高二物理原子核的衰变、原子核的人工转变

复习题

1．当用具有1.87eV 能量的光子照射n ＝3激发态的氢原子时，氢原子( ) A. 不会吸收这个光子

B. 吸收该光子后被电离，电离后的动能为0.36eV

C. 吸收该光子后被电离，电离后电子的动能为零

D. 吸收该光子后不会被电离

2．光子能量为E 的一束光照射容器中的氢（设氢原子处于n =3的能级），氢原子吸收光子后，能发出频率γ1、γ2、γ3、γ4、γ5、γ6六种光谱线，且γ1＜γ2＜γ3＜γ4＜γ5＜γ6，则E 等于（ ）

A.h γ 1

B.h γ 6

C.h （γ6-γ1）

D.h （γ1+γ2+γ3+γ4+γ5+γ6） .

3．现有1200个氢原子被激发到量子数为4的能级上，若这些受激氢原子最后都回到基态，则在此过程中发出的光子总

数是（ ） （假定处在量子数为n 的激发态的氢原子跃迁到各较低能

级的原子数都是处在该激发态能级上的总数的1

1

n ） A ．2200 B ．2000

C ．1200

D ．24 00

4．氢原子的能级如图4所示，已知可见光的光子能量范围约为1.62eV —3.11eV ，下列说法错误的是( )

A ．处于n ＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离

B ．大量氢原子从高能级向n ＝3能级跃迁时，发出的光具有显著的热效应

C ．大量处于n ＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出6种不同频率的光

D ．大量处于n ＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出3种不同频率的可见光

参考答案：1. B 2. A 3. A 4. D

n =1

n =3 n =4

n =2

图3

原子核的衰变、原子核的人工转变

一、天然放射现象 1、天然放射现象

物质放射出α射线、β射线、γ射线的性质，叫做放射性，具有放射性的元素叫放射性元素。

1896年法 贝克勒耳首先发现天然放射现象，后居里·夫妇发现钋P O 和镭R a 。 物质发射射线的性质称为放射性(radioactivity)。 元素这种自发的放出射线的现象叫做天然放射现象， 具有放射性的元素称为放射性元素。

2、放射性不是少数几种元素才有的，研究发现，原子序数大于82的所有元素，都能自发的放出射线，原子序数小于83的元素，有的也具有放射性。

3、射线种类与性质

那这些射线到底是什么呢？把放射源放入由铅做成的容器中，射线只能从容器的小孔射出，成为细细的一束。在射线经过的空间施加磁场，发现射线

①射线分成三束，射线在磁场中发生偏转，是受到力的作用。这个力是洛伦兹力，说明其中的两束射线是带电粒子。

②根据左手定则，可以判断α射线都是正电荷，β射线是负电荷。

③带电粒子在电场中要受电场力作用，可以加一偏转电场，也能判断三种射线的带电性质。

α射线：氦核流速度约为光速的 1/10。贯穿本领最小，但有很强的电离作用，很容易使空气电离，使照相底片感光的作用也很强；

β射线:高速运动的电子流。速度接近光速，贯穿本领很强。很容易穿透黑纸，甚至能穿透几毫米厚的铝板，但它的电离作用比较弱。

γ射线：为波长极短的电磁波。性质非常象Ｘ射线，只是它的贯穿本领比Ｘ射线大的多，甚至能穿透几厘米厚的铅板，但它的电离作用却很小。

电离本领和贯穿本领之间的关系：α粒子是氦原子核，所以有很强的夺取其它原子的核外电子的能力，但以损失动能为代价换得原子电离，所以电离能力最强的α粒子，贯穿本领最弱；而γ光子不带电，只有激发核外电子跃迁时才会将原子电离，所以电离能力最弱而贯穿本领最强.

带电量 质量数 符号 电离性

穿透性

实 质

来 源

α射线 +2e

4

（p ）

很强

很小

（一张普通纸）

高速的氦核流 v≈0.1c

两个中子和两个质子结合成团从原子核中放

出

β射线 -e 0

弱

很强 （几毫米铝板）

高速的电子流v≈c 原子核中的中子转换成

质子时从原子核中放

出

γ射线

γ

很小

更强 （几厘米铅板）

波长极短的电磁波 原子核受激发产生的

小结：

①实验发现：元素具有放射性是由原子核本身的因素决定的，跟原子所处的物理或化学状态无关。不管该元素是以单质的形式存在，还是和其他元素形成化合物，或者对它施加压力，或者升高它的温度，它都具有放射性。

②天然放射现象：表明原子核存在精细结构，是可以再分的

He

42

e

01

-

三种射线都是高速运动的粒子，能量很高，都来自于原子核内部，这也使我们认识到原子核蕴藏有巨大的核能，原子核内也有其复杂的结构。 二、放射性元素的衰变

1、原子核的衰变

原子核的衰变：原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化叫做原子核的衰变。 常见的衰变有两种，放出α粒子的衰变叫α衰变，放出β粒子的衰变叫β衰变，γ射线是随着α射线或β射线的放出而产生的。

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α粒子的衰变叫做α衰变。

这个过程可以用衰变方程式来表示：

23892U →23490Th+4

2He

3、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0-1e 表示。 钍234核的衰变方程式： 23490Th →23491Pa+0-1e

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

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衰变那样容易理解，因为核电荷数要增加，学生会问为什么会增加？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 →11H ＋0-1e 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。

4、γ辐射

原子核的能量也跟原子的能量一样，其变化是不连续的，也只能取一系列不连续的数值，因此也存在着能级，同样是能级越低越稳定。

放射性的原子核在发生α衰变、β衰变时，往往蕴藏在核内的能量会释放出来，使产生的新核处于高能级，这时它要向低能级跃迁，能量以γ光子的形式辐射出来，因此，γ射线经常是伴随α射线和 β射线产生的，当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时就会伴随着γ辐射（没有γ衰变）。这时，放射性物质发出的射线中就会同时具有α、β和γ三种射线。

注意：

一种元素只能发生一种衰变，但在一块放射性物质中可以同时放出α、β和γ三种射线。

5、衰变方程式遵守的规律

α衰变：e M Z M Z H Y X 4

242+→-- α衰变规律：A Z X →A-4Z-2Y+42He β衰变：e Y X M Z M Z 01

1-++→ β衰变规律：A Z X →A Z +1Y+0-1e

（1）核反应遵从的规律 ①质量数守恒

②电荷数守恒 ③动量守恒； ④能量守恒.

（2）半衰期：

说明：1. 中间用单箭头，不用等号；

2. 是质量数守恒，不是质量守恒;