第5章 2.放射性元素的衰变—2020-2021学年新教材人教版高中物理选择性必修第三册讲义
新教材高中物理第五章原子核第2节放射性元素的衰变课件新人教版选择性必修第三册
生化学反应2 X2 O + 2 F2 = 4 XF + O2 之后，XF的半衰期为( )
A. 2天
B. 4天
C. 8天
C
D. 16天
[解析] 放射性元素的衰变快慢由原子核内部的自身因素决定，与原子的化
学状态无关。
2. （2021陕西安康高三联考）已知
的
30
15 P经过时间
A. 2.5min
后还剩 2 g 的
如图所示为粒子轰击氮原子核示意图。
（1） 充入氮气前荧光屏上看不到闪光，而充入氮气后荧光屏上看到了闪光，
说明了什么问题？
提示
充入氮气后，产生了新粒子。
（2） 原子核的人工转变与原子核的衰变有什么相同规律？
提示
质量数与电荷数都守恒，动量守恒。
（3） 如何实现原子核的人工转变？
提示人为地用粒子、质子、中子或光子去轰击一些原子核，可以实现原子
B. 地球的年龄大致为90亿年
C. 被测定的岩石样品在90亿年时，铀、铅原子数之比约为
1: 3
D. 根据铀半衰期可知，20个铀原子核经过一个半衰期后就
剩下10个铀原子核
[解析] 由于测定出该岩石中含有的铀是岩石形成初期时的一半，由图像可
知对应的时间是45亿年，即地球年龄大约为45亿年，铀238的半衰期为45亿
B. C、8、17、1
C. O、6、16、1
D. C、7、17、2
[解析] 氮原子核，则 = 7；发现质子，说明 = 1，由质量数与电荷数守
恒得 = 14 + 4 − 1 = 17， = 2 + 7 − 1 = 8 ，则 X 是氧，则卢瑟福用
17
1
粒子轰击氮原子核发现质子的核反应方程是 42 He + 14
新教材高中物理第五章原子核第2节放射性元素的衰变课件新人教版选择性必修第三册
1.知道原子核的两种衰变类型、衰变规律及实质。 2.理解半衰期的概念及决定因素，会利用半衰期解决相关问题。 3.知道放射性同位素，了解其应用与防护。 4．知道核反应及其遵从的规律，会正确书写核反应方程。
一、原子核的衰变 1．填一填 (1)定义：原子核自发地放出 α 粒子或_β 粒子，变成另一种原子核的变化。 (2)α 衰变
mA＝122TTm0＝14m0
B 剩余的质量 mB＝1222TTm0＝12m0
所以mmAB＝12，故选项 B 正确。 答案：B
3．[多选]日本福岛核电站核泄漏事故中的污染物中含有碘 131，碘 131 不稳
定，发生 β 衰变，产生对人体有危害的辐射，其半衰期为 8 天，关于碘 131，
下列说法正确的是
[解析] (1)设29328U 衰变为28026Pb 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 92＝82＋2x－y 解得 x＝8，y＝6 即一共经过 8 次 α 衰变和 6 次 β 衰变。 (2) 20862Pb 比29328U 的质子数少 92－82＝10 中子数少(238－92)－(206－82)＝22。 (3)核反应方程为：29328U→20862Pb＋842He＋6－1 0e。 [答案] (1)8 次 α 衰变 6 次 β 衰变 (2)10 22 (3)29328U→28026Pb＋842He＋6－1 0e
[易错警示] 关于半衰期的两个误区
(1)错误地认为半衰期就是一个放射性元素的原子核衰变到稳定核所经历的 时间。其实半衰期是大量的原子核发生衰变时的统计规律。
(2)错误地认为放射性元素的半衰期就是元素质量减少为原来一半所需要的 时间，该观点混淆了尚未发生衰变的放射性元素的质量与衰变后元素的质量的 差别。其实衰变后的质量包括衰变后新元素的质量和尚未发生衰变的质量。
新教材人教版高中物理选择性必修第三册 5-2 放射性元素的衰变 导学案
5.2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。
4．了解放射性同位素及其应用。
5．了解核辐射与防护方法。
【学习重点】原子核的衰变规律及半衰期。
【学习难点】半衰期描述的对象。
【学习过程】一、原子核的衰变1．什么是衰变？什么叫α衰变？衰变时质量数和电荷数有什么特点？238的衰变方程式：写出U92什么叫β衰变？写出钍234核的衰变方程式：2．α衰变β衰变核反应方程的书写3．衰变规律：原子核发生衰变时，衰变前后的_______________________都守恒。
β衰变核电荷数要增加，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：______________________________________ 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。
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。
书写方程式时说明：中间用________________，不用等号；是____________守恒，不是质量守恒；方程及生成物要以实验为基础，不能杜撰。
4．本质：α衰变：原子核内少两个质子和两个中子。
β衰变：原子核内的一个中子变成质子，同时放出一个电子。
二、半衰期1．___________________________________________的时间，叫做这种元素的半衰期。
