2019-2020年高中物理(SWSJ)教科版选修3-5教学案：第三章 第2节 放射性 衰变(含答案)

2019-2020年高中物理（SWSJ）教科版选修3-5教学案：第三章第2节放射性衰变(含

答案)

(对应学生用书页码P34)

一、天然放射现象的发现

1．1896年，法国物理学家贝可勒尔发现，铀和含铀矿物能够发出看不见的射线，这种射线可以穿透黑纸使照相底片感光。物质放出射线的性质称为放射性，具有放射性的元素称为放射性元素。

2．玛丽·居里和她的丈夫皮埃尔·居里发现了两种放射性更强的新元素，命名为钋(Po)、镭(Ra)。

二、三种射线的本质

1．α射线实际上就是氦原子核，速度可达到光速的1

10，其电离能力强，穿透能力较差。在空气中只能前进几厘米，用一张纸就能把它挡住。

2．β射线是高速电子流，它的速度更大，可达光速的99%，它的穿透能力较强，电离能力较弱，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板。

3．γ射线呈电中性，是能量很高的电磁波，波长很短，在10－10 m以下，它的电离作用更小，但穿透能力更强，甚至能穿透几厘米厚的铅板和几十厘米厚的混凝土。

三、原子核的衰变

1．放射性元素的原子核放出某种粒子后变成新原子核的变化叫衰变。

2．能放出α粒子的衰变叫α衰变，产生的新核，质量数减少4，电荷数减少2，新核在元素周期表中的位置向前移动两位，其衰变规律是A Z X―→A－4

Z－2

Y＋42He。

3．能放出β粒子的衰变叫β衰变，产生的新核，质量数不变，电荷数加1，新核在元素周期表中的位置向后移动一位，其衰变规律A Z X―→A Z＋1Y＋__0－1e。

4．γ射线是伴随α衰变、β衰变同时产生的。

β衰变是原子核中的中子转化成一个电子，同时还生成一个质子留在核内，使核电荷数增加1。

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。

3．跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。

4．半衰期是大量原子核衰变的统计规律。

衰变公式：N ＝N 0(12)t

τ

，τ为半衰期，反映放射性元素衰变的快慢。

1．判断：

(1)放射性元素发生α衰变时，新核的化学性质不变。( ) (2)半衰期可以表示放射性元素衰变的快慢。( )

(3)半衰期是放射性元素的大量原子核衰变的统计规律。( ) (4)半衰期可以通过人工进行控制。( ) (5)对放射性元素加热时，其半衰期缩短。( ) 答案：(1)× (2)√ (3)√ (4)× (5)×

2．思考：发生β衰变时，新核的核电荷数变化多少？新核在元素周期表中的位置怎样变化？

提示：根据β衰变方程234

90Th ―→234

91Pa ＋ 0

-1e 知道，新核核电荷数增加了1，原子序数增加

1，故在元素周期表上向后移了1位。

(对应学生用书页码P35)

1.衰变规律

原子核衰变时，电荷数和质量数都守恒。 2．衰变方程示例

α衰变：A Z X →A －

4Z －2Y ＋42He ，

β衰变：A Z X →

A Z ＋1Y ＋

-1e 。 3．对α衰变和β衰变的理解

(1)α衰变：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抛射出来，这就是放射性元素发生的α衰变现象。

(2)β衰变：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。

(3)原子核放出一个α粒子就说明它发生了一次α衰变，同理放出一个β粒子就说明它发生了一次β衰变。

(1)原子核衰变时质量数守恒，但并非质量守恒，核反应过程前、后质量发生变化(质量亏损)而释放出能量，质量与能量相联系。

(2)在β衰变中，释放出具有很大的能量的电子，该电子来自于原子核，它是由中子和

质子的转化产生的，这表明质子(或中子)也是变化的。

(3)天然放射现象说明原子核具有复杂的结构。原子核放出α粒子或β粒子，并不表明原子核内有α粒子或β粒子；原子核发生衰变后“就变成新的原子核”。

1．一个原子核发生衰变时，下列说法中正确的是( ) A ．总质量数保持不变 B ．总核子数保持不变 C ．总能量保持不变

D ．总动量改变

解析：选ABC 衰变过程中质量数守恒，又因为质量数等于核子数，故衰变过程中核子数不变。

1.α、β、γ

2．研究放射性的意义

如果一种元素具有放射性，那么不论它是以单质的形式存在，还是以某种化合物的形式存在，放射性都不受影响。也就是说，放射性与元素存在的状态无关，放射性仅与原子核有关。因此，原子核不是组成物质的最小微粒，原子核也存在一定的结构。

β射线中的电子是从原子核内放出的(本质是一个质子转化为一个中子，放出一个电子)，并不是原子核外的电子。

2．关于α、β、γ三种射线，下列说法中正确的是( ) A ．α射线是原子核自发发射出的氦核，它的穿透能力最强

B ．β射线是原子核外电子电离形成的电子流，它具有中等的穿透力

C ．γ射线一般伴随着α或β射线产生，它的穿透力最强

D ．γ射线是电磁波，它的穿透力最弱

解析：选C α射线是不稳定原子核放出的由两个中子和两个质子组成的粒子流，它的电离本领最大，穿透力最弱。β射线是原子核内一个中子转化为一个质子时放出的高速电子流，其穿透力和电离能力都居中，γ射线是跃迁时放出的光子，它的穿透力最强，故正确答案为C.

1.计算公式

根据半衰期的概念，可总结出公式如下： N 余＝N 原(12)t /τ，m 余＝M (1

2

)t /τ

式中N 原、M 表示衰变前的放射性元素的原子核数和质量，N 余、m 余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 表示衰变时间，τ表示半衰期。

2．影响因素

放射性元素的半衰期是由原子核内部自身的因素决定的，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关。

3．适用条件

半衰期是一个统计概念，是大量原子核衰变时的统计规律。对于某一个特定的原子核，无法确定何时发生衰变，但可以确定各个时刻发生衰变的概率，即某时衰变的可能性，因此，半衰期只适用于大量的原子核。

4．衰变次数的计算

(1)对象：一个放射性元素的原子核发生α衰变(或β衰变)变成新的原子核，而新原子核仍有放射性，可能又会发生某种衰变。经过若干次变化，最终变为某一稳定的原子核。在此过程中共发生了多少次α衰变和β衰变，是经常面临的问题。

(2)依据：电荷数和质量数守恒。

(3)方法：根据β衰变不改变质量数的特点，可依据反应原子核与最终原子核的质量数改变确定α衰变的次数，然后计算出电荷数的改变，由其差值可确定β衰变的次数。其中每发生一次α衰变，质量数减少4，电荷数减少2，每发生一次β衰变，电荷数增加1，质量数不变。

3．(重庆高考)碘131的半衰期约为8天，若某药物含有质量为m 的碘131，经过32天后，该药物中碘131的含量大约还有( )

A.m

4

B.m 8