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

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

1．1896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α粒子的衰变为α衰变，放出β粒子的衰变为β衰变，而γ射线是伴随α射线或β射线产生的．

3．衰变方程举例：

(1)α衰变：238 92U→234 90Th＋42He，(2)β衰变：234 90Th→234 91Pa＋0－1e.

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．α射线是带正电的α粒子流，α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．β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．γ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：N＝N0e－λt，λ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．α、β、γ三种射线的性质、特征比较

种类α射线β射线γ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2e －e 0

质量

4m p(m p＝

1.67×10－27

kg)

m p

1 836

静止质量为零

速率0.1c 0.99c c

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

(1)在匀强电场中，α射线偏转较小，β射线偏转较大，γ射线不偏转，如图1甲所示．

图1

(2)在匀强磁场中，α射线偏转半径较大，β射线偏转半径较小，γ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α、β和γ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γβ

解析在三种射线中，α射线带正电，穿透能力最弱，γ射线不带电，穿透能力最强；β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γ射线，b射线应为β射线．

借题发挥三种射线的比较方法：

(1)α射线是α、β、γ三种射线中贯穿本领最弱的一种，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α、β、γ三种射线的本质，α、β是实物粒子，γ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α射线，但不能挡住β射线和γ射线

B．某原子核在放出γ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α射线

D．β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，α射线贯穿本领最弱，一张黑纸都能挡住，而挡不住β射线和γ射线，故A正确；γ射线是伴随α、β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α射线电离作用最强，故C正确；β粒子是电子，来源于原子核，故D正确．

二、原子核的衰变

1．原子核放出α粒子或β粒子后，变成另一种原子核，这种现象称为原子核的衰变．2．α衰变：A Z X―→A－4Z－2Y＋42He

原子核进行α衰变时，质量数减少4，电荷数减少2.

α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α衰变现象．

3．β衰变：A Z X―→A

Z＋1Y＋0

－1e

原子核进行β衰变时，质量数不变，电荷数增加1.

β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β粒子，使核电荷数增加1，但β衰变不改变原子核的质量数，其转化方程为：10n―→11H＋0－1e.

4．衰变规律：衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒．

5．γ射线是在发生α或β衰变过程中伴随而生，且γ粒子是不带电的粒子，因此γ射线并不影响原子核的核电荷数，故γ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A

Z X 经过n 次α衰变和m 次β衰变后，变成稳定的新元素A ′

Z ′Y ，则衰变方程为

A Z

X ―→A ′Z ′Y ＋n 42He ＋m 0

－1e.

根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程

A ＝A ′＋4n ，Z ＝Z ′＋2n －m .

【例2】 原子核238

92U 经放射性衰变①变为原子核234

90Th ，继而经放射性衰变②变为原子核234

91 Pa ，再经放射性衰变③变为原子核234

92U.放射性衰变①、②和③依次为( ) A ．α衰变、β衰变和β衰变 B ．β衰变、α衰变和β衰变 C ．β衰变、β衰变和α衰变 D ．α衰变、β衰变和α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，238

92U 核与234

90Th 核比较可知，衰变①的另一产物为4

2He ，所以衰变①为α衰变，选项B 、C 错误；234

91Pa 核与234

92U 核比较可知，衰变③的另一产物为 0－1e ，所以衰变③为β衰变，选项A 正确、D 错误． 【例3】

238

92

U 核经一系列的衰变后变为206

82Pb 核，问：

(1)一共经过几次α衰变和几次β衰变？ (2)206

82Pb 与238

92U 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α衰变，6次β衰变 (2)10个；22个 (3)见解析

解析 (1)设238

92U 衰变为206

82Pb 经过x 次α衰变和y 次β衰变，由质量数守恒和电荷数守恒可得

238＝206＋4x ① 92＝82＋2x －y ②

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衰变中子数少1，而质子数增加1，故206

82Pb 较238

92U 质子数少10，中子数少22. (3)核反应方程为238

92U→206

82Pb ＋84

2He ＋6 0

－1e. 借题发挥 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. 针对训练2

235

92

U 经过m 次α衰变和n 次β衰变，变成207

82Pb ，则( )