（1）半衰期的长短是由________________________的因素决定的，与原子所处的物理、化学状态无关。
（2）半衰期是一个______________，只对大量的原子核才适用，对少数原子核是不适用的。
三、核反应1．核反应：___________________________________________________叫核反应。
【精准解析】高中物理选择必修第三册：第五章 2.放射性元素的衰变
2.放射性元素的衰变课后篇巩固提升基础巩固1.卢瑟福通过实验首次实现了原子核的人工转变,其核反应方程为:24He+714N→817O+11H,下列说法错误的是()A.卢瑟福通过该实验提出了原子核式结构模型B.实验中是用α粒子轰击氮核C.卢瑟福通过该实验发现了质子D.原子核在人工转变的过程中,电荷数一定守恒α粒子轰击金箔散射的实验,提出原子的核式结构模型,故A错误;用α粒子轰击氮核首次实现了原子核的人工转变,并发现了质子,故B、C正确;核反应方程质量数和电荷数是守恒的,故D 正确。
2.(2020北京西城区二模)在核反应方程49Be+24He→612C+X中,X表示的是()A.质子B.中子C.电子D.α粒子,X的质量数为9+4-12=1;根据核电荷数守恒,X的核电荷数为4+2-6=0,说明X 为中子,故B正确,ACD错误。
3.14C测年法是利用14C衰变规律对古生物进行年代测定的方法。
若以横坐标t表示时间,纵坐标m 表示任意时刻14C的质量,m0为t=0时14C的质量。
下面四幅图中能正确反映14C衰变规律的是()T,那么任意时刻14C的质量m=12 m0,可见,随着t的增长物体的质量越来越小,且变化越来越慢,很显然C项图线符合衰变规律,故选C。
4.(2020陕西西安长安区模拟)居里夫人是放射性元素钋(84210Po)的发现者。
已知钋(84210Po)发生衰变时,会产生α粒子和原子核X,并放出γ射线。
下列分析正确的是()A.原子核X的质子数为82,中子数为206B.γ射线具有很强的穿透能力,可用来消除有害静电C.由α粒子所组成的射线具有很强的电离能力D.地磁场能使γ射线发生偏转,质量数与电荷数守恒,可得原子核X的质子数为84-2=82,质量数为210-4=206,依据质量数等于质子数与中子数之和,得原子核X的中子数为206-82=124,故A错误;γ射线具有很强的穿透能力,但是电离本领弱,不能用来消除有害静电,故B错误;因为α射线实质是氦核流,具有很强的电离本领,故C正确;γ射线的实质是频率很高的电磁波,本身不带电,所以γ射线在地磁场不会受力,不能发生偏转,故D错误。
人教版高中物理选择性必修第三册精品课件 第五章 2.放射性元素的衰变
1
m 余=m 总· 2
=
n=
1
-8
×
2.0×
10
2
全部发生衰变。( × )
提示 经过一个半衰期,未发生衰变的元素,将有一半衰变,所以经过两个半
3
衰期,有 4 的元素发生衰变。
(2)对放射性元素加热时,其半衰期缩短。( × )
提示 半衰期由元素本身决定,与物理和化学状态无关。
即学即用 练一练
碳14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
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.衰变分类
(1)α衰变:放出α粒子的衰变。
(2)β衰变:放出β粒子的衰变。
3.衰变过程
238
92
234
90
U
Th
Th+
Pa+
4
2 He
。
0
-1 e
。
4.衰变规律
(1)原子核衰变时
电荷数
和
质量数
都守恒。
(2)任何一种放射性元素只有一种放射性,不能同时既发生α衰变又发生β衰
子
答案 ACD
解析 α射线的电离作用很强,可以利用α射线的电离作用使空气电离,把静
电荷导走,A正确;γ射线对生物具有物理、化学作用,照射种子可使基因变
异,可用于放射性治疗,β射线不具有生物作用,B错误,C正确;同位素的核外
电子数相同,化学性质相同,放射性同位素带有“放射性标记”,可用探测器
探测,D正确。
变,而γ射线经常伴随α射线和β射线产生。
易错辨析 判一判
第五章 2 放射性元素的衰变(第1课时 原子核的衰变 半衰期)(习题)高中物理选择性必修第三册
第五章原子核2 放射性元素的衰变第1课时原子核的衰变半衰期同步练习一、单选题1．关于γ射线下列说法正确的是（）A．它是波长极短的电磁波B．它是高速运动的电子流C．它的贯穿本领比β射线弱D．它对空气的电离作用比α射线强2．下列说法正确的是（）A．α射线是由氦原子核衰变产生B．卢瑟福的α粒子散射实验否定了汤姆孙关于原子结构的“西瓜模型”C．太阳光中的可见光和医院“B超”中的超声波传递速度相同D．霓虹灯中的各种气体原子的能级不同但跃迁时发射能量相同的光子3．19 世纪末，科学家们发现了电子，从而认识到：原子是可以分割的，是由更小的微粒组成的。
下列与电子有关的说法中正确的是（）A．电子电荷量的精确测定是在1909~1913 年间由汤姆孙通过著名的“油滴实验”做出的B．β衰变的实质是原子核内的一个中子转化成了一个质子和一个电子C．爱因斯坦光电效应方程表明，光电子的最大初动能与入射光的频率成正比D．卢瑟福认为电子的轨道半径不是任意的，也就是说，电子的轨道是量子化的4．家庭装修中释放的甲醛和射线是白血病的重要诱因。
