高中物理 第3章 原子核 2 放射性 衰变教师用书 教科版选修3-5

2.放射性衰变

学

习目标知识脉络

1.知道什么是放射性及放

射性元素．(重点)

2．知道三种射线的本质

和特性．(重点、难点)

3．知道原子核的衰变和

衰变规律．(重点)

4．知道什么是半衰期．(重

点)

天然放射性和衰变

[先填空]

1．天然放射现象的发现

(1)天然放射现象：物质能自发地放出射线的现象．

(2)放射性：物质放出射线的性质，叫做放射性．

(3)放射性元素：具有放射性的元素，叫做放射性元素．

(4)天然放射现象的发现：1896年，法国物理学家贝克勒尔发现了天然放射现象．

2．三种射线

如图3­2­1所示，让放射线通过强磁场，在磁场的作用下，放射线能分成3束，这表明有3种射线，且它们电性不同．带正电的射线向左偏转，为α射线；带负电的射线向右偏转，为β射线；不发生偏转的射线不带电，为γ射线．

图3­2­1

3．放射性衰变

(1)定义：放射性元素自发地蜕变为另一种元素，同时放出射线，这种现象叫做放射性衰变．

(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)衰变规律

①α衰变：A Z X→42He＋A-4Z-2Y.

②β衰变：A Z X→0－1e＋A Z+1Y.

在衰变过程中，电荷数和质量数都守恒．

[再判断]

1．放射性元素的放射性都是自发的现象．(√)

2．α射线是由高速运动的氦核组成的，其运行速度接近光速．(×)

3．原子核发生α衰变时，核的质子数减少2，而质量数减少4.(√)

4．原子核发生β衰变时，原子核的质量不变．(×)

5．原子核发生衰变时，质量数和电荷数都守恒．(√)

[后思考]

发生β衰变时，新核的电荷数变化多少？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个，原子序数增加1个，故在元素周期表上向后移了1位．

1．α、β、γ射线性质、特征比较

射线种类组成速度贯穿本领电离作用

α射线α粒子是氦原子核42He约1

10

c

很小，一张薄纸就能挡

住

很强

β射线β粒子是高速电子流0－1e接近c 很大，能穿过几毫米厚

的铝板

较弱

γ射线波长很短的电磁波等于c 最大，能穿过几厘米厚

的铅板

很小

(1)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3­2­2所示．

图3­2­2

(2)在匀强电场中，α射线偏离较小，β射线偏离较大，γ射线不偏离，如图所示．

3．衰变

(1)衰变实质

α衰变：原子核内两个质子和两个中子结合成一个α粒子210n＋211H→42He

β衰变：原子核内的一个中子变成质子，同时放出一个电子10n→11H＋0－1e

(2)衰变方程通式

①α衰变：A Z X→A-4Z-2Y＋42He

②β衰变：A Z X→A Z＋1Y＋0－1e

(3)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：

A Z X→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．

1．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γ射线的穿适能力最强

D ．β粒子是电子，但不是原来绕核旋转的核外电子

E ．γ射线是波长很长的光子

【解析】 由三种射线的本质和特点可知，α射线穿透本领最弱，一张黑纸都能挡住，而挡不住β射线和γ射线，故A 正确；γ射线是一种波长很短的光子，不会使原核变成新核，三种射线中γ射线的穿透能力最强，故C 正确，B 、E 错误；β粒子是电子，来源于原子核，故D 正确．

【答案】 ACD

2．如图3­2­3所示，放射性元素镭释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀

强磁场中，其中________是α射线，________是β射线，________是γ射线.

【导学号：11010037】

图3­2­3

【解析】由放射现象中α射线带正电，β射线带负电，γ射线不带电，结合在电场与磁场中的偏转可知②⑤是γ射线，③④是α射线．

【答案】③④、①⑥、②⑤

3．一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3­2­4所示，则图中的射线a为________射线，射线b 为________射线．

图3­2­4

【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．

【答案】γβ

4．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.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

E．③是α衰变

【解析】238 92U①,234 90Th，质量数少4，电荷数少2，说明①为α衰变. 234 90Th②,234 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.234 91Pa③,238 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．

【答案】ABC

5．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( )