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110，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－4Z－2Y＋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)tτ，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23490Th ―→23491Pa ＋ 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、γ2．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 (12)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.m4B.m 8C.m16 D.m32解析：选C经过32天即4个半衰期，碘131的含量变为m′＝m24＝m16，C项正确。

(对应学生用书页码P36)[例1](β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是________。

(填选项前的字母)图3-2-1A．①表示γ射线，③表示α射线B．②表示β射线，③表示α射线C．④表示α射线，⑤表示γ射线D．⑤表示β射线，⑥表示α射线[解析]由于在放射现象中放出组成α射线的α粒子带正电，β射线的β粒子带负电，γ射线不带电，根据电场力的方向与左手定则，可判断三种射线在电磁场中受力的方向，即③④表示α射线，①⑥表示β射线，②⑤表示γ射线，所以C正确，A、B、D错误。

[答案] C(1)因为α粒子带正电，β粒子带负电，γ射线不带电，所以α、β会在电场或磁场中偏转，γ射线不偏转。

(2)α、β粒子在电场中做类平抛，用平抛的规律研究，在磁场中做圆周运动，利用洛伦兹力提供向心力进行研究。

[例2]23290Th(82() A．铅核比钍核少8个质子B．铅核比钍核少16个中子C．共经过4次α衰变和6次β衰变D．共经过6次α衰变和4次β衰变[解析]设α衰变次数为x，β衰变次数为y，由质量数守恒和电荷数守恒得232＝208＋4x,90＝82＋2x －y ，解得x ＝6，y ＝4，C 错，D 对。

铅核、钍核的质子数分别为82、90，故A 对。

铅核、钍核的中子数分别为126、142，故B 对。

[答案] ABD确定α和β衰变次数的具体方法如下： (1)首先确定开始的原子核和最终的原子核； (2)确定质量数的变化，并由此得出α衰变的次数；(3)由α衰变得出核电荷数的改变，根据实际电荷数再确定β衰变的次数。

[例3] (江苏高考辐射损伤。

它是世界卫生组织公布的主要环境致癌物质之一。

其衰变方程是 222 86Rn ―→ 218 84Po＋________。

已知 222 86Rn 的半衰期约为3.8天，则约经过________天，16 g 的 222 86Rn 衰变后还剩1 g 。

[解析] 根据衰变过程中，质量数与电荷数守恒可知，该衰变过程中，所释放的粒子的质量数为A ＝222－218＝4，电荷数为Z ＝86－84＝2，所以该粒子为42He 。

根据半衰期公式有：m ＝(12)tτm 0，代入数据解得：t ＝4τ＝15.2天。

[答案] 42He 15.2(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)注意区分两个质量：已发生衰变的质量：m [1－(12)t τ]，未发生衰变的质量：m (12)tτ。

(对应学生用书页码P37)1．以下实验能说明原子核内有复杂结构的是( ) A ．X 射线的发现 B ．原子发光产生明线光谱 C ．α粒子散射实验 D ．天然放射现象解析：选D 原子发光产生明线光谱说明原子只能处于一系列不连续的能量状态中；α粒子散射实验说明原子具有核式结构；天然放射现象中放射出的粒子是从原子核中放出的，说明原子核内有复杂结构。

故正确答案为D。

2．关于天然放射现象，下列说法正确的是()A．α射线是由氦原子核衰变产生B．β射线是由原子核外电子电离产生C．γ射线是由原子核外的内层电子跃迁产生D．通过化学反应不能改变物质的放射性解析：选Dα射线是原子核同时放出两个质子和两个中子产生的，选项A错；β射线是原子核内中子转化为质子而放出的电子，选项B错；γ射线是衰变后的原子核从高能级向低能级跃迁产生的，选项C错；放射性是原子核的固有属性，选项D正确。

3．原子核23892U 经放射性衰变①变为原子核23490Th，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23492U。

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衰变解析：选A根据核反应过程中的质量数守恒和电荷数守恒特点，23892U核与23490Th核比较可知，核反应的另一产物为42He，所以衰变①为α衰变，B、C项排除；23491Pa核与23490Th核比较可知，核反应的另一产物为0－1e，所以衰变③为β衰变，A项正确。