家庭装修中的射线来源往往是不合格的瓷砖、洁具等，瓷砖、洁具释放的氡气（22286Rn）具有放射性，氡222衰变为钋218（21884Po）的半衰期为3.8天，则氡222衰变释放出的粒子和密闭房间中氡气浓度减小87.5%需要的时间分别为（）A．中子，11.4天B．α粒子，7.6天C．中子，19天D．α粒子，11.4天5．原子核23892U在天然衰变为20682Pb的过程中，所经过的α衰变次数质子数减少的个数、中子数减少的个数依次为（）A．8、10、22B．10、22、8C．22、8、10D．8、22、106．根据所学的物理知识，下列说法正确的是（ ）A ．β衰变的本质是原子核外电子挣脱原子核的束缚形成的高速电子流B ．在核反应方程41417278He +N N +X →中，X 是正电子C ．铀核（92238U ）衰变为铅核（82206Pb ）的过程中，要经适8次α衰变和6次β衰变D ．2382349290U Th+X →是重核裂变，X 是α粒子7．14C 发生放射性衰变为14N ，半衰期约为5730年。
人教版高中物理选择性必修第3册 第五章 原子核 第二节 放射性元素的衰变
n可得
18m0＝
1 2
k·m0，解得
k＝3，故
C
正确．
课时1 放射性元的衰变
刷基础
题型6 α衰变和β衰变后粒子在磁场中的轨迹
12．实验观察到，静止在匀强磁场中 A 点的原子核发生β衰变，衰变产生的新核与电子恰在纸面内做匀 速圆周运动，运动方向和轨迹示意如图所示，则( D )
A．轨迹 1 是电子的，磁场方向垂直纸面向外 B．轨迹 2 是电子的，磁场方向垂直纸面向外 C．轨迹 1 是新核的，磁场方向垂直纸面向里 D．轨迹 2 是新核的，磁场方向垂直纸面向里
4 核子质量会减小，故 D 错误．
课时1 放射性元素的衰变
刷基础
题型5 半衰期的计算
9．[江苏南通启东中学 2021 高二下月考]福岛核电站冷却堆芯的核废水虽然经过“多核素去除设
备”(ALPS)处理，但核废水中的氚 13H 很难被分离清除，这种放射性物质会通过食物链在人体内累积，对人 的伤害将不可估量．氚 13H 衰变后转变成稳定的氦 23He，13H 半衰期为 12.5 年，下列说法正确的是( C )
A．若取 4 个氡 222 原子核，经 7.6 天后就一定只剩下一个氡 222 原子核 B．氡 222 的衰变方程为 86222Rn→ 84208Po＋24He C．γ射线一般伴随着α或β射线产生，这三种射线中，γ射线的穿透能力
最强，电离能力也最强 D．92238U(铀)衰变为 86222Rn(氡)要经过 4 次α衰变和 2 次β衰变
A．氚核β衰变后形成的新核是 23He B．氚核衰变放出的β射线是贯穿本领最强的射线 C．经过 12.5 年后，反应后剩余物的质量变为初始质量的1
4 D．氚核β衰变后，新核平均核子质量会增加
(新教材适用)高中物理第五章原子核2放射性元素的衰变课后习题新人教版选择性
2.放射性元素的衰变基础巩固1.下列说法正确的是()A.α射线与γ射线都是电磁波B.β射线为原子的核外电子电离后形成的电子流C.用加温、加压或改变其化学状态的方法都不能改变原子核衰变的半衰期D.原子核经过衰变生成新核,则新核的质量总等于原核的质量答案:C解析:α射线不是电磁波,A错误。
β射线是原子核的衰变产生的,B错误。
半衰期不随其物理、化学状态而改变,C正确。
由α衰变的衰变方程可知,D错误。
2.(多选)关于天然放射性,下列说法正确的是()A.所有元素都可能发生衰变B.放射性元素的半衰期与外界的温度无关C.放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性D.α、β和γ三种射线中,γ射线的穿透能力最强答案:BCD解析:原子序数小于83的元素有的可以发生衰变,有的不可以发生衰变,A错误。
放射性元素的半衰期与元素所处的物理、化学状态无关,B、C正确。
α、β、γ三种射线的穿透能力依次增强,D正确。
3.(2021·全国甲卷)如图所示,一个原子核X经图中所示的一系列α、β衰变后,生成稳定的原子核Y,在此过程中放射出电子的总个数为()A.6B.8C.10D.14答案:A解析:设发生了m次α衰变,n次β衰变,可写出核反应方程X Y+α+β,根据质量数守恒92+146=82+124+4m,解得m=8;根据电荷数守恒92=82+16n,解得n=6,故选A。
4.Po的半衰期为138天,经过α衰变生成稳定的铅Pb),经过276天,100 g Po已衰变的质量为()A.25 gB.50 gC.75 gD.100 g答案:C解析:100gPo经1个半衰期衰变的质量为50g,再经过1个半衰期衰变的质量为25g,所以经过2个半衰期衰变的质量为75g,C正确。
5.(多选)下列说法正确的是()A.Ra衰变为Rn要经过1次α衰变和1次β衰变B U衰变为Pa要经过1次α衰变和1次β衰变C Th衰变为Pb要经过6次α衰变和4次β衰变D U衰变为Rn要经过4次α衰变和4次β衰变答案:BC解析:α衰变放出的粒子是He,β衰变放出的粒子是e,由电荷数守恒和质量数守恒,可知A、D 错误,B、C正确。
2020_2021学年新教材高中物理第五章原子核2放射性元素的衰变课件新人教版选择性
【典例示范】
钍232（23920Th）经过________次α衰变和________次β衰变,最后成为铅208
（
208 82
Pb）。
【解题探究】
(1)两种衰变的质量数变化有什么规律?怎样判断α衰变的次数?
