D．“天舟一号”追上“天宫二号”，该过程中万有引力对“天舟一号”先做正功后做负功
5．功的单位是焦耳（J），焦耳与基本单位米（m）、千克（kg）、秒（s）之间的关系正确的是（）A．1J=1kg·m/s
B．1J=1kg·m/s2
C．1J=1kg·m2/s
D．1J=1kg·m2/s 2
6．如图所示，图甲为光电效应的实验电路图，图乙为光电子最大初动能与光电管入射光频率关系图像，下列说法正确的是 ( )
A．光电管加正向电压时，电压越大光电流越大B．光电管加反向电压时不可能有光电流
C．由图可知，普朗克常量数值上等于
D．由图可知，普朗克常量数值上等于
二、多项选择题
7．如图所示,M是一小型理想变压器,在a、b端输入稳定的正弦交流电,变压器右侧部分连有电阻恒定不变的相同小灯泡L1、L2、滑动变阻器R,所有电表都是理想电表,当滑动变阻器P向上滑动时U2为V2表示数,I2为A2表示数,以下说法中正确的是( )
A．A1的示数增大,A2的示数增大,A3的示数变增大
B．V1的示数不变,V2的示数减小
C．变小
D．L1、L2都变亮
8．2017年4月23日，青岛快乐运动秀之遥控车漂移激情挑战，挑战赛中若ab两个遥控车同时同地向同一方向做直线运动，它们的v﹣t图象如图所示，则下列说法正确的是（）
A．b车启动时，a车在其前方2m处
B．运动过程中，b车落后a车的最大距离为4m
C．b车启动3s后正好追上a车
D．b车超过a车后，两车不会再相遇
9．下列说法中不正确的是（）
A．根据速度定义式，当
非常非常小时，
就可以表示物体在t时刻的瞬时速度，该定义应用了极限
思想方法。

B．在探究加速度、力和质量三者之间关系时，先保持质量不变研究加速度与力的关系，再保持力不变研究加速度与质量的关系，该实验应用了控制变量法。

C．在推导匀变速直线运动的位移公式时，把整个运动过程划分成很多小段，每一小段近似看作匀速直线运动，然后把各小段的位移相加，这里采用了微元法。

D．在不需要考虑物体本身的大小和形状时，用质点来代替物体的方法叫假设法
10．下列说法正确的是。

A．饱和蒸汽压随温度的升高而增大
B．单晶体在某些物理性质上具有各向异性
C．一定量的理想气体从外界吸热，其内能一定增加
D．液体温度越高，悬浮颗粒越小，布朗运动越剧烈
E. 当分子之间作用力表现为斥力时，分子力随分子间距离的增大而增大
三、实验题
11．一列简谐横波在x轴上传播，在t1＝0和t2＝0.05s时，其波形图分别用如图所示的实线和虚线表示，求：
(1)这列波可能具有的波速。

(2)当波速为200m/s时，波的传播方向如何？
12．如图所示，已知电源电动势E=20 V，内阻，当接入固定电阻时，电路中标有“3 V，6 W”的灯泡L和内阻
的小型直流电动机M都恰能正常工作。

试求：
（1）电路中的电流大小；
（2）电压表的示数；
（3）电动机的输出功率。

四、解答题
13．四旋翼无人机是一种能够垂直起降的小型遥控飞行器，目前正得到越来越广泛的应用。

一架质量m=2 kg的无人机，其动力系统所能提供的最大升力F=36 N，运动过程中所受空气阻力大小恒为f=4 N。

(g取10 m／s2)
(1)无人机在地面上从静止开始，以最大升力竖直向上起飞。

求在t=5s时离地面的高度h；
(2)当无人机悬停在距离地面高度H=100m处，由于动力设备故障，无人机突然失去升力而坠落。

求无人机坠落到地面时的速度v；
(3)接(2)问，无人机坠落过程中，在遥控设备的干预下，动力设备重新启动提供向上最大升力。

为保证安全着地（到达地面时速度为零），求飞行器从开始下落到恢复升力的最长时间t1。

14．如图所示，在xOy平面的第一象限有一匀强磁场，方向垂直于纸面向外；在第四象限有一匀强电场，方向平行于y轴向下．一电子以速度v0从y轴上的P点垂直于y轴向右飞入电场，经过x轴上M点进入磁场区域，又恰能从y轴上的Q点垂直于y轴向左飞出磁场已知P点坐标为(0，－L)，M点的坐标为
(L，0)．求
(1)电子飞出磁场时的速度大小v
(2)电子在磁场中运动的时间t
【参考答案】
一、单项选择题
二、多项选择题
7．AB
8．CD
9．ABC
10．ABD
三、实验题
11．(1) 若波沿x轴正向传播，则v1＝(40＋160n)m/s；若波沿x轴负方向传播，则v2 (120＋160n)m/s，其中(n＝0、1、2、3…)；(2)沿x轴正方向传播.
12．（1）2A（2）11V（3）20W
四、解答题
13．（1）75m（2）40m/s （3）
14．（1）；（2）。