提示:β衰变质量数不变,每发生一次α衰变,质量数减少4;用两种原子核的质
量数之差除以4就是α衰变的次数。
2
由此可见,确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组。
(2)技巧:为了确定衰变次数,一般先由质量数的改变确定α衰变的次数(这是 因为β衰变的次数多少对质量数没有影响),然后根据衰变规律确定β衰变的 次数。
【思考·讨论】 放射性元素发生α衰变、β衰变时放出α粒子与β粒子,如图为α衰变、β衰 变示意图。
(1)当原子核发生α衰变时, 新核的核电荷数与质量数相对原来的原子核变化 了多少? 提示:当原子核发生α衰变时,原子核的质子数减小2,中子数减小2,因为α衰变 的实质是2个质子和2个中子结合在一起从原子核中被抛射出来,所以新核的核电 荷数比原来的原子核减少2,质量数减少4。
(2)当发生β衰变时,原子核的质量数是否发生变化?新核在元素周期表中的位 置怎样变化? 提示:β粒子为电子,发生β衰变时原子核的质量数不发生变化,但新核的核电 荷数相对原来的原子核核电荷数增加1,所以原子序数增加1,元素在周期表上 向原子序数增加的方向移动1位。
作为一个整体从较大的原子核中抛射出来,产生α衰变。2
1 0
n
2
1 1
H
4 2
He
(2)β衰变:原子核内的一个中子变成一个质子留在原子核内,同时放出一个电
子,即β粒子放射出来。
1 0
n
1 1
H
高中高二下学期物理人教版选择性必修第三册第五章原子核第二节5.2放射性元素的衰变课件3份
新知探究
知识点 3 核反应
新知探究
知识点 4 放射性同位素及其应用
(1)定义：很多元素都存在一些具有放射性的同位素，它们被称为放射 性同位素． (2)天然放射性同位素不过40多种，而通过核反应生成的人工放射性同 位素已达1000多种，每种元素都有了自己的放射性同位素。
新知探究
知识点 5 辐射与安全
（1）人类一直生活在放射性的环境中，不过辐射的强度都在安全剂 量之内 （2）过量的射线对人体组织有破坏作用，这些破坏往往是对细胞核 的破坏，有时不会马上察觉。因此，在使用放射性同位素时，必须严 格遵守操作规程，注意人身安全，同时，要防止放射性物质对空气、 水源、用具等的污染
0 1
e
（2）β衰变:原子核放出β粒子的衰变叫做β衰变．
23940Th
234 91
Pa+
0 1
e
原子核里没有电子,β衰变中的电子来自哪里？
•实质是核内的中子转化成了一个质 子和一个电子
01n
11H
0 1
e
注意
放射性元素衰
γ 变不可能有单 射 独的γ衰变！ 线 伴随射线或
新知探究
知识点 4 放射性同位素及其应用
(3)应用 ①工业部门使用射线测厚度——利用γ射线的穿透特性； ②农业应用——γ射线使种子的遗传基因发生变异，杀死使食物腐败 的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期等； ③医疗上——利用γ射线的高能量治疗癌症． ④作为示踪原子：放射性同位素与非放射性同位素有相同的化学性质， 通过探测放射性同位素的射线确定其位置．
谢谢
人教版选择性必修三
第五章 第二节 放射性元素的衰变
听说过“点石成金”的传说吗？
5-2放射性元素的衰变(课件)-高二下学期物理人教版选择性必修第三册
半衰期
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。
对于一个特定的氡原子，我们只知道它发 生衰变的概率，而不知道它将何时发生衰 变。一个特定的氡核可能在下1 s就衰变， 也可能在10 min之内衰变，也可能在200 万年之后再衰变。
然而，量子理论可以对大量原子核的行为作出统计预测。例如，对于大量 氡核，可以准确地预言在1 s后、10 min后，或200万年后，各会剩下百 分之几没有衰变。放射性元素的半衰期，描述的就是这样的统计规律
11
核反应
衰变是原子核的自发变化，科学家更希望人工控制原子核的变化。当初
卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，产生了氧的一种同位素——氧17和一个
质子，即:
14 7
N
4 2
He187
Oห้องสมุดไป่ตู้
11
H
这是人类第一次实现的原子核的人工转变。
不仅用α粒子，用质子、中子甚至用γ光子去轰击一些原子核，都可以 实现原子核的转变，通过这种方式可以研究原子核的结构，还可以发现 和制造新元素
10
半衰期
不同的放射性元素，半衰期不同，甚至差别非常大。例如，氡222衰变 为钋218的半衰期是3.8 d，镭226衰变为氡222的半衰期是1 620年， 铀238衰变为钍234的半衰期竟长达4.5×109 年
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。例如，一种放射性元素，不管它是以单质 的形式存在，还是与其他元素形成化合物，或者对它施加压力、提高温 度，都不能改变它的半衰期。这是因为压力、温度或与其他元素的化合 等，都不会影响原子核的结构
U 238
92
23940Th
5.2放射性元素的衰变—2020-2021学年【新教材】人教版(2019)高中物理选择性必修三课件
β衰变的实质
•β衰变的实质在于核内的中子转化成一 个质子和一个电子，其转化方程是
1 0
n11H
10e
• 放射性原子核在发生α衰变、β衰变时产生的新核处于高能级，这 时它要向低能级跃迁，并放出r光子。
原子核衰变的理解
衰变类型 衰变方程
α衰变 X→Y＋He
β衰变 X→ AZ＋1Y＋ e
• 卢瑟福用ɑ粒子轰击氮原子核，产生了氧的同位素和一个质子。
14 7
N
24He187O11H
原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核或者 发生状态变化的过程，称为核反应，与衰变过 程一样，在核反应中，质量数守恒，电荷Байду номын сангаас守 恒。
三、放射性同位素及其应用
• 1.射线测厚仪
• 2.放射治疗
• 3.培优、保鲜
所处的化学状态和外部条件没有关系． • 3．适用条件：半衰期描述的是统计规律，不适用于少数原子核
的衰变．
氡的衰变
如图为始祖鸟的化石，美 国科学家维拉·黎比运用了
半衰期的原理发明“碳－ 14计年法”，并因此荣获 了1960年的诺贝尔奖．利 用“碳－14计年法”可以 估算出始祖鸟的年龄．
三、核反应
三、放射性同位素及其应用
•4.示踪原子
反射性同位素碘131
四、辐射与安全
•过量的射线对人体 组织有破坏作用， 这些破坏往往对细 胞核的破坏，有时 不会马上察觉。
ɑ衰变
β衰变
由于电子的质量比 核子的质量小得多， 因此 我们可以认为电子 的质量数为0，电 荷数为-1
• 发生β衰变时，除了产生电子外，还产生中微 子。中微子的质量数和电荷数都是0。
思考与讨论： 在ɑ衰变中和β衰变中，质量数、核电荷数变化的有 一般规律吗？原子核里没有电子，β衰变中的电子来 自哪里？
人教版高中物理选择性必修第三册精品课件 第5章 原子核 2.放射性元素的衰变 (2)
3.适用条件:半衰期是一个统计概念,是对大量的原子核衰变规律的总结,
对于一个特定的原子核,无法确定其何时发生衰变,半衰期只适用于大量的
原子核。
【典型例题】
【例题2】 (多选)关于放射性元素的半衰期,下列说法正确的时间的一半
B.原子核有半数发生衰变所需要的时间
238
234
4
4 ,电荷数 减少 2 。 238
U
的
α
衰变方程:
U
Th+
2 He。
92
92
90
(2)β 衰变:原子核放出 β 粒子的衰变。进行 β 衰变时,原子核质量数 不
234
234
0
变 ,电荷数 增加 1 ,234
Th
的
β
衰变方程:
Th
Pa+
90
91
-1 e。
90
(3)β 衰变的实质:核内的中子转化成了一个质子和一个电子,其转化方程
称为核反应。人类第一次实现的原子核的人工转变的核反应方程为
14
7
N+42 He
17
1
O+
8
1 H。
2.在核反应中, 质量数 守恒、电荷数 守恒。
3.放射性同位素的应用:射线测厚仪、放射治疗、培优、保鲜、示踪
原子。
4.辐射与安全:人类一直生活在放射性的环境中。过量的射线对人体组
织有破坏作用。
【思考讨论】
”,而不用“
”表示,
【变式训练1】 (多选)对天然放射现象,下列说法正确的是( AD)
A.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射线有可能是核外电子
人教版高中物理选择性必修第三册课后习题 第五章 2.放射性元素的衰变
2.放射性元素的衰变A 级必备知识基础练1.在放射性同位素的应用中,下列做法正确的是( )A.应该用α射线探测物体的厚度B.应该用γ粒子放射源制成“烟雾报警器”C.放射育种利用γ射线照射种子使遗传基因发生变异D.医院在利用放射线诊断疾病时用半衰期较长的放射性同位素2.在核反应方程 49Be +24He C+X 中,X 表示的是( )A.质子B.中子C.电子D.α粒子3.(河北保定高三期末)在火星上,太阳能电池板的发电能力有限,因此科学家用放射性材料PuO 2作为发电能源为火星车供电。
PuO 2中的Pu 元素是94238Pu ,94238Pu 发生α衰变的核反应方程为 94238Pu X +24He,其中X 原子核的中子数为( ) A.139 B.140 C.141 D.1424.(河北模拟预测)银河系中存在大量的铝同位素26Al 。
26Al 核β+衰变的衰变方程为 1326Al Mg +10e,测得26Al 核的半衰期为72万年。
下列说法正确的是 ( )A.26Al核的质量等于26Mg核的质量B.26Al核的中子数大于26Mg核的中子数C.将铝同位素26Al放置在低温低压的环境中,其半衰期不变D.银河系中现有的铝同位素26Al将在144万年后全部衰变为26Mg5.(多选)(黑龙江嫩江高二期末)1934年,约里奥-居里夫妇用α粒子轰击铝箔,首次产生了人工放射性同位素X,反应方程为24He+1327Al X+01n,X0e,则( ) 会衰变成原子核Y,衰变方程为X Y++1A.X的电荷数比Y的电荷数少1B.X的质量数与Y的质量数相等C.X的质量数与1327Al的质量数相等D.X的电荷数比1327Al的电荷数多26.(重庆育才中学二模)A、B两种放射性元素,它们的半衰期分别为t A=10天,t B=30天,经90天后,测得两种放射性元素的质量相等,那么它们原来的质量之比为( )A.3∶1B.48∶63C.1∶64D.64∶1B级关键能力提升练7.一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核,衰变方程为92238UTh+24He,下列说法正确的是( )A.衰变后钍核的动能等于α粒子的动能B.衰变后钍核的动量大小等于α粒子的动量大小C.铀核的半衰期等于其放出一个α粒子所经历的时间D.衰变后α粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量8.医学影像诊断设备PET/CT 是诊断COVID-19的一种有效手段,其原理是借助于示踪剂可以聚集到病变部位的特点来发现疾病。
人教版高中物理选择性必修第3册 第五章 5.2放射性元素的衰变
答案：C
82
82
Kr
2．82
Se发生β衰变成为
，假设含
36
34Se材料中发生β衰变产生的
34
电子可以全部定向移动形成5.0×10-8A的平均电流，已知电子的
电荷量为1.6×10-19C，则在3.2s时间内发生β衰变的
→
+ −
。
在β衰变中，质量数、核电荷数有什么变化规律？原子核里没有电子，β衰变中的电
子来自哪里？
β衰变的一般方程： →
+
+ −
β衰变过程中质量数守恒，核电荷数守恒。
“电荷数之和”指
代数和，因为发生β
衰变时，电子的电
荷数是－1。
研究发现， β衰变实质是核内的中子转化成了一个质子和一个电子。
低能级跃迁，并放出γ光子。γ射线经常是伴随α射线和β射线产生的。
α、β、γ三种射线同时出现
当放射性物质连续衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同
时伴随着γ射线辐射。这时，放射性物质发出的射线中就会同时具有α、β、γ三
种射线。
二、半衰期
1、半衰期（）： 放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。
数少 1，而质子数增 1，故20682Pb 较23892U 质子数少 10，中子数少 22。
(3)核反应方程为
238
206
4
0
92U―→ 82Pb＋82He＋6－1e。
【例题3】(多选)地球的年龄到底有多大，科学家利用天然放射性元素的衰变规律，通过对目前发现
最古老的岩石中铀和铅含量来推算.测得该岩石中现含有的铀是岩石形成初期时(岩石形成初期时不含
高中物理【人教版】选必3：第五章2放射性元素的衰变
第五章 2 放射性元素的衰变问题？在古代，不论是东方还是西方，都有一批人追求“点石成金”之术，他们试图利用化学方法将一些普通的矿石变成黄金。
当然，这些炼金术士的希望都破灭了。
那么，真的存在能让一种元素变成另一种元素的过程吗？类似于“点石成金”的事一直就在自然界中进行着，这就是伴随着天然放射现象发生的原子核“衰变”过程。
原子核的衰变原子核自发地放出α粒子或β粒子，由于核电荷数变了，它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（decay）。
铀238放出一个α粒子后，质量数减少4，电荷数减少2，成为新核。
这个新核就是钍234（图5.2-1）。
图 5.2-1 α衰变这种衰变过程叫作α衰变。
这个过程可以用下面的衰变方程表示23892U → 23490Th ＋ 42He在这个衰变过程中，衰变前的质量数等于衰变后的质量数之和；衰变前的电荷数等于衰变后的电荷数之和。
大量事实表明，原子核衰变时电荷数和质量数都守恒。
思考与讨论在 α 衰变中，新核的质量数与原来的核的质量数有什么关系？相对于原来的核在元素周期表中的位置，新核在元素周期表中的位置应当向前移还是向后移？要移动几位？你能概括出 α 衰变的质量数、核电荷数变化的一般规律吗？23892U 在α衰变时产生的23490Th 也具有放射性，它能放出一个β粒子而变为23491Pa （镤）（图5.2-2）。
由于电子的质量比核子的质量小得多，因此，我们可以认为电子的质量数为 0、电荷数为－1，可以把电子表示为0-1e 。
这样，原子核放出一个电子后，因为其衰变前后电荷数和质量数都守恒，新核的质量数不会改变但其电荷数应当加1。
其衰变方程为123490Th → 23491Pa ＋ 0-1e 放出β粒子的衰变叫作β衰变。
“电荷数之和”指代数和，因为发生 β 衰变时，电子的电荷数是－1。
思考与讨论在β衰变中，质量数、核电荷数有什么变化规律？原子核里没有电子，β衰变中的电子来自哪里？进一步的研究发现，β衰变的实质在于核内的中子转化成了一个质子和一个电子（图5.2-3），其转化方程是10n → 11H ＋ 0-1e这种转化产生的电子发射到核外，就是β粒子；与此同时，新核少了一个中子，却增加1 发生 β 衰变时，除了产生电子 0-1e 外，还产生反电子中微子 ν̅e ，由于 ν̅e 的质量数和电荷数都是 0，所以在中学教科书中一般都不写出。
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2．放射性元素的衰变学习目标:1．[物理观念]知道衰变、半衰期及原子核衰变的规律,了解核反应及放射性同位素应用的基本观念和相关实验证据。
2.[科学思维]理解原子核的衰变规律及半衰期的计算方法,掌握核反应方程的写法与放射性同位素的应用,培养分析、推理能力。
3.[科学探究]通过学习科学家对放射性元素衰变的探究,学会观察和思考,提升科学探究的能力。
4.[科学态度与责任]学会坚持实事求是的科学态度,体验科学家探索科学规律的艰辛和科学研究的价值,激发学习兴趣。
阅读本节教材,回答第108页“问题”并梳理必要的知识点。
教材P108“问题”提示:真的存在,但不是化学方法,是原子核的衰变。
一、原子核的衰变1．定义原子核自发地放出α粒子或β粒子,由于核电荷数变了,它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．衰变分类(1)α衰变:放出α粒子的衰变。
(2)β衰变:放出β粒子的衰变。
3．衰变过程23892U→234 90Th＋42He。
23490Th→234 91Pa＋0－1e。
4．衰变规律(1)原子核衰变时电荷数和质量数都守恒。
(2)任何一种放射性元素只有一种放射性,不能同时既有α放射性又有β放射性,而γ射线伴随α衰变或β衰变产生。
说明:原子核衰变时质量数守恒,但不是质量守恒,有质量减少(也叫质量亏损)。
二、半衰期与核反应1．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。
(2)决定因素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。
不同的放射性元素,半衰期不同。
(3)应用利用半衰期非常稳定这一特点,可以测量其衰变程度、推断时间。
2．核反应(1)人工核转变:147N＋42He→17 8O＋11H。
(2)定义:原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程。
(3)特点:在核反应中,质量数守恒、电荷数守恒。
说明:半衰期是大量原子核衰变的统计规律,只对大量原子核有意义,对少数原子核没有意义。
三、放射性同位素的应用与安全1．放射性同位素:很多元素都存在一些具有放射性的同位素,它们被称为放射性同位素。
2．放射性同位素的应用:(1)射线测厚仪。
(2)放射治疗。
(3)培优、保鲜。
(4)示踪原子:一种元素的各种同位素具有相同的化学性质,用放射性同位素替换非放射性的同位素后,可以探测出原子到达的位置。
3．辐射与安全:人类一直生活在放射性的环境中,过量的射线对人体组织有破坏作用。
要防止放射性物质对水源、空气、用具等的污染。
说明:一般放射性同位素半衰期短,而且强度容易控制,使用更广泛。
1．思考判断(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)原子核发生α衰变时,核的质子数减少2,而质量数减少4。
(√)(2)对放射性元素加热时,其半衰期缩短。
(×)(3)衰变和原子核的人工转变均满足质量数守恒和电荷数守恒。
(√)(4)在用到射线时,利用人工放射性同位素和天然放射性物质都可以。
(×)2．(多选)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23491Pa,再经放射性衰变③变为原子核234 92U。
下列选项正确的是()A．①是α衰变B．②是β衰变C．③是β衰变D．③是γ衰变ABC[238 92U234 90Th,质量数少4,电荷数少2,说明①为α衰变,A正确；234 90 Th234 91Pa,质子数加1,质量数不变,说明②为β衰变,中子转化成质子,B正确；234 91 Pa234 92U,质子数加1,质量数不变,说明③为β衰变,中子转化成质子,C正确,D错误。
]3．(多选)关于放射性的应用,下列说法正确的是()A．利用α射线使空气电离,把静电荷导走B．利用β射线照射植物的种子,使产量显著增加C．利用γ射线来治疗肺癌、食道癌等疾病D．利用放射性同位素跟它的非放射性同位素的化学性质相同,作为示踪原子ACD[α射线的电离作用很强,利用α射线的电离作用,A正确；γ射线对生物具有物理、化学作用,照射种子可使基因变异,可用于放射性治疗,β射线不具有生物作用,B 错误,C正确；同位素的核外电子数相同,化学性质相同,放射性同位素带有“放射性标记”,可用探测器探测,D正确。
]对原子核衰变的理解109少4,在元素周期表中位置向前移两位。
α衰变的质量数减少4,核电荷数减少2。
原子核α衰变实质是放出一个氦原子核,β衰变实质是放出一个电子。
试探究:(1)放射性元素能不能一次衰变同时产生α射线和β射线?(2)γ射线又是怎样产生的?提示:(1)不能,一次衰变只能是α衰变或β衰变,而不能同时发生α衰变和β衰变。
(2)放射性的原子核在发生α衰变、β衰变时产生的新核处于高能级,这时它要向低能级跃迁,并放出γ光子。
α衰变:原子核内两个质子和两个中子结合成一个α粒子,并在一定条件下作为一个整体从较大的原子核中抛射出来,产生α衰变。
转化方程为210n＋211H→42He。
β衰变:原子核内的一个中子变成一个质子留在原子核内,同时放出一个电子,即β粒子放射出来。
转化方程为1n→11H＋0－1e。
2．衰变规律原子核发生衰变时,遵循三个守恒定律(1)衰变前后的电荷数守恒。
(2)质量数守恒。
(3)动量守恒。
3．衰变方程通式(1)α衰变:A Z X→A－4Z－2Y＋42He。
(2)β衰变:A Z X→A Z＋1Y＋0－1e。
4．确定原子核衰变次数的方法与技巧(1)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:AZX→A′Z′Y＋n42He＋m0－1e根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程:A＝A′＋4n,Z＝Z′＋2n－m以上两式联立解得:n＝A－A′4,m＝A－A′2＋Z′－Z由此可见,确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组。
(2)技巧:为了确定衰变次数,一般先由质量数的改变确定α衰变的次数(这是因为β衰变的次数多少对质量数没有影响),然后根据衰变规律确定β衰变的次数。
【例1】23892U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。
思路点拨:(1)α衰变和β衰变方程遵守质量数守恒和电荷数守恒的规律。
(2)在写方程时用“→”而不能用“＝”号,因为质量并不相等,且也不可逆。
[详细解析](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 ①92＝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衰变中子数减少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)衰变方程为238 92U→206 82Pb＋842He＋60－1e。
[正确答案](1)8次α衰变和6次β衰变(2)1022(3)238 92U→206 82Pb＋842He＋60－1e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。
[跟进训练]1．(多选)原子序数大于或等于83的所有元素,都能自发地放出射线。
这些射线共有三种:α射线、β射线和γ射线。
下列说法中正确的是( )A ．原子核每放出一个α粒子,原子序数减少2B ．原子核每放出一个α粒子,原子序数增加4C ．原子核每放出一个β粒子,原子序数减少1D ．原子核每放出一个β粒子,原子序数增加1AD [发生一次α衰变,核电荷数减少2,质量数减少4,原子序数减少2；发生一次β衰变,核电荷数、原子序数增加1,故A 、D 正确。
]半衰期的理解与应用放射性元素氡(222 86Rn)经α衰变成为钋(218 84Po),半衰期约为3.8天；但勘测表明,经过漫长的地质年代后,目前地壳中仍存在天然的含有放射性元素222 86Rn 的矿石。
试探究:(1)甲同学说222 86Rn 主要存在于地球深处的矿石中,温度和压力改变了它的半衰期,这种说法对吗?(2)如果不对,那到底是什么原因呢?提示:(1)不对。
放射性元素的半衰期由原子核本身的因素决定,与外界环境等因素无关。
(2)地壳中原有的222 86Rn 早已衰变完了,目前地壳中的222 86Rn 主要来自其他放射性元素的衰变。
2．半衰期公式:N 余＝N 原⎝ ⎛⎭⎪⎫12t τ,m 余＝m 0⎝ ⎛⎭⎪⎫12tτ,式中N 原、m 0表示衰变前的原子数和质量,N 余、m 余表示衰变后的尚未发生衰变的原子数和质量,t 表示衰变时间,τ表示半衰期。
3．适用条件:半衰期是一个统计概念,是对大量的原子核衰变规律的总结,对于一个特定的原子核,无法确定其何时发生衰变,半衰期只适用于大量的原子核。
【例2】 碘131核不稳定,会发生β衰变,其半衰期为8天。
(1)碘131核的衰变方程:131 53I →________(衰变后的元素用X 表示)。
(2)经过________天75%的碘131核发生了衰变。
[详细解析] (1)131 53I →131 54X ＋ 0－1e(2)75%的碘发生了衰变,即25%的未衰变。
即m m 0＝25%＝14＝⎝ ⎛⎭⎪⎫122共经历了两个半衰期即16天。
[正确答案] (1)131 53I →131 54X ＋ 0－1e (2)16有关半衰期的两点提醒(1)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,而不是样本质量减少一半的时间。
(2)经过n 个半衰期,剩余原子核N 剩＝12n N 总。
[跟进训练]2．新发现的一种放射性元素X ,它的氧化物X 2O 的半衰期为8天,X 2O 与F 发生化学反应2X 2O ＋2F 2===4XF ＋O 2之后,XF 的半衰期为( )A ．2天B ．4天C ．8天D ．16天C [放射性元素的衰变快慢由原子核内部的自身因素决定,与原子的化学状态无关,故半衰期仍为8天,A 、B 、D 错误,C 正确。
]核反应与放射性同位素的应用用人工方法得到放射性同位素,这是一个很重要的发现,天然放射性同位素只不过40几种,而今天人工制造的放射性同位素已达1 000多种。
放射性同位素在工业、农业、医疗卫生和科学研究的许多方面都得到了广泛的应用。
试探究:(1)带电的验电器在放射线照射下电荷会很快消失,这是什么原因?(2)在我国首次用人工方法合成牛胰岛素时,需要证明人工合成的牛胰岛素结晶跟天然牛胰岛素结晶是同一种,为此采用放射性同位素14C的作用是什么?提示:(1)放射线的电离作用,空气中与验电器所带电荷电性相反的离子与之中和,所以使验电器所带电荷